Aparatura – princip měření
Tato úloha je postavena na základním principu měření zatěžovací charakteristiky, který je založen na standardním postupu proměřování závislosti výstupního napětí na odebíraném proudu. V této úloze je zdrojem elektrické energie použit solární článek. Jeho zdrojem elektromotorického napětí je světelná energie, která na něj dopadá. Aby bylo možné sledovat závislost výstupních elektrických veličin na svitu, je solární článek uměle osvícen žárovkou. Výstupný světelný výkon žárovky je možné nastavit na čtyři předem nastavené úrovně. Schéma experimentu zachycuje obrázek číslo 1.
Obr. 1 – Schéma zapojení pro měření zatěžovací charakteristiky solárního článku
V našem vzdáleném experimentu je pro řízení měřicí aparatury použita USB deska K8055 (firma Velleman), která je řízena naší aplikací K8055-MARIE. Obvod žárovky využívá výstupu DA převodníku desky K8055, jehož výstupní proud je posílen zapojením DIY ISES Booster. Světelný tok je usměrněn reflektorem na použitý solární článek – soustava vytvořena na 3D tiskárně (viz obr. 2).
Obr. 2 – Konfigurace soustavy žárovka – solární článek (ještě před nanesením odrazivé vrstvy do reflektoru)
V detekční části aparatury, tedy v obvodu snímání napětí a proudu, je jsou pro získání hodnot elektrických veličin použity moduly
systému ISES (voltmetr a ampérmetr). K tomuto účelu je využito zapojení ISES-ZOMBIE, které umožňuje připojení dvou ISES měřicích modulů k desce K8055.
Obvod osvětlovací žárovky je ještě doplněn o jazýčkové relé, které detekuje procházející proud obvodem žárovky. Stav relé je načítán jedním z digitálních vstupů desky K8055. Pokud dojde k přepálení vlákna žárovky, je tento stav tak detekován na měřicím panelu aparatury.
Obr. 3 – Modul ISES ZOMBIE využitý pro připojení dvou modulů ISES
V roli vzdáleně nastavitelného zatěžovacího reostatu je použita digitální odporová dekáda, které je ovládána osmi digitálními výstupy desky K8055. Jedná se o výkonově uzpůsobenou odporovou dekádu, jejíž odpory je možné připojovat a odpojovat pomocí osmi relé, které jsou řízeny zmíněnými digitálnímu výstupy řídící desky. Díky tomu je možné nastavit pro zatěžovací reostat 256 možných hodnot. To je dostačující množství hodnot pro měření různých výstupních proudů.
Obr. 4 – Modul zatěžovací dekády (tvořen dvojicí desek se čtyřmi relé)
Výše zmíněné funkční bloky měřicí aparatury jsou připojeny k řidicí desce K8055 dle blokového schématu z obr. 5. Pro napájení silových částí úlohy je použit školní zdroj BK126, na němž je přímo připojen modul proudivého posílení analogového výstupu DIY ISES Booster. Stejně jsou tímto zdrojem napájeny cívky osmi relé digitálního reostatu. Naopak vstupní modul ISES ZOMBIE je napájen z upravené desku K8055 – popis této úpravy je posán v článku: ISES – Z.O.M.B.I.E. na našem publikačním webu Fyzikální kabinet FyzKAB.
Obr. 5 – Blokové schéma meřicí aparatury experimentu D.E.V.I.L.
Měřené experimentální hodnoty (elektrické napětí Ucell a proud Icell) jsou načítány a zobrazovány na ovládacím panelu ve webovém prohlížeči na straně klienta. Takto naměřené hodnoty lze ukládat do tabulky a průběžně zobrazovat v grafu. Toto zobrazení slouží především pro orientační kontrolu správnosti naměřených dat, či pro nalezení míst charakteristiky, kde je třeba doměřit potřebná data. Pro kompletní zpracování dle zadaného pracovního úkolu, lze stáhnout do počítače a zpracovat v libovolném tabulkovém kalkulátoru.
Ovládání experimentu
osvitu fotočlánku – pro měření je možné si vybrat jednu ze čtyř úrovní osvitu fotočlánku
zátěž fotočlánku – pro nastavení el. proudu odebíraného z fotočlánku slouží reostat, který můžeme ovládat posuvníkem
experimentální hodnoty – zde se zobrazují naměřené hodnoty el. napětí a proudu, které lze uložit do tabulky
tabulka exp. hodnot – tabulka experimentálních hodnot (el. proud, napětí), se kterými lze nadále pracovat
práce s daty v tabulce – data v tabulce lze zobrazit do grafu, uložit do počítače pro další zpracování, nebo tabulku smazat a naměřit znova
