Автоматизированный лабораторный комплекс для проведения лабораторной работы по физике АЛКМ-1

Комплекс АЛКМ-1 создан по заказу МФТИ. Экспериментальная установка для измерения намагниченности, которая использовалась в учебном процессе, автоматизирована на современном уровне электронной техники.

В лабораторной работе используется магнитометр с вращающимся образцом. При вращении поле рассеяния, обусловленное намагниченностью вращающегося образца, создает переменный магнитный поток в расположенных поблизости двух парах измерительных катушек. Переменное напряжение, индуцируемое в катушках, пропорционально намагниченности образца. Постоянное магнитное поле создается соленоидом, температура образца контролируется образцовым платиновым термометром сопротивления, электрический нагреватель позволяет изменять температуру рабочего объема.

Управление магнитометром и регистрация данных осуществляется при помощи автоматизированного лабораторного комплекса модели АЛКМ-1, состоящего из двух модулей и персонального компьютера. Первый модуль включает в себя блок усиления и детектирования сигнала, блок управления магнитным полем, блок стабилизации частоты вращения двигателя. Второй модуль включает блок регистрации и управления температурой.

Для обеспечения стабильности вращения вала электродвигателя магнитометра в процессе эксперимента используется схема стабилизации частоты вращения, состоящая из преобразователя частота-напряжение и источника тока двигателя с отрицательной обратной связью. При отклонении частоты вращения вала от эталонной блок стабилизации частоты вращения компенсирует уменьшение (увеличение) частоты соответствующим увеличением (уменьшением) напряжения питания электродвигателя.

Измеряемый переменный сигнал с выхода приемных катушек подается на вход прецизионного усилителя переменного напряжения с регулируемым коэффициентом усиления (1, 10, 100 и 1000). Детектированный сигнал, пропорциональный намагниченности образца, подается на 16-битный аналогово-цифровой преобразователь. После этого информация об амплитуде поступает на контроллер порта RS232 и передается в компьютер. Постоянное магнитное поле в рабочем объеме магнитометра создается при помощи соленоида, питаемого от программируемого источника тока (максимальный ток 200 мА).

Измерение температуры образца осуществляется при помощи образцового платинового термометра сопротивления (R(273,15 K)=100 Ом) на постоянном токе 100 мкА. Высокая точность измерения температуры (на уровне 0,02-0,03 K) достигается путем использования схемы на основе 16-битного аналогово-цифрового преобразователя.

Температура образца визуально контролируется на дисплее модуля регистрации и управления температурой комплекса АЛКМ-1. Перестройка температуры осуществляется изменением величины тока через нагреватель (0-2 А) с использованием программируемого источника тока на основе 16-битного цифро-аналогового преобразователя.

Блок-схема автоматизированного лабораторного комплекса модели АЛКМ-1

Основные элементы и органы управления автоматизированным лабораторным комплексом модели АЛКМ-1

1. Выключатель питания
2. Цифровое табло частоты
3. Ручка подстройки частоты вращения вала двигателя
4. Цифровое табло намагниченности (значения в В)
5. Тумблер переключения режима развертки тока соленоида (ручной/автоматический)
6. Индикатор ручного режима развертки тока соленоида
7. Цифровое табло тока соленоида (значения в А)
8. Разъем соединения с двигателем и оптопарой
9-10. Симметричный вход усилителя переменного напряжения
11. Индикаторы коэффициента усиления (4 шт.)
12. Кнопки переключения коэффициента усиления (4 шт.)
13. Индикатор автоматического режима развертки тока соленоида
14. Потенциометр ручного режима развертки тока соленоида
15. Разъем соединения с соленоидом
16. Цифровое табло температуры (значения в К)
17. Тумблер переключения режима развертки тока нагревателя (ручной/автоматический)
18. Индикатор ручного режима развертки тока нагревателя
19. Цифровое табло тока нагревателя (значения в А)
20. Разъем соединения с термометром
21. Индикатор автоматического режима развертки тока нагревателя
22. Потенциометр ручного режима развертки тока нагревателя
23. Разъем соединения с нагревателем

Програмное обеспечение

Для управления комплексом АЛКМ-1 используется программное обеспечение, разработанное на базе пакета LabWindows CVI 8.1 (National Instruments), которое позволяет регулировать токи соленоида и нагревателя, включая изохронные режимы развертки, переключать коэффициенты усиления сигнала, осуществлять сбор и запись данных на жесткий диск, а также представлять экспериментальные данные на графике в режиме реального времени.

 

Иллюстрации