Устройство для изучения виртуальных измерительных приборов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Зализный Дмитрий Иванович Широков Олег Геннадьевич Ивинский Леонид Константинович Гончаров Игорь Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) 1. Устройство для изучения виртуальных измерительных приборов, содержащее первый датчик температуры и персональный компьютер, отличающееся тем, что дополнительно содержит сосуд с трансформаторным маслом и электронагревателем, второй датчик температуры, два измерительных преобразователя сопротивление-напряжение, трехфазную нагрузку, три измерительных преобразователя ток-напряжение, три измерительных преобразователя напряжение-напряжение и регистратор аналоговых сигналов многоканальный цифровой, при этом электронагреватель подключен к одному из фазных напряжений трехфазной электрической сети, первый датчик температуры размещен в сосуде с трансформаторным маслом и соединен с входом первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение, а второй датчик температуры размещен на открытом воздухе и соединен с входом второго измерительного преобразователя сопротивление-напряжение,каждый из измерительных преобразователей ток-напряжение входом включен в цепь линейного тока соответствующей фазы трехфазной нагрузки, каждый из измерительных преобразователей напряжение-напряжение входом включен в цепь соответствующего фазного 54052009.08.30 напряжения трехфазной электрической сети, при этом каждый из измерительных преобразователей сопротивление-напряжение, ток-напряжение и напряжение-напряжение выходом соединен с соответствующим аналоговым входом регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового, интерфейсные выводы которого подключены к соответствующим интерфейсным выводам персонального компьютера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трехфазная нагрузка в каждой фазе содержит лампу накаливания и конденсатор с возможностью комбинированного подключения к соответствующим фазным напряжениям трехфазной электрической сети.(56) 1. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин учеб. пособие для втузов. - М. Дрофа, 2005. - 415 с. 2. Патент США 7305312, МПК 01 13/00, 2007. 3. Патент США 6415239, МПК 01 1/00, 2002. Полезная модель относится к области электроизмерительной техники, а более конкретно к устройствам для образного представления электрических величин. Полезная модель может быть использована в учебных аудиториях или лабораториях для изучения возможностей и особенностей работы с виртуальными измерительными приборами 1 преимущественно при обучении студентов энергетических специальностей. Известно устройство для регистрации сигналов в реальном времени 2, содержащее компаратор, на инвертирующий вход которого подается измеряемая величина, а на неинвертирующий вход - специально сформированный сигнал. Выход компаратора подключен к входу фильтра, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, входящему в состав цифрового осциллографа. Данное устройство позволяет измерять только амплитудные значения входных величин. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для измерения физических величин с помощью компьютера 3, содержащее датчик измеряемой физической величины, выход которого подключен к линейному входу аудиоадаптера персонального компьютера (ПК). В данном устройстве отсутствует возможность работы с несколькими аналоговыми каналами. В устройстве отсутствует возможность измерения значений тока выше 0,1 А и значений напряжения выше 15 В. Устройство способно обеспечить работу только с одним виртуальным измерительным прибором. Задачей заявляемой полезной модели является разработка устройства для изучения виртуальных измерительных приборов, формирующего переходные процессы трехфазного тока и температуры, передающего в персональный компьютер мгновенные значения трехфазного напряжения до 400 В, трехфазного тока до 10 А, а также мгновенные значения температуры, что в совокупности обеспечивает работу с несколькими виртуальными измерительными приборами. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем первый датчик температуры и персональный компьютер, согласно полезной модели, дополнительно введены сосуд с трансформаторным маслом и электронагревателем, второй датчик температуры, два измерительных преобразователя сопротивление-напряжение, трехфазная нагрузка, три измерительных преобразователя ток-напряжение, три измерительных преобразователя напряжение-напряжение и регистратор аналоговых сигналов многоканальный цифровой, при этом электронагреватель подключен к одному из фазных напряжений трехфазной электрической сети, первый датчик температуры размещен в сосуде с трансформаторным маслом и соединен с входом первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение, а второй датчик температуры размещен на открытом воздухе и 2 54052009.08.30 соединен с входом второго измерительного преобразователя сопротивление-напряжение,каждый из измерительных преобразователей ток-напряжение входом включен в цепь линейного тока соответствующей фазы трехфазной нагрузки, каждый из измерительных преобразователей напряжение-напряжение входом включен в цепь соответствующего фазного напряжения трехфазной электрической сети, при этом каждый из измерительных преобразователей сопротивление-напряжение, ток-напряжение и напряжение-напряжение выходом соединен с соответствующим аналоговым входом регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового, интерфейсные выводы которого подключены к соответствующим интерфейсным выводам персонального компьютера. Трехфазная нагрузка в каждой фазе содержит лампу накаливания и конденсатор с возможностью комбинированного подключения к соответствующим фазным напряжениям трехфазной электрической сети. Введение регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового, а также соответствующих измерительных преобразователей позволяет регистрировать мгновенные значения токов в трехфазной электрической сети до 15 А, напряжений в трехфазной электрической сети до 400 В, а также температуры трансформаторного масла от 0 до 90 С,температуры воздуха от 0 до 40 С и передавать их в персональный компьютер. Трехфазная нагрузка - лампы накаливания и конденсаторы, в различных комбинациях подключаемые к соответствующим фазным напряжениям трехфазной сети с помощью соответствующих однофазных коммутационных аппаратов, позволяют получать инерционные переходные процессы длительностью не менее 0,1 с, которые регистрируются и также передаются в персональный компьютер. Трансформаторное масло, имея значительную удельную теплоемкость, нагревается достаточно медленно, что позволяет получить переходные тепловые процессы длительностью не менее 10 мин, которые регистрируются и также передаются в персональный компьютер. В персональном компьютере посредством специального программного обеспечения происходит имитация работы различных измерительных приборов трехканальных вольтметров и амперметров амплитудного,среднего и действующего значения, фазометра, ваттметра, частотомера, регистрирующего осциллографа, осциллографа реального времени, счетчиков электроэнергии, построителя векторных диаграмм, анализатора спектра, двухканального регистрирующего термометра и так далее. В целом, такая организация устройства реализует все необходимые функции для обеспечения учебного процесса учащихся и студентов электротехнических специальностей при изучении виртуальных измерительных приборов. На фиг. 1 показана функциональная схема заявляемого устройства. На фиг. 2 показана структурная схема регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового. Согласно приведенной на фиг. 1 функциональной схеме, заявляемое устройство содержит трехфазный коммутационный аппарат 1, входами подключенный к трехфазной электрической сети, сосуд с трансформаторным маслом 2 и электронагревателем 3, подключенным через однофазный коммутационный аппарат 4 к выходам одного из фазных напряжений трехфазного коммутационного аппарата 1. Устройство также содержит первый датчик температуры 5, выполненный на основе термометра сопротивления, размещенный в сосуде с трансформаторным маслом 2 и подключенный к входу первого измерительного преобразователя сопротивление-напряжение 7, второй датчик температуры 6, выполненный на основе термометра сопротивления, размещенный на открытом воздухе и подключенный к входу второго измерительного преобразователя сопротивлениенапряжение 8. К выходам трехфазного коммутационного аппарата 1 подключена трехфазная нагрузка, состоящая из однофазных коммутационных аппаратов 9-14, ламп накаливания 15, 16, 17 и конденсаторов 18, 19, 20. При этом однофазные коммутационные аппараты дают возможность комбинированного подключения ламп накаливания и конденсаторов к соответствующим фазным напряжениям трехфазной электрической сети. 3 54052009.08.30 Устройство также содержит измерительные преобразователи ток-напряжение 21, 22, 23 и измерительные преобразователи напряжение-напряжение 24, 25, 26. Каждый из измерительных преобразователей ток-напряжение входом включен в цепь линейного тока соответствующей фазы трехфазной нагрузки, а каждый из измерительных преобразователей напряжение-напряжение входом включен в цепь соответствующего фазного напряжения на зажимах трехфазной нагрузки. Выходы всех измерительных преобразователей соединены с соответствующими аналоговыми входами регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового 27, интерфейсные выводы которого соединены с соответствующими интерфейсными выводами ПК 28. Согласно приведенной на фиг. 2 структурной схеме, регистратор аналоговых сигналов многоканальный цифровой содержит измерительные усилители 29-36, выходы которых подключены к входам многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 41,встроенного в однокристальный микроконтроллер 40. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 37 и светодиод 38 подключены к соответствующим выводам микроконтроллера 40. Микроконтроллер 40 имеет встроенный асинхронный приемопередатчик 42,выводы которого соединены с выводами преобразователя уровней 39 для интерфейса 232. Полезная модель работает следующим образом. При включении трехфазного коммутационного аппарата 1 в подключенных элементах трехфазной нагрузки начинают протекать токи. Лампы накаливания 15-17 и конденсаторы 18-20 выполняют функцию трехфазной нагрузки с инерционным переходным процессом (длительностью более 0,1 с) и ненулевым фазовым сдвигом. Однофазные коммутационные аппараты 9-14 позволяют использовать различные комбинации нагрузки по фазам, в моменты коммутации запуская переходные процессы трехфазного тока. Первый датчик температуры 5, находящийся в сосуде с трансформаторным маслом 2,в совокупности с первым измерительным преобразователем сопротивление-напряжение 7 позволяет измерять значения температуры масла при его нагревании или охлаждении при включении или отключении электронагревателя 3 с помощью однофазного коммутационного аппарата 4.Второй датчик температуры 6 в совокупности со вторым измерительным преобразователем сопротивление-напряжение 8 позволяет измерять значения температуры воздуха в помещении. Полученные на выходах соответствующих измерительных преобразователей 7-8, 2123 и 24-26 мгновенные значения напряжений, пропорциональные измеряемым температурам, токам и напряжениям, оцифровываются регистратором аналоговых сигналов многоканальным цифровым 27 с помощью измерительных усилителей 29-36 и многоканального АЦП 41, записываются в ОЗУ 37, а затем с помощью асинхронного приемопередатчика 42 и преобразователя уровней 39 посредством интерфейса 232 передаются в ПК 28. При этом светодиод 38 индицирует режимы работы регистратора аналоговых сигналов многоканального цифрового 27 путем непрерывного свечения или мигания. ПК, в свою очередь,посредством интерфейса 232 и преобразователя уровней 39 передает в регистратор аналоговых сигналов многоканальный цифровой 27 команды работы и параметры настроек. Программное обеспечение ПК 28 имитирует работу требуемых измерительных приборов электрических и неэлектрических (температуры) величин. Таким образом, заявляемое устройство полностью обеспечивает работу с несколькими виртуальными измерительными приборами трехканальными вольтметрами и амперметрами амплитудного, среднего и действующего значения, фазометром, ваттметром, частотомером, регистрирующим осциллографом, осциллографом реального времени, счетчиком электроэнергии, построителем векторных диаграмм, анализатором спектра, двухканальным регистрирующим термометром и т.д. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5