Берілген анықтама кіріс сигналдың шығыс шамаға түрленуін бейнелейді. 3 страница

Қозғалмалы бөлік орын ауыстыруының бағытының сигнал полярлығынан тәуелділігін қамтамасыз ету үшін өлшеуіш механизмнің магниттік тізбегіне тұрақты магниттер енгізіледі. Бұндай электромагниттік механизм поляризацияланған деп аталады. 3.7 суретте бұндай механизмнің құрылымдық схемасы көрсетілген.

Электромагниттік механизмдердің логометрлерінде екі катушка және екі өзек болады(5.4-суретті қара). Өзектер бір осьте бекітіледі. Бір катушка арқылы ағатын I₁, тогы М₁моментін, ал екінші катушка арқылы ағатын I₂тогы М₁-ге қарсы бағытталған М₂моментін тудырады. Токтарды өткізуде қозғалмалы рамка М₁ моменті М₂-ге тең болғанға дейін бұралады, яғни

немесе

;

мұндағы L₁ және L₂ – өзектер жағдайынан тәуелді бірінші және екінші катушкалардың индуктивтігі.

Бұдан қозғалмалы рамканың қозғалмалы рамканың бұралу бұрышы токтар қатынасының функциясы болып табылады:

Электромагниттік механизмдердің жетістіктері:

- конструкция қарапайымдылығы;

- арзандығы;

- жұмыстағы сенімділігі;

- үлкен жүктемелерге төзу қабілеті;

- тұрақты және айнымалы токтар тізбегінде жұмыс істеуі.

Кемшіліктері:

- төмен дәлділік;

- төмен сезімталдылық;

- маңызды қуат тұтынушылығы;

- шкаланың бірқалыпсыздығы;

- магниттік өрістер мен температура ықпалына шалдыққыштығы.

Электромагниттік өлшеуіш механизмді амперметрлер мен вольтметрлер. Электромагниттік амперметрлерде өлшеуіш механизмнің катушкасы тікелей өлшенуші ток тізбегіне жалғанады.

Амперметр шкаласы (25 ¸ 100%) шегінде бірқалыпты, бұл өзек формасын таңдаумен жүзеге асырылады.

0,2 және 0,1 дәлдік класты амперметрлер үшін кері әсер етуші моментті тудыратын серіппе серпімділігінің өзгеруіне шартталған температуралық қателік маңызды болып табылады.

Тұрақты токты амперметрмен өлшеуде өзекті магниттенудің гистерезисінен қателік пайда болады, ол өлшенуші токты үлкейту немесе кішірейту кезіндегі бірдей емес көрсетулерден айқындалады.

Вольтметр керекті өлшеу диапазонын қамтамасыз ету үшін арналған тізбектей жалғанған қосымша кедергілі электромагниттік өлшеуіш механизм болып табылады.

Вольтметрлер кіші өлшеу диапазонында температуралық, ал тұрақты ток тізбектерінде өлшеуде гистерезистік қателікке ие.

Қосымша кедергіні енгізудің әсерінен жиіліктік қателік амперметрлерге қарағанда вольтметрлерде жоғары. 1,0 ; 1,5 ; 2,5 класты қалқандық аспаптар кең таралымға ие. 1500 Гц жиіліктегі 5 мА ден 10 А дейінгі өлшеу диапазонды тасымалдамалы амперметрлер, сондай-ақ 300 А дейінгі ток трансформаторлары қыстырылған және 15 кА дейінгі ток трансформаторлары сыртта орнықтырылған токтардың қалқандық аспаптары шығарылады.

Тасымалдамалы вольтметрлер 600 Гц-ке дейінгі жиіліктер үшін 1,5 ден 600 В дейінгі өлшеу шектерімен, сондай-ақ 0,5 тен 600 В дейінгі қалқандық аспаптар шығарылады.

Частотомерлер. Частотомерлердің жұмыс істеу принципі логометрлік өлшеуіш механизмнің қолданылуына негізделген.

Электромагниттік частотомердің схемасы 5.8-суретте келтірілген..

Жиіліктің өзнеруінде I₁және I₂ токтары әртүрлі өзгереді, өйткені бұл токтар тізбектерінің кедергілерінің сипаты әрқилы. Частотомер тар жиілік диапазондарына шығарылады: 45 – 55 Гц, 450 – 550 Гц, дәлдік кластары1,5 және 2,5.

5.8 сурет - Электромагниттік частотомердің схемасы.

5.4 Электродинамикалық өлшеуіш механизмдер

Электродинамикалық өлшеуіш механизмнің жұмыс істеу принципі екі катушканың магниттік өрістерінің токпен қозғалыссыз және қозғалмалы өзара әсеріне негізделген.

5.9 және 5.10 суреттерде электродинамикалық өлшеуіш механизм және оның структуралық схемасы көрсетілген.

Бұл механизмде тізбектей жалғанған және ауалық саңылаумен бөлінген екі қозғалыссыз катушка (5.9-суретті қара), сондай-ақ 36 осінің көмегімен стрелкамен жалғанған 2 қозғалмалы катушкасы бар.

Қозғалмалы катушка ток кері әсер етуші моментті тудыратын серіппелер арқылы келтіріледі.

Тынышталу ауалық немесе магнитоиндукциондық тыныштандырғышымен тудырылады. Токтардың жүруі кезіндеөлшеуіш механизм катушкаларының орамаларында қозғалмалы бөлікті айналдыратын момент пайда болады. Тогы бар екі катушканың электромагниттік энергиясы:

мұндағы L₁ және L₂ – қозғалыссыз және қозғалмалы катушкалардың индуктивтігі;

M_1,2 – қозғалыссыз және қозғалмалы катушкалардың өзара индуктивтігі;

I₁ және i₂ – катушкалардағы токтар.

Бұл механизмдерде L₁ және L₂ индуктивтігі қозғалмалы бөліктің бұрылу бұрышына тәуелді емес, сондықтан W_ЭМ электромагниттік энергиясының туындысының a ауытқу бұрышы қатынасына тең айналдырушы момент:

Катушка арқылы тұрақты токтардың өтуі кезінде айналдырушы момент:

Катушка арқылы синусоидалық формалы және айнымалы токтардың өтуі кезінде орташа айналдырушы момент:

мұндағы I₁ және I₂ – токтардың әсер етуші мәндері;

y - I₁ және I₂ токтары арасындағы фазалардың ығысу бұрышы.

Айналдырушы мен кері әсер етушінің арасындағы теңдіктен қозғалмалы бөліктің ауытқу бұрышын табамыз.

Тұрақты ток үшін a бұрышы:

Айнымалы ток үшін:

Электродинамикалық механизмдердің логометрлері бір бірімен анықталған бұрышта бекітілген екі катушкадан тұрады. Қозғалмалы катушка токтар моментсіз токөткізгіштері арқылы келтіріледі.

Электродинамикалық өлшеуіш механизмдердің жетістіктері:

- тұрақт және айнымалы ток тізбектерінде 10Гц дейінгі жиілікпен жұмыс істеуі;

- өлшеулердің маңызды дәлдігі;

- көрсетулердің тұрақтылығы.

Кемшіліктері:

- сыртқы магниттік өрістердің ықпал етуі;

- магнитоэлектрлік механизмдерге қарағандағы төмен сезімталдық;

- үлкен меншік тұтынылушы қуат;

- төмен жүктемелік қабілет;

- салыстырмалы күрделі конструкция;

- дайындаудағы қымбаттылық.

5.5 Ферродинамикалық өлшеуіш механизмдер.

Ферродинамикалық жүйе механизмдерінің электродинамикалықтан айырмашылығы қозғалмайтын орамада магниттік парақты материалдан жасалған магнит өткізгіш болады. 5.11. және 5.12. суреттерінде ферродинамикалық өлшеуші механизмінің сызбанұсқасы мен құрылымдық сұлбасы көрсетілген.

Екі магнит өткізгіштігі бар болғандығынан магнит өрісі мен айналу момент біршама өседі. Сол себептен ораманың магнит қозғаушы күші өседі және де механизмнің меншікті қуатпен қоректенуі бірқатар азаяды.

Каркас ішінде индукциялаеған токтар пайда болмас үшін қозғалмалы ораманы каркассыз етіп жасайды.

Ферродинамикалық механизмдер меншікті магнит өрісі өте күшті болғандықтан, магнит өткізгіш былайша айытқанда экран болғандықтан сыртқы магнит өрістері әлсіз әсер етеді.

Тоқтатқыштар магнит индукциялық және сұйықтық болады.

Өзекше бар болуы үлкен қосымша қателік тудырады, ол гистерезиспен түсіндіріледі.

Ферродинамикалық механизмде өзекше электродинамикалық құрышпен немесе пермалойдан жасалған пластинадан жиналған және қателікті азайту үшін бір бірінен ажыратылған, соған қарамастан, берілген механизм электродинамикалықпен салыстырғанда дәлдігі аз.

Электродинамикалық механизмдердің қателік формулалары ферродинамикалық механизмдерге әділ.

Қозғалмалы ораманың ауа кертігінде орын ауыстырады. Ондағы магнит өрісі радиалды және бірқалыпты болса, онда келесі қатынас:

Онда электродинамикалық механизмнің айналу моментінің формуласы берілген жүйе үшін мынандай болады:

;

мұндағы С – аспаптың құрылымен және бірліктер жүйесін таңдаумен анықталған коэффициент;

В₁– I₁ тогы тудыратын магнит өрісінің индукциясы,

q - I₂ және В₁арасындағы бұрыш.

Бұл формулада I₁тогын В₁ индукциясына ауыстырамыз, өйткені олар тура пропорцанал. I₁ тогы мен В₁индукция арасындағы жылжу бұрышы өте аз болғандықтан, айналу моментінің формуласы келесідей болады:

;

Қозғалатын рамканың бұрылу бұрышы тең болады:

;

Жетістіктері:Электродинамикалық өлшеу механизмімен салыстырғанда ферродинамикалық өлшеу механизмнің келесі жетістіктері бар:

- сыртқы магнит өрістер әсеріне сезгіштігі аз;

- қуатпен аз қоректенеді;

Кемшіліктері:

- дәлдігі аз,

- жиілікті диапазоны жіңішке.

Электродинамикалық немесе ферродинамикалық жүйелер негізінде амперметрлерді,егер токтар 0,5А ге дейін өзгергенде, өлшеуіш механизмдерді қозғалмалы және қозғалмайтын орамаларды тізбектей қосады. Сонда I₁=I₂, ал cos j=1, сонда ауытқубұрышы тең болады:

Өлшеу тогымен бұрылу бұрышының сызықты тәуелділігін алу үшін айналу моменттінен орын ауыстыру бұрышымен туындысы сызықтық еместіктерді реттейтін етіп, қозғалмайтын орамаларды орналастырады. Тәжірибе жүзінде ұзындығынан 25 ¸ 100% шегінде шкаласы бірқалыпты.

Токтардың өзгеруі 0,5 А-ден асса, онда қозғалмалы және қозғалмайтын орамаларды тізбектей қосады. Бұл жағдайда орамалар ішіндегі токтардың көп таралып кетуіне пайда болған қателіктерді температуралық және жиіліктік компенсациялаумен қамтамасыз ету керек.

Температуралық қателіктің компенсациясы манганиннен және мыстан жасалған қосымша резиторлардың кедергілерін жинауымен жүзеге асырылады.

Ол резисторлар параллель тармаққа бұл тармақтың кедергі температурасының коэффициенттеріне бірдей болып қосылған.

Жиілік қателіктің компенсациясын сәйкес тармақ сұлбасына қосымша индуктивті ораманы немесе конденсаторларды қосу арқылы жүзеге асырады. Тармақтардағы уақыт тұрақтылары тең болу керек.

Температуралық және жиілік компенсация шарттары орындалған параллель қосылған тізбектер үшін қозғалмалы және қозғалмайтын орамалар ішіндегі токтар тең болады:

мұндағы I –өлшеу тогы.

Ауытқу бұрышының мәні:

Берілген амперметрлерді екі өлшеу диапозонына шығарады. Шектердің өзгеруі орамаларды тізбектей немесе параллель қосу арқылы жүзеге асырылады. Өлшеу шектерін үлкейту үшін өлшеуіш ток трансформаторларын қолданады.

Берілген жүйелерде вольтметрлерде қосымша резистор қолданылады және барлық орамалар мен қосымша резистор тізбектей қосылған қозғалмалы бөліктің ауытқу бұрышы тең болады:

;

мұндағы -аспап тұрақтысы;

Z –вольтметр тізбегін толық кедергісі.

Өлшеу дипазоны аз вольтметрлерде үлкен температуралық қателіктен, орам сандарын азайтып, орама кедергісін азайтады , ол қоректі қуатты көбеюіне әкеледі.

Амперметрлер мен вольтметрлердің негізгі қолдану ауданы - ол 45 тен 1000 Гц жиілік дипазонындағы тұақты айнымалы тізбекке дәл өлшеу жүргізу. Оларды басқа аспаптарды градуирленген үлгілі аспап реттінде қолданылады. Дәлдік класы 0,1; 0,2; 0,5;

Ферродинамикалық аспаптарды ауыр жұмыс істеу жағдайында қолданылады. Олар 1,5 және 2,5 дәлдік класымен – селкілдеу -, - дірілдеу-, және соққыға төзімді етіп шығарады.

Ваттметрлер. Ваттметрлерді қосу тізбегі 5.13 суреттінде көрсетілген.

Сурет 5.13 Ваттметрлерді қосу тізбегі.

Бұл жағдайда қосылмайтын орамалар Z қуатын өлшеу объектімен тізбектей қосылады. R_д қосымша кедергімен қозғалмалы орама тізбектей параллель қосылады. Қозғалатын бөліктің ауытқу бұрышы (тұрақты ток үшін) тең:

;

мұнда – өлшеуіш қуат;

S – сезімталдық.

Қозғалмалы бұрыштың ауытқу бұрышы айнымалы ток үшін тең болады:

Егер g = 0 болса, онда ауытқу актив қуатына пропорционал болады. Бұл тізбекке қосымша резисторге параллель қосылған конденсатор сыйымдылығын келтірумен жасалады. Жиілік өзгергенде конденсатор сыйымдылығын жаңадан таңдау керек.

Жоғары омдық және төменгі омдық жүктеме қуатын өлшейтін ваттметрдің қосылу сұлбасы 4.14 суретте көрсетілген.

а) б)

Сурет 5.14 - Әртүрлі жүктемелер қуатын өлшеу үшін.

а)Жоғарыомдық жүктеме; б) Төмеңгіомдық жүктеме.

Жоғарыомдық жүктеме үшін қуат өлшемінің қателігі тең:

Төменгіомдық жүктеме үшін қуат өлшемінің қателігі тең:

мұндағы P_Iжәне P_U – тізбектей және параллель орамаларға сәйкес келетін қоректі қуат;

P_H – жүктеменің қорек қуаты.

Ваттметрдің тізбек қысқыштардың қосылу тәртібінің өзгеруі қозғалмалы механизм нің ауытқу бағытының өзгеруіне әкеледі. Сондықтан тізбектей және параллел тізбектің бір қысқышы жұлдызшамен белгіленеді.

Жиілікті үшін частотомер қолданылады. Ол электродинамикалық логометрлік өлшеуіш механизмде және 5.15 суретінде көрсетілген.

Б₁ ораманың параметрлерін I₁ тоғы мен U_х өлшенетін жиілік кернеуі арасындағы фазалық жылжу 90° тең етіліп таңдалынады.

5.15 сурет -Электродинамикалық логометрлік ӨМ частотомері.

Қозғалмайтын А орамасын, қозғалмалы Б₂ орамасын және R₂, L₂, C₂ элнменттерін таңдау арқылы тізбекте резонансты кернеуді алады. Ол частотомердің өлшеу диапазонының орта мәніне тең.

Частотомердің тар диапазонында 45 ¸ 55 Гц, 450 ¸ 550 Гц және т. б; 1,0; 1,5 дәлдік класымен өлшеу үшін шығарылады .

Фазометрлерде де логометрлік электродинамикалық механизмді қолдануға болады. ӨМ қосылу схемасы 5.16 суретте көрсетілген.

5.16 сурет – Логометрлік электродинамикалық механизмді фазометр.

Егер I₁=I₂, ал I₁ және I₂ тоқтары арасындағы фазалық жылжу логометрлік механизмнің қозғалмалы орамалар арасындағы бұрышқа тең болса, онда аспаптың қозғалмалы бөлігінің ауытқу бұрышы тоқпен жүктеме Z кернеу арасындағы фазалық ауытқуға тең болады.

Аспаптың шкаласы бұрыш j немесе cosj мәндерінде градуирленген.

Өлшеу диапазонының бұрыш j 0 ден 90° дейін, 0 ¸ 360° және cosj 0 ден 1 дейін орын ауыстыра алатын аспаптар ретінде шығарылады. Дәлдік класы 0,2; 0,5; жұмыс жиілігі 50 Гц.

5.6 Электростатикалық өлшеуіш механизмдер

Электростатикалық өлшеуіш механизмнің жұмыс істеу принципі екі немесе бірнеше зарядталған өткізгіштердің әсерлесуінде негізделген. Сол себептен берілген механизмдер басқа жүйелерге қарағанда, қозғалмалы бөліктің орын ауыстырылуы қосылған кернеу әсерінен орындалады.

5.17 суретте берілген механизмнің бір түрі көрсетілген.

1 – қозғалмалы металл пластиналар жүйесі; 2 – қозғалмайтын металл пластиналар жүйесі

Егер қозғалмалы және қозғалмайтын пластиналарға кернеу қосса, онда олар қарама-қарсы зарядталған заряд болады. Сондықтан қозғалмалы пластиналар қозғалмайтын пластиналарға тартылады. Айналу моменті келесі формулаға тең болады:

;

мұндағы W_Э– электростатикалық өрістің энергиясы;

С – қозғалмалы және қозғалмайтын пластиналар арасындағы электр сыйымдылығы;

U – қозғалмалы және қозғалмайтын пластиналар арасындағы кернеу;

Егер өлшенетін кернеу тұрақты болса, онда айналу моменті келесі формулаға тең болады:

Егер кернеу заңымен өзгерсе, онда орташа айналу моменті төмендегідей анықталады:

;

мұндағы – кернеудің әсер етуші мәні.

Қозғалмалы бөліктің бұрылу бұрышы:

Бұл теңсіздіктен қозғалмалы бөліктің ауытқу бұрышымен кернеу арасындағы тәуелділік сызықты емес. Қозғалмалы бөліктің бұрылысы айнымалы және тұрақты кернеу кезінде бірдей және бұл кернеудегі әсер етуші мән тұрақты тоқ мәніне тең.кернеуден ауытқу a бұрышының сызықты тәуелділігі диапазонының үлкен бөлігі үшін кездейсоқ пішінді қозғалмалы пластиналарды жасау арқылы алады.

Жетістіктері :

- өлшенетін тізбекте аз меншікті қуат қорегі бар;

- тұрақты тоқ кезінде қоректену қуаты нолге тең;

- сигнал түрлерінде жиілік және температураның әсері аз;

- магнит өрісінің әсері жоқ;

- үлкен, ауыр, қымбат, үлкен қуатпен қоректенетін қосымша резисторлармен өлшеуіш трансформаторларды қолданбай, жоғары кернеулерді (жүздеген киловольт) өлшеу үшін вольтметр жасауға болады.

Кемшіліктері :

- аз сезімталдық;

- сыртқы электростатикалық өрістердің әсері.

Электростатикалық өлшеуіш механизмге негізделген вольтметрлер. Өлшеуіш кернеу өлшенетін механизмге беріледі. Әртүрлі өлшеу шектерінде вольтметрлердің өлшеуіш механизмнің коәртүрлі конструкциясы болады.

Кіші және орта кернеуге вольтметрлерде пластиналар арасындағы ауа кертігі аз. Сондықтан байқаусызда болған соққы немесе селкілдету кезінде пластиналарда және өлшеу кернеуінің көзінде қысқа түйісу қаупі бар. Оны болдырмау үшін вольтметрдің ішіне қорғаныс резисторы орналастырылады. Ондай аспаптың схемасы 5.18 суретте көрсетілген.

5.18 сурет – Электростатикалық өлшеуіш механизмді аспаптың схемасы.

Аспапқа 1және 2 қысқыштарына кернеу түсіріледі. С_В – бұл аспаптың ішкі сыйымдылығы.

Жоғарғы жиілікті кернеудің өзгеруі (жүздеген килогерц), қосымша қателікті болдырмау үшін, келесі шарттарды орындау қажет:

- R_З қорғаныс резисторын өшіру керек, яғни аспапқа түсірілетін кернеу 1 және Э қысқыштарына берілу керек;

- сымдардың ұзындығы минималды болу керек.

Электростатикалық вольтметрдің шкаласы 25 ¸ 100% шнгінде бірқалыпты болады.

Ауыспалы кернеуді өлшегенде электростатикалық вольтметрдің өлшеу шнгінің кеңейтілуі С_Д қосымша конденсатордың вольтметрімен немесе белгілі С₁ және С₂ конденсаторлар сыйымдылықтарынан тұратын сыйымдылықты бөлгішті қолдану арқылы жасайды.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒