Измерительный модуль для измерения напряжения

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например для измерения напряжения в двух режимах - в электрических цепях постоянного и переменного тока, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин. Измерительный модуль, содержащий разъёмный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, в которых корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен в виде провода с двумя щупами, при этом печатная плата снабжена делителем и усилителем, расположенными между сенсором и микроконтроллером, а измерительный модуль снабжен аналоговым (IDC) разъемом для подключения к плате открытой архитектуры, размещенным в дополнительном отверстии корпуса. Техническим результатом является повышение универсальности и многофункциональности, с возможностью проведения различных демонстраций и изменения условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов. 3 ил.

 

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например для измерения напряжения в двух режимах - в электрических цепях постоянного и переменного тока, применяемых в системах средств обучения, в том числе, при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин.

Из области техники известно устройство для исследования закона сохранения кинетического момента механической системы, содержащее основание, установленную в основании с возможностью вращения вокруг вертикальной оси симметричную рамку с вертикальными стойками и механизм создания кинетического момента, включающий в себя тело вращения, установленное в корпусе, который посредством горизонтальных полуосей шарнирно закреплен в вертикальных стойках рамки, электродвигатель, датчики угловых скоростей с блоком питания датчиков и электродвигателя, блок регистрации и обработки сигналов датчиков, в качестве блока регистрации и обработки сигналов датчиков применен персональный компьютер с аналого-цифровым преобразователем (см. патент на полезную модель RU №183308, Кл. G09B 23/10, он. в 2018 г.). Данное устройство смонтировано на основании - платформе с вертикальными стойками и снабжено электродвигателем, датчиками угловых скоростей, блоком обработки данных с возможностью подключения к компьютеру. Это устройство обеспечивает регистрацию угловых скоростей посредством датчиков и количественного сравнения результатов экспериментов с теоретическими расчетами, однако оно не предназначено для исследовательских работ.

Известен герконовый датчик к комплекту для демонстрации законов механики, включающий корпус с магнитом, служащим для взаимодействия с магнитной полосой, закрепляемой на несущей скамье, входящей в состав комплекта, и расположенный внутри корпуса геркон, при этом корпус герконового датчика состоит из опорной части, на которой закреплен упомянутый магнит и которая выполнена с возможностью обеспечения стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи комплекта при установке его на упомянутой магнитной полосе, и из несущей части в виде капсулы, вытянутой в осевом направлении, замкнутая внутренняя осевая полость которой служит для размещения геркона, а несущая часть в поперечном сечении имеет конфигурацию, при которой обеспечена возможность стабильного срабатывания геркона при расположении инициирующего магнита с любой точки периметра несущей части (см. патент на изобретение RU №2460146, Кл. G09B 23/06, опубл. в 2012 г.). Этот датчик имеет достаточно узкую сферу применения.

Известен датчик (измерительный модуль), включающий разъемный корпус, в котором установлена электронная плата, чувствительный элемент, установленный в специальном отверстии корпуса и связанный с электронной платой, при этом корпус имеет разъем для соединения с интерфейсным кабелем компьютера, отверстие с гайкой для крепления корпуса и магнитную полосу на его нижней плоскости (см. патент на полезную модель RU №93565, кл. G09B 23/00, опубл. в 2010 году). Корпус такого датчика (измерительного модуля) является удобным для размещения в нем чувствительного элемента и проведения разных измерений. Однако в современных условиях проведение лабораторных работ предполагает использование измерительного модуля в системах управления измерениями, что не предусмотрено в известном датчике.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является измерительный модуль, включающий снабженный отверстием корпус, в котором расположена снабженная соединительным проводом печатная плата, на которой смонтированы электронные компоненты, при этом корпус состоит из основания и крышки, причем основание корпуса выполнено плоским, а его наружная поверхность снабжена магнитной пластиной, а на внутренней поверхности по контуру выполнен направляющий элемент, и закреплены ложементы для источников питания, а между ложементами выполнены с резьбовым осевым отверстием трубчатые стойки, на которых закреплена печатная плата, соединительные провода которой соединены с входным разъемом и/или чувствительным измерительным элементом, фиксируемым в ложементе фиксатора, закрепленного на основании, печатная плата включает порт для подключения к компьютеру, при этом крышка выполнена двояковыпуклой и состоит из двух частей, носовой и взаимодействующей по линии разъема основной части, причем носовая часть снабжена не менее чем одним окном, для выхода чувствительного элемента и/или входного разъема, а по контуру основания носовой части крышки выполнен направляющий элемент, а внутри основной части крышки выполнены упоры-фиксаторы, прижимающие источники питания, а в задней зоне основной части крышки выполнено окно для соединения порта с USB компьютера, причем контур основной части крышки снабжен направляющим элементом, взаимодействующим с опорным элементом носовой части крышки и направляющим элементом плоского основания (см. патент RU №2570216, кл. G12B 9/02, опубл. в 2015 году).

Техническая проблема заключается в том, что описанные устройства не предназначены для решения исследовательских задач, они не дают возможности управления процессом исследования и изменения условий исследования. В них остается нерешенной задача объединения вопросов одновременного изучения физики, механики и электроники на одной универсальной базе. Решение данной задачи не должно ограничиваться только возможностью обучения, оно должно давать возможность проводить различные демонстрации и ставить эксперименты.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности и многофункциональности измерительного модуля с возможностью проведения различных демонстраций и изменения условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в измерительном модуле для измерения напряжения, содержащем разъемный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен в виде провода с двумя щупами, при этом печатная плата снабжена делителем и усилителем, расположенными между сенсором и микроконтроллером, а измерительный модуль снабжен аналоговым (IDC) разъемом для подключения к плате открытой архитектуры, размещенным в дополнительном отверстии корпуса.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема управления измерительного модуля с сенсором напряжения. На фиг. 2 - то же, внешний вид в сборе измерительного модуля с сенсором напряжения. На фиг. 3 изображена система управления измерениями с измерительным модулем, условно подключенным к исследовательскому оборудованию.

Изображенный на фиг. 1 и 2 измерительный модуль может быть использован для измерения напряжения в двух режимах - в электрических цепях постоянного и переменного тока, благодаря подключению к системе управления измерениями, использоваться в учебном или исследовательском оборудовании с управляемыми элементами, а также для проведения занятий в интерактивном режиме.

Измерительный модуль для измерения напряжения, представленный на фиг. 1 и 2, содержит разъемный корпус 1, состоящий из основания 2 и крышки 3 с разными элементами фиксации. Корпус 1 содержит гайку (на рисунке не показано) в гнезде (на рисунке не показано) основания 2, предназначенную для установки оси крепления модуля в штативе (на рисунке не показано). Внутри основания 2 размещена печатная плата 6 с микроконтроллером 7, включающим аналогово-цифровой преобразователь 8, блок 9 математической обработки, блок 10 калибровки, блок 11 преобразователя USB. В измерительном модуле предусмотрено использование блока радиоканала (на рисунке не показано). На корпусе 1 имеются отверстие 12 (изображено на фиг. 3) для установки USB разъема 13 (изображено на фиг. 1), связанного с блоком 11 микроконтроллера 7, и дополнительное отверстие 14 (изображено на фиг. 3) с аналоговым (IDC) разъемом 15 (изображено на фиг. 1) для подключения к внешним устройствам, например, плате 16 открытой архитектуры (см. фиг. 3), связанным с микроконтроллером 7. Также корпус 1 оснащен отверстием 17 для вывода провода 18 напряжения, на конце которого размещено два щупа 19, сенсора 20. Провод 18 подключен к печатной плате 6 с делителем 21 и усилителем 22, расположенными между сенсором 20 и микроконтроллером 7. USB разъем 13 предназначен для подключения к внешним устройствам, например к компьютеру 25. В измерительном модуле предусмотрено использование блока радиоканала 26 (см. фиг. 3). Сигнал блока радиоканала 26 можно подавать на разные внешние устройства, например, на мобильное устройство 27. На внешней стороне основания 2 корпуса 1 может быть расположена магнитная полоса (на рисунке не показано) для прикрепления к металлическим и намагниченным поверхностям.

Встроенный в систему управления измерениями измерительный модуль используют следующим образом. Данный измерительный модуль предназначен для измерения напряжения в двух режимах в электрических цепях постоянного и переменного тока. Щупы 19 подключают, например, к электродвигателю 28. После прохождения сигнала через делитель 21 и усилитель 22 он поступает в микроконтроллер 7. Оцифрованный сигнал попадает через USB разъем 13 к компьютеру 25 и через аналоговый (IDC) разъем 15 к плате 16 открытой архитектуры. Плата 16 открытой архитектуры связана с электродвигателем 28. На плату 16 открытой архитектуры системы управления измерениями через аналоговый (IDC) разъем 15 подают сигнал, который поступает от щупов 19 сенсора 20. Плата 16 открытой архитектуры меняет подаваемое на электродвигатель 28 напряжение (на рисунке не показано). Сигнал от щупов 19 сенсора 20 об измененных показателях напряжения попадает на компьютер 25 и на плату 16 открытой архитектуры. Имея обратную связь с результатами измерения, можно дальше изменять напряжение и получать на мониторе компьютера 25 разные значения в экстремумах, а также изучать влияние изменения напряжения на работу электродвигателя 28.

Исследовательское оборудование, предназначенное для использования данного измерительного модуля, может быть различным. Конструкция измерительного модуля для измерения напряжения позволяет его применять в различных исследовательских схемах и управлять проведением исследований, изменяя исходные и выходные параметры. Исследовательское оборудование может иметь стойки с каретками, на которых можно располагать элементы воздействия на оборудование, связанные с системой управления измерениями (на рисунке не показано). На отдельной площадке можно закреплять измерительные модули, связанные с системой управления измерениями.

Такое оборудование может быть использовано в наборе-конструкторе для изучения электроники, физики и механики, а также для проведения различных исследований, объединяя в себе задачи по механической сборке корпусных элементов, монтажу электрических схем, с использованием модулей для измерения различных показателей, цифровой обработки их сигналов, взаимодействию различных элементов комплекта посредством проводного протокола, а также взаимодействия комплекта в целом с системой управления измерениями. Исследовательское оборудование можно использовать в школах, средних учебных заведениях и в высшей школе, а также при проведении различных научных экспериментов. Плата 16 открытой архитектуры обеспечивает управление электродвигателем 28 (или другим исполнительным устройством) для получения различных показателей с использованием вышеописанных измерительных модулей, оснащенных аналоговыми (IDC) разъемами 15 и USB разъемами 13. Благодаря наличию этих разъемов в измерительных модулях и возможности подключения к системе управления измерениями, школьники, студенты и исследователи имеют средства для перехода на новый уровень проведения экспериментов и различных демонстраций - это интерактивное изменение условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности и многофункциональности измерительного модуля с возможностью проведения различных демонстраций и изменения условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов.

Измерительный модуль для измерения напряжения, содержащий разъемный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен в виде провода с двумя щупами, при этом печатная плата снабжена делителем и усилителем, расположенными между сенсором и микроконтроллером, а измерительный модуль снабжен аналоговым (IDC) разъемом для подключения к плате открытой архитектуры, размещенным в дополнительном отверстии корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области учебного оборудования и касается конструкции измерительных модулей, например температуры на основе использования термопары хромель-алюмель, применяемых в системах средств обучения, в том числе при проведении лабораторных работ с системой управления измерениями в средних общеобразовательных и высших учебных заведениях, а также при проведении исследовательских работ, оно может быть использовано при изучении физики, акустики, механики, термодинамики, электроники и других учебных дисциплин. И представляет собой измерительный модуль, содержащий разъёмный корпус с элементами фиксации, расположенной в нем печатной платой с микроконтроллером, отверстием в корпусе с размещенным в нем сенсором, связанным с микроконтроллером, и другим отверстием в корпусе с размещенным в нем USB разъемом, связанным с микроконтроллером, в которых корпус снабжен дополнительным отверстием, а сенсор выполнен на основе термопарного чувствительного элемента, расположенного на конце отрезка термопарной проволоки, заключенной в термостойкую изолирующую оболочку.

Изобретение относится к учебным приборам и касается конструкции съемных мобильных компактных измерительных модулей, применяемых при проведении лабораторных работ. Съёмный мобильный компактный измерительный модуль, включающий компактный корпус с элементами механического и электрического присоединения к мобильному автономному электронному устройству, включающий разъём и держатель, расположенные в корпусе чувствительный элемент и электронную плату с аналогово-цифровым преобразователем, выполнен с возможностью управления посредством программы этого мобильного автономного электронного устройства и графического отображения полученных цифровых данных.

Изобретение относится к приборам для изучения процессов пылеобразования. Технический результат заключается в повышении универсальности и многофункциональности исследовательской установки.   Измерительный модуль содержит корпус с входной и выходной зонами, микроконтроллер, соединенные с ним первичный преобразователь, имеющий корпус с входным и выходным отверстиями, крыльчаткой, лазером и фотодиодом, и выходной интерфейс, при этом корпус измерительного модуля снабжен перегородкой для разделения входной и выходной зон, причём выходной интерфейс снабжён USB разъемом, связанным с микроконтроллером, и аналоговым (IDC) разъемом для подключения микроконтроллера к внешним устройствам, при этом входное отверстие первичного преобразователя расположено во входной зоне измерительного модуля, а выходное отверстие в выходной зоне измерительного модуля, при этом первичный преобразователь снабжен оптическим замком, выполненным в виде перегородок из светопоглощающего материала, разделяющих крыльчатку, лазер и фотодиод.

Изобретение относится к области учебного оборудования, в частности к конструкции измерительных модулей для измерения температуры от -20 до +110°С, применяемых в системах обучения. Технический результат заключается в повышении универсальности и многофункциональности измерительного модуля.

Изобретение относится к области механики и является устройством (прибором) для изучения механических взаимодействий физических тел, а именно частично упругих ударных взаимодействий в системе из трех тел. Устройство состоит из опирающейся на горизонтальную поверхность тележки - базы - и двух равных по массе разгонных блоков, синхронно перемещающихся по плавным переходам, образованным вертикально закрепленными на тележке стенками, имеющими симметрично расположенные криволинейные участки, обеспечивающие поворот разгонных блоков на 90° и переходящие в прямолинейные участки, при этом разгонные блоки оборудованы равными по параметрам радиоуправляемыми электродвигателями с приводом на колеса, опирающимися на тележку, а с помощью опорных роликов опирающимися на внутренние поверхности стенок плавных переходов, при этом результат обмена импульсами между тележкой и разгонными блоками оценивают по смещению тележки с помощью измерительной шкалы.

Изобретение относится к области механики и может быть использовано для изучения частично упругих ударных взаимодействий в системе из двух физических тел. Устройство состоит из опирающейся на горизонтальную поверхность тележки и стального шара, получающего разгонный импульс при движении по вертикально расположенной закрепленной на тележке трубе.

Изобретение относится к системе рабочих станций учащихся и преподавателя, включающей модульные демонстрационные панели, получающие электропитание от устойчивых к короткому замыканию источников безопасного низкого напряжения, для безопасного проведения экспериментов в школьных классах и учебных заведениях в области физики - электротехники и электрохимии.

Устройство для изучения вращательного движения неголономных систем содержит два полых тонкостенных усеченных конуса, закрепленные на тонкостенной трубке. При вращательном движении устройства осуществляется визуализация его мгновенной оси вращения.

Изобретение относится к области механики и может быть использовано для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях для изучения проекционных задач пространственной геометрии. Представленное устройство материализует в виде учебного пособия известную под названиями - мозаика Вороного, разбиение Вороного, разбиение Дирихле, полигоны Тиссена - математическую модель разбиения поверхности.

Изобретение относится к области механики, в частности к разработке и созданию устройств (приборов) для изучения факторов, влияющих на эффективность рекуперативного торможения. Устройство для изучения рекуперативного торможения, состоящее из тележки с электродвигателем постоянного тока, опирающейся на колеса, два из которых закреплены на оси с возможностью свободного вращения, а третье колесо с помощью передачи любой известной конструкции связано с осью электродвигателя, диаметр этого колеса обеспечивает величину передаточного числа, сопряженную с параметрами электродвигателя, - достижение при максимальных оборотах колеса установленной мощности электродвигателя, при этом разгонный импульс тележка получает при движении по наклонной плоскости, переключение электродвигателя из режима холостого хода в режим генератора осуществляется путем подключения нагрузки, а результат рекуперативного торможения определяют по величине расстояния, на которое перемещается тележка.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров Т-образной схемы замещения (СЗ) однофазных двухобмоточных трансформаторов. Технический результат: повышение точности определения параметров схемы замещения в рабочем режиме.
Наверх