Царев Ю.В., Ермакова А.С., Иманова А.Э.
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ С ПОМОЩЬЮ МОСТА КЭРИ ФОСТЕРА» *
Аннотация:
в работе приведена математическая модель, описывающая функционирование уравновешенного измерительного моста Кэри Фостера. Показан рабочий интерфейс виртуальной лабораторной работы, разработанный в среде Visual Studio на языке C#. Рассмотрен порядок действий .пользователя при выполнении виртуальной лабораторной работы
Ключевые слова:
метрология, виртуальная работа, измерительный мост, мост Кэри Фостера, разработка
УДК 378.147.88+53.083.4
Царев Ю.В.
канд. техн. наук, доцент кафедры информационные системы и технологии
Ярославский государственный технический университет
(г. Ярославль, Россия)
Ермакова А.С.
бакалавр 2 курса кафедры экономики и управления
Ярославский государственный технический университет
(г. Ярославль, Россия)
Иманова А.Э.
бакалавр 2 курса кафедры экономики и управления
Ярославский государственный технический университет
(г. Ярославль, Россия)
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ С ПОМОЩЬЮ МОСТА КЭРИ ФОСТЕРА»
Аннотация: в работе приведена математическая модель, описывающая функционирование уравновешенного измерительного моста Кэри Фостера. Показан рабочий интерфейс виртуальной лабораторной работы, разработанный в среде Visual Studio на языке C#. Рассмотрен порядок действий .пользователя при выполнении виртуальной лабораторной работы.
Ключевые слова: метрология, виртуальная работа, измерительный мост, мост Кэри Фостера, разработка.
С началом пандемии резко возросла необходимость в обеспечении учебного процесса виртуальными лабораториями для удаленного обучения студентов. В этом отношении виртуальные лабораторные работы играют большую роль при обучении и закреплении пройденного теоретического материала. Авторами [1] разработан подход к созданию виртуальных лабораторий для обучения проектирования программ. По словесному описанию сущности проектируется граф переходов конечного автомата, по которому текст программы строится формально и изоморфно. Авторами был разработан текст автоматного программирования.
На основе технологической платформы UniHUB, разработанной в Институте системного программирования РАН [2], в составе Дата-центра РАН создана веб-лаборатория, нацеленная на интеграцию данных дистанционного зондирования в интересах наук о Земле. Информационная система ориентирована на научное и образовательное сообщество и предназначена для совместной научной работы ее участников в едином рабочем пространстве, обеспечивая поиск источников пространственных данных, формирование хранилищ данных, доступ к данным, в том числе к ресурсам внешних открытых веб-сервисов, к приложениям и обучающим материалам. Облачная распределенная информационная среда UniHUB использована для решения географических задач, включая обработку космических изображений и цифровых моделей рельефа с использованием методов и технологий пространственного анализа и геомоделирования средствами ГИС с открытым исходным кодом Quantum GIS.
Разработчиками [3] создан программный комплекс «Виртуально-вычислительная лаборатория», которая позволяет создавать принципиально новые прикладные пакеты распределенных программных модулей, ориентированных на решения задач горного дела, интегрируя для этих целей не только собственный (откомпилированные и «собранные») компоненты, но и современные прикладные системы сторонних разработчиков, такие как (DataMine Studio, Surfer и др.). А также, обеспечивая возможность интерактивного обсуждения полученных результатов решений по конкретным задачам с привлечением широкого круга независимых экспертов, в режиме online-общения.
Автором [4] ррассматривается дополненная концепция виртуальных информационно-вычислительных лабораторий с введенной в нее системой учета ресурсов. Приводится описание работы такой системы.
В настоящей работе рассматривается вопрос разработки виртуальной лабораторной работы в рамках преподаваемого курса Метрология. Была поставлена задача создать виртуальную лабораторную работу моделирующую работу измерительного моста Кэри Фостера для определения индуктивности. В качества стека технологий была выбрана среда Visual Studio 2017, язык программирования C#. В среде Visual Studio было разработано веб приложение, общий вид которого представлен на рисунке 1.
В сбалансированной мостовой схеме Кэри Фостера разность потенциалов в измерительной диагонали моста равно нулю в согласии с уравнениями:
I1 ˑ(R1 + j ω L1) - (I1 + I2) j ω L2 = 0
I1 (R4 + 1/(j ω C4)) - I1 R3 = 0
где С4- неизвестная емкость (Ф), имеющая сопротивление R4 (Ом); R1, R3 -это известные неиндуктивные сопротивления (Ом); L1 и L2 - это стандартные индуктивности (Гн); I1 и I2 – это сила тока (А) в плечах измерительного моста; ω⋅- это угловая частота синусоидального тока, рассчитываемая по формуле: ω=2πf; f- частота электрического тока (Гц).
Если мост Кэри Фостера используется для измерения емкости, то значения измеренной емкости конденсатора и его эквивалентное сопротивление можно вычислить по формулам:
C3 = L2 /(R1 R3)
R3 = R3 (L1 - L2) / L2
При измерении емкости конденсатора величины C4 и R4 не являются отдельными единицами, а представляют собой эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора и, таким образом, это сопротивление может быть определено с помощью настройки элементов моста.
Рис. 1. Общий вид интерфейса приложения «Лабораторная работа «Измерение емкости с помощью моста Кэри Фостера»»
В ходе выполнения работы учащийся устанавливает напряжение и частоту источника питания при которых происходит измерение емкости. В соответствии с заданием преподавателя выбирает вариант для выполнения лабораторной работы. Далее варьируя значения сопротивлений R1, R3, индуктивностей L1, L2 и уравновешивает измерительный мост таким образом, чтобы стрелка на вольтметре D установилась как можно ближе к нулю. После уравновешивания измерительного моста Кэри Фостера выполняется измерение емкости нажатием кнопки «Расчет». Результаты считываются в поле «Результаты расчета».
Таким образом, в результате выполненной работы была спроектирована и создана виртуальная лаборатория, которая позволит проводить лабораторные занятия по дисциплине Метрология как стационарно, так и дистанционно. Виртуальная лабораторная работа «Измерение емкости с помощью моста Кэри Фостера» имеет функционал и описание, которые помогут понять работу измерительных мостовых схем более углубленно, но и не затрачивать деньги на покупку дорогостоящего оборудования
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №12 (57) том 4
Ссылка для цитирования:
Царев Ю.В., Ермакова А.С., Иманова А.Э. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ С ПОМОЩЬЮ МОСТА КЭРИ ФОСТЕРА» // Вестник науки №12 (57) том 4. С. 375 - 380. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/6890 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+