мр ПО ЛП. 1 Организация и порядок выполнения лабораторных работ 1 Организация работ в лаборатории
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
1 Организация и порядок выполнения лабораторных работ 1.1 Организация работ в лаборатории Лабораторные работы, являясь частью курса Светотехника и электротехнология, способствуют более глубокому усвоению учебного материала; при их выполнении студент приобретает навыки чтения и сборки электрических схем, знакомится с правилами применения электроизмерительных приборов, накапливает некоторый опыт проведения практических экспериментов, обобщения и оформления их результатов. Общее количество и темы выполняемых лабораторных работ устанавливается преподавателем индивидуально для каждого студента с учетом уровня его подготовки. Оборудование учебных мест позволяет проводить лабораторные работы фронтальным методом. Из студентов, близких по уровню знаний, формируются звенья по 3-4 человека, состав которых остается постоянным в течение всего учебного года; одного из членов звена преподаватель назначает старшим (звеньевым). Звеньевой: - организует выполнение лабораторных работ: получает у преподавателя задания, методические пособия, необходимые приборы и оборудование; - обеспечивает соблюдение членами звена порядка и дисциплины в лаборатории; - при необходимости обращается к преподавателю с вопросами, требующими дополнительных пояснений. - обеспечивает контроль и строгое выполнение правил электробезопасности; - обеспечивает равномерное распределение обязанностей среди членов расчета во время сборки цепей, проведения исследований и обработки их результатов; Для допуска к лабораторным работам с учебной группой проводится собеседование по контрольным вопросам данного раздела программы. Студенты, не изучившие устройство стенда, не усвоившие правила пользования лабораторным оборудованием и правила электробезопасности, к лабораторным работам не допускаются и прибывают на собеседование повторно. 1.2 Подготовка к лабораторным работам Лабораторные работы в группах проводятся в соответствии с расписанием учебных занятий в институте и в течение определенного времени. Поэтому для выполнения лабораторных работ студент должен руководствоваться следующими положениями: - внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы; - по лекционному курсу и соответствующим литературным источникам изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной работе; - до проведения лабораторной работы подготовить в рабочей тетради соответствующие схемы, миллиметровку для построения графиков, таблицы наблюдений и расчетные формулы; -не подготовленные к работе студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются. Отчет по лабораторной работе оформляется в отдельной тетради. Предварительная подготовка отчета заключается в изображении схем лабораторной установки и таблиц для записи результатов опыта. Схемы в отчете должны быть вычерчены с применением чертежных инструментов: электротехнических линеек, циркуля и т.д. Чертить схему рекомендуется в следующем порядке. В первую очередь изображаются все элементы последовательной цепи. Затем они соединяются линиями, изображающими соединительные проводники. Далее вычерчиваются параллельные элементы цепи и проводники, подсоединяющие их к остальной части схемы. Места соединения ветвей обязательно должны обозначаться точками. В ходе подготовки необходимо выписать и уяснить расчетные формулы, по которым будут производиться вычисления указанных в таблицах величин. Студент допускается к выполнению лабораторной работы при наличии достаточных теоретических знаний и подготовленного отчета по выполняемой работе. 1.3 Порядок выполнения лабораторных работ Перед сборкой электрической цепи студент должен предварительно ознакомиться с электрическим оборудованием и его номинальными данными, а также с измерительными приборами, предназначенными для проведения соответствующей лабораторной работы Начинать выполнение работы следует с ознакомления с источником питания, выключателями, измерительными приборами и аппаратурой. Технические данные аппаратуры заносятся в специальную таблицу в отчете (наименование прибора, обозначение на схеме, тип и система прибора, пределы измерений, класс точности, цена деления). На рабочем столе приборы и аппаратуру необходимо установить в нормальном для них положении (горизонтальном, вертикальном) так, чтобы обеспечить возможность удобного отсчета показаний приборов и регулировку тока и напряжения. Провода следует подбирать соответствующей длины и сечения, избегая сращиваний. При сборке схем следует вначале собирать последовательную цепь, начиная от одного полюса источника питания и заканчивая на другом, с соответствующим включением приборов (амперметров, последовательных обмоток ваттметров, реостатов для регулирования тока и т.д.), а затем уже присоединять параллельные цепи (вольтметры, параллельные обмотки ваттметров, частотомеры), обратив особое внимание на плотность соединения контактов. Стрелки электроизмерительных приборов необходимо установить на нуль с помощью винта-корректора. Движки реостатов и лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) должны быть установлены в положения, при которых в цепи протекает минимальный ток. Убедившись в правильности монтажа и готовности схемы к включению, студенты представляют ее для проверки преподавателю. Включение схемы без разрешения преподавателя ЗАПРЕЩАЕТСЯ! При включении схемы под напряжение необходимо наблюдать за показаниями измерительных приборов. Если стрелки приборов зашкаливают, то это указывает на ненормальный режим работы схемы (короткое замыкание или неправильный подбор приборов для измерений). В этом случае необходимо схему немедленно отключить от источника питания и о случившемся доложить преподавателю. После включения схемы рекомендуется проделать весь опыт, не записывая показаний измерительных приборов. При этом следует обратить внимание на характер протекания изучаемых процессов и пределы изменения измеряемых величин. Необходимо знать, с какой точностью должна измеряться та или другая величина, определить количество необходимых замеров, чтобы результаты измерений более точно отражали исследуемую зависимость. Очевидно, что на линейном или почти линейном участке кривой, число отсчетов (точек) может быть невелико, а в области перегиба их должно быть больше. Убедившись в нормальном ходе опыта, провести его, записывая измеряемые величины в журнал отчета. Рекомендуется записывать показания приборов не по делениям шкалы, а непосредственно в единицах измеряемой величины (ваттах, вольтах, миллиамперах), для чего число делений следует умножить на предварительно рассчитанную цену одного деления. Полезно одновременно с записью строить кривую исследуемой зависимости. Если полученные точки ложатся на кривую, то измерения сделаны без больших ошибок. В том случае, если одна или несколько точек лежат в стороне от кривой, то измерения нужно провести повторно. Если по ходу работы схема должна быть частично или полностью изменена, то изменения необходимо производить только после выполнения всех измерений на первой схеме и после того, как полученные результаты будут проверены преподавателем. Вносить изменения в схему, разбирать ее и собирать новую можно только с разрешения преподавателя и после отключения всех источников питания. После производства необходимых измерений – уменьшить токи в цепях до минимума и отключить схему от источника питания. По окончании опыта выполнить контрольные расчеты нескольких отсчетов, произвести анализ полученных результатов и предъявить записи опыта преподавателю. После разрешения преподавателя разобрать схему, сдать измерительные приборы, провода и оборудование лаборанту и привести в порядок рабочее место. Разборку отключенной от источника схемы следует начинать от выключателя, в последовательности, обратной сборке. После окончания работы в лаборатории рабочее место должно быть приведено в порядок. Во время занятий в лаборатории студенты обязаны находиться на своих рабочих местах. Выходить из помещения лаборатории во время занятий можно только с разрешения преподавателя. 1.4 Обработка результатов и оформление отчета Отчеты по выполненным лабораторным работам необходимо оформлять в специальном лабораторном журнале, с обязательным указанием полного наименования работы и ее цели. Отчет должен содержать: 1. Перечень измерительных приборов и элементов исследуемой цепи, их технические характеристики, сведенные в таблицу. 2. Схему исследуемой цепи. 3. Таблицы с результатами наблюдений и вычислений. 4. Методику (формулы) расчета отдельных величин. 5. Графики исследуемых зависимостей. 6. Краткие выводы по результатам проведенных экспериментов. 7. Подпись лица, выполнившего работу. Все записи в отчете должны производиться аккуратно, чернилами, пастой, а графическая часть (схемы, графики и диаграммы) выполняются черной пастой или цветными карандашами с соблюдением требований ЕСКД и с применением циркуля и лекала. Масштабы графиков и диаграмм должны быть стандартными, а именно: в единице длины масштаба должно содержаться (1, 2, ... и т.д.) • 10n единиц измеряемой величины, где n – целое число. Графики экспериментальных зависимостей следует выполнять так, чтобы на них были ясно видны точки снятых показаний. Так как получаемые отсчетные точки имеют некоторый разброс, то кривые следует проводить между ними или через них, сообразуясь с физическими закономерностями. График зависимости исследуемой величины должен быть расположен самым ближайшим образом к точкам, полученным в результате эксперимента. Если на один график наносится несколько кривых, то экспериментальные точки для разных кривых нужно обозначать разными цветами. Выводы по работе каждый студент делает самостоятельно. Как правило, выводы по работе должны содержать: 1. Объяснение влияния изменений параметров исследуемой электрической цепи на ее характеристики. 2. Оценку характера полученных зависимостей. 3. Оценку соответствия результатов измерений данным расчета или теоретическим положениям и объяснение расхождений между ними, если они имеются. По каждой лабораторной работе студенты сдают зачет с предъявлением оформленных отчетов. Зачет по лабораторной работе сдается по мере ее выполнения, но не позднее срока, указанного преподавателем. Зачет по лабораторной работе включает в себя: - проверку усвоения соответствующих разделов по контрольным вопросам, приводимым в конце каждой лабораторной работы; - проверку наличия полностью оформленного отчета по лабораторной работе; - проверку понимания всех соотношений и закономерностей в проводимых экспериментах и практического применения их для анализа и расчета цепей. 2 Правила электробезопасности при выполнении лабораторных работ Поражение током при этих напряжениях может привести к тяжелым последствиям. Поэтому учебная группа студентов допускается к выполнению цикла лабораторных работ только после проведения преподавателем инструктажа по правилам безопасности, проверки усвоения правил с последующей обязательной росписью каждого студента в специальном журнале. Основные пункты правил безопасности при выполнении лабораторных работ: 1. После сборки и перед каждым включением схемы рукоятки регулирующих реостатов и лабораторных автотрансформаторов должны быть установлены в положения, соответствующие наименьшим показаниям приборов (минимальные значения токов). 2. Включение стенда под напряжение осуществляется только с разрешения преподавателя после проверки им степени подготовленности студентов к выполнению лабораторной работы и проверки правильности собранной схемы. 3. Студентам запрещается вскрывать блоки лабораторного стенда и измерительную аппаратуру, производить замену предохранителей. 4. В случае обнаружения неисправности необходимо немедленно отключить лабораторный стенд, доложить преподавателю и под его наблюдением найти причину повреждения и попытаться устранить его. 5. Все подключения необходимо производить в строгой последовательности, указанной в описании работы. Без разрешения преподавателя запрещается изменять последовательность и порядок выполнения работы. 6. В схеме, находящейся под напряжением, ЗАПРЕЩАЕТСЯ производить какие-либо изменения. 7. Перед включением схемы под напряжение старший предупреждает остальных членов расчета командой “ВНИМАНИЕ! ВКЛЮЧАЮ!“. 8. Запрещается отходить от лабораторного стенда, если он включен под напряжение. Без разрешения преподавателя запрещается переходить с одного учебного места на другое. 9. Запрещается прикасаться к оголенным токоведущим частям схемы (зажимам приборов и аппаратов, выключателям и т.д.). 10. При появлении запаха гари, дыма или резких зашкаливаний указателей приборов, что свидетельствует о ненормальной работе схемы, следует немедленно отключить питание стенда и доложить об этом преподавателю. 11. После отключения лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) и перед последующим его включением необходимо убедиться в отсутствии напряжения по включенному на его входные клеммы вольтметру. 12. Разборка схемы должна производиться только с разрешения преподавателя и после полного отключения стенда. 13. В случае поражения электрическим током, немедленно отключить стенд, доложить преподавателю, вызвать медицинский персонал и оказать первую помощь пострадавшему. Оказание первой медицинской помощи должно осуществляться непрерывно вплоть до прибытия врача. Лабораторная работа № 1 Изучение фотометрических приборов Цель работы: 1. Изучение приборов для измерения оптических величин. Количество времени на работу - 4 часа. План работы Ознакомление с принципом работы и устройством приборов для измерения оптических величин. Изучение технических данных люксметра и правил работы по измерению освещенности. Изучение методик измерений оптических величин. Подготовка люксметра к работе, проведение измерения освещенности в помещении. Составление отчета о работе. Принцип работы и устройство фотометрических приборов Для измерения оптических величин используются специальные приборы, обычно состоящие из четырех частей: электрического источника питания, фотоприемника, усилителя и индикатора. Фотоприемники, или датчики, различаются по спектру чувствительности. Датчики, чувствительность которых не зависит от спектрального состава излучения, называются неселективными и используются для измерения интегральных (суммарных) потоков излучения, но такими датчиками невозможно оценить эффективность конкретного вида излучения: бактерицидное, эритемное, световое воздействия. Для оценки активных потоков: светового, эритемного, бактерицидного, фитопотока используются либо светофильтры, пропускающие к фотоприемнику только исследуемую часть оптического излучения (например, обычное стекло пропускает видимое излучение, задерживая ультрафиолетовое излучение), либо фотоприемники изготовляются из материалов, чувствительных к определенной зоне оптического излучения. Такие фотоприемники называются селективными. Принцип их работы основан на явлении фотоэффекта - «выбивания» электронов из атомов некоторых веществ частицами (квантами) излучения. Различают фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом. На рисунке 1.1 изображены фотоэлемент с внешним фотоэффектом и его схема включения. Эффективный квант, обладающий определенным уровнем энергии, «выбивает» из катода К электрон, который в электрическом поле баллона направляется к аноду А, вызывая фототок во внешней цепи. Фототок пропорционален числу эффективных квантов. Для получения такого же тока от соседних (активных) квантов потребуется большее их количество. Кванты, частота которых находится за пределами чувствительности фотоэлемента, фототока не вызывают независимо от их энергий. Катоды фотоэлементов выполняются из различных соединений серебра, цезия, сурьмы и кислорода, имеющих малую работу выхода электронов. Реакция фотоэлемента на излучение оценивается фототоком, поэтому его интегральная чувствительность Кф к источнику А измеряется в А/лм. Чувствительность фотоэлемента можно значительно повысить, наполнив его баллон инертным газом. Электрон, ускоренный электрическим полем межэлектродного пространства, вырывает из нейтральной молекулы инертного газа дополнительные электроны, увеличивая фототок. Чувствительность может быть еще более увеличена, если в баллоне фотоэлемента установить несколько дополнительных электродов с постепенно понижающимся потенциалом от анода к катоду. Такие фотоэлементы называются фотоумножителями — ФЭУ.
Простейшие фотоприемники с внутренним фотоэффектом - это фотосопротивления. На изолятор наносится слой полупроводника с n - или р - проводимостью. Эффективные кванты, попадая на этот слой, увеличивают число носителей электричества - электронов или дырок, повышая проводимость полупроводника. На рисунке 1,2 изображен фоторезистор и его схемы включения. Питание схем с фоторезисторами может осуществляться постоянным и переменным током. Сопротивление фоторезистора не имеет линейной зависимости от облученности, поэтому приборы с применением фоторезисторов нуждаются в тарировке или настройке по образцовым приборам. Темновой ток (в физике и электронике темновым током называют малый электрический ток, который протекает по фоточувствительному элементу, такому как фотодиод, в отсутствии падающих фотонов) фоторезистора велик и только на порядок меньше рабочего тока. Кроме того, он сильно зависит от температуры. Эти недостатки в значительной мере компенсируются за счет применения мостовой схемы. Фоторезисторы широко используются в схемах автоматического управления в качестве пороговых элементов, например, в схемах включения освещения, или облучательных установок в зависимости от естественной освещенности, а также в схемах контроля пламени, например, агрегата витаминной муки
Рисунок 1.2. Фоторезистор Широко используются в качестве фотодатчиков фотодиоды. На границе проводника (донора) и полупроводника образуется запирающий слой, способный пропускать носителей электричества только в одном направлении. Проводник, например, золото, может быть напылен прозрачной пленкой на полупроводник, например, селен, который также напылен на стальное основание. Последнее - это один из электродов, другой электрод, выполнен в виде кольца, окаймляет пленку проводника. Эффективный квант, пронизывая пленку проводника, извлекает из полупроводника электрон, который оказывается в проводниковом слое, создавая избыток электронов. Дырки полупроводника компенсируются электронами стального основания, создавая в последнем дефицит электронов. Если оба электрода замкнуть проводником, то по нему потечет фототок, пропорциональный облученности.
Рисунок 1.3. Селеновый фотоэлемент (фотодиод)  Рисунок 1.4. Схема измерителя облученности где, BL - фотодиод ФД-6Г: RP - потенциометр; РА - микроамперметр; R- ограничивающее сопротивление;VD1... VD4- выпрямительный мост;VD5- блокирующий диод. 1 - корпус измерителя; 2 - окно; 3 - светофильтр. Для схемы (рисунок 1.3) не нужен источник питания. Электрический ток генерируется самим фотоэлементом. Этот режим называется гальваническим. Источники электрического тока на космических кораблях и спутниках устроены именно по такому принципу. Они способны более 10 % солнечной энергии преобразовать в электрическую энергию. Для измерительных целей более приемлем фотодиодный режим (рисунок 1.3). Обратная проводимость фотодиода в этом режиме пропорциональна облученности. Таблица 1.1. Характеристики некоторых фотодиодов
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
