Берілген анықтама кіріс сигналдың шығыс шамаға түрленуін бейнелейді. 5 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 28Следующая ⇒

Кейбір топтар мен түрлер аспаптарының белгіленуі төменде көрсетіледі.

В тобы (орысша) – қысымды өлшеуге арналған аспаптар.

В2 – тұрақты тоқ вольтметрлері;

В3 – айнымалы тоқ вольтметрлері;

В4 – импульстік тоқ вольтметрлері;

В7 - әмбебап вольтметрлері.

Г тобы - өлшеуіш генераторлары

Г3 – НЧ үндестік белгілерінің генераторы;

Г4 - ВЧ үндестік белгілерінің генераторы;

Г5 –импульстер генераторы.

Е тобы – бағытты параметрлі тізбектер компоненттері параметрлерін өлшеуге арналған аспаптар.

Е3 – индуктивтілік өлшеуіштер;

Е6 – кедергі өлшеуіштері;

Е7 – сыйымдылық өлшеуіштері.

С тобы– спектр және белгі пішіндерін зерттеу, өлшеу және бақылау аспаптары.

С1 – әмбебап осциллографы;

С7 – остробоскопиялық, жылдамдық осциллографтары.

Ф тобы – жиілік өлшеуіш аспаптары

Ч3 – электронды-есептегіш частотомер.

Бірнеше физикалық көлемдерді өлшеуге арналған аралас аспаптарды белгілеуде топтың негізгі белгілеуінде К әрпін үстемелеуге жол беріледі.

Модернизацияланған аспаптар өзінің бұрынғы белгісін сақтайды, бірақ тип нөмірінен кейін орыс алфавитінің жазба әрпі қосылады.

а – бірінші модернизация

б – екінші және т.б.

Мысалы: В2 – 25 – тұрақты тоқ вольтметрі, тип (модель 25)

ЭТАК-ке (электроөлшеуіш техника аспаптарының агрегаттық кешені) жататын электрондық аспаптарда басқаша маркировка электроөлшеуіш аспаптарының техникалық сипаттамалары МЕСТ 22261 болып белгіленеді.

8.2 Электрондық вольтметрлер

Электрондық вольтметрлерде өлшеуіш өзгергіш кернеу аналогтық электрондық қондырғылар көмегімен тұрақтыға айналады. Ол кернеу бірліктеріне шкалалармен магнитоэлектірлік ӨМ-ге беріледі. Электрондық вольтметрлерде жоғары сезімталдық пен өлшенген кернеудің кең диапазоны (10^-9 -нен 10^-12 В-ке дейін), сондай-ақ, үлкен кіріс кедергісі (1 ден көп МОм) мен үлкен жиілік диапазоны бар.

8.2.1 Тұрақты тоқ вольтметрлері. Тұрақты тоқ вольтметрінің қарапайым сызбасы 8.1.суретте көрсетілген. Өлшенуші кернеу U_Х резистордағы көмекші жоғары омды бөлшектегіш тәрізді кіріс қондырғысына беріледі. Бөлшектегіштен кернеуге беріледі, тұрақты тоқты күшейткіш кірісіне және т.с.с. одан өлшегіш механизмге беріледі.

8.1 сурет - Тұрақты тоқ вольтметрінің қарапайым сұлбасы.

КБ – кернеудің кіріс бөлшектегіші; ТТК – тұрақты тоқ күшейткіші; ӨМ – өлшеуіш механизі.

ӨМ көрсеткішінің ауытқу бұрышы мынаған тең:

;

мұнда К_ВД, К_УПТ – түрлендіргіш және күшейткіш коэффициенттері;

S_U – ӨМ кернеуі бойынша сезімталдық;

K_U – элементар вольтметрлерін түрлендіру коэффициенті;

U_X – өлшенетін кернеу.

Электронды вольтметрлердің тізбектей жалғануы коэффициенттер арқасында оларды көп шекті және сезімталды ғылуға мүмкіндік береді. Бірақ К_УПТ көбеюі шығыстық сигналдың өз бетінше өзгеруіне әкеліп соғады. Сондықтан К_УПТ1 және ТТК кернеуінің негізгі мәселесі – үлкен кіріс кедергісін қамтамасыз ету.

Сезімталдығы жоғары тұрақты тоқ вольтметрлерін жасау үшін М – ДМ (модулятор – демодулятор), схемасы бойынша жасалған күшейткіштер қолданылады. Оның құрылымдық схемасы 8.2 суретте көрсетілген.

8.2 сурет – Сезімталдығы жоғары тұрақты тоқ вольтметрі

М – модулятор, ДМ – демодулятор, У_N – айнымалы тоқ күшейткіші, Г – генератор.

Айнымалы тоқ күшейткіші тоқтың тұрақты құраушысын өткізбейді. Сондықтан ноль дрейфі болмайды. Генератор модулятормен демодулятор жұмысын басқарады және ол аналогтық кілт болып табылады да оларды бір жиілікпен синхронды тұйықтайды.

8.3 суретте - М – ДМ күшейткіші бар тұрақты тоқ вольтметрінің сигналдар уақытының диаграммалары көрсетілген.

8.3 сурет – М – ДМ күшейткіші бар тұрақты тоқ вольтметрінің сигналдар уақытының диаграммалары.

М шығысында амплитудасы кірістік сигналына пропорционал бір полярлы сигнал пайда болады.

Бұл сигналдың айнымалысы У_N күшейткішімен күшейтіледі де, ДМ демодуляторымен түзетіледі.

Шығыстық кернеудің орташа мәні мынаған тең:

Ноль дрейфі болмағандықтан К коэффициенті үлкен мәндерге жете алады (В2 -25 түріндегі микровольтметрдің К=3,33 10⁵).

Бұл аспапты өлшеудің жоғарғы шегі: 3; 10¸300; 1000 мкВ келтірілген негізгі қателігі .

8.2.2 Айнымалы тоқ вольтметрлері. Айнымалы тоқ вольтметрлері айнымалы кернеуді тұрақты кернеуге түрлендіргіштен, күшейикіштен және магнитоэлектрлі ӨМ тұрады. 8.4 суретте осындай вольтметрлердің құрылымдық схемалары көрсетілген.

а) б)

8.4 сурет – Айнымалы тоқ вольтметрінің құрылымдық схемалары

Брінші схема бойынша кірістік кернеу тұрақтыға түрленеді, содан кейін ол ТТК күшейткішіне және ӨМ беріледі. Берілген вольтметрдің негізінде тұрақты тоқ вольтметрі болып табылады. Пр түрлендіргіші аз инерциялы сызықты емес буын болып табылады. Сондықтан мұндай вольтметрлер кең жиілік диапазонында жұмыс істейді. Ол 10³ МГц дейін.

Жоғарыда көрсетілген ТТК күшейткіштерінің кемшіліктерінің әсерінен мұндай вольтметрлердің жоғарғы шегі ондаған-бірлік милливольтті құрайды.

Екінші схемада алдын ала күшейтудің арқасында вольтметрдің сезімталдығы көбейеді. Үлен күшейту коэффициенті бар және кең жиіліктер диапазонында істейтін айнымалы тоқ күшейткіштерін жасаудағы техникалық қиыншылықтардың әсерінен мұндай вольтметрлерде жиіліктер диапазонытөмен болады – 1 ден 10 МГц дейін. Сезімталдығы максималды болғандағы өлшеудің жоғарғы шегі жүздеген микровольтті құрауы мүмкін.

Айнымалы кернеуді тұрақтыға түрлендіретін түрлендіргіштің түріне байланысты ӨМ көрсеткішінің ығысу бұрышы өлшеніп отырған кернеудің амплитудалық орташа (орташа түзетілген) немесе әсер етуші шамасына пропорционал болуы мүмкін. Бұл аспаптардың есептеуші құрылғыларының шкалалары синусоидалы кернеудің әсер етуші мәндерінде градуирленеді.

Амплитудалық шама вольтметрлеріндеашық немесе жабық кірістері бар амплитудалық шама түрлендіргіштері бар. 8.5 суретте кірісі ашық амплитудалық шама түрлендіргішінің схемасы және оның уақыттық диаграммалары көрсетілген.

Бұл жағдайда С конденсаторы кірістік кернеуінің максималды оң шамасына U_{X MAX} дейін зарядталады. Шығыстағы кернеудің пульсациясы конденсатордың зарядталуы мен разрядталуымен түсіндіріледі. Бұлар зарядтың және разрядтың уақыт тұрақтылары t_З және t_Рбойынша анықталатын өте қысқа уақыт аралығында болады.

8.5 сурет – Кірісі ашық амплитудалық шама түрлендіргішінің схемасы және оның уақыттық диаграммалары.

Пульсацияны азайту үшін келесі шартты орындау керек:

; ;

мұндағы f_В және f_Н – вольтметрдің жиіліктік диапазонының жоғарғы және төменгі шегі. Бұл жағдайда шығыстық кернеудің орташа мәні мынаған тең:

Өлшеу механизмнің көрсеткіштік ауытқу бұрышы бұл жағдайда мынаған тең:

мұндағы k_V - вольтметрдің түрлендіру коэффициенті.

Амплитудалық түрлендіргіштердің ерекшелігі, полярлығы диодтың қосылуына байланысты тұрақты құраушыға өткізетіндікте болып табылады.

8.6 суретте кірісі жабық вольтметрдің схемасы және оның уақыттық диаграммасы көрсетілген.

Қалыптасқан режимде R кедергісіне түсетін кірістік сигналдың тұрақты құраушысының бар болуынан тәуелсіз. 0 ден - 2U_m, дейін өзгеретін U_R кернеуінің пульсациялық шамасы болады, мұнда U_m – кірістік кернеудің айнымалы құраушысының амплитудасы.

Бұл кернеудің орташа мәні U_m тең.

8.6 сурет – Кірісі жабық амплитудалық шама түрлендіргішінің схемасы және уақыттық диаграммалары.

Кірістік кернеудің пульсациясын азайту үшін төменгі жиіліктік фильтрлер R_ФС_Форнатылады. Бұл жағдайда вольтметрдің көрсетуі кірістік кернеудің тек амплитудалық шамасымен анықталады. Аспаптың ауытқу бұрышы мынаған тең:

Жоғарыда айтылғандай аспаптың шкаласы синусоидалық кернеудің әсер етуші мәндерінде градуирленеді. Сондықтан басқа түрдегі кернеуді өлшегенде сәйкес есептеуді жасау керек.

Синусоидалық емес формадағы кернеудің амплитудалық шамасы келесі формуламен анықталады:

;

мұндағы k_АС = 1,41 – синусойда амплитудасының коэффициенті;

U_ПР – аспаптың көрсеткіші.

Өлшенетін синусоидалық емес кернеудің әсер етуші мәні келесі өрнекпен анықталады:

;

мұндағы k_A – өлшеніп отырған кернеу амплитудасының коэффициенті.

Орташа шама вольтметрлеріжоғарыда қарастырылған түзеткіш түрлендіргіші бар және құрылымы 8.4,б суретте көрсетілгендей аспап болып табылады.

Бұл вольтметрлеодің шкаласы кернеудің әсер етуші мәндерінде градуирленеді. Синусоидалы емес түрдегі кернеуді өлшегенде кернеудің орташа мәнін келесі формуламен анықтайды:

Бұл кернеудің әсер етуші мәні былай жазылады:

;

мұндағы k_Ф - өлшенетін сигнал формасының коэффициенті;

k_Ф.С=1,11- синусойдалы сигнал формасының коэффициенті.

Әсер етуші шама вольтметрлері айнымалы кернеу түрлендіргішіне ие болады. Бұл түрлендіргіштердің келесі формуламен анықталатын түрлендірудің квадраттық статикалық сипаттамасы болады:

Түрлендіргіш ретінде термотүрлендіргіштерді электрондық лампаларды, бөліктік-сызықты аппроксимациясы бар квадраттандыратын құрылғыларды қолданады. Егер вольтметр 8.4 суреттегідей құрылымдық схема бойынша орындалса, онда қисықтың түріне байланыссыз ӨМ көрсеткішінің ауытқуы өлшенетін кернеудің әсер етуші мәнінің квадратына пропорционал:

Бірқалыпты шкаласы бар әсер етуші шама вольтметрі 8.7 суретте көрсетілген.

8.7 сурет – Бірқалыпты шкаласы бар әсер етуші шама вольтметр.

Екі квадраттық түрлендіргіш Т_п1 және Т_п2қарсы бағыттағы ЭҚК тізбектей қосылған. Т_п2термопарасының қыздырғышынан өтетін I₂ тоғы кері байланысты құрайды. Термопаралардың термо-ЭҚК сәйкесінше тең болады:

; ;

мұндағы k₁, k₂_–термотүрлендіргіштердің қасиеттеріне тәуелді коэффициенттер;

I₁, I₂ – термопара қыздырғышынан өтетін тоқтар.

Айнымалы тоқ кең полюсті күшейткіштің шығыстық тоғына өлшенетін кернеуге пропорционал:

Онда Т_п1 түрлендіргішінің термо-ЭҚК мынаған тең:

Егер У күшейткішінің күшейту коэффициенті өте үлкен болса, онда шығыстық сигналы өте кіші болады:

бұдан , сондықтан:

ӨМ көрсеткішінің ауытқу бұрышы:

Өндіріс өлшеудің жоғарғы шектері 10, 30 мВ ¸ 3 В болатын амплитудалық түрлендіргіші бар айнымалы тоқ милливольтметрін В3 – 43 шығарады. Негізгі қателігі ± (4¸25) % , 10 Гц ден 1 ГГц дейінгі жиіліктер диапазонында.

Түзеткіштік құрылғысы бар В3-41 айнымалы тоқ милливольтметрді өлшеу шектері3; 10 мВ ¸ 300 В және негізгі қателігі ± (2,5¸10) % , 20 Гц ¸ 10 МГц жиіліктер диапазонында болады.

Тура және кері түрлендіру тізбектеріндегі термотүрлендіргіші бар В3-40 айнымалы тоқ микровольтметрлерді өлшеу шектері 30; 100 мкВ ¸ 300 В және негізгі қателіктері ± (2,5¸10) % ,5 Гц ¸5 МГц жтілік диапазонында жатады.

8.2.3 Диодты-компенсациялық вольтметрлерде айнымалы тоқ вольтметрі болып табылады. Бұндай вольтметрдің жұмыс істеу принципі 8.8 суретте көрсетілген схема бойынша түсіндіріледі.

U_K < U_X болғандағы кернеуді қосқанда, НИ арқылы үлкен емес тоқ аға бастайды. Бұл тілдің ауытқуына әкеліп соғады. U_К компенсациялық кернеуді жоғарлатып, НИ (нуль индикатор) арқылы өтетін тоқты жоққа шығарады..

8.8 сурет – Диодты-компенсациялық вольтметрдің схемасы.

U_К = U_М болғанда, НИ арқылы өтетін тоқ 0 тең болады. Бұл аспаптар үлкен сезімталдықпен дәлдікке ие (қателігі 0,2 % дейін жетеді), жоғарғы кедергіге және кең жиіліктік диапазонға (10⁹ Гц дейін) ие.

Кемшілігі – ОДН және НИ құрылымының күрделігінде.

8.2.4 Әмбебап вольтметрлер тұрақты және айнымалы тоқ кернеулерін өлшеуге арналған. 8.9 суретте құрылымдық схемасы көрсетілген.

8.9 сурет - Әмбебап вольтметрдің құрылымдық схемасы

Бұл аспаппен кедергіні де өлшеуге болады. Өйткені Пр шығыстық кернеуі белгісіз кедергіден тәуелді түрлендіргіш. S ауыстырғышы өлшеу түрін таңдау үшін арналған.

Мысал ретінде В7-26 әмбебаб вольтметрдің параметрлерін келтірейік. өлшеудің жоғарғы шектері тұрақты тоқта 0,3; 300В, негізгі қателігі ± 2,5 %.

Айнымалы тоқтағы өлшеудің жоғарғы шектері 1-300В, негізгі қателігі ± (4-6) %, 20-10 Гц жиіліктер диапозонында болады.

Тұрақты тоқ бойынша кедергіні өлшеудің жоғарғы шектері 10 Ом 1000 мОм дейін, негізгі қателігі ±2,5 % болады.

8.2.5 Импульстік вольтметрлерәртүрлі түрдегі импульстік сигналдардың амплитудасын өлшеу үшін арналған. 8.10 сурет импульстік вольтметрдің құрылымдық схемасы түрлендіргіш, күшейткіш және магнитоэлектрлі өлшеуіш механизмнің тізбектей қосылуын көрсетеді.

8.10 сурет импульстік вольтметрдің құрылымдық схемасы.

Импульстік вольтметрлердің жұмыстарының ерекшеліктері өлшенетін импульстердің аз ұзақтылығында τ (10-100 м дейін) және θ=Т/τ (10⁹дейін) анықталады.

Импульстік вольтметрлер өлшенетін кернеудің амплитудалық мәндерінде градуирленеді.

Импульстік вольтметрлер 8.4, а, схемасы бойынша орындалуы мүмкін. Бұл жағдайда кірісі ашық түрлендіргіштер қолданылады, бірақ импульстердің ұзақтылығы аз болған кезде керекті өлшеу қорытындыларын алу қиындыққа соғады.

Қазіргі уаққыттағы импульстік вольтметрлерде 8.11 суретте көрсетілген амплитудалық түрлендіргіштердің компенсациялық схемасын қолданады.

8.11 сурет – Амплитудалық түрлендіргіштің компенсациялық схемасы.

Кірістік импульстер U_ВХ, С₁ конденсаторын зарядтайды. Өлшенетін импульстармен зарядталуы мен импульстер арасында разрядталуы әсерінен пайда болған бұл конденсатордағы кернеудің айнымалы құраушысы айнымалы тоқ күшейткішімен күшейтіледі де VD₂ диоды арқылы түзетіледі. Импульстер арасындағы аралықта С₂ кернеудің шамасы аз өзгеруі үшін RC₂ тізбегінің уақыт тұрақтысы үлкен болып алынады. R_О.С резистор арқылы С1 конденсаторына компенсацияланушы кернеу келеді.

Күшейткіштің күшейту коэффициенті үлкен болғанда, С₁конденсаторындағы кернеудің айнымалы құраушысы біршама азаяды. Сондықтан қалыптасқан режимде бұл конденсатордағы кернеу өлшенетін импульстердің амплитудасына тең болады, ал шығыстық кернеу бұл амплитудаға пропорционал болады. Оны келесі формула бойынша анықтауға болады:

Импульстік вольтметрлер үшін ұзақтылықтың (немесе жиілік) мүмкіндік мәндерінің диапазон және ұзақтылықтың жіберілетін мәні көрсетіледі. Бұл мәндерде вольтметрлердің қателіктері нормаланған мәндер шектерінде орналасады. Осылайша мысалы, В4 - 9А импульстік вольтметрінің өлшеудің жоғарғы шектері 2,5; 10; 20 В және негізгі қателіктері ± (2,5¸4) % болады. Импульстердің кіру жиілігі 1 Гц 300 МГц тең.

8.2.6 Селективтік вольтметрлерқандай да бір жолақтағы кернеудің әсер етуші мәнін немесе өлшенуші сигналдың бөлек гармоникалық құраушыларының бөлек мәнін өлшеу үшін арналған.

Селективтік вольтметрдің жұмыс істеу принципі сигналдың бөлек гармоникалық құраушыларының немесе қайта құрылғыш жолақтық фильтр көмегімен жиіліктердің тар жолағының сигналын бөліп шығару және бөлініп шығарылған сигналдардың әсер етуші мәнін өлшеу болып табылады. 8.12 суретте селективті вольтметрдің қысқартылған түрі көрсетілген.

ВУ арқылы шығыс сигнал өлшенуші сигналдың жиіліктік спектрін түрлендіретін СМ смесителіне беріледі. СМ шығысыында өлшенуші сигналға пропорционал сигнал пайда болады, бірақ оның спектр жиілігі:

мұндағы f_{CM i} – кірістік сирналдың гармоникалық құраушыларының жтілігі;

f_Г - Г синусоидалы генератор сигналының жиілігі.

8.12 – Селективті вольтметрдің құрылымдық схемасы

ВУ – таңдаушы кірістік күшейткіш; СМ – смеситель; УПЧ – аралық жиілік күшейткіші; Г – синусоидалы генератор (гетеродин); ВДЗ – әсер етуші мән вольтметрі.

УПЧ күшейткіші белгілі бір фиксацияланған орташа жиілікке f_УПЧкелтірілген. Сондықтан УПЧ шығысына смесительдің шығыстық сигналының жиілігі тек УПЧ жиілігіне тең құраушысы ғана өтеді:

Бұл сигнал өлшенетін сигналдың гармоникалық құраушысына сәйкес келеді. Оның жиілігі:

Бұл сигналдың әсер етуші сигналы әсер етуші шама вольтметрімен өлшенеді (ӘШВ). Генератордың жиілігін f_Г өзгерте отырып, әр түрлі гармоникалық құраушылардың әсер етуші мәндерін өлшеуге болады.

Жолақтық фильтрдің функциясын УПЧ орындайды. УПЧ жиілігінің фиксацияланған мәні әсерінен бұл күшейткіштің үлкен күшейту коэффициенті және жіңішке өткізу жолағы болады. Бұл селективті вольтметрдің жоғарғы сезімталдығымен таңдағыштығын қамтамасыз етеді.

Өндірістік селективті микровольтметрдің В6–9 өлшеудің жоғарғы шектері 3, 10 мкВ - 10 В, негізгі қателігі ± (6¸15) %, 20 Гц 100 кГц жиілік диапазонында болады.

8.3 Жиілікті және фазаны өлшеуге арналған аспаптармен түрлендіргіштер.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒