Берілген анықтама кіріс сигналдың шығыс шамаға түрленуін бейнелейді. 2 страница

4.1 сурет

Орнын басу әдісі – бұл аспап кірісіне өлшенуші шама мен белгілі шаманың кезектеліп қосылуы және баспаптың екі көрсетуі бойынша белгісіз шама мәні бағаланатын әдіс.

Мысал ретінде жоғаррысезімтал гальванометрдің көмегімен кіші кернеуді өлшеуді келтіруге болады.бұнда алдымен белгісіз кернеу көзін қосып көрсеткіш ауытқуы анықталады, содан кейін белгілі кернеудің реттеуші көзінің көмегімен көрсеткіштің сол ауытқуына қол жеткізіледі. Осылайша белгісіз кернеу анықталады.

Сай келу әдісі – бұл өлшенуші шама мен өлшеммен жаңғыртылған шама арасындағы айырымды белгілердің немесе периодтық сигналдардың сай келуінің көмегімен өлшеу әдісі. Бұл әдіс стробоскоптың жыпылықтағыш лампасының көмегімен біліктің айналу жиілігін анықтауда қолданылады. Айналып тұрған бөлшектегі алынған белгілерді лампаның от алу моментінде қадағалай отырып от алу жиілігі мен белгінің ығысуы бойынша бөлшектің айналу жиілігін анықтайды.

4.3 Электрлік шамаларды өлшеммен салыстыру әдісімен өлшеу.

Осы әдістердің негізінде өлшенуші шама мәнін өлшеммен жаңғырылатын шама мәнімен салыстыру жатыр. өлшенуші шама мәндері мен өлшеммен жаңғырылатын шамамәнінің арасындағы қатынас осы екі шаманың мәндері берілетін салыстыру аспабының қатысуымен орнықтырылады. Өлшемдер аз қателікті, сондықтан салыстыру әдістері өлшеудің жоғары дәлшдігін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Салыстыру әдістерін қолданатын аспаптар жоғары метрологиялық сипаттамаларға ие.

Салыстыру аспабына өлшенуші шама мен өлшемнің әсер ету әдісіне қарай барлық әдістер біруақыттық және әруақыттық салыстыру әдістеріне бөлінеді.

Бірмезетті салыстыру әдістері. Берілген әдістердің сипаттамалық белгісі - өлшенуші шама мен өлшеммен жаңғырылатын шаманың салыстыру аспабына бірмезетті ықпал етуі. Ортақ жағдайда өлшенуші шаманың мәні өлшем мәнінен айрықшалануы мүмкін, сонда салыстыру аспабы олардың арасындағы айырымды көрсетеді. Өлшенуші шама мәні жайында өлшем мәні мен салыстыру аспабының көрсетуі бойынша жорылады. Бұндай әдіс дифференциалдықдеп аталады. Дифференциалдық әдістің маңызды қасиеті – салыстыру аспабының дәлдік шарты жүзеге асуы кезінде төмендейді. Өлшенуші шама мәні өлшеммен 1%-ке айырылады деп санайық және осы айырмашылық салыстырмалық қателігі 1% салыстыру аспабымен өлшенсін. Бұл жағдайда өлшеу нәтижесінің қателігі 1%-тен 1% құрайды, яғни 0,01% тең.

Өлшенуші шама мен өлшем арасындағы айырым неғұрлым төмен болса, салыстыру аспабының дәлдік шарты соғұрлым көп жеңілдейді.

Егер өлшеммен жаңғырылатын шаманы реттелетін қылса және оның мәнін өлшеу процесінде өлшенуші шама мәніне тура тең етіп орнықтырса, бұл жағдайда салыстыру аспабы өлшенуні шама мен өлшем арасындағы теңдік фактісін анықтайды. Өлшенуші шама мен өлшеммен жаңғырылатын шама мәнінің арасындағы айырым өлшемді реттеу жолымен нольге келтірілгендегі өлшеммен салыстыру әдісі нольдік әдіс деп аталады.

Нольдік әдіс дифференциалдық әдістің дербес жағдайы болып табылады. Салыстыру аспабы бұл жағдайда салыстырғыш құрылғы деп аталады. Салыстырғыш құрылғы ретінде магнитоэлектрлік жүйе гальванометрі, индикаторлық құрылғылы әрқилы текті күшейткіштер қолданылады. Бірмезетті салыстыру әдістері негізінде өндірісте тұрақты және айнымалы токтағы мосттар мен компенсаторлар түріндегі аспаптар құрастырылып шығарылады.

Әрмезетті салыстыру әдісі. Берілген әдіс салыстыру аспабына өлшеуіш шама мен өлшеммен жаңғырылатын шаманың кезекпен әсер етуіне негізделген. Осылайша салыстыру аспабының кірісіне есте сақталатын өлшенуші шама мәні беріледі, содан кейін өлшенуші алынып тасталады және сол кіріске өлшеммен жаңғырылатын шама мәні беріледі. Алынған мәнді мәні есте сақталған өлшенуші шама мәніне тең болатындай етіп реттейді. Өлшенуші шама мәні жайында көрсетілген теңдік моментіндегі өлшем мәні бойынша жорылады. Берілген әдіс орнын басу әдісі деп аталады.

Бұл әдістің ерекшелігі – оны жүзеге асыруда өлшенуші шама мен өлшем сигналдары өтетін түйіндердің метрологиялық сипаттамаларға жоғары талаптар қойылмайды.

Орын басу әдісіне негізделген аспаптың структуралық схемасы 4.2-суретте келтірілген:

4.2-сурет - Орын басу әдісін қолданатын аспаптың структуралық схемасы

SA1 – кірістердің айырып-қосқышы; К – түрлену коэффициенті К және e нольдік деңгейдегі ығысуға ие түрлендіргіш; SA2 – шығыстың айырып-қосқышы; ЗЭ – есте сақтағыш элемент; СУ – салыстырғыш құрылғы.

СҚ кірісінде сигналдар жоқ болғанда оның шығысындағы сигнал нольге тең болады. СҚ-ның кірістерінің біреуінде сигнал болған жағдайда немесе сигналдар айырымында Z шығыс мәні осы айырымның таңбасы мен шамасына сәйкес келуі керек.

Схеманы қаррастырайық. Бастапқыда SA1 және SA2 айырып-қосқыштарының екеуі де 1 жағдайында болсын, ал ЗЭ элементі тең шаманы есте сақтасын. Содан кейін айырып-қосқыштардың екеуі де 2 жағдайына ауысады және Y шамасының мәні салыстырғыш құрылғы СУ шығысындағы сигналды нольдік мәнге келтіретіндей етіп реттейді. Сонда:

К мен x - Х=Y тең болғанда.Осыған орай К коэффициентінің номинал мәннен ауытқуы және нольдік деңгейдің ығысуы өлшеу нәтижесіне қателік енгізбейді. Берілген әдістің осы қасиеті төмен деңгейлі сигналдарды өлшеуде қолданылады. Орын басу әдісі қазіргі заманғы микроэлементтерде жеңіл жүзеге асады және цифрлық аспаптарда кең қолданылады.

5 ЭЛЕКТРЛІК ШАМАЛАРДЫ АНАЛОГТЫҚ АСПАПТАРМЕН ӨЛШЕУ

5.1 Жалпы мәліметтер

Аналогтық өлшеуіш аспаптар (АӨА) – бұл көрсетулері өлшенуші шамалардың өзгерулерінің үздіксіз функциясы болып табылатын аспаптар.

Аналогтық өлшеуіш аспаптар өндірісте және ғылыми тәжірибелерде кең қолданылады. Бұл олардың бірқатар жетістіктерімен түсіндіріледі. Бұл салыстырмалы қарапайымдылық, арзан бағасы және аналогтық сигналдардың жоғары информативтілігі.

Аналогтық өлшеуіш аспаптарының кемшіліктері – бұл олардың жылдам жұмысы мен кедергіге тұрақтылығын төмендететін қозғалмалы инерциялық бөліктері.

Аналогтық өлшеуіш аспаптарының структуралық схемасы 5.1-суретте келтірілген:

У a L

5.1-сурет - Аналогтық өлшеуіш аспаптарының структуралық схемасы.

Өлшеуіш түрлендіргіш (ИП) - Х кіріс сигналын өлшеуіш механизмге ИМ тікелей әсер ететін У электрлік шамасына түрлендіру үшін арналған.

Өлшеуіш механизмде электрлік энергия қозғалмалы бөліктің орын ауыстыруының механикалық энергиясына түрленеді. Көптеген аналогтық аспаптарда қозғалмалы бөліктің орын ауыстыруы a бұрышына қозғалмалы оське қатысты бұрылуынан тұрады.

Есеп беруші құрылғы (ОУ) көрсеткіш пен шкаладан тұрады. Ол қозғалмалы бөлік бұрыштық орын ауыстыруының көрсеткіш орын ауыстыруына түрленеді. Ол шкаланың бөліктерінде немесе миллиметрлерде өрнектеледі. Осылайша аналогтық өлшеуіш аспаптың сезімталдығы осы түйіндердің сезімталдықтарынан тұрады және мынаған тең:

;

мұндағы S₁, S₂, S₃ - АӨА түйіндерінің сезімталдығы (ИП, ИМ, ОУ)

Қозғалмалы бөлікті көрсетулердің өсуі жағына қарай сағат тілі бойымен бұратып айналдырушы моментті оң деп санаймыз.

Қозғалмалы бөліктің Da бұрышына бұрылуы кезінде өлшеуіш механизм келесі жұмыс жасайды:

A өрісінің күштерінің механикалық жұмысы DW_ЭМ магниттік немесе электрлік өрістерінің энергиясының өзгеруіне тең.

Бұдан өлшеу механизмінің М_ВР айналдырушы моменті:

Айналдырушы момент өлшеуіш механизмнің қозғалмалы бөлігін ол М_ПР кері әсер моментімен теңестірілгенше бұрайды. Кері әсер моменті айналдырушы моментіне қарсы бағытталған және a айналу бұрышына тәуелді.

Кері әсер моментінің құрылу тәсіліне қарай механикалық кері әсер моментті аспаптар мен электрлік кері әсер моментті аспаптарды (логометрлер) айырады.

Аспаптардың бірінші тобында М_ПР кері әсер моменті серіппеліэлементтің көмегімен жасалады. Олар қозғалмалы бөліктің бұрылуы кезінде бұралатын спиральдік серіппе, тартпа және аспа. Осыған орай кері әсер моменті М_ПР :

;

мұндағы W – үлестік кері әсер моменті;

a - рамканың бұрылу бұрышы.

Логометрлерде кері әсер моменті айналдырушы момент құрылатын тәсілмен құрылады.

Айналдырушы моменттің құрылуының негізіне салынған физикалық құбылыстарға қарай аналогтық өлшеуіш құралдар келесі жүйелерге бөлінеді:

- магнитоэлектрлік;

- электромагниттік;

- электродинамикалық;

- ферродинамикалық;

- электростатикалық;

- индукциондық.

5.2 Магнитоэлектрлік өлшеуіш механизмдер

Магнитоэлектрлік өлшеуіш механизмдердің жұмысы тұрақты магнит ағыны мен бұралу рамкасының катушкасы арқылы ағатын токтардың өзара әсеріне негізделген. Пайда болатын айналдырушы момент механизмнің қозғалмалы бөлігін қозғалыссызға байланысты ауытқытады.

Қозғалмалы рамкалы және қозғалмалы магнитті механизмдерді айырады. Көбірек таралған – қозғалмалы катушкалы механизм. 5.2-суретте магниті сыртында орналасқан магнитоэлектрлік өлшеуіш механизмнің құрылымы көрсетілген.

5.2 сурет

5.3 суретте магнитоэлектрлік өлшеуіш механизмнің структуралық схемасы көрсетілген

5.3 сурет

1 – тұрақты магнит; 2 – магнитоөткізгіш; 3 – полюстік ұштықтар; 4 – қозғалыссыз өзек;5 – спиральдік серіппе; 6 – қозғалмалы катушка; 7 – магниттік шунт; 8 – көрсеткіш

Қозғалыссыз өзек пен полюстік магниттер арасындағы ауалық саңылауда бірқалыпты радиал магниттік өріс пайда болады.

6 механизмінің қозғалмалы бөлігі – алюминийден жасалған тірекке оралған жұқа мыс сымнан тұратын тікбұрышты формалы катушка болып табылады. Ол ауалық саңылаудың магниттік өрісінде айнала алады. Шкалалы стрелка немесе көрсеткіш есеп беру құрылғысын құрайды. Магниттік шунт механизмнің ауалық саңылауындағы магнит индукциясын реттеуге арналған.

Өлшеуіш ток рамка орамаларына кері әсер моментін тудыру үшін арналған екі тартпа немесе спиральдік серіппе арқылы келтіріледі. Кері әсер моменті:

Қозғалмалы катушканы іліктіретін электромагниттік өрістің энергиясы

;

мұндағы - қозғалмалы катушканың ағын ілінісі;

В – ауалық саңылаудағы индукция;

S– катушканың активті ауданы;

w– катушка орамаларындағы орамдар саны;

a - катушканың бұрылу бұрышы;

Лездік айналдырушы момент мына формуламен анықталады:

Егер ток синусоидалық ( ) болса, онда лездік айналдырушы момент:

Осы формулаға сай орташа айналдырушы момент бұл жағдайда 0 тең.

Бірақ осы формулаға сәйкес механизм жұмысы w ток жиілігінен және меншік толқулар жиілігінен тәуелді (мұндағы ). Магнитоэлектрлік механизмдері бар өлшеуіш аспаптардың меншік толқулар жиілігі шамамен 1 секундқа тең. Яғни 10 Гц артық жиілікпен кіріс шаманың кез келген амплитудасында сигналды өлшеуде қозғалмалы бөліктің ауытқуы 0 тең. 10 Гц-тен төмен жиілікте қозғалмалы бөлік кіріс токтарының жиілігімен тербеледі. Сондықтан магнитоэлектрлік механизмдерді аспаптар тек тұрақты ток тізбегінде қолданады.

Тұрақты токтың өлшеуіш механизм арқылы өтуі кезінде айналдырушы момент:

Кері әсер моменті өлшеуіш механизмде серіппелі элементпен тудырылады, сонда тепе-теңдік шарты келесі түрде болады:

немесе

Сонда қозғалмалы рамканың ауытқу бұрышы

;

мұндағы - өлшеуіш механизмнің токка сезімталдығы.

В, магниттік индукция ауалық саңылауда тұрақты, сондықтан аспап шкаласы бірқалыпты.

Логометр түріндегі магнитоэлектрлік механизмдер кең қолданылады.

Логометрлер – бұл электрлік және электрлік емес шамалардың функциясы болып табылатын екі электрлік шаманың бөлінуінің есептік операциясын іске асыратын аспаптар.

Басты түрде логометрлер параметрлік электрлік шамаларды (омметрлер, генриметрлер, фарадметрлер, герцметрлер) өлшеу үшін қолданылады.

Логометрлерде магнитоэлектрлік механизмнің қозғалмалы бөлігі орамалары бойынша I₁ және I₂ токтары өтетін бір бірімен қатаң бекітілген екі катушкадан құралған. Магнитті өрістің М₁ және М₂ моменттері бір біріне қарама қарсы бағытталған.

Өзектер мен полюстік ұштықтарының формасы ауалық саңылаудағы индукция бірқалыпты емес және радиал емес бағытталған болатындай етіп таңдалады.

5.4-суретте магнитоэлектрлік жүйенің логометрлік механизмінің құрылымы көрсетілген.

5.4 сурет

Моменттер теңдігі кезінде тепе теңдік шарты келесі түрде болады: .

Сонда

бұдан

;

мұндағы - I₁ және I₂ токтарының қатынасының функциясы.

Магнитоэлектрлік механизмдердің жетістіктері:

- жоғары сезімталдылық;

- меншік қуаттың төмен тұтынылуы;

- күшті меншік магниттік өрістің әсерінен магниттік өрістердің төмен ықпал етуі;

- электрлік өріс ықпалының жоқтығы;

- рамка орамасындағы ток пен ауытқу бұрышы арасындағы тік пропорционал тәуелділік.

Кемшіліктер:

- конструкцияның күрделілігі;

- жоғары бағасы;

- ток бойынша асыра тиеу қабілетінің төмендігі;

- тек тұрақты ток тізбектерінде жұмыс істейді.

Магнитоэлектрлік жүйе негізінде өндіріс келесі аспаптарды шығарады:

- амперметрлер;

- вольтметрлер;

- омметрлер;

- гальванометрлер;

- кулонметрлер.

Магнитоэлектрлік механизмді амперметрлер өлшенуші ток тізбегіне не тікелей, не шунт арқылы жалғанады. Тікелей жалғану токөткізгіштеріне мүмкін төмен токтарды (30 мА дейін) өлшеуде іске асады, яғни тікелей жалғау миллиамперметрлерді қолдануда мүмкін. Үлкен токтарда шунттар қолданылады.

Шунтсыз амперметрлер іс жүзінде температуралық қателіксіз болады. Шунтты амперметрлерде температуралық қателік шунт пен қозғалмалы катушка арасындағы токтың қайта үлесуі әсерінен анағұрлым болуы мүмкін. Оны азайту үшін қозғалмалы механизм катушкасымен манганиннен жасалған қосымша резистор R_Д тізбектей жалғанады.

5.5-суретте шунттың миллиамперметр тізбегіне жалғану схемасы көрсетілген.

5.5 сурет - Шунттың миллиамперметр тізбегіне жалғану схемасы.

Көпшектік амперметрлерде өлшеу диапазонының айырып-қосқышымен жалғанатын көпшекті шунттар қолданылады.

Магнитоэлектрлік вольтметрлерде керекті өлшеу диапазонын алу үшін өлшеуіш механизмге тізбектеп жалғанған манганиннен жасалған қосымша R_д кедергісі қолданылады.

Амперметрлер 10^-7 -нен 7,5×10³ А дейінгі жоғары шекпен шығарылады.

Вольтметрлер 0,5×10^-3 -нен 3×10³ В дейінгі жоғары шекпен шығарылады.

Магнитоэлектрлік механизмді омметрлердің келесі түрлері шығарылады:

- өлшеуіш механизм мен зерттеу объектісі тізбектеп жалғанған;

- параллель жалғанған;

- логометрлік өлшеуіш механизмді.

Механизмі тізбектей жалғанған омметрлерде қозғалмалы бөліктің максимал ауытқуы өлшенуші кедергінің нольдік мәніне сәйкес келеді. Бұндай омметрлер үлкен кедергілерді өлшеуге арналған. Омметрдің қоректенуі уақыт өтуіне қарай төмендейтін құрғақ батареялармен іске асады. Оны компенсациялау үшін қуат пен кернеуді тұрақты етіп сақтайтын магниттік шунт қолданылады.

1 ГОм дейінгі кедергілерді өлшеу үшін мегаомметрлерқолданылады, олардың қоректенуі қолмен келтіргіші бар генератордан іске асады.

Гальванометрлер – бұл градуирленбеген шкалалы және нуль индикатор ретінде және шамалы токтар, электр санынның кернеуін өлшейтін аспаптар. Гальванометрлер баллистикалық, олар ток импульсінің электр санын өлшейді, және вибрациондық, олар бірнеше ондықтан бірнеше жүз герцке дейінгі жиіліктердегі айнымалы ток тізбектеріндегі нольдік индикатор түрінде қолданылады, болып бөлінеді.

Кулонметрлер– бұл ток импульсіндегі электр санын өлшейтін аспап. Бұл аспаптарда магнитоэлектрлік механизм кері әсер етуші моментсіз қолданылады. Қозғалмалы бөліктің бастапқы жағдайға қайтуы қосымша көзден катушка арқылы кері ток өткізу арқылы іске асады. Ток импульсі 0,05 ¸ 2 с және амплитуда 100 мА дейінгі кездегі аспаптың негізгі қателігі 5% құрайды. Ұзақ уақыт кезінде ағып өтетін электр санын өлшеу үшін ампер – сағат счетчиктеріқолданылады.

5.3 Электромагниттік өлшеуіш механизмдер.

Электромагниттік өлшеуіш механизмдердің жұмысы орамасы бойынша өлшеуіш ток ағып өтетін бір немесе бірнеше ферромагниттік өзектері бар оське бекмделген қозғалыссыз катушкамен тудырылған магниттік өрістің өзара әсеріне негізделген. Көбінесе жалпақ катушкалы, дөңгелек катушкалы және тұйық магнитожетекті өлшеуіш механизмдердің конструкциялары кең таралған. 5.6 және 5.7 суреттерде жалпақ катушкалы электромагниттік механизм мен оның структуралық схемасы көрсетілген.

Өзек катушкасы бойынша тоқ өткен кезде ол магниттеледі және катушка саңылауына сорылуы.

Бұл жағдайда айналушы момент:

;

мұндағы W_ЭМ– өзекті катушка тогының электромагниттік энергиясы

L – өзек жағдайына тәуелді катушка индуктивтілігі.

Тұрақты тоқта:

Айналдырушы моменттің орташа мәні айнымалы синусоидалық токта мынаған тең болады:

;

мұндағы – токтың әсер етуші мәні

Өлшеуіш механизміне қозғалмалы бөлігінің ауытқу бұрышы келесі теңдіктен анықталады:

мынаған тең болады:

Осыған орай қозғалмалы бөліктің ауытқу бұрышының тоқтан тәуелділігі сызықты емес және тұрақты тоқта да, айнымалы тоқта да қозғалмалы бөліктің бұрылысы бірдей, егер токтың әсер етуші мәні тұрақты тоқ мәніне тең болғанда.

Берілген аспаптың шкаласы басында сығылған, ал соңында созылған. a ауытқу бұрышының ауытқудың жұмысшы диапазонының маңызды бөлігі үшін тогынан сызықтың тәуелділігін арнайы функциялы өзекті дайындау арқылы алады, бұндағы қатынасы a қажетті функциясы болып табылады.

a ауытқу бұрышы квадрат тогының функциясы болып табылғандықтан бұрылу бұрышының таңбасы катушкадағы тоқ болуынан тәуелді емес. Сондықтан электромагниттік аспаптар тұрақты және айнымалы токтарды өлшеу үшін керекті.

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.

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒