Stručný popis modulu potenciometrů TMP-1 Obr. 1. Potenciometr je prvek, pomocí kterého se modeluje násobení konstantou. Konstanta musí být menší než 1. Pro konstantu rovnou 1 se používá přímé propojení vodičem. Pro konstantu větší než 1 a menší než 10 se použije konstanta 10krát menší a následně násobení pomocí zesilovače se zesílením 10. Např. konstanta 2,35 je realizována jako 0,235 10. Jeden modul TMP-1 obsahuje 10 přesných lineárních desetiotáčkových potenciometrů ARIPOT16 rozdělených na dvě skupiny po 5. Každý potenciometr má na panelu modulu TMP-1 své 2 zdířky. Vstupní zdířka má oranžovou barvu a je umístěna buď jako horní, nebo levá. Výstupní zdířka je zelená a je buď dolní, nebo levá. Tyto 2 zdířky slouží k zapojení potenciometru ve schématu. Jezdec každého potenciometru je ale ještě vyveden přímo (bez výstupního odporu) na hlavním ovládacím poli (blok oranžových zdířek vpravo dole nad V-metrem). Tyto zdířky jsou určené k nastavení potenciometrů na požadované konstanty. Výstupní odpor každého potenciometru je nastavitelný 3 vnitřními propojkami na 10 k, 100 k a 1 M. Výstupní odpor je ale nastaven pro celý modul jednotně a nastavená hodnota výstupního odporu je napsána na horním okraji modulu. Základní schéma modulu TMP-1 pro 1 potenciometr je uvedeno na obr. 3 vpravo. Přepínací kontakty relé G připojují v režimu Programování napájení potenciometru na počítací napětí +10V (1 Strojová Jednotka) a současně odpojují jezdec potenciometru od dalších obvodů. Současným uzemněním výstupního odporu se zajišťuje správná hodnota zátěže během nastavování potenciometru. Rozmístění zdířek na panelu modulu je patrné z levé části obr. 3. Potenciometry v každé polovině modulu jsou číslovány od 1 do 5. Označení potenciometrů je provedeno písmenem P a dvoumístným číslem. První číslice označuje pořadové číslo pole (pětice potenciometrů) v rámu AP MEDA počínaje 1 vlevo nahoře a s růstem zleva doprava viz obr. 1. Jeden modul TMP-1 zabírá dvě pole v rámu, přičemž horních 5 potenciometrů přísluší polím s lichým číslem, spodních 5 potenciometrů polím se sudým číslem viz obr. 2. Číslování potenciometrů v každé polovině modulu je uvedeno na panelu modulu TMP-1. Druhá číslice znamená pořadové číslo potenciometru (1 až 5), v jedné polovině modulu TMP-1. Např.: označení P52 určuje, že se jedná o potenciometr z 5. skupiny, která je fyzickou součástí 3. bloku (horní polovina 3. bloku TMP-1), a má pořadové číslo 2. Automatizace 4. ročník 1
Obr. 2. Modul TMP-1 Obr. 3. Rozmístění zdířek a základní schéma modulu TMP-1 Automatizace 4. ročník 2
Stručný popis modulu integrátoru a zesilovače TZP-6 Modul TZP-6 obsahuje dvě samostatné funkční jednotky a další potřebné příslušenství. První částí modulu TZP-6 je jednotka operačního zesilovače pro univerzální použití. Základní funkcí je invertující zesilovač s nastavitelným zesílením a z něho odvozený invertující sumátor a invertor. Operační zesilovač je označen písmenem A. Funkce jednotky A je určena zapojením vnějších odporových modulů na příslušné zdířky. Zdířky zesilovače jsou umístěné na druhém řádku: 2 zelené vstupní a 2 červené výstupní. Aby operační zesilovač mohl pracovat jako zesilovač se zesílením ( 1)krát, musí mít zapojen vnější modul zpětnovazebního odporu (mezi zdířkami b2 a c2) a vnější modul vstupního odporu (ve zdířce a2). Standardně jsou použity moduly s odporem 10 kω. Pokud je nutné použít zesílení ( 10)krát použije se ve zpětné vazbě modul s odporem 10krát větším tj. 100 k. Sčítání (sumace) 2 a více signálů se dosáhne zapojením signálů přes shodné vstupní odpory na vstupní zdířky (totéž platí i pro integrátor). Druhou částí modulu TZP-6 je invertující integrátor, jehož operační zesilovač je označen písmenem B. Vstupní a výstupní zdířky jsou umístěny na řádcích 7 a 8. Dvě vstupní zdířky mají zabudovaný i vstupní odpor (zdířky a8, b8 modré barvy). To usnadňuje tvorbu zapojení bez vnějších odporů. Zdířky b4 až b6 a c4 až c6 umožňují volit zpětnovazební kapacitu. Propojkou je zvolen kondenzátor o kapacitě 1 μf a tak spolu se vstupním odporem 1 MΩ nastavuje časovou konstantu integrátoru na 1 s (τ = R C = 1 MΩ 1 μf = 1 s). Kontakty nakreslené ve schématu jsou ovládané podle režimu činnosti AP Meda. Umožňují nastavení počátečních podmínek, spuštění AP do chodu a zastavení chodu s pamětí konečného stavu. Zdířky PNB, WNB, b3, c3, d5, a5, a6 a d6 umožňují složitější využití integrátoru jeho přednastavení, jeho programové ovládání začátku a konce integrace atd. Další zdířky na modulu TZP-6: Žluté zdířky +10V (a1, b1) jsou zdrojem vstupního signálu pro modely (jednotkový skok = Strojová Jednotka). Pro zjednodušení některých modelů je k dispozici i záporná strojová jednotka 10V (c1, d1). Černé zdířky PZ (a3, d3) slouží k propojení modelu s kostrou tj. s absolutní nulou / signálovou zemí AP. Obr. 4. Vstupní odpor zesilovače Obr. 5. Zpětnovazební odpor zesilovače Automatizace 4. ročník 3
Obr. 6. Rozmístění zdířek a základní schéma modulu TZP-6 Automatizace 4. ročník 4
Stručný návod k použití AP MEDA 41TC 1. Zadanou diferenciální rovnici upravte pomocí separace nejvyšší derivace a určete velikost jednotlivých konstant (přenosy potenciometrů) na 3 desetinná místa. 2. Nakreslete schéma řešení upravené diferenciální rovnice a rozvrhněte rozmístění jednotlivých prvků (potenciometrů, zesilovačů a integrátorů) označením podle předního panelu AP MEDA. Potenciometry se označují Pxy kde x = 1 až 8 a y = 1 až 5 (skupiny po 5ti potenciometrech). Potenciometry zapojené před zesilovači se musí volit ze skupin P1y nebo P2y, protože mají nastaven výstupní odpor odpovídající vstupnímu odporu zesilovačů = 10 kω. Potenciometry zapojené před integrátory se musí volit ze skupin P5y až P8y, protože mají nastaven výstupní odpor odpovídající vstupnímu odporu integrátorů = 1 MΩ. Bloky s integrátory se označují B1 až B10 a zesilovače A1 až A10. 3. Naprogramujte předem připravené schéma = zapojte potenciometry, zesilovače, integrátory a další prvky dle schématu. Pokud je potřebné zapojte u integrátorů i počáteční podmínky řešení. Vstupní signál je vždy strojová jednotka = jednotkový skok. Výstupní signál připojte na voltmetr a záznamové zařízení (plotr, osciloskop). 4. Po kontrole zapojení zapněte počítač (tlačítko ~ ) a zkontrolujte, zda postupně zhasnou kontrolní žárovky signalizující přetížení. Tlačítko K (režim Statická kontrola ) nechte trvale zapnuté, což je signalizované jeho podsvícením. Zapněte režim Programování (stiskem tlačítka G. (Pozn.: je nutný lehký stisk, aby tlačítko nezůstalo zamáčknuté). Zkontrolujte aretaci 0 V-metru a hladiny napájení AP. 5. Zjistěte drift nuly kompenzačního můstku (posunutí nuly stupnice). Přepínač rozsahů V-metru přepněte do polohy kompenzace (při každém přepínání odpojujte V-metr!). V tomto režimu pracuje V-metr jako nulový indikátor v diagonále můstku. Připojte V-metr na počítací zem a kompenzačním potenciometrem vyvažte V-metr na nulu. Kompenzační potenciometr je 20tiotáčkový přesný potenciometr se stupnicí vpravo od V-metru - jeho vnitřní stupnice udává desetiny, vnější stupnice setiny a tisíciny SJ. Bílá čísla stupnice jsou záporné, červená kladné hodnoty. Údaj ze stupnice si poznamenejte. V případě, že by na stupnici kompenzačního potenciometru byla při vyvážení nula, je stupnice přesná a nemusí se korigovat. Typicky bývá drift nuly = 0,075. Tato chyba stupnice se musí k nastavovanému koeficientu připočítávat. 6. Nastavte konstanty na potenciometrech pomocí kompenzační metody. Připojte V-metr na příslušnou měřící zdířku potenciometru Pxy (oranžové pole vpravo dole) a na stupnici kompenzačního potenciometru nastavte požadovanou hodnotu (s přičtenou chybou). Otáčením nastavovaného potenciometru Pxy, vyvažte můstek na nulu. Po nastavení všech potenciometrů můstkovou metodou, zkontrolujte jejich nastavení na základním rozsahu 10V. 7. Po naprogramování schéma a nastavení potenciometrů přepněte AP do režimu Přípravy a nastavení počátečních podmínek řešení (stiskem tlačítka P ). 8. Zapnutím režimu Řešení (stiskem tlačítka R ) odstartujte výpočet. Pokud záznamové zařízení nemá autonomní časovou základnu synchronizovanou s řešením úlohy je nutné se stiskem tlačítka R odstartovat i záznamové zařízení. Výsledky výpočtu sledujte na voltmetru a na záznamovém zařízení. Po záznamu požadovaného průběhu zvolte režim Zastavení (stiskem tlačítka Z ). 9. Další postup je možný v postupné volbě režimů Programování, Přípravy, Řešení a Zastavení (tlačítka G, P, R a Z ). Automatizace 4. ročník 5
Stručný návod k použití osciloskopu Rigol Osciloskop Rigol je připraven pro práci v režimu záznamu jednoho průběhu. Toto nastavení vyžaduje procházení jednotlivými menu a navolení příslušných parametrů a proto není vhodné do něho zasahovat. Během práce i po vypnutí je nastavení uchováváno v paměti a po dalším zapnutí se automaticky aktivuje. 1. krok: zapnutí napájení (tlačítko na horní stěně přístroje): po zapnutí napájení je nutné vyčkat, než naběhne měřící systém. 2. krok: připojení Flash paměti: po náběhu systému do USB konektoru připojte Flash paměť. Na monitoru se musí zobrazit zpráva USB device install success. 3. krok: příprava měření: stiskem tlačítka Run/Stop (tlačítko vpravo nahoře) se osciloskop uvede do pohotovosti pro měření s jedním cyklem - na monitoru bliká nápis Wait. 4. krok: měření průběhu: po spuštění AP Meda tlačítkem R (řešení modelu) se spustí i měření na osciloskopu. Po naměření jednoho průběhu se měření automaticky zastaví a osciloskop přejde do režimu Stop. 4. krok: uložení dat: po naměření průběhu se naměřená data uloží na Flash paměť. Stiskem tlačítka Storage se vyvolá nabídka pro ukládání dat. Nastavte formát souboru typu CSV a tlačítkem External a poté tlačítky New a Save uložte data. V připojené Flash paměti se vytvoří nový soubor s názvem NewFile0.csv (pokud se nezadá nový název souboru ručně). Při dalším měření a ukládání dat se nové soubory automaticky postupně číslují. Postup zpracování naměřených dat Získané datové soubory nakopírujte z Flash paměti do pracovního adresáře PC. 1. krok: spusťte MS Excel 2016 a otevřete nový prázdný sešit 2. krok: z menu Data zvolte položku Načíst externí data a z nabídky vyberte možnost Z textu 3. krok: vyberte soubor, který obsahuje naměřená data z osciloskopu (*.csv) 4. krok: V Průvodci importem textu 1/3 zaškrtněte Oddělovač, dále zvolte Začátek importu na řádku 3 a Další 5. krok: V Průvodci importem textu 2/3 zaškrtněte oddělovač Čárka a Další 6. krok: V Průvodci importem textu 3/3 zaškrtněte Obecný formát a v nabídce Upřesnit zvolte oddělovač desetinných míst tečku a Dokončit 7. krok: upravte formát importovaných dat označením obou sloupců v záhlaví a vyvoláním nabídky pravým kliknutím na záhlaví sloupců, ze které vyberte Formát buněk, kde v záložce Číslo vyberte Druh číslo 8. krok: vytvořte graf pomocí menu Vložení, kde vyberte Vložit bodový X, Y graf a z podnabídky Bodový s rovnými spojnicemi 9. krok: upravte data pro zobrazení správného grafu (vymažte část dat, která do grafu nepatří, upravte časovou osu odečtem posunutí tak, aby začínala na 0, vynásobte data 1 pro správnou polaritu, případně převodním koeficientem apod.) Automatizace 4. ročník 6
Ve starších verzích MS Excelu je postup odlišný. Nejdříve se upraví datový soubor osciloskopu: 1. krok: přejmenujte soubory z typu csv na typ txt (např. z NewFile0.csv na NewFile0.txt) 2. krok: otevřete soubor v textovém editoru (nejlépe v Poznámkovém bloku) 3. krok: pomocí menu Úpravy/Nahradit zaměňte, za ; (čárku za středník - zvolte nahradit vše) 4. krok: pomocí menu Úpravy/Nahradit zaměňte. za, (tečku za čárku - zvolte nahradit vše) 5. krok: uložte upravený soubor (obsahuje čísla s desetinnou čárkou oddělená středníkem) Poté spusťte MS Excel, ve kterém z dat vytvoříte grafy. 1. krok: z menu Soubor zvolte Otevřít a zvolte Soubor typu Textové soubory 2. krok: v Průvodci importem dat zvolte typ dat s oddělovačem (zakliknout políčko), začátek importu od řádky 3. a typ souboru 1251 Cyrillic (Windows), na další kartě průvodce zaškrtněte typ oddělovače středník a dokončete import. 3. krok: nastavte formát buněk importovaných sloupečků na obecné číslo 4. krok: z menu Vložit vyberte Graf typu X-Y se spojnicemi a dokončete vložení 5. krok: upravte graf pro jeho další použití v referátu (výběr dat, velikost, popisy os apod.) Stručný návod k použití zapisovače BAK 5T 1. Zvolte rychlost posuvu v časové ose (osa X) na přepínači levého modulu jeho přepnutím na příslušnou hodnotu. Časová základna se ovládá 3 tlačítky. Tlačítko START časovou základnu spouští. Tlačítko STOP časovou základnu zastavuje a tlačítko RESET časovou základnu vrací na počátek souřadnic. 2. Zvolte rozsah rozlišení osy Y přepnutím přepínače pravého modulu na příslušnou hodnotu. Signál z AP přiveďte na zdířky tohoto modulu. 3. Zapněte zapisovač BAK 5T hlavním vypínačem (černé tlačítko uprostřed) se signalizací zapnutí svítící kontrolkou. Světle šedé tlačítko aktivující pohony zapisovače označené symbolem motoru (M), musí být stisknuté. S ostatními ovládacími prvky (potenciometry nastavení okrajů, potenciometry nekalibrovaných rozsahů atd.) zbytečně nemanipulujte. 4. Vložte papír A4 na výšku do polohy kdy levý dolní roh leží na prosvětlené značce. 5. Zapněte elektrostatické přisávání papíru bílým tlačítkem vlevo od vypínače a vyhlaďte položený papír. Zapnuté přisávání je signalizováno svítící kontrolkou. 6. Nastavte počátek souřadnic zápisu pomocí potenciometrů, označených vodorovnými a svislými šipkami a umístěných na levém a pravém dolním okraji středového modulu, na vhodné místo. Přesvědčte se o vhodnosti volby přivedením 1SJ (10V) na vstup Y zapisovače a spuštěním časové základny. 7. Spusťte hrot pisátka do polohy psaní pomocí stisku světle šedého tlačítka se symbolem hrotu. Vícenásobným stiskem tmavě šedého tlačítka vpravo je možné zvolit druh čáry. 8. Odstartujte režim Řešení na AP a současným stiskem tlačítka START časovou základnu. Sledujte průběh záznamu. Po vykreslení řešení zastavte AP. 9. Zvedněte hrot pisátka. Zastavte časovou základnu a vraťte ji na počátek souřadnic. 10. Další záznamy proveďte cyklickým opakováním činnosti od bodu 6. Automatizace 4. ročník 7