Информационно-измерительная техника

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

А. Д. Никитин

ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ 
ТЕХНИКА

Лабораторный практикум

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
13.03.02, 13.04.02 — Электроэнергетика 
и электротехника

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017

УДК 681.518.3(076.5)
ББК 32.965.07я73-5
          Н62

Рецензенты:
кафедра «Энергетика» УГЛТУ (завкафедрой д-р техн. наук, проф. 
С. М. Шанчуров);
канд. техн. наук, проф. УрГГУ А. И. Евпланов

Научный редактор — д-р техн. наук, проф. С. Е. Щеклеин

 
Никитин, А. Д.
Н62    Информационно-измерительная техника : лабораторный практикум / А. Д. Никитин. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 
64 с.

ISBN 978-5-7996-2043-1

В практикуме приведено описание лабораторных работ по курсу «Информационно-измерительная техника и электроника». В описание включены основные теоретические сведения об используемых средствах и методах измерения, схема экспериментальной установки, методика проведения 
опытов и обработки результатов измерений.

Библиогр.: 8 назв. Табл. 8. Рис. 16. Прил. 1.

Подготовлено кафедрой «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»

УДК 681.518.3(076.5)
ББК 32.965.07я73-5

ISBN 978-5-7996-2043-1 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2017

Оглавление

Общие требования к выполнению лабораторных работ ......... 4

Лабораторная работа № 1 ......................................................... 6
Определение потенциала ВИЭ  
с помощью системы мониторинга ........................................... 6

Лабораторная работа № 2 ....................................................... 14
Определение выработки энергии ФЭС  
с помощью счетчика электрической энергии  
МАяК 101 АРТД ..................................................................... 14

Лабораторная работа № 3 ....................................................... 23
Определение тепловых потерь  
с помощью мультиметра Арра-109 ......................................... 23

Лабораторная работа № 4 ....................................................... 34
Определение тепловых потерь  
с помощью тепловизора Testo 875 .......................................... 34

Лабораторная работа № 5 ....................................................... 45
Определение мощности волновой установки 
с помощью контроллера Аrduino ............................................ 45

Лабораторная работа № 6 ....................................................... 52
Исследование пародинамического контура 
с помощью многоканальной системы  
измерения температуры .......................................................... 52

Список библиографических ссылок ...................................... 60

Приложение
Образец оформления титульного листа отчета ...................... 61

Общие требования  
к выполнению лабораторных работ

Л

абораторные работы выполняются студентами в составе групп по 2–3 человека. По результатам выполнения 
каждый студент оформляет индивидуальный отчет по лабораторной работе. При защите отчета студент устно отвечает 
на один или несколько контрольных вопросов.
Отчет должен быть выполнен качественно, без опечаток, 
с единым форматированием. Оформление отчета соответствует 
ГОСТ 7.32–2001. Требования к оформлению отчета следующие:
· шрифт — Times New Roman;
· кегль текста — 14;
· интервал между строками — 1,5;
· абзац начинается с отступа (красной строки) размером 
1,25 см;
· интервалы перед абзацем и после него отсутствуют;
· выравнивание — по ширине;
· поля страницы: верхнее и нижнее — 2 см, левое — 3 см, 
правое — 1,5 см.
На все рисунки и таблицы должна быть ссылка в тексте, например: «схема изображена на рисунке 1» или «результаты занесены в таблицу 3». Подписи рисунков и заголовки таблиц 
должны располагаться на одной странице с рисунком и таблицей. Рисунок и подрисуночная подпись выравниваются по центру страницы. Образец подписи: «Рисунок 1 — Название рисун

Общие требования к выполнению лабораторных работ 

ка». Заголовок таблицы выравнивается по ширине, начинается 
с абзацного отступа. Образец заголовка: «Таблица 1 — Название таблицы».
Формулы располагаются в отдельной строке, выравниваются 
по центру страницы и имеют номер в круглых скобках по правому краю страницы. При расчетах сначала записывается формула, затем производится подстановка численных значений, затем пишется результат вычислений.
При записи результата измерения сначала округляется абсолютная погрешность до одной значащей цифры, затем результат измерения округляется до порядка значащей цифры 
погрешности.
Образец оформления титульного листа приведен в приложении.

Лабораторная работа № 1

Определение потенциала ВИЭ  
с помощью системы мониторинга

Цель рабОты:  определить потенциал солнечной и ветровой 
энергии с помощью системы мониторинга 
установок ВИЭ.

Описание системы мониторинга установок ВИЭ

Система мониторинга установок ВИЭ осуществляет сбор, 
хранение, обработку и передачу данных о параметрах установок ВИЭ и погодных условиях. Существует возможность получения данных о работе установок и погодных условиях в режиме 
реального времени с помощью «монитора» системы. Возможно видеонаблюдение за работой установок ВИЭ.
Система мониторинга рассчитана на подключение следующих установок: фотоэлектрической станции и метеостанции 
DAVIS VANTAGE PRO 2, расположенных на крыше 8 учебного корпуса (ул. Софьи Ковалевской, 5); ветроэнергетической 
установки, солнечного коллектора, теплового насоса, биоэнергетической установки и солнечного концентратора, размещенных в мастерских кафедры АС и ВИЭ. Для солнечного концентратора предусмотрен переносной блок, передающий данные 
по беспроводной сети. Схема системы мониторинга установок 
ВИЭ показана на рис. 1.1.

Определение потенциала ВИЭ с помощью системы мониторинга 

ÑÊîíö

ÒÍ

ÑÊ

ÂÝÓ

ÁÃÓ

ñRIO

ñRIO

ñRIO

ñRIO

ñRIO

Switch

Switch

ÔÝÑ
ñRIO
Ìåòåî

Ñåðâåð

Ìàñòåðñêèå
8 ó÷åáíûé êîðïóñ

Wi-Fi

Wi-Fi

Рис. 1.1. Схема системы мониторинга установок ВИЭ

Как видно из рис. 1.1, система мониторинга состоит из двух 
узлов, один из которых расположен в мастерских, а другой — 
в здании 8 учебного корпуса. Узел состоит из отдельных для 
каждой установки точек сбора информации. Каждая точка состоит из платформы National Instruments cRIO (Compact Reconfigurable Input Output) и подключенных к ней датчиков. Для 
связи между узлами используется Wi-Fi канал. Узел в 8 учебном корпусе подключен по внутренней ЛВС к серверу системы мониторинга.
Программируемая платформа National Instruments CompactRIO представляет собой многофункциональную встраиваемую 
платформу для сбора данных и управления, основанную на технологии реконфигурируемого ввода/вывода RIO (рис. 1.2). 
Она состоит из модулей ввода/вывода и шасси со встроенной 
программируемой логической интегральной схемой (ПЛИС) 
и контроллером реального времени [1]. ПЛИС обеспечивает 
параллельную обработку данных, полученных от датчиков через модули ввода/вывода. Настройка обработки выполняется с помощью среды LabVIEW. Контроллер используется для 
управления обработкой данных, хранения ее результатов в энергонезависимой памяти и их передачи на сервер. Модули ввода/вывода служат для подключения датчиков и согласования 
их сигналов с ПЛИС.

Лабораторная работа № 1

Рис. 1.2. Внешний вид платформы National Instruments CompactRIO

Принцип действия системы мониторинга следующий. Информация от датчиков собирается и обрабатывается платформами cRIO и передается на сервер для хранения. Для получения 
данных необходимо зайти через интернет в хранящийся на сервере архив системы и сделать запрос. В результате запроса выводится таблица данных, которую можно сохранить в Microsoft 
Exсel, и строится график.

Порядок выполнения работы

1. Выполнить вход в архив системы мониторинга по адресу 
http://212.193.88.191:8648/. Рабочее окно архива системы мониторинга показано на рис. 1.3.
2. Изучить схемы размещения датчиков на установках ВИЭ. 
Для показа схемы необходимо щелкнуть по иконке с вопросительным знаком в правом верхнем углу списка установленных 
датчиков.

3. Получить данные о приходе солнечной радиации и скорости ветра в заданный период времени. Выбрать в разделе «Метеостанция» датчики «Скорость ветра» и «Солнечная радиация», 
установить заданный временной интервал, задать частоту филь

Определение потенциала ВИЭ с помощью системы мониторинга 

трации измерений равной одному часу, щелкнуть по иконке 
«Показать» в окне для выбора временного интервала (рис. 1.3). 

Рис. 1.3. Рабочее окно архива системы мониторинга:

1 — место для отметки выбора датчика, 2 — иконка вызова схемы размещения 
датчиков на установке, 3 — окно для установки временного интервала и частоты измерений

В результате запроса появятся таблица и график (рис. 1.4). 
График находится под таблицей, для просмотра графика необходимо прокрутить страницу вниз. Для отображения показаний 
датчиков на протяжении всего временного интервала необходимо полностью раздвинуть полосу над графиком или щелкнуть по надписи «Show all» (рис. 1.4). При наведении стрелки 
мыши на точку на графике появится значение параметра в данной точке и единица измерения. По значению параметра можно определить, какая шкала относится к данной кривой (возможно несовпадение цвета точек на графике и цвета шкалы).

Лабораторная работа № 1

Рис. 1.4. Результат запроса

4. Сохранить таблицу данных в Microsoft Exсel, вычислить 
потенциалы солнечной и ветровой энергии. Потенциал солнечной энергии Wсолн, кВт∙ч/(м 2 ∙ сут), вычисляется по формуле:

 
W
Р
солн
ср.сут
сут
=
Чt
, 
(1.1)

где Рср.сут — средняя за сутки мощность солнечного излучения, 
кВт/м 2; τсут = 24 ч — число часов в сутках.
Потенциал ветровой энергии на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению ветра, Wв, Вт ∙ ч/(м 2 ∙ сут), 
вычисляется следующим образом:

 
W
v
в
ср
сут
=
Ч Ч
Ч
1
2

3
r
t
, 
 (1.2)

где ρ = 1,226 кг/м 3 — плотность воздуха; ν 3
ср — среднесуточная 
скорость ветра, м/с.

5. Построить график обеспеченности солнечной энергией и график обеспеченности ветровой энергией для заданного периода. При построении графика результаты расчетов по