Сборник ЛАБ. Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности 2201 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети по дисциплине «Электрорадиоматериалы и радиокомпоненты Уфа 2004 Методические указания для студентов по проведению лабораторных работ для специальности 2201 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети по дисциплине «Электрорадиоматериалы и радиокомпоненты Составитель А.Г. Кильдибекова Фамилия ИО) Методист УГКР, преподаватель Занимаемая должность и место работы) Рецензенты Л.Р.Туктарова Фамилия ИО) Замдиректора по УВР УГКР Занимаемая должность и место работы) НМ. Дубинин Фамилия ИО) Доцент кафедры АСУ УГАТУ, к.т.н. Занимаемая должность и место работы) Предисловие Назначение методических указаний Данные методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений по программе дисциплины «Электрорадиоматериалы и радиокомпоненты для специальности 2201 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети. В сборнике содержатся методические указания по выполнению следующих лабораторных работ №1 Определение твердости металлов методом Бринеля. №2 Определение удельного электросопротивления низко и высокоомных проводников. №3 Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. №4 Определение удельного объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков. №5 Исследование электрических свойств и диэлектрических петель гистерезиса сегнетоэлектриков. №6. Исследование петель гистерезиса низкочастотных магнитомягких материалов, определение магнитной проницаемости. Требования к знаниями умениям при выполнении лабораторных работ При выполнении лабораторных работ студент должен знать - основные механические свойства проводниковых материалов твердость - методы определения важнейшего параметра проводниковых материалов (удельного сопротивления - основные свойства меди - составы, свойства, применение важнейших сплавов высокого сопротивления на основе меди, никеля, хрома - механизмы поляризации в диэлектриках - электропроводность в диэлектриках объемное и поверхностное сопротивления - состав, свойства, применение сегнетоэлектриков 3 - гистерезисный цикл перемагничивания, его характеристики уметь - определять механические свойства проводниковых материалов - определять электрические свойства проводниковых материалов - определять значения важнейших параметров диэлектриков с помощью приборов - определять важнейшие свойства сегнетоэлектриков с помощью петли гистерезиса - по свойствам сегнетоэлектриков определять область их применения - уметь определять магнитные свойства материалов с помощью петли гистерезиса - по свойствами видам магнитных материалов определять область их применения. 4 Содержание Предисловие …………………………………………….3 Правила выполнения лабораторных работ Лабораторная работа № 1………………………………6 Лабораторная работа № 2………………………………10 Лабораторная работа № 3………………………………16 Лабораторная работа № 4………………………………21 Лабораторная работа № 5………………………………28 Лабораторная работа № 6………………………………37 45 5.4 Результаты наблюдений формы кривой магнитного гистерезиса и расчёт магнитной проницаемости сердечников (таблица 1). 5.5 Расшифровку марки исследованного феррита. 5.6 Осциллограммы В = Н) при ƒ = const. 5.7 Ответы на контрольные вопросы 5.7.1 Какие магнитные материалы называются ферритами 5.7.1 Какими преимуществами обладают ферриты по сравнению с другими магнитными материалами 5.7.1 Какие магнитные характеристики ферритов исследуются в данной работе 5.7.1 На какие группы делятся ферриты 5.8 Выводы по работе. Список литературы Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., ТареевБ.М.Электротехнические материалы Учебник для ВУЗов.-7-е издание перераб. и допол. Л- Энергоатомиздат, с. 44 Правила выполнения лабораторных работ Студент должен прийти на лабораторное занятие подготовленным к выполнению лабораторной работы. 2. Каждый студент после проведения работы должен представить отчет о проделанной работе с анализом полученных результатов и выводом по работе. 3. Отчет о проделанной работе следует выполнять в журнале лабораторных работ на листах формата Ас одной стороны листа. Содержание отчета указано в описании лабораторной работы. 4. Таблицы и рисунки следует выполнять с помощью чертежных инструментов (линейки, циркуля, и т.д.) карандашом с соблюдением ЕСКД. 5. В заголовках граф таблиц обязательно приводить буквенные обозначения величин в соответствии с ЕСКД. 6. Расчет следует проводить с точностью до двух значащих цифр. 7. Исправления выполняются на обратной стороне листа. При мелких исправлениях неправильное слово (буква, число и т.п.) аккуратно зачеркиваются и над ним пишут правильное пропущенное слово (букву, число и т.п.). 8. Вспомогательные расчеты можно выполнять на отдельных листках, а при необходимости на листах отчета. 9. Если студент не выполнит лабораторную работу или часть работы, то он может выполнить ее во внеурочное время, согласованное с преподавателем. 10. Оценку по лабораторной работе студент получает, с учетом срока выполнения работы, если - расчеты выполнены правильно и полном объеме - сделан анализ проделанной работы и вывод по результатам работы - студент может пояснить выполнение любого этапа работы - отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы. Зачет по лабораторным работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой работ после сдачи отчетов по работам при удовлетворительных оценках за опросы и контрольные вопросы вовремя лабораторных работ или при получении зачета. 5 Лабораторная работа № 1 Определение твёрдости металлов 1 Цель работы 1.1 Научиться определять твердость различных образцов сталей. 1.2 Приобрести практический навык работы с прессом Бринеля. 2 Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения Определение твёрдости методом Бринеля. Выбор того или иного метода измерений твёрдости зависит от твёрдости металла, формы, размеров деталей и требуемой точности. Величины твёрдости , измеренные по любому методу, обычно стремятся сопоставить с числом твёрдости по Бринелю т.к. способ более изучен и обладает наибольшей повторимостью и точностью результатов. Метод Бринеля заключается в том, что в поверхность испытуемого образца вдавливается под определённой нагрузкой стальной закалённый шарик диаметром D и выдерживается 30 + 10 сек. Затем, нагрузку снимают, и на поверхности образца остаётся отпечаток в виде шарового сегмента. Диаметр шарика и величину нагрузки выбирают в зависимости от толщины и твёрдости испытуемого материала. Число твёрдости по Бринелю равно отношению приложенной нагрузки Р к площади поверхности шарового отпечатка, и определяется по формуле F Р Н В = , где Н В – число твердости, кг/мм 2 (Нм ); Р – приложенная нагрузка, кг, (Н F- площадь поверхности шарового отпечатка, мм , (м ) Площадь поверхности шарового отпечатка определяется по формуле ( ) 2 2 d D D 2 D F − − ⋅ π = , где D – диаметр шарика, мм 6 где U ym – напряжение, В С – ёмкость, Ф R 2 – сопротивление, Ом S – сечение образца, см n 2 – число витков. Относительная магнитная проницаемость рассчитывается по формуле 7: H Bm 0 μ μ = (7) где μ 0 = 4π 10 -7 ≈1,257 10 -6 Гн/м; μ 0 = const (магнитная постоянная) Подставляя значения В, Н, μ 0 в формулу для определения относительной магнитной проницаемости, получим формулу 8: 8 Р 1 y x x y 10 ММ l (8) 4.5 Результаты вычислений занести в таблицу 1. 4.6 Определить марку исследованного феррита. 4.7 Выключить все приборы установки. 4.8 Разобрать лабораторную установку ( отсоединить макет от приборов. 4.9 Оформить отчёт по проделанной работе. 5 Содержание отчета Отчёт должен содержать 5.1 Название работы 5.2 Цель, задание, перечень используемого оборудования. 5.3 Принципиальную схему установки для снятия петли магнитного гистерезиса. 43 Масштабы горизонтального и вертикального отклонений на экране осциллографа рассчитываются по формулами ХМ) где М х – масштаб по горизонтальной оси, В/мм; U xm – напряжение, измеренное ламповым милливольтметром, В х – длина горизонтальной развёртки на экране осциллографа отклонение луча от центра, мм. y ym y 2 М , (4) где М у – масштаб по вертикальной оси, В/мм; U ym – напряжение, измеренное ламповым милливольтметром, В у – длина вертикальной развёртки на экране осциллографа, мм. Напряженность магнитного поля Н определяется по формуле π ⋅ ⋅ ⋅ = 4 10 D R n 4 , 0 U Н 3 СР СР 1 xm m (5) где U xm – напряжение, В R 1 – сопротивление. Ом n 1 – число витков D ср – средний диаметр тороидального сердечника, см D H – наружный диаметр тороидального сердечника, см D BH – внутренний диаметр тороидального сердечника, см. Максимальная магнитная индукция В определяется по формуле 6: 4 2 2 ym В (6) 42 d – диаметр отпечатка шарика (измеряется с помощью специальной лупы с делениями или микроскопом, мм. Объединив формулы 1 и 2 получаем Р В , По справочной таблице 1 производится выбор условий испытаний (в данной работе используются образцы толщиной более 6 мм. Таблица 1 – Справочная таблица Нагрузка Р,кг Толщина образца, мм Диаметр шарика D, мм Для стали и чугуна Для латуни и бронзы Более 6 От 6 до 3 Менее 3 10 5 2,5 3000 750 167,5 1000 250 62,5 На практике для определения твёрдости пользуются готовыми таблицами, в которых даны значения Н В для различных диаметров отпечатка. 2.2 Перечень используемого оборудования 2.2.1 Пресс Бринеля ТМ – М 2.2.2 Лупа (микроскоп МБП - 2); 2.2.3 Набор образцов сплавов. 3 Задание 3.1 Самостоятельно изучить методические рекомендации по измерению твердости 3.2 Рассчитать твёрдость различных образцов сталей. 7 4 Работа в лаборатории 4.1 Произвести замеры твёрдости на прессе Бринеля. Положите образец на стол пресса и вращением маховика поджимайте к шарику до тех пор, пока он не коснется ограничителя , центр шарика должен находится от края образца на расстоянии не менее 2,5 α. Нажимая на кнопку , включите электродвигатель 4.2 Замерить отпечаток микроскопом в двух взаимно – перпендикулярных направлениях и определить среднее арифметическое из двух измерений 4.3 Подсчитать число твёрдости по формуле. 4.4 Определить число твердости по справочной таблице 4.5 Данные занести в таблицу 2. 5 Содержание отчёта Отчет должен содержать 5.1 Название работы 5.2 Цель работы 5.3 Перечень используемого оборудования 8 Для измерения U ym необходимо ламповый вольтметр подключить к клеммам Хи У, расположенным на макете. 4.4.4 Определить длину горизонтальной развёртки и длину вертикальной развёртки по миллиметровой сетке, расположенной на экране прибора С1-65А. Полученные результаты записать в таблицу 1. Таблица Результатов измерений. Измерить Вычислить № х B l x, , мм U ym B l y , мм Х, В/мм M y , В/мм D ср , мм H m , А/м B m , Тл μ Определить марку Феррита Исходные данные для расчёта μ определить по таблице. Таблица 2 - Справочные данные Ом R 2 , кОм С, мкФ n 1 , витки n 2 , витки S, см, мм D ВН , мм 10 51 0,047 85 85 20 11 4.4.5 Произвести расчёт S используя данные из таблицы 2. Значениями D ср [ мм вычисляются по формулами 4 D S 2 ср ⋅ π = , (1) 2 D D D вн н cр + = , (2) 41 1) Клеммы Земля и Вход ЗГ», расположенные на макете, подсоединить к клеммам Земля, Вход звукового генератора ГЗ-102. 2) Клеммы Ха также У Земля макета соединить с клеммами Х, У Земля осциллографа. 3) Соединить милливольтметр с клеммами Земля и Вход на макете. Включить все три прибора, дать прогреться в течении 10 минут. Проверить положение ручек и переключателей управления и регулировки на осциллографе С1-56А и генераторе сигналов ГЗ-102. а) переключатель множитель частоты в положение 103; б) предел шкалы U в положение В. Добиться изображения точки на экране осциллографа с помощью рукояток яркость и «фокус».Установить переключатель «развёртка» в положение → Х. Установить переключатель синхронизация в положение внеш 1:1». От звукового генератора подать на первичную обмотку генератора тороида напряжение не более В при ƒ=20 кГц. Путём регулировки усиления с помощью ручек дели переключателя синхронизации внеш 1:1 или 1:10, расположенных на осциллографе, добиться более удобной для наблюдения формы петли гистерезиса на экране осциллографа. 4.4 Порядок выполнения работы 4.4.1 От генератора ГЗ-102 подать на первичную обмотку, тороида напряжение В при ƒ=20 кГц. 4.4.2 Путём регулировки ручек дели переключателя синхронизации внеш или 1:10 прибора С1-65А добиться более удобной для наблюдения формы петли гистерезиса на экране осциллографа и больше эти ручки не трогать, т.к. изменится масштаб изображения на экране. 4.4.3 Входное напряжение U x , подаваемое на макет с исследуемым ферритом и выходное напряжение U y , снимаемое с макета, измерить с помощью милливольтметра В3-38А. Для измерения U ym необходимо ламповый вольтметр подключить к клеммам Земля и «ЗГ», расположенные на макете. 40 5.4 Задание 5.5 Результаты измерения твёрдости, вычислений (заполнить таблицу 2). Таблица 2 – Результаты вычислений твёрдости Материал D шара, мм d отп, мм Р, кг Твердость по таблице, кг/мм 2 Твердость по формуле, кг/мм 2 Сталь 1 Сталь 2 Сталь 3 5.6 Ответы на контрольные вопросы 5.6.1 Указать применяемый в работе индектор (наконечник. 5.6.2 Каковы достоинства метода Бринеля? 5.6.3 Каковы недостатки метода Бринеля? 5.7 Выводы к работе (указать наиболее твёрдые и мягкие образцы. Список литературы 1 Никифоров В.Н. Технология металлов и конструкционные материалы Учебник для средних специальных учебных заведений. 7- е издание, перераб. и допол.– Л Машиностроение, 1968 . - с. 9 → Лабораторная работа № 2 Определение удельного электросопротивления низко и высокоомных проводников 1 Цель работы Научиться определять электрические свойства проводниковых материалов удельное электрическое сопротивление 2 Пояснения к работе 2.1 Краткие теоретические сведения К металлическим проводникам относятся вещества, у которых на энергетической диаграмме валентная зона вплотную примыкает к свободной зоне, те. ширина запрещенной зоны равна нулю. Поэтому все валентные электроны являются свободными и могут перемещаться в пределах твердого тела под действием электрического поля. Однако движение электронов несвободно и сопровождается рассеянием энергии на дефектах кристаллической решетки проводника и на тепловых колебаниях решетки. Способность проводников пропускать электрический ток оценивается величиной удельного сопротивления, которое определяется по формуле (1): l S R ⋅ = ρ , где - удельное электрическое сопротивление, Ом*м; R – сопротивление проводника, Ом S – поперечное сечение проводника, мм м l – длина проводника, мм (м. Металлические проводники по величине ρ могут быть разделены на материалы высокой проводимости (медь, латунь, и др) и материалы высокого удельного сопротивления (нихром, константан, манганин и др. Диапазон электросопротивлений удельных металлических проводников довольно узок от 0,016 для серебра и примерно до 10 мкОм*м для железохромоалюминиевых сплавов, то есть занимает всего три порядка. Удельное сопротивление проводниковых материалов определяется при постоянном или переменном токе путем изменения сопротивления образца. 10 Напряжение звуковой части (20 кГц) подаётся с выхода звукового генератора на первичную обмотку тороида. Последовательно с ней включается резистор R 1 , величина сопротивления которого удовлетворяет условию R 1 < . В этом случае U 1, снимаемое с резистора R 1 , будет пропорциональна току первичной обмотки тороида. Во вторичную обмотку включены резисторы R2 и конденсатор С. Их значения удовлетворяют условию C 1 R 2 ω << и, кроме того При выполнении первого условия C 1 R 2 ω << , ток во вторичной цепи будет совпадать по фазе с ЭДС вторичной обмотки. Напряжение U 2 , снимаемое с ёмкости C, в этом случае будет сдвинуто на 90 0 относительно тока, совпадающего по фазе с ЭДС, индуцируемой во вторичной обмотке. Таким образом, напряжение U 1 , подаваемое на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, будет пропорционален току, протекающему через первичную обмотку исследуемого тороида, те. U 1 будет пропорционален напряженности магнитного поля H. Напряжение U 2 пропорционально магнитной индукции В. Это напряжение поступает на вертикальные отклоняющие пластины. На экране осцилогрофа при включенной горизонтальной развёртке получаем петлю гистерезиса за цикл перемагничивания материала В=ƒ(Н). 4.2 Назначение и технические характеристики приборов электрической установки. Генератор сигналов низкочастотный типа ГЗ-102представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты с малым коэффициентом гармоник. Генератор предназначен для регулирования и испытания высокочастотных акустических трактов, аппаратуры связи и другой аппаратуры, где требуется сигнал с малым коэффициентом гармоник. Генератор может эксплуатироваться при следующих условиях а) температура окружающего воздуха от 278 до 313 Кот до +40 0 С б) относительная влажность допри температуре окружающего воздуха 303 К (+30 С. |