Стенд для вимірювання величини ємності конденсаторів за допомогою електронного секундоміра

1. Стенд для вимірювання величини ємності конденсаторів за допомогою електронного секундоміра, який відрізняється тим, що для збільшення точності опосередкованого вимірювання величини ємності за часом розрядки конденсаторів в ньому встановлений електронний секундомір та електронне реле для його комутації. 2. Стенд за п.1, який відрізняється тим, що він більш уніфікований і має декілька варіантів визначення величини невідомої ємності. 3. Стенд за п.1, який відрізняється тим, що для візуалізації процесу розряджання конденсаторів в ньому встановлений світлодіод. Стенд для вимірювання величини ємностей конденсаторів за допомогою електронного секундоміра відноситься до галузі учбових демонстраційних приладів з фізики та електротехніки для вивчення електричних кіл з конденсаторами і може бути використаний в навчальних закладах при проведенні лабораторних робіт з фізичного практикуму та загальної електротехніки. При перевірці розробок корисних моделей по патентному реєстру СРСР за останні тридцять років та реєстрів України та Росії аналогів даній моделі не знайдено. Відомі моделі для вивчення електричних кіл з конденсаторами [Лабораторні роботи з фізики (під ред. Чепуренко В.Г.) -К., с.114., Покровский А.А. Практикум по физике в средней школе, с. 133-136, Буров В.О, Дік Ю.І. Практикум з фізики в середній школі. С.96-99., Республіканський науковотехнічний збірник. Випуск 4. -К. Рад.школа, -с.147149.]. Недоліком цих моделей (схем) є те, що вони мають незначну точність вимірювання, або громіздкі за конструкцією і не візуалізують процес розряджання конденсаторів. Найбільш близьким аналогом по технічній суті є схема для вивчення фізичних властивостей конденсаторів [Республіканський науково-технічний збірник. Випуск 4. -К. Рад. школа, -с. 147-149.], в якій вимірювання величини ємності конденсаторів визначається опосередковано за часом розрядки конденсатора через проміжок керуючий електрод-катод тиристора, але вимірювання часу розрядки у ній здійснюється звичайним секундоміром, що значно погіршує точ ність вимірювань. Крім того, вона має обмежені дидактичні можливості, оскільки у ній не передбачається застосування уніфікованої панелі з набором конденсаторів та вимикачів для різних способів їх вмикання в електричну схему. Крім того, погано візуалізують процес їх розряджання. Мета корисної моделі: збільшення точності вимірювання величини ємностей конденсаторів. Розширення дидактичних можливостей цих вимірювань та візуалізація самого процесу розряджання конденсаторів. Поставлена мета досягається тим, що для збільшення точності вимірювання величини ємності у стенді використовуються електронний секундомір та електронне реле. Розширення дидактичних можливостей забезпечується уніфікованим планшетом з набором вимикачів та конденсаторів. В коло розрядки конденсатора вмикається світлодіод, зміна яскравості та часу світіння якого візуалізує процес розряджання конденсаторів. Робота запропонованого стенду базується на загальновідомому факті прямопропорційної залежності часу розрядки конденсатора або батареї конденсаторів від величини їх ємності, що опосередковано дозволяє за виміряним часом розрядки конденсатора визначити величину його ємності. У запропонованому стенді здійснюється більш точне вимірювання цього часу розрядки за допомогою електронного секундоміра та електронного реле. Крім того, набір конденсаторів С1-СЗ з вимикачами S1-S3 за відомою ємністю одного з конденсаторів забезпечує декілька варіантів визна ео со 9439 чення величини ємностей двох інших конденсаторів, оскільки для їх визначення, крім електронного секундоміра, необхідне застосування розрахункових формул для різних способів з'єднання конденсаторів між собою, що значно розширює дидактичні можливості стенду. Так як розрядка конденсатора або конденсаторів здійснюється через світлодіод, то зміна часу його світіння буде опосередковано визначати величину вимірюваної ємності, а зміна яскравості його світіння буде характеризувати зменшення величини розрядного струму. Стенд виготовлений у вигляді планшету необхідних розмірів, на передній панелі якого зображена його електрична схема та набір елементів, які зображені на Фіг. 1. Призначення окремих елементів буде наступним: - S4 - вимикач (подає напругу живлення на електричну схему); - електронний секундомір - вимірює час розрядки конденсатора або батареї конденсаторів; - К 1.1 - замикачі контакти реле (вмикають в електричне коло на час розрядки конденсаторів електронний секундомір); - К1 - котушка електромагнітного реле (управляє контактами реле К 1.1); - VI - імпульсний діод - забезпечує чітку роботу реле; - VT - транзистор середньої потужності, виконує функції електронного реле; - R1 - резистор (обмежує величину зарядного струму конденсаторів); - R2 - резистор (обмежує величину розрядного струму конденсаторів до номінального для даного типу світлодіоду V2); V2 - світлодіод (візуалізує процес розряджання конденсаторів); - S5 - перемикач (з'єднує конденсатор або батарею конденсаторів з джерелом живлення і з електричним колом їх розрядки); - С1-СЗ - досліджувані конденсатори (величина ємності одного з яких є відомою); - S1-S3 - вимикачі (забезпечують шість варіантів вмикання конденсаторів). Окремі елементи схеми з'єднуються між собою провідниками всередині стенду. Якщо відома величина ємності конденсатора С1, то при розімкнених контактах вимикача S2 та замкнених контактах вимикачів S1, S3 та S4 і положенні перемикача S5 "Зар." він заряджається від джерела живлення через резистор R1. При переключенні перемикача у положення "Розр." він починає розряджатися по колу (+С1, замкнені контакти S3, замкнений контакт перемикача S5, резистор R2, світлодіод V2, проміжок база-емітер транзистора VT, -С). При цьому світлодіод V2 яскраво запалюється, що свідчить про початок розрядки конденсатора СІ, а у колі бази транзистора VT починає протікати струм, достатній для його відкриття. Транзистор VT відкривається і через котушку реле протікає струм, який забезпечує його спрацювання. Контакти реле К 1.1 замикаються і вмикають електронний секундомір. При подальшій розрядці конденсатора С1 величина розрядного струму поступово зменшується, про що опосеред ковано свідчить зменшення яскравості світіння світлодіоду V2. По закінченню процесу розряджання конденсатора С1 світлодіод V2 гаситься, а транзистор VT - запирається. Контакти реле К 1.1 розмикаються і припиняють вимірювання часу розрядки електронним секундоміром. За виміряним часом розрядки конденсатора С1 визначаємо величину ємності, що опосередковано відповідає часу його розрядки на протязі однієї секунди. Розмикаємо контакти вимикача S1 і замикаємо контакти вимикача S2. Виконавши аналогічні дії, вимірюємо час його розрядки, а за ним - і величину ємності конденсатора С2. Для визначення величини ємності конденсатора СЗ необхідно за допомогою вимикачів S1-S3 конденсатори С1 та СЗ або С2 та СЗ з'єднати між собою послідовно і спочатку визначити величину ємності такої батареї конденсаторів, а потім, застосувавши відому розрахункову формулу для послідовного з'єднання конденсаторів, визначити величину ємності СЗ. Одержаний результат вимірювання та розрахунків можна практично перевірити, з'єднавши конденсатори С1-СЗ змішано і, вимірявши електросекундоміром час розрядки такої батареї конденсаторів, визначити величину ємності СЗ і порівняти з результатом, одержаним за допомогою розрахункової формули для змішаного з'єднання конденсаторів. Для збільшення часу розрядки конденсаторів до десяти секунд величини їх номінальних ємностей необхідно вибрати у межах 100-ЗООмкф, а світлодід V2 повинен яскраво світитися при струмі розрядки 2,5мА. Реле може бути типу РЕС-15 і струмом спрацювання 15-20мА. Використання у стенді електронного секундоміра та електронного реле забезпечує збільшення точності опосередкованого вимірювання величини ємності, оскільки при вимірювання часу розрядки одного і того ж конденсатора ємністю 300 мкф таким методом різниця у часі його розрядки становить 0,02с. Наявність у розрядному колі конденсаторі світлодіоду відуалізує процес їх розряджання, а використання планшету з набором конденсаторів С1-СЗ та вимикачів S1-S3 забезпечує декілька варіантів вимірювання невідомих ємностей, оскільки передбачає при цьому не тільки застосування електронного секундоміра, а й використання розрахункових формул для різних способів з'єднання конденсаторів, що значно розширює дидактичні можливості стенду. Джерела інформації: 1. Лабораторні роботи з фізики (під ред. Чепуренко В.Г).-К.: Рад. школа, 1976.-c.114. 2. Покровский А.А. Практикум по физике в средней школе. -М.: Просвещение, 1973. -с. 133136. 3. Буров В.О, Дік Ю.І. Практикум з фізики в середній школі. К.: Рад. школа, 1990. -с.96-99. 4. Республіканський науково-технічний збірник. Випуск 4. -К.: Рад. школа, 1987.-С. 147-149. 5. Калашников С.Г. Электричество. -М.: Наука, 1977.-С147-150. 6. Электротехника (под. ред. Касаткина) -М. Энергоиздат, 1983. -с137. 7. Общая электротехника с основами электроники (под ред. Гаврилюка В.А.).-К.: Вища школа, 1980.-С.15-18. R1 S5 К 1.1 2І VI \S4 ^ Розр. Лг Зар. К1 Електронний секундомір \S3 СЗ 0+ U = 25 - ЗО В VT о Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601