Лабораторная работа №2 «Автоматизация экспериментальных исследований в среде LabVIEW»

Цель: приобрести навыки работы с автоматизированными системами сбора экспериментальных данных, использования формульных узлов и сдвиговых регистров для обработки данных в режиме реального времени.

Задание. Разработать подпрограмму автоматизации обработки данных физического эксперимента по определению электрической емкости конденсатора методом суммирования количества зарядов, стекающих с его обкладок.

Порядок выполнении задания:

• 1. Выйти в главное диалоговое окно LABVIEW
• 2. Создадим на лицевой панели: стрелочный прибор для контроля падения напряжения на конденсаторе (Controls->Modern->Numeric->Meter), три цифровых элемента управления (Controls->Modern->Numeric-> Numeric Control) для ввода данных ЭДС, сопротивления Р и остаточного напряжения Uk, три цифровых индикатора (Controls->Modern->Numeric-> Numeric Indicator) для отображения величины заряда 0, емкости конденсатора С и времени разрядки I, как показано на рисунке 3.6.

Для наблюдения за процессом поместим на лицевую панель три осциллографа (Modern->Graph) для регистрации текущих значений напряжения на обкладках конденсатора, силы тока на сопротивлении нагрузки и количества зарядов, стекающих с конденсатора. Щелчком ПКМ по серой панели вызываем соответствующие элементы контроля и индикации. Изменяем собственные метки индикаторов и элементов контроля и вводим значения ЭДС=ЗВ, Р=1000 Ом, Uk =0,1 В.

Рисунок 3.6-Лицевая панель моделирования разрядки конденсатора.

3. Вызываем на блок-диаграмме все функции, в них структуры, далее цикл While Loop, переносим его пиктограмму на белую панель и растягиваем на большую часть экрана. Вновь возвращаемся в структуры, активизируем узел формулы (Formula Node), переносим его внутрь цикла и растягиваем его в соответствии с рисунком 3.7.

Вписываем в узел формулы для определения силы тока разрядки I=U/R и суммирования величины зарядов, стекающих с обкладок конденсатора Q=Q0+I*0,1. При этом вторая формула предусматривает организацию процесса численного интегрирования, в котором на каждой новой итерации используется предыдущее значение Q, которое в формуле всякий раз учитывается как новое значение 00. Для запоминания вычисленного значения Q и возвращения его в цикл используется «сдвиговый регистр», который устанавливается щелчком ПКМ на правой границе цикла ->по команде Add Register. При этом на левой и правой границе появляются два терминала — регистры с разнонаправленными стрелками. Правый регистр указывает, что поступившие значения выводятся за границы цикла, а левый — что выведенное значение вновь возвращается в цикл.

Рисунок 3.7-Блок схема моделирования разрядки конденсатора.

Для исключения неопределенности при выполнении первой итерации, необходимо задать начальное значение входной регистр равное нулю. Для этого щелчком ПКМ по нему вызвать всплывающее меню, в нем Create->Const, в появившемся прямоугольнике с клавиатуры наберите 0.

4. Для работы формульного узла необходимо ввести в него следующие данные Q0, R и U Щелчком ПКМ на границах узла создаем три входа. В один из них подводим значение сопротивления, в другой — сигнал с левого регистра. В эксперименте сигнал, соответствующий напряжению на обкладках конденсатора поступает с платы автоматизированного сбора данных, подключенной к лабораторной установке.

Для моделирования экспериментального сигнала вызываем все функции далее выбираем Mathematics->Elementary&Special Functions пиктограмму экспоненциальной функции еxp и переносим ее внутрь цикла. В качестве показателя экспоненциальной функции принимаем число i, инвертированное до отрицательного числа и деленное на 10. Выход экспоненты умножаем на величину ЭДС и вводим формульный узел в качестве текущего значения U.

• 5. Создать на правой границе узла два выхода I и Q, сигналы с которых вывести на входы второго и третьего осциллографов. Для обеспечения операции суммирования заряда продублировать соединение Q с правым регистром. То же выполнить для напряжения, подведя соответствующий сигнал к пиктограмме вольтметра и первому осциллографу.
• 6. Текущее значение U используется в качестве входного параметра системой автоматического отключения работы цикла. Условие выключенияU Comparison, в ней — узел «<_», и ввести на верхний терминал узла текущее значение U, а на нижнее — заданное значение остаточного напряжения Uк от элемента управления, созданного ранее на лицевой панели. Результат False или Тruе присоединить к терминалу завершения цикла проводником зеленого цвета, который окрашивается автоматически при появлении логического сигнала.

Так как по умолчанию каждый цикл рассчитывается за одну миллисекунду, то для отслеживания динамики процесса установить задержку цикла, равную 100 мс. Для этого на панели всех функции выбирать приборы времени, в ней пиктограмму метронома. Поместить его внутри цикла, найти входной терминал и щелчком ПКМ вызвать всплывающее меню. В нем выбрать команды Сгеаte->Const. В появившемся прямоугольнике с клавиатуры набирать число 100.

• 7. Значения Q и t, сохраненные в цикле после выполнения последней итерации, выводятся на цифровые индикаторы величины исходного заряда и времени разрядки. Кроме того, вне цикла, после его выполнения, рассчитывается емкость конденсатора: С=Q/U0.
• 8. Убедитесь, что стрелка запуска цикла имеет правильную, не изломанную форму. Это означает, что программа составлена правильно и готова к запуску. В противном случае — щелчком ПКМ по стрелке вызываем контекстное меню с распечаткой допущенных ошибок. Устраняем их и запускаем программу.

При этом на первых двух осциллографах строятся кривые падения напряжения на обкладках конденсатора и соответствующего уменьшения тока через сопротивление как показано на рисунке 3.6. На третьем осциллографе демонстрируется подсчет по времени величины суммарного заряда, сошедшего с обкладок конденсатора. В конце цикла на цифровых индикаторах появляются значения заряда — Р, емкости конденсатора — С и времени разрядки — t.