8.5 сурет – Кірісі ашық амплитудалық шама түрлендіргішінің схемасы және оның уақыттық диаграммалары. 1 страница

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.

Аналогтық жиілік өлшеуіштерде жиілікті өлшеудің екі әдісін қолданады:

- кернеу-жиілік түрлендіргішін (КЖТ) қолдану;

- резонанстық.

Кернеу-жиілік түрлендіргіштері0 ден 20 кГц дыбыстық жиіліктер диапазонында қолданылады. Сонымен қатар ауданы тұрақты, тоқ импульсінің қисығы шектелген және диаграммадағы уақыт осіне ие болатын импульстердің құрылуына негізделген. Бұл импульстердің жиілігі өлшенетін сигналдың жиілігіне тең болу керек. Бұл импульстердің кернеуінің орташа мәні өлшенетін жиілікке пропорционал.

8.13 суретте конденсатордың қайта зарядталуын қолданғандағы кернеу-жиілік түрлендіргішінің (КЖТ) қарапайымдалған схемасы келтірілген.

Өңдеудің шығыстық импульстері В қосқышының жұмысын басқарады. Оны И_СН және R жүктемеге кезектеп ауыстырады.

Егер конденсатордың зарядталу және разрядталу тізбектерінің уақыт тұрақтылары, оның И_СН зарядталып және R разрядтаалып үлгеретіндей болып алынса, онда кернеудің орташа мәні келесі формулаға тең:

мұндағы - әр импульсте R жүктемесіне берілетін конденсатордың заряды.

8.13 сурет – Кернеу-жиілік түрлендіргішінің құрылымдық схемасы.

ФИ – U_ВХ кірістік сигналының f_X жиілігімен ұзақтылығы тұрақты Dt болатын импульстердің қалыптастырғышы; И_СН – бірқалыпты (тіректі) кернеудің U_O көзі; В – қосқыш, R – жүктеме (ИМ), С – конденсатор.

Резонанстық әдіс зерттелетін тербеліс көзінің жиілігін резонанстық контурдың тербеліс жиілігімен салыстыруға негізделген. Бұндай жиілік өлшеуіштің функционалдық схемасы 8.14 суретте көрсетілген.

Жиілігі белгісіз f_X, U_Х кернеу көзі тербеліс контурына тік немесе L байланыс элементі арқылы қосылуы мүмкін.

8.14 сурет – Жиілікті кернеуді түрлендіретін резонанстық түрлендіргіштің функционалдық схемасы.

Конденсатордың сыйымдылығын өзгерте отырып, Ир индикаторының көрсетуі бойынша контурды резонансқа келтіруге болады. Оның жиілігі келесі формулаға тең:

Контурдың L индуктивтілігі белгілі болғанда конденсатордың шкаласы жиілік бірлігінде белгіленеді. Бұл жиілік өлшеуіштер жоғары жиіліктер облысындағы өлшеулерде қолданылады.

Фазаны өлшеу – фазаны кернеуге түрлендіретін өлшнуіш түрлендіргіштердің көмегімен жүзеге асады. Оның құрылымдық схемасы 8.15 суретте көрсетілген.

8.15 сурет – Фазаны кернеуге түрлендіретін түрлендіргіштің құрылымдық схемасы.

ФИ1, ФИ2 – импульстерді құраушылар (формирователь), ИСН – бірқалыпты кернеу көзі, В – қосқыш, R – жүктеме кедергісі (магнитоэлектрлі ИМ қолданылуы мүмкін).

ФИ1 және ФИ2 - U₁ және U₂ кернеулерінің теріс шамалардан оң шамаға өткендегі нөл арқылы өту моментінде қысқа импульстерді шығаруы.

Бұл импульстер В электронды кілтімен басқарылады. Бұл кілт импульстің ФИ1 деп келгенде тұйықталады да, импульс ФИ2 ден келгенде ажыратылады.

Нәтижесінде R ұзақтылығы t және амплитудасы U_o болатын импульстер шығарылады. Осы импульстердің кернеуінің орташа мәні фазалардың ығысуына пропорционал болады.

8.4 Электрондық ваттметрлердің және активті энергия счетчиктері

Электрондық ваттметрлер қуатты кернеуге айналдыратын түрлендіргіште құрылған. Оның шығысында қуат бірлігінде белгіленген магнитоэлектрлік ИМ қондырылған.

Активті, реактивті және толық қуат айнымалы тоқ ваттметрлері шығарылады. Олар бірфазалы және үш фазалы тізбектерге арналған. Бұл түрлендіргіштердің құрылу принциптері бірдей.

Түрлендіргіш келесі қатынастың негізінде жұмыс істейді:

u-дың t-ға көбейтіндісін алу әдісіне байланысты параметрлік және модуляциялық көбейткіштік құрылғылар (КҚ) деп бөледі.

Параметрлік КҚ тура және жанама қайта көбейтумен болуы мүмкін. Тура қайта көбейтуге төрт полюстік қолданылады, оның кірісіне uкернеуі беріледі, ал i оның беріліс коэффициентін басқарады. 8.16 тура қайта көбейтумен параметрлі КҚ көрсетілген.

ОК шығыстық сигналы мынаған тең:

Орташалау құрылғысы – бұл төмен жиіліктер фильтрі, ал үлкен уақыт тұрақтысына ие болу керек. Сонда

8.16 сурет – Тура қайта көбейтумен параметрлік КҚ-ның құрылымдық сұлбасы.

R – тұрақты кедергі резисторы, ОК – операциялық күшейткіш, R_У = k×i – тоқпен басқарылатын кедергі, (мысалы өрістік транзистор); ОҚ – орташалау құрылғысы.

U_ШЫҒкернеуін өлшеуіш механизмге бергенде қозғалысы бөліктің ауытқу бұрышы мынаған тең болады:

мұнда S_U –ИМ кернеуі бойынша сезімталдық.

Параметрлік жанама КҚ көбейтудің жанама әдісіне негізделгенде, келесі қатынасты қолданады:

Осы қатынасты қолданғандағы түрлендіргіштің құрылымдық сұлбасы 8.17 суретте көрсетілген.

8.17 сурет – Параметрлік жанама КҚ-ның құрылымдық сұлбасы.

Т – тоқты кернеуге түрлендіргіш; ФП_1,ФП₂– квадраттандыратын құрылғылар, олар кернеулердің қосындысы мен айырымын квадраттайды; АҚ – айырымдық құрылғы; ОҚ – орташалау құрылғысы.

Суретте көрініп тұрғандай шығыстық кернеу мынаған тең :

Модуляциялық көбейткіштік құрылғыларбіршама дәлдеу болып табылады және импульстік сандарды қос модуляциялауға негізделген.Модуляцияның ең кең тараған әдісі–бұл ШИМ – АИМ. 8.18 суретте ШИМ-АИМ бар түрлендіргіштің құрылымдық сұлбасы көрсетілген.

8.18 сурет - ШИМ-АИМ базасындағы түрлендіргіштің құрылымдық сұлбасы.

Генератор тұрақты А амплитудасымен Т₀ периоды бар және оң (t₁) және теріс (t₂=t₁) жарты толқындардың ұзақтылығы бар тікбұрышты екі полярлы импульстерді шығарады. Генератор шығысындағы кернеудің орташа мәні нөлге тең. ШИМ түріндегі модуляторда импульстердің ұзақтылығы кірістік тоқтың әсерінен келесі қатынас бойынша өзгереді:

;

мұнда k_Ш - ШИМ түрлендіру коэффициенті.

АИМ амплитудалық модуляторында А амплитудасы кірістік кернеуге пропорционал өзгереді

;

мұнда k_A - АИМ түрлендіру коэффициенті.

Сонда АИМ шығысындағы бір периодта кернеудің орташа мәні қуаттың лездік мәніне пропорционал болады:

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒