8.5 сурет – Кірісі ашық амплитудалық шама түрлендіргішінің схемасы және оның уақыттық диаграммалары. 4 страница

10.7- сур. Айнымалы тоқтың қарапайым автоматтық компенсаторы.

Ол R₁, R₂ және R₃ = R₃¢+ R₃¢¢ кедергілерінің төрт иықты сұлбасының көрінісі болып табылады. Көпірдің шығу диагоналіне КҚ кері бағытталған қозғалтқышты басқаратын К күшейткіші қосылған. Резисторлардың біреуінің кедергісін (R₁ немесе R₂) өлшенетін шаманың әсерімен өзгерткен кезде көпірдің тепе- теңдігі бұзылады. Көпірдің разбалансының кернеуі қозғалтқыш роторының бұрылысын тудырады. Керіқимылды қозғалтқыштың роторымен механиалық байланысқан R₃ резисторының қозғалмалы түйіспесімен схема тепе- теңдік күйге келеді. Көпірді тағайындауға байланысты КҚ қозғалтқыштың КҚ-тың есеп беруші құрылғыға ЕҚ немесе орындалатын (автоматика схемасында) жетек келтіріледі.

Дәлдігі – 0,2 класынан. Сезімділік шеті 100 мкВ- тан көп емес. КСП4 типті аспаптарды қолданылады..

Компенсациялаушы кернеудің амплитудасы мен фазасын компенсациялау үшін 10.8- суретте көрсетілген автоматтық полярлы- координаттық компенсатордың схемасын қолданады. U_x өлшенетін кедергі U_К компенсациялаушы кернеумен тепе- теңдік қалыпқа келтіріледі. Амплитуда мен фаза бойынша компенсацияға қол жеткізу үшін бөлгіш роторы айнымалы тоқтың М₁ кері бағытты қозғалтқышының роторымен байланысқан Фр фазареттегішінен қоректенеді.

К₁ фазалықсезімді күшейткіш фазалардың айырымына қарсы әсер етеді. К₂ күшейткіші DU- абсолют мәніне қарсы әсер етеді. М₂ қозғалтқышының роторы U_Х және U_К кернеулерінің абсолют мәндері бойынша тепе- теңдік қалып орнағанға дейін айналады. Компенсация U_Х өлшенетін кернеу U_К кернеуімен модулдері бойынша теңескенде және фазалары бойынша қарама- қарсы болғанда пайда болады.

U_К мәнінің есептелуі R кернеу бөлгішінің межелігі бойынша, ал фазалары- фазалықреттеуіштің роторының айналу бұрышы бойынша жүргізіледі.

Айнымалы тоқтағы автоматтық компенсатордың басқа түріне схемасы 10.9- суретте көрсетілген дифференциалды-трансформаторлық бергіштері бар аспаптар жатады

10.8 - Автоматтық полярлы-координатты компенсатор.

Олар сұйықтың қысымын, деңгейін, шығынын және т.б. тіркеу үшін қолданылады.

10.9- сур. Айнымалы тоқтағыдифференциалды-трансформаторлық бергіштері бар компенсаторлар

Негізгі түзілімдері: ДТТ – дефференциалды-трансформаторлық түрлендіргіш; КДТ – компенсациондық дефференциалды-трансформаторлық түрлендіргіш. ДТТ және КДТ құрылғылары – ұқсас.

ДТТ-нің қандай да бір механикалық күштің әсерінен катушка айналасында орын ауыстыру мүмкіндігі бар. ДТТ шығысында х орын ауыстыруына пропорционал U_Хсигналы пайда болады. айырымы К күшейткішімен күшейіп КҚ кері бағытты қозғалтқышына беріледі. КҚ білігінің бұрылысы КДТ тығынжылының орын ауыстыруын туғызып, U_К мәнін U_Х = U_К теңдігіне жеткенге дейін өзгертед. Тепе- теңдік жағдайында КҚ кері бағытты қозғалтқышының білігінің a бұрылыс бұрышы U_Х шамасын көрсетеді, сондықтан х өлшенетін орын ауыстырудың функциясы болып табылады.

Осы принцип негізінде КСД-1, КСД-2, КСД-3 типті автоматтық өздігіненжазушы аспаптар шығарылады.

11 АНАЛОГТЫҚ ТІРКЕУІШ АСПАПТАР

Өлшеуіш тіркеуіш аспаптар деп олардың кірісіне келіп түсетін өлшеуіш ақпаратты автоматтық түрде тіркеуді жүзеге асыратын өлшеуіш аспаптарды айтамыз. Олар кірістік шаманың уақыт бойынша өзгеруін зерттеуге мүмкіндік береді

Аналогтық тіркеуіш аспаптар өздігіненжазушы аспаптарға, жарықтықсәулелі осциллографтарға және магнитографтарға бөлінеді.

Өздігіненжазушы аспаптардеп көрсеткіштерінің жазылуы диаграмма түрінде болатын тіркеуіш аспаптарды айтамыз. Структуралық схемасына байланысты өздігіненжазушы аспаптар екі топқа бөлінеді: автоматтық көпірлер мен компенсаторлар қолданылатын тура түрленіуші аспаптар(ажыратылған) және теңестіріп түрленуші апаптар(тұйықталған схемалы).

Тура түрлендіруші өздігіненжазушы аспаптармагнитэлектрлік жүйенің өлшеуіш механизмдерін қолданады. 11.1- суретте осындай аспаптың қарапайымдалған схемасы көрсетілген.

9.1- сур. – тура түрленуші өздегенен жазатын аспаптың қарапайымдалған сұлбасы.

Бұндағы тіркеуші орган (1) өлшеуіш механизмнің қозғалмалы бөлігімен механикалық байланысқан және онымен электрлік кірістік сигнал көмегімен бірге қозғалады.

Тіркеуші орган– бұл арнайы құрылымдық қырқұрал, өлшенетін шаманың уақыт функциясындағы өзгерісін диаграмдық қағазда (2) сиямен орнықтырады. Диаграмдық қағаз таспа немесе диск түрінде шығарылады. Таспаның шеттерінде жолақтартушы механизмнің айналмалы білігінің шрифтері кіретін тесіктері (перфорациялар) болады.

Дисктік диаграммалар синхрондық электрқозғалтқышпен қозғалысқа келтірілетін металл дискпен бірге айналады. Дисктің жылдамдығы- бір тәулікте бір айналым. Қағаз таспалар орамдықта 5-100 м-ден басталады және ұзағырақ өлшеулерді қолданылады.

Өлшенетін механизмнің қозғалмалы бөлігінің тіректерінің және қырқұрал мен қағаздың үйкелісуінің нәтижесінде туатын қателіктерінің, серіппелер мен кергіштердің қателіктерінің бар болуынан бұл топтың аспаптарының дәлдігі жоғары емес (1,5 класы және жоғары). Төмен инерциялықтың әсерінен жылдам әсерету төмен болады, кергіштердің бар болуы төмен сенімділікке әкеледі. Сондықтан өлшеу мен тіркеу дәлдігіне қойылатын талаптар жоғары емес болатын объекттерде қолданылады.

Өздігіненжазушы электрондық аспаптың структуралық сұлбасы 11.2 суретте көрсетілген.

11.2- сур. –Өздігінен жазатын электрондық аспаптың структуралық сұлбасы .

ӨТ –өлшеуіш тізбек; ӨМ – өлшеуіш механизм; ЕҚ – есеп беруші құрылғы; ТУ–тіркеуші құрылғы.

ӨТ өлшеуіш тізбегі Х электрлік шамасын ӨМ өлшеуіш механизмін әсерге келтіруге жеткілікті I тоқтық сигналға түрлендіреді. Өлшеуіш тізбек модулятолардан, күшейткіштерден, түзеткіштерден және т.б.- дан тұра алады.

Бірнеше өлшенетін шаманы түрлендіру үшін көпканалды өздігінен жазатын аспаптар жасалған.

Өздігінен жазатын аспаптың өлшеуіш механизмі магнитэлектрлік, ферродинамикалық, электрмагниттік болуы мүмкін.

Магнитэлектрлік механизмі бар өздігінен жазатын аспаптар тұрақты тоқ тізбектерінде жұмыс істейтін вольтметрлер мен амперметрлерде қолданылады (Н392, Н399).

Ферродинамикалық өлшеуіш механизмі бар өздігінен жазатын аспаптар айнымалы тоқтың амперметрлері мен вольтметрлерінде (Н393, Н394), сол сияқты ваттметрлерді қолданылады .

Тезэрекеттікті жоғарылату үшін өзіндік тербелістерінің жиілігі жоғары ӨМ- ді қолданады. Оларға сыртқы магнитті магнитэлектрлік ӨМ мен (өзіндік тербелістер жиілігі f₀=40 Гц) поляризацияланған электрмагниттік ӨМ (f₀=60 Гц) қолданылады. Поляризацияланған электрмагниттік өлшеуіш механизмі бар өздігінен жазатын аспаптар Н338, Н3020 типті аспаптарда қолданылады. Берілген өздігінен жазатын механизмдердің сыртқы магниті бар магнитэлектрлік ӨМ- ге қарағанда өлкен массасы, аз габариттері мен төмен бағасы бар.

Тұрақтандырылған түрлендірілген өздігінен жазатын аспаптар электрлік емес шамаларды өлшеу мен тіркеуде қолданылады, осы принциппен екікоординтты дәл бір және көпқырқұралды өздігінен жазатын аспаптар құрылады.

11.3- суретте тұрақтандырылған типті өздігінен жазатын аспаптың структуралық схемасы көрсетілген.

11.3- сурет - Тұрақтандырылған типті өздігінен жазатын аспаптың структуралық схемасы.

У- компенсация еместіктің күшейткіші; Д – қозғалтқыш (кері бағытты); Р – редуктор; МП – механикалық беріліс; РУ – тіркеуші құрылғы; УУ – теңестіруші құрылғы.

Берілген құрылғының шығыстық шамасы- қозғалтқыш білігінің a_ҚОЗжәне редуктордың a_Р айналу бұрышы. Редуктордың шығыстық білігінің айналуы арнайы МБ механикалық берілісімен l кареткасына сызықтық ығысуға түрленеді.

Х өлшенетін шама РҚ вырабатывать ететін Х_ОС компенсациялаушы шамамен салыстырылады. Х және Х_ОС айырымы күшейткішпен күшейтіліп орындаушы қозғалтқышқа беріледі, ол РҚ- ны DХ = Х – Х_ОС 0- ге тең болғанға дейін Х_ОС – ті өзгертетіндей етіп ығыстырады

Динамикалық сипаттары бойынша тұрақтандыру аспаптары статикалық сипаты бар аспап (интегралдаушы буынсыз) және астатикалық (интегралдаушы буыны бар) болып бөлінеді.

Статикалық тұрақтандыру аспаптарында тұрақты Х кірістік әсер кезінде DХ айырымы өлшенетін шаманың мәніне тәуелді болатын ақырғы мәнге ұмтылады.

Астатикалық аспаптарда тұрақты Х кірістік әсер кезінде DХ айырымы әсердің өлшемінен тәуелсіз 0- ге ұмтылады.

Осылайша, статикалық аспаптарда өлшенетін шаманы компенсациялаушымен бөліктеп тұрақтандыру жүзеге асады. Өлшенетін шаманың компенсациясының дәрежесі төмендегі формуламен өрнектеліп статизм деп аталатын S қатыстық шамасымен сипатталады:

Статикалық сипаты бар тұрақтанып түрлендіруші аспаптың схемасы 11-4- суретте көрсетілген.

9.4- сурет - Статикалық сипаты бар тұрақтанып түрлендіруші аспаптың схемасы.

У – күшейткіш; ӨА – тура әсерлі өздігінен жазатын аспап; КТ – кері түрлендіргіш.

Берілген аспаптардың дәлдік кластары 0,1; 0,15; 0,25; 0,5; 1,0; 1,5.

Оларға фотогальванометрлік компенсаторлар, фотогальванометрлік компараторлар, автоматтық көпірлер, айнымалы тоқ компенсаторлары.

Астатикалық сипаты бар тұрақтандырылған түрлендіруші аспаптардың структурналық схемасы жоғарыда келтірілген (9.3-сур. қар.). Олардың дәлдік кластары 0,25 және 0,5. Оларға КСП (тұрақты тоқтың кернеуі мен температураны өлшеуге арналған потенциометрлер), КСМ (температураны өлшеуге арналған тұрақтандырылған көпірлер) және КСУ (вольтметрлер мен миллиамперметрлер) аспаптары жатады.

Астатикалық сипаты бар тұрақтандыру аспаптары екі топқа бөлінеді:

- кернеу мен тоқты өлшеуге арналған автоматтық компенсаторлар;

- активті және кешенді кедергілерді өлшеуге арналған автоматтық компенсаторлар.

Жарықтықсәулелі осциллографтар – 0 ден 25 кГц- ке дейінгі жиіліктері бар шамаларды өлшеу мен тіркеуге арналған. Бұл аспаптарда тіркеу диаграммалық торы жоқ арнайы фотосезімді тасымалдау қарапайым жарықтық немесе ультрафиолеттік сәулемен жүргізіледі. Тасымалдаушы ретінде фотопленка мен қағаздың екі түрі қолданылады (қарапайым және ультрофиолеттік). Жарықтықсәулелі осциллограф схемалық түрде 11.5- суретте көрсетілген.

Гальванометрдің қозғалмалы бөлігінің тербелісі кезінде жарықтық сәуле қандай да бір жылдамдықпен айналатын фототасымалдаушы көлденең тербеледі. Тасымалдаушыға электромеханикалық немесе электрондық болатын 12- құрылғыға уақыттық белгілер түсіреді. Сәуленің бір бөлігі 7 айналық призма арқылы тұрақты жылдамдықпен айналып тұратын 8 айналық барабанға түседі, 9 призмадан шағылып, күңгірт экранға түседі. Барабанның айналуы кезінде барабанның әр жағына түсу бұрышы өзгереді, жарықтық таңба зерттелетін сигналдың жайылуын қамтамасыз етіп экран бойымен орнын ауыстырады.

11.5- сурет – Жарықтықсәулелі осциллографтың структуралық схемасы.

1 – магнитэлектрлік механизмнің гальванометрінің қозғалмалы жақтаушасы; 2 – миниатюрлі айна; 3 – разверткалар; 4 – ұстағыш; 5 – жарық көзі; 6 – призмалар мен линзалар жүйесі; 7 – айналық призма; 8 – айналық барабан; 9 – айналық призма; 11 – күңгірт экран;12 – уақыттың белгіленуі.

Ақпараттың анализі үшін градуирлық сипаттама мен уақыт масштабын білу керек.

Градуирлік сипаттама кесте, график, формула түрінде көрсетілетін осциллографтың кірісі мен шығысындағы мәндердің өзара байланысын сипаттайды.

Кірістік сигналдардың тіркелу жиілігінің ауқымы фототаспаның тартылу жылдамдығымен анықталады. Осылайша, 10 м/с жылдамдық кезінде қисықпен жазылатын бір период 1 мм-ден үлкен емес ұзындықты алады деп есептесек, 10 кГц- ке дейінгі жиілікті жазу мүмкіндігі бар.

Магнитографтар – бұл магниттік таспаны носитель ретінде пайдаланылатын және ЭВМ- мен жұмыс үшін арналған аспап.

Бұл өлшеу әдісінің артықшылықтары:

- таспаны қосымша өңдедің қажеті жоқ;

- көп қайтара қайтаөндірудің мүмкіндігі;

- уақыттың уақыттық масштабының өзгеруі.

Кемшіліктері:

- көрінетін тіркеудің жоқтығы.

Магниттік тасымалдау ақпаратты жазу кезінде жазудың үш түрі пайдаланылады: тура, модуляциялық және цифрлық.

Тура жазу ең қарапайым және жиіліктің кең ауқымы (ондаған кГц- ке дейін). Бірақ бұл әдістің дәлдігі төмен, қателік 10¸20%- ке дейін.

Модуляциалық жазу кең таралмаған, бірақ жиіліктік және кең- импульстік модуляция қолданылады.

Цифрлік жазудың дәлдігі ең жоғары. Бұл жағдайда тіркелетін сигнал жазушы бастиекке берілетін коддық сигналдар тізбегі түрінде болады.

Мысал: Н046 магнитографы ені 12,7 мм таспаға жазуға арналған, сигналдар көлемі- 7, таспаның жылдамдығы- 9,73 тен 76,3 см/с- ке дейін, жылдамдықтың өзгеруінің төрт кезеңі бар.

Өлшенетін жиіліктер ауқымы жиіліктік модуляцияны қолданғанда 0-16 кГц- тен бастап, тура жазуда 0,3-64 кГц.

12 ЦИФРЛЫҚ ӨЛШЕУІШ АСПАПТАР

12.1 Жалпы мағлұматтар

Цифрлік өлшеуіш аспаптардеп көрсеткіштері цифрлық формада көрсетілетін өлшеуіш ақпараттың дискреттік сигналдары автоматтық түрде өндірілетін аспаптарды айтамыз. Цифрлық аспаптарда өлшенетін шамаға сәйкес код құрылады, одан кейін кодқа сәйкес өлшенетін шаманың мәні есеп беруші құрылғыда цифрлық формада көрсетіледі.

Кедергілердің декадтық магазиндері бар зертханалық көпірлер өлшеуіш механизмі бар индикатор түріндегі шағылдыру құрылғысы бар автоматтық емес әсерлі цифрлық аспаптар болып табылады.

Цифрлік өлшеуіш аспаптың екі қажетті функционалды түзілімі болады: аналогты-цифрлік түрлендіргіш АЦТ пен цифрлік есеп беруші құрылғы.

АЦТ өлшенетін шаманың мәніне сәйкес кодты береді, ал цифрлік есеп беруші құрылғы бұл мәнде цифрлық формада көрсетеді.

Кодты құру үшін үздіксіз өлшенетін шама уақыт бойынша дискреттелініп, деңгей бойынша квантталынады.

Үздіксіз шаманың уақыт бойынша дискретелінуіx(t) деп оның уақыт бойынша үзілістіге түрлену операциясы аталады. Дискреттеліну уақыттарының екі көршілес моменттерінің арасындағы аралық тұрақты немесе айнымалы болатын дискреттелуқадамы деп аталады.

Үздіксіз шаманың деңгейі бойынша квантталуыx(t) деп оның квантталған x_K(t) шамасына түрленуін айтамыз. Квантталған шаманың орнықтырылған мәндері кванттау деңгейлерідеп аталады.

Екі жақынырақ деңгейлердің айырымы кванттау қадамы немесе кезеңідеп аталады.

Цифрлік өлшеуіш аспаптардың негізгі қателіктері келесі құраушылардан құрылады:

- дискреттеу қателігі;

- кванттау деңгейін іске асыру қателігі;

- салыстыру құрылғысының белгісіз шаманы белгілі шамамен салыстыру кезінде пайда болатын сезімділік шегінің бар болуынан болатын қателік;

- бөгеттердің әсерінен болатын қателік.

Цифрлық өлшеуіш аспаптарының түзілімдері радиоэлектроника мен интегралды микросхемалардың элементтері негізінде құрастырылған. Бұл түзілімдер құрамына келесі элементтер кіреді.

Триггерлер – бұл бір күйден екінші күйге кенет өзгеру түрінде ауыса алатын екі тепе- теңдік күйдің орнықтылығы бар құрылғылар.

Қайта өлшеуіш құрылғылар – бұл импульс жиіліктерін бөлуге, сандық- импульстік кодты екілік немесе екілік-ондық кодқа түрлендіруге арналған түзілімдер.

Таңбанысинтездеуші индикаторлар – көрсеткіштерді цифрлық формада шығаруға арналған газдықразрядты, сұйықкристалдық немесе жарықтықдиодтық индикатор түріндегі аспаптар.

Кілттер – айырып- қосқыш функциясын атқаратын құрылғылар. Кілттер негізінде реле, диодтар, транзисторлар және т.б. қолданыла алады.

Логикалық элементтер – кірістік және шығыстық шамалары 0 немесе 1 мәндеріне ие айнымалы болатын логикалық функцияларды реализациялайтын құрылғылар. Логикалық элементтер келесідей функцияларды жүзеге асырады: әр түрлі кірістер саны бар ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС, НЕМЕСЕ- ЕМЕС, ЖӘНЕ- ЕМЕС.

Дешифраторлар – бір түрдің параллель кодтарын екінші түрдің параллель кодтарына түрлендіруге арналған құрылғылар.

Салыстыру құрылғылары – бұл х₁ (белгілі) және х₂ (белгісіз) екі шаманы салыстыруға және салыстыру нәтижесіне байланысты шығыстық сигналды қалыптастыруға арналған құрылғылар.

Аналогтық түрлендіруде цифрлік өлшеуіш аспаптар келесідей бөлінеді:

- тізбектей есептеу құрылғысы;

- тізбектей жақындату құрылғысы;

- санау құрылғысы.

12.2 Тізбектей есептеу цифрлық өлшеуіш аспаптар

Тізбектей есептеу цифрлық өлшеуіш аспаптар (ЦӨҚ) келесідей бөлінеді:

- уақыттық интервалдар кодына тікелей түрлендіруі бар ЦӨҚ;

- жиілік кодына тікелей түрлендіруші ЦӨҚ;

- тұрақты тоқ кернеуі кодына тікелей түрлендіруші ЦӨҚ;

- орын ауыстыру кодына түрлендірудіші ЦӨҚ.

12.2.1 Уақыттық интервалдар кодына тікелей түрлендіруі бар ЦӨҚ.

Бұндай құрылғыларға хронометрлерді, фазометрлерді, периодомерлері, уақыт-импульстік вольтметрлерді, интегралдаушы вольтметрлер мен импульстер амплитудасының вольтметрлерін жатқызамыз.

Хронометрлер– бұл уақыт интервалын өлшеуге арналған аспаптап. t_Х уақыт интервалы t_Х уақытта санауышқа өткен импульстардың тұрақты жиілігінің кванттаушы импульстарының санын есептеу арқылы өлшенеді.

Стартнемесе стоп-импульспеншектелген t_Хбелдікті интервалының ЦӨҚ-ның қарапайымдалған структуралық схемасы 12.1- суретте көрсетілген.

Түрлендіру циклі қайта санау құрылғысын ҚҚ, есеп беруші құрылғыны ЕҚ, триггерді Тг бастапқы қалпына кеотіруден басталады.

12.1- сурет – уақыт интервалын өлшеуге арналған аспап.

ТЖИГ – тұрақты жиілікті импульстер генераторы; К – кілт; ПУ – қайта есептеуші құрылғы; ОУ – есеп беруші құрылғы; Тг – триггер.

Старт-импульс түскеннен кейін триггер Т_Г шалқайып, өзінің шығыстық сигналымен К кілтін ашады. ТЖИГ тұрақты жиілікті импульстер генераторынан ҚҚ кірісіне түсе бастайды. t_Х интервалының аяқталуы кезінде стоп-импульс триггер бастапқы күйіне қайтарып, К кілті жабылып ЕҚ-ға қателіксіз саны орнықтырылады.

Мысал ретінде реленің жұмысқа қосылуының уақытын өлшейтін Ф209 миллисекундомерінің сипаттарын келтіреміз. өлшенетін уақыт интервалының ауқымы– 1 ¸ 10⁴ мс; негізгі салыстырмалы қателік ± [0,005+0,005 × (t_K / t_X – 1)].

Фазометрлер. Берілген аспаптың қарапайымдалған схемасы 12.2- суретте келтірілген.

12.2- сурет – УИИБ- сы бар фазометрдің структуралық схемасы

Қ₁, Қ₂ – импульстерді қалыптастырғыш; УИББ – уақыттық интервалың бөліну блогы.

U_X₁ және U_X₂ кернеулерінің арасындағы j_Х фазалық ығысудың бұрышы олардың қисықтарының нөль арқылы өтуінің аралықтарының уақытын өлшеу арқылы анықталады. Сондықтан, уақыт интервалын өлшеу схемасына Қ₁ және Қ₂ қалыптастырғыштарын енгізеді. Олар старт- және стоп-импульсті импульстер сетиясынан тек екеуін ғана бөлетін кернеудің нөль және УИББ – уақыттық интервалың бөліну блогы арқылы өту моментінде қалыптастырады.

Олардың арасындағы уақыт импульстер саны арқылы анықталады:

;

мұндағы Т_Х = 1/f_X –U_X₁ және U_X₂кернеулерінің өзгеру периоды.

Аспаптың қателіктерін құраушылар:

- f_X және f₀ қатынасына тәуелді квантталу қателігі;

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 202122 23 24 25 Следующая ⇒