LabVIEW. Практикум по основам измерительных технологий.

208 Pages·2005·4.815 MB·Russian

by  Бартовин В.К. и др.

В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин, В. Ф. Папуловский
LabVIEW: практикум по основам
измерительных технологий
Рекомендовано УМО по образованию
в области приборостроения и оптотехники
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки бакалавров 551500 –
Приборостроение и специальности 190900 – Информационно-измерительная
техника и технологии направления подготовки дипломированных специалистов
653700 – Приборостроение
Москва, 2005
УДК 389
ББК 32.842
Б28
Батоврин В. К., Бессонов А. С., Мошкин В. В., Папуловский В. Ф.
Б28 LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для
вузов. – М.: ДМК Пресс, 2005.– 208 с.: ил.
ISBN 5-94074-267-Х
Рецензенты
Заведующий кафедрой «Информационные системы и измерительные технологии»
Московского государственного открытого университета, д.т.н., проф. Г. Г. Раннев.
Профессор кафедры «Информационно-измерительная техника» Московского го-
сударственного энергетического института (технический университет), д.т.н., проф.
В. Н. Малиновский.
Данная книга содержит практикум по основам измерительных техноло-
гий. Работы охватывают основы метрологии и измерительной техники,
вопросы обработки и представления результатов измерений и методы и
средства электрических измерений. Выбор этих разделов обусловлен тем,
что с ними чаще всего приходится сталкиваться в учебной и производствен-
ной практике. Основой представленного в настоящем издании практикума
является комплекс прикладных программ, созданный в инструментальной
среде разработки приложений LabVIEW. Программное обеспечение явля-
ется оригинальной разработкой авторов учебного пособия и представлено
на компакт-диске, поставляемым с книгой.
Издание предназначено для студентов технических вузов, обучающихся
по специальностям «Приборостроение», «Информационно-измерительная
техника и технологии», «Методы и средства измерений», а также для сту-
дентов других направлений подготовки, изучающих смежные дисциплины.
УДК 389
ББК 32.842
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения вла-
дельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность
технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответ-
ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
© Батоврин В. К., Бессонов А. С.,
Мошкин В. В., Папуловский В. Ф. 2005
ISBN 5-94074-267-Х © Оформление, ДМК Пресс, 2005
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие........................................................................................................9
Благодарности .....................................................................................................10
Введение..............................................................................................................11
1
Обработка и представление результатов измерений .........................21
Работа № 1.1. Прямые и косвенные однократные измерения................21
1. Цель работы...............................................................................................21
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................21
3. Описание лабораторного стенда............................................................23
4. Рабочее задание........................................................................................25
5. Оформление отчета..................................................................................26
6. Контрольные вопросы..............................................................................27
Работа № 1.2. Обработка и представление результатов
однократных измерений при наличии систематической
погрешности ....................................................................................................28
1. Цель работы...............................................................................................28
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................28
3. Описание лабораторного стенда............................................................31
4. Рабочее задание........................................................................................33
5. Оформление отчета..................................................................................35
6. Контрольные вопросы..............................................................................36
Работа № 1.3. Стандартная обработка результатов прямых
измерений с многократными наблюдениями...........................................36
1. Цель работы...............................................................................................36
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................37
4 Практикум по основам измерительных технологий
3. Описание лабораторного стенда............................................................42
4. Рабочее задание........................................................................................44
5. Оформление отчета..................................................................................48
6. Контрольные вопросы..............................................................................49
Работа № 1.4. Упрощенная процедура обработки результатов
прямых измерений с многократными наблюдениями ............................49
1. Цель работы...............................................................................................49
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................50
3. Описание лабораторного стенда............................................................52
4. Рабочее задание........................................................................................52
5. Оформление отчета..................................................................................55
6. Контрольные вопросы..............................................................................55
Работа № 1.5. Обработка результатов прямых измерений
с многократными наблюдениями при наличии грубых
погрешностей..................................................................................................56
1. Цель работы...............................................................................................56
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................56
3. Описание лабораторного стенда............................................................59
4. Рабочее задание........................................................................................59
5. Оформление отчета..................................................................................63
6. Контрольные вопросы..............................................................................65
Работа № 1.6. Обработка и представление результатов прямых
измерений при наличии группы однородных и равнорассеянных
многократных наблюдений...........................................................................65
1. Цель работы...............................................................................................65
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................65
3. Описание лабораторного стенда............................................................68
4. Рабочее задание........................................................................................68
5. Оформление отчета..................................................................................71
6. Контрольные вопросы..............................................................................73
2
Поверка средств измерений ........................................................................74
2.1. Общие сведения об организации и проведении поверки
средств измерений.........................................................................................74
Работа № 2.1. Определение погрешности цифрового вольтметра
методом прямых измерений ........................................................................79
1. Цель работы...............................................................................................79
Содержание 5
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................79
3. Описание лабораторного стенда............................................................79
4. Рабочее задание........................................................................................81
5. Оформление отчета ..................................................................................82
6. Контрольные вопросы..............................................................................83
Работа № 2.2. Определение погрешности электронного
вольтметра методом сличения.....................................................................84
1. Цель работы...............................................................................................84
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................84
3. Описание лабораторного стенда............................................................84
4. Рабочее задание........................................................................................85
5. Оформление отчета ..................................................................................87
6. Контрольные вопросы..............................................................................88
3
Измерение электрических величин........................................................... 90
Работа № 3.1. Измерение силы постоянного электрического
тока.................................................................................................................... 90
1. Цель работы.............................................................................................. 90
2. Сведения, необходимые для выполнения работы................................. 90
3. Описание лабораторного стенда............................................................92
4. Рабочее задание........................................................................................94
5. Оформление отчета ..................................................................................95
6. Контрольные вопросы..............................................................................96
Работа 3.2. Измерение мощности постоянного электрического
тока.....................................................................................................................97
1. Цель работы...............................................................................................97
2. Сведения, необходимые для выполнения работы..................................97
3. Описание лабораторного стенда............................................................99
4. Рабочее задание.....................................................................................100
5. Оформление отчета ............................................................................... 102
6. Контрольные вопросы........................................................................... 103
Работа № 3.3 Измерение постоянного напряжения методом
компенсации ................................................................................................. 104
1. Цель работы............................................................................................ 104
2. Сведения, необходимые для выполнения работы............................... 104
3. Описание лабораторного стенда......................................................... 108
4. Рабочее задание..................................................................................... 110
6 Практикум по основам измерительных технологий
5. Оформление отчета................................................................................111
6. Контрольные вопросы............................................................................112
Работа № 3.4. Измерение переменного электрического
напряжения.....................................................................................................112
1. Цель работы.............................................................................................112
2. Сведения, необходимые для выполнения работы................................113
3. Описание лабораторного стенда..........................................................115
4. Рабочее задание..................................................................................... 116
5. Оформление отчета............................................................................... 119
6. Контрольные вопросы........................................................................... 120
Работа № 3.5. Измерение параметров гармонического напряжения
с помощью осциллографа...........................................................................121
1. Цель работы.............................................................................................121
2. Сведения, необходимые для выполнения работы................................121
3. Описание лабораторного стенда..........................................................128
4. Рабочее задание..................................................................................... 129
5. Оформление отчета................................................................................131
6. Контрольные вопросы............................................................................132
Работа № 3.6. Измерение частоты и периода электрических
сигналов...........................................................................................................133
1. Цель работы.............................................................................................133
2. Сведения, необходимые для выполнения работы................................133
3. Описание лабораторного стенда..........................................................138
4. Рабочее задание......................................................................................139
5. Оформление отчета................................................................................141
6. Контрольные вопросы............................................................................142
Работа № 3.7. Измерение угла фазового сдвига.......................................142
1. Цель работы.............................................................................................142
2. Сведения, необходимые для выполнения работы................................142
3. Описание лабораторного стенда..........................................................147
4. Рабочее задание......................................................................................147
5. Оформление отчета............................................................................... 149
6. Контрольные вопросы........................................................................... 150
Работа № 3.8. Прямые измерения активного электрического
сопротивления.............................................................................................. 150
1. Цель работы............................................................................................ 150
2. Сведения, необходимые для выполнения работы............................... 150
3. Описание лабораторного стенда..........................................................152
4. Рабочее задание......................................................................................153
Содержание 7
5. Оформление отчета................................................................................155
6. Контрольные вопросы............................................................................156
Приложение 1
Сведения о LabVIEW моделях средств измерений
и вспомогательных устройств.....................................................................157
Магнитоэлектрический вольтамперметр.................................................157
Электромагнитный вольтметр...............................................................158
Электродинамический вольтметр....................................................... 159
Электромеханический омметр............................................................ 159
Компенсатор (потенциометр) постоянного тока..............................160
Измерительный мост постоянного тока............................................. 161
Электронный аналоговый милливольтметр
среднеквадратического значения ...................................................... 162
Электронный аналоговый милливольтметр
средневыпрямленного значения ........................................................ 163
Электронный аналоговый вольтметр .................................................. 164
Электронный аналоговый резонансный частотомер ....................... 165
Электронный цифровой мультиметр.................................................. 166
Электронный цифровой частотомер.................................................. 167
Электронный цифровой фазометр ..................................................... 169
Электронный осциллограф.................................................................. 170
Калибратор фазовых сдвигов.............................................................. 171
Генератор сигналов синусоидальной формы.................................... 172
Генератор сигналов специальной формы...........................................173
Универсальный источник питания....................................................... 174
Магазин сопротивлений....................................................................... 174
Цифровое устройство обработки измерительной информации.......175
Цифровое устройство управления и обработки измерительной
информации.......................................................................................... 176
Прибор для поверки вольтметров ..................................................... 177
Приложение 2
Среда графического программирования LabVIEW ............................ 179
1. Общие сведения о LabVIEW.................................................................. 179
2. Установка среды LabVIEW.......................................................................181
8 Практикум по основам измерительных технологий
3. Работа с готовыми ВП ..............................................................................182
4. Создание ВП на базе шаблона...............................................................184
Использование шаблона.............................................................................184
Добавление элементов управления ..........................................................186
Соединение объектов на блок?диаграмме...............................................187
Запуск ВП......................................................................................................189
Изменение сигнала......................................................................................189
5. Основные элементы программной среды LabVIEW........................ 192
Инструментальная линейка лицевой панели............................................ 192
Инструментальная линейка блок?диаграммы............................................193
Выпадающие меню LabVIEW.......................................................................193
Меню Tools................................................................................................... 194
Приложение 3
Выписка из ГОСТ 8.395&80 «Государственная система
обеспечения единства измерений. Нормальные условия
измерений при поверке. Общие требования».................................... 196
Приложение 4
Примеры представления результатов однократных измерений ....198
Приложение 5
Статистические таблицы.............................................................................. 201
Литература....................................................................................................... 205
Предисловие
Метрология, методы и средства измерений – важнейшие общепрофессиональные
дисциплины, входящие в учебные планы большинства инженерных направлений
подготовки и специальностей технических вузов. При изучении этих дисциплин
важную роль играют лабораторные практикумы. Возможности учреждений об-
разования по их созданию и поддержанию, а также оснащению современными
средствами измерений, ограничены, это, в частности, относится и к практикумам
по метрологии и измерениям. В этой ситуации, помимо традиционных средств
измерений, необходимо активно использовать компьютерные средства измере-
ний, а также компьютерные модели средств измерений, измерительных процес-
сов и процедур. При этом оптимальным решением, безусловно, остается гармо-
ничное сочетание традиционных и компьютерных средств обеспечения учебного
процесса.
Данное учебное пособие содержит практикум по основам измерительных тех-
нологий. Работы охватывают основы метрологии и измерительной техники, во-
просы обработки и представления результатов измерений и методы и средства
электрических измерений. Выбор этих разделов обусловлен тем, что с ними чаще
всего приходится сталкиваться в учебной и производственной практике. В пос-
ледующем предполагается расширить перечень работ за счет развития раздела по
метрологии и добавления практикума по измерениям магнитных и неэлектри-
ческих величин.
При создании учебного пособия мы ориентировались на то, что студенты смо-
гут выполнять работы как в учебной лаборатории в рамках традиционно органи-
зованного учебного процесса, так и на собственном компьютере во время само-
стоятельной работы в библиотеке или дома. В результате была выбрана форма
практикума с компьютерными моделями. Программное обеспечение разработано
таким образом, что выполнение заданий возможно как на локальном рабочем ме-
сте, так и в режиме удаленного доступа к информационным ресурсам в компью-
терных Intranet/Internet сетях, что отвечает современным тенденциям организа-
ции процесса обучения.
Основой представленного в настоящем пособии практикума является комп-
лекс прикладных программ, созданный в инструментальной среде разработки
приложений LabVIEW. Программное обеспечение является оригинальной разра-
боткой авторов учебного пособия (свидетельство Роспатента о регистрации
10 Практикум по основам измерительных технологий
№ 2003611855 от 07.08.2003 г.). Следует отметить, что Роспатент впервые в России
зарегистрировал программное обеспечение представленного типа. При выборе
среды разработки приложений мы исходили из соображений удобства программи-
рования и необходимости придания системе лабораторного практикума макси-
мальной гибкости и открытости, включая обеспечение переносимости, масштаби-
руемости и интероперабельности, с целью формирования потенциала для
интеграции в единую информационную образовательную среду.
Для выполнения работ необходимо иметь ПК класса не ниже Pentium-II
с ОЗУ не менее 128 Мб и жестким диском емкостью не менее 10 Гб. Рекомендуе-
мое разрешение экрана монитора – 1280×1024. На ПК должны быть установле-
ны одна из версий операционной системы Windows 98/Me/2000/XP и MS Office
2000/XP. Порядок выполнения процедуры инсталляции лабораторного практи-
кума и инструкции по работе с LabVIEW программным обеспечением содержат-
ся в Приложении 2 и на прилагаемом к книге компакт-диске.
Книга написана коллективом преподавателей кафедры информационных сис-
тем Московского государственного института радиотехники, электроники и ав-
томатики (технический университет) – МИРЭА на основе многолетнего опыта
преподавания дисциплин, связанных с изучением измерений, и практики приме-
нения LabVIEW программного обеспечения в учебном процессе.
Все критические замечания и пожелания по содержанию книги и в отношении
программного обеспечения будут с благодарностью приняты авторами. Отзывы
следует направлять по адресу: [email protected].
Благодарности
При написании данной книги авторы чувствовали постоянную поддержку и бла-
гожелательное отношение со стороны сотрудников МИРЭА, особенно ректора
А. С. Сигова и проректора по научной работе А. И. Морозова, и со стороны корпо-
рации National Instruments (США) в лице регионального менеджера корпорации
А. Салатяна (США) и менеджера по развитию NI в Российской Федерации А. В. Спи-
ридонова. Авторы также признательны менеджеру образовательных программ
корпорации NI П. М. Михееву за помощь в решении организационных вопросов.
Мы благодарим проф. В. Н. Малиновского и проф. Г. Г. Раннева за ценные заме-
чания и рекомендации, высказанные ими при рецензировании рукописи. Выра-
жаем также благодарность генеральному директору издательства «Приборкомп-
лект» А. И. Ушакову, финансовому директору Д. А. Мовчану и их сотрудникам за
внимание, направленное на ускорение выхода книги в свет.
Работа над книгой поддерживалась:
– Межвузовской комплексной программой «Наукоемкие технологии образо-
вания» (выражаем благодарность председателю Головного совета МКП НТО
проф. М. М. Благовещенской);
– грантом Минобразования РФ Т02-08.0-3485;
– грантом МИРЭА «НИЧ-10».