Виртуальный мультиметр

Динамика научных исследований– 2011\Педагогические науки\1.Дистанционное образование

Стихин Д.В., Бурченков Г.К., Затока С.А

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Задача дистанционного образования - учить, не имея прямого постоянного контакта с учеником. Причем процесс обучения должен начинаться, когда есть время, а длиться, сколько есть времени и сил.

Новые формы представления и организации информации - обеспечивают максимальную степень ее восприятия. Максимальное использование различных способов представления информации, таких как текст, графика, видео, звуковое сопровождение, анимация, т. е. то, что получило название "мультимедиа" – помогает лучшему восприятию и усвоению материала.

Виртуальные лабораторные работы формируют и совершенствуют профессиональные навыки и интуицию, а также развивают творческие способности, что позволяет повышать работоспособность.

Лабораторные работы позволяют делать обучение в университете как можно более интересным, а постоянное введение новых технологий дает возможность практически познакомиться со сложным оборудованием которое не всегда доступно для учебных лабораторий.

Постановка задачи

Разработать виртуальный универсальный прибор, который можно использовать для лабораторных работ по дисциплине «Методы и средства измерения». В качестве аналога выбран мультиметр В7-21А

Прибор должен измерять:

- постоянное напряжение на приделах 10мВ, 100мВ, 1В, 10В, 100В, 1000В;

- переменное напряжение в диапазонах до 100мВ, 1В, 10В, 100В, 1000В;

- переменный ток на пределе: 100нА, 1µА, 10 µА, 100µА, 1мА,10мА, 100мА, 1000мА, 10А;

- постоянный ток: 100 µА, 1мА, 10мА, 100мА, 1000мА и 10А.

С помощью прибора, возможно, измерять активное сопротивление в диапазонах до: 100 Ω, 1кΩ, 10кΩ, 100кΩ, 1МΩ, 10МΩ.

Относительная основная погрешность измерения при 50Гц для большей части диапазонов измерения приведена в таблице 1:

Таблица 1 – Погрешность измерения

Наименование измеряемой величины	Пределы допускаемой относительной основной погрешности измерения, %
Измерение напряжения постоянного тока
Измерение силы постоянного тока
И змерение напряжения переменного тока
Измерение силы переменного тока
Измерение активного сопротивления

Описание модели

Приложение написано на объектно-ориентированном языке высокого уровня LabVIEW от National Instruments. Виртуальный мультиметр выполнен в виде отдельного блока, который можно интегрировать без особого труда в новые разрабатываемые лабораторные работы. Мультиметр был выполнен с максимальной детализацией технических характеристик прибора В7-21А, в том числе метрологических.

На рисунке 1 изображена фронтальная панель виртуального мультиметра. Она разработана на основании фотографий прибора. На панели размещены такие элементы как: вывод результата измерения, выбор диапазона измерения, выбор предела измерения, а так же индикатор вывода единицы измерения. Ниже условными обозначениями изображены входы подключений.

Рисунок 1 - Фронтальная панель виртуального мультиметра В7-21А

На рисунке 2 представлена общая функциональная схема виртуальной системы. Рассмотрим ее подробнее.

Рисунок 2 – Функциональная схема виртуальной системы

На первом этапе задаются данные: значение измеряемой величины, а также предел измерения. После чего данные поступают на блок введения погрешности, на который также подается случайное число, которое имитирует случайную составляющую погрешности, с равномерной функцией плотности распределения с учетом предела и результата измерений.

Следующим этапом - суммирование погрешности и исходного сигнала, после чего данные подаются на вывод.

Рассмотрим подробнее алгоритм работы мультиметра (рисунок 3). После запуска программы, необходимо ввести начальные параметры: тип схемы включения, значение входного сигнала. Дальше выбрать тип измеряемого сигнала. После чего проводиться проверка на соответствие типа и придела измеряемого сигнала. Если для какой либо измеряемой величины будет выбран неправильный тип или диапазон, то будет сообщено об ошибке. После проверок, измеряемый сигнал поступает на блок имитации погрешности, а дальше на вывод.

Рисунок 3 – Алгоритм работы виртуальной системы

Блок-диаграмма LabVIEW

Рассмотрим наиболее важную часть программы. На рисунке изображена блок схема проверки на вхождение в диапазон измерения, измерение соответствующей величине, а также имитирование погрешности.

Рисунок 4 - Блок диаграмма

На блок модулирования погрешности подается случайное число, модулируя случайную составляющую составную погрешности, а так же значение измеряемой величины. На выходе данные передаются на блок, где они проверяются, не попадают ли измеряемые значения в диапазон измерения, а также соответствует ли тип измеряемой величины параметру схемы включения. После чего, данные поступают на выход. Выход соединен со входом индикатора. В противном случае подается сигнал, на индикатор ошибки.

Вывод

В результате работы создан виртуальный мультиметр на основании В7-21А с модулированием всех погрешностей. Мультиметр написан на объектно-ориентированном языке, что позволяет его запросто импортировать в другие приложения.

Литература

1. В. П. Федосов Цифровая обработка сигналов в LabVIEW. Москва.: ДМК Пресс, 2007. – 456 с.

2. Е. В. Свиридов, Я.И. Листратов, Н.А. Виноградова Разработка прикладного программного обеспечения в среде LabVIEW. Москва.: Издательство МЭИ, 2005. – 50 с.