Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер | Скачать Материал

Кіріспе

1. Өлшеу техникасы мен ғылымның және өндірістің өзара байланысы

1.1Өлшеу аспаптары мен қондырғылары

1.2 Электрлік өлшеу

1.3 Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер

2. Электромеханикалық аспаптар

2.1 Индукциялы жүйе аспаптары

3. Оциллографтар

3.1 Электрлік шамаларды электронды сәулелі оциллографтар
көмегімен өлшеу

Қортынды

Пайдаланылған әдебиеттер

КІРІСПЕ

Өлшеу — адамның тәжірибелік әрекеттер теориясын біріктіретін табиғаттың адамға тағайындалған жолдарының бірі болып табылады. Ол ғылыми бөлімдердің бірі болып саналады, материалдық рессурстарды санау, өнімнің қажетті сапасын қамтамасыз ету, технологияны толығымен жетілдіру, өнімді автоматтандыру үшін және адам қызметінің көптеген басқа салалары үшін қызмет етеді. Өлшеу мен өлшеу техникасының теориялық негізі болып жалпы метрология жатады, ол объектінің қасиеттері мен берілген дәлділігі мен сенімділігі жөніндегі мөлшерлі ақпараттары алу үшін арналған пән болып табылады.

Метрология құралдары — бұл өлшеу құралдары мен метрологиялық стандарттардың рационалды түрде пайдалануын қамтамасыз ететін жиынтығы. Өлшеудің ғылыми аспектісінде олардың көмегімен ғылымда теория мен тәжірибенің байланысы жүзеге асырылады.

Өлшеу басқару немесе бақылау объектісі жөніндегі мөлшерлі ақпараттарды алуды қамтамасыз етеді, техникалық процестің барлық берілген шарттарын дәл көрсету, бұйымның жоғарғы сапасын қамтамасыз ету және объектіні тиімді түрде басқару мүмкін емес.

Берілген оқу құралы өлшеу мен құралдарын таңдап алу, әртүрлі физикалық шамаларды өлшеуге, өлшеу нәтижелерінің дәлдігін бағалауға байланысты өндірістік және ғылыми есептерді шешу үшін қажет білімдер мен дағдылық негіздерін беретін мәселелер қарастырылған.

Өлшеу техникасы метрологиялық эксперименттер жасау, өлшеу нәтижелерін өңдеу және метрологиялық жұмыстарды стандарттау мен сертификаттаудың жалпы ережелерін оқытатын ғылым ретіне де көзқарас қалыптастырады.

Өлшеу ұғымы әртүрлі ғылым (математика, физика, химия, психология, экономика және т.б.) салаларында кездеседі және олардың әрқайсысында ол әртүрлі түсіндірілуі мүмкін. Бұл курста автоматтандыру мен басқару саласында физикалық шамаларды өлшеуге қатысты мәселелер ғана қарастырылады.

Кез-келген өнімді өндіру бірнеше өлшеулер жүргізу арқылы жасалынады. Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем бірліктеріне басқада қасиеттеріне қойылатын талаптар анықталады.

Метрология және өлшеудің негізі ғылыми-өндірістік мәслелелерді шешу барысында қажетті өлшеу әдістерін, жабдықтарын дұрыс, нақты таңдауға мүмкіндік беретін білім мен дағдылар негізін үйрету.

Өлшеу техникасы мен ғылымның және өндірістің өзара байланысы

Адамзат тарихы дамуының барлық кезеңдері өлшеуді қолданумен дамып келді және оны қолданумен сипатталады, өлшеусіз ғылым саласында бірде-бір жаңалық ашу мүмкін емес.
Кез-келген өнімді өндіру бірнеше өлшеулер жүргізу арқы-лы жасалынады. Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем бірлік-теріне басқада қасиеттеріне қойылатын талаптар анықталады.
Өнімнің сапасының жетілуі де өндіріс орнындағы өлшеу жұмыстарының қаншалықты жоғары деңгейде ұйымдастырылғанан көрсетеді.
Өлшеу техникасының дамуы арқасында өлшеу нақтылығы жоғарлайды, ал ол өз кезегінде ғылым саласында жаңадан жетістіктерге жетелейді. Мысалы микроскопты іс жүзіне енгізу микроорганизмдерді зерттеуге мүмкіндік берсе ол кейіннен микробиология ғылымының пайда болуына себеп болды. Көбінесе қандайда бір құбылыстарды зерттеу үшін неғұрлым жетілдірілген аппаратураның қажеттілігін туғызады. Сондай-ақ ғылымдағы жаңалықтар өлшеу техникасының жетіле түсуіне себеп болады немесе өлшеу техникасының жаңа түрінің пайда болуына себеп болады.
Электрлік құбылыстарды алғашқы зерттеуге деген ұмтылыстар осы мақсатта пайдалануға қажетті аспаптарға деген сұраныстар туғызды. 1744 жылы М.И. Ломоносов электричество взвешено, быть может деген ой айтты және кейіннен Г.В. Рихманмен бірігіп көрсеткіші және шкаласы бар электрөлшегіш аспап ойлап тапты.
Электр теориясының дамуына байланысты жаңа заңдар ашылды және осы заңдар негізінде өлшеудің жаңа әдістері ойлап табылды және өлшеу практикасы жетіле түсті.
Өлшеу аспаптарының алуан түрлілігі мен өлшеу әдістерінің дамуы негізінде ғылымның жаңа саласы — метрология — нақты өлшеулер туралы ғылымы пайда болды.

Өлшеу аспаптары мен қондырғылары

Кешенді өлшеу құралдары барлық өлшеу процедураларын тарату үшін арналған. Өлшеу процесіндегі ролі мен орындайтын функциялары бойынша жіктелуіне сәйкес, оларға өлшеу аспаптары мен қондырғылары, өлшеу жүйелері мен өлшеп-есептеу кешендері жатады.
Бұл дәрісте өлшеу аспаптары мен қондырғыларын қарастырамыз.
Өлшеу аспаптары — өлшенетін физикалық шаманың мәнін оның өзгеру аралығы мен бақылаушыға тікелей қабылданатын өлшеу ақпараттарының сигналын өңдеу кезінде алу үшін арналған өлшеу құралы.
Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы. Өлшеу құралының берілген тобы көптеген аспаптардан тұрады, олар өлшенетін шамаларымен, пайдалану аймақтарымен, техникалық сипаттамаларымен, әрекет принциптерімен, қолданылатын элементі негізімен және басқа ерекшеліктерімен ажыратылады. Сонда да бұл аспаптардың кейбір ортақ қасиеттері бар. Өлшеу аспаптарының жалпы құрылымдық схемасы 1-суретте көрсетілген.
Өлшенетін ФШ алғашқы өлшеу түрлендіргіші мен қарапайым өлшеу құралдарының жиынтығынан тұратын түрлендіру құрылғысына әсер етеді. Алғашқы түрлендіргіш өлшенетін ФШ-ны өзіне біртекті немесе біртекті емес басқа шамаға түрлендіреді. Сигнал түрлендіргіштің шығысынан қарапайым ӨЖ жиынтығы арқылы өтеді. Қарапайым өлшеу аспаптарында мұндай жиынтық болмауы да мүмкін. Мысалы, аналогты вольтметрлерде өлшенетін кернеу алғашқы электроме-ханикалық ӨТ көмегімен тілшенің бұрылу бұрышына өзгереді.

Өлшенетін ФШ
Алғашқы
өлшеу
түрлендіргіші
Қарапайым ӨЖ
жиынтығы
Санағыш
құрылғысы
Аспап көрсеткіші

1 сурет. Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы

Түрлендіру құрылғысының шығысында параметрлері санағыш құрылғысының кіріс сипаттамаларына сәйкес келетін сигнал пайда болады.
Өлшеу аспаптарының жіктелуі. Әр түрлі өлшеу аспаптарының ерекшеліктерін есептеу үшін оларды әртүрлі белгілері бойынша жіктейді. Индикациялау түріне байланысты өлшеу аспаптарын мына түрлерге бөледі:
көрсетуші, өлшенетін шаманың көрсеткішін ғана санайды, мысалы тілшелі немесе сандық вольтметр;
тіркеуші, көрсеткіштердің осы немесе басқа ақпараттарды сақтаушыда тіркелуін алдын ала қарастырады, мысалы қағаз лентасында. Тіркеме аналогты немесе санды түрде болуы мүмкін. Оларды өзінше жазатын және жазып шығарушы деп ажыратады.
Өлшенетін шаманы түрлендіру әдістеріне байланысты аспаптарды тура, компенсациялы (теңестірілген) және аралас түрлендіргіштер деп бөледі.
Тағайындалуына байланысты өлшеу аспаптары амперметрлер, вольтметрлер, омметрлер, термометрлер, гигрометрлер және т.б. болып бөлінеді.
Қолданылатын өлшеу сигналдарын түрлендіру түріне байланысты аспаптар аналогты және сандық болып жіктеледі.
Аналогты аспаптар — бұл көрсеткіштері мен шығыс сигналдары өлшенетін шаманың өзгеру функциясында үздіксіз болып келетін аспаптар. Сызықты аналогты және өлшеу аспаптарының идеалданған түрлендіру теңдеуі мына түрде болады
Y = KX,
мұндағы Х — өлшенетін шама; Y, К — аспаптың сәйкес түрлендіру көрсеткіші мен коэффициенті. Көптеген өлшеу аспаптары сызықты болатынын айта кеткен жөн.
Сандық аспаптар — бұл әрекет принципі өлшенетін немесе оған пропорционалды шамаларды кванттауға негізделген аспаптар. Мұндай аспаптардың көрсеткіштері сандық түрде беріледі. Кванттау операциясының бар болуы сандық аспаптарда аналогты аспаптармен салыстырғанда метрологиялық сипаттамаларын таңдап алу әдісі, талдау, бейнелеу және мөлшерлеу сияқты елеулі айырмашылықтарын тудыратын ерекше қасиеттерінің пайда болуына алып келеді.
Өлшеу қондырғысы. Бұл — өлшеу құралдары (өлшем, өлшеу аспаптары, өлшеу түрлендіргіштері) мен өлшеу ақпаратының сигналдарын бақылаушыға тікелей қолайлы етіп өңдеу үшін арналған және бір жерде орналасқан көмекші қондырғымен функционалды түрде біріккен жиынтығы.
Қандай да бір бұйымды сынауға арналған өлшеу қондыр-ғысын сынақ қабырғасы (мысалы, электрлі материалдардың үлесті кедергісін өлшеу үшін, магнитті материалдарды сынау үшін) деп атайды.
ӨЖ-ні салыстырып тексеру үшін арналған эталондармен қосылған өлшеу қондырғысын салыстырып тексеру қондыры-ғысы (мысалы, вольтметрлерді салыстырып тексеру қондырғысы) деп атайды. Негізінде машинажасауда қолданылатын кейбір үлкен өлшеу қондырғыларды өлшеу машиналары (мысалы, күш өлшейтін машина, бөлгіш машина) деп те атайды.

.Электрлік өлшеу

Өлшеу техникасының маңызды бір бөлігі электрлік өлшеу техникасы — өлшеу ақпаратын электрлік сигналдар арқылы тасымалдайтын электрлік өлшеу аспаптарын жасау, пайдалану, оладың көмегімен ғылыми зерттеу жұмыстарын, іс-тәжірибелер жасаумен айналысатын адамдардың қызмет саласы.
Физикалық шамаларды электрлік өлшеу аспаптарының көмегімен өлшеу-электрлік өлшеу деп аталады.
Электрлік өлшеулерге мыналар жатады:
электрлік шамаларды өлшеу;
электрлік шамалармен байланысы бар уақыттық шамаларды өлшеу;
электрлікке түрлендірілген электрлік емес шамаларды өлшеу.
Электрлік өлшеудің негізгі артықшылықтары мыналар:
— қарапайым әрі арзан электронды құрылғылардың көмегімен жоғары дәлдікпен өлшеу түрлендірулерін жүргізу;
— физикалық шамалардың мәнін өте кең арлықта өлшеуге мүмкіндік береді;
— өте баяу немесе жылдам өтетін процесстерді бақылау, зерттеу кезінде өлшеуді жүргізе алу қабілеттілігі және электрлік өлшеу тізбегінің аз инерциялылығы;
— өлшеуді арақашықтықтан жүргізуге және түйіспесіз өлшеуге мүмкіндік беруі;
— өлшеу нәтижелерін аналогты немесе цифрлі формада тасымалдай алу қабілеттілігі;
— өлшеу нәтижелерін тасымалдау, өңдеу және оларды сақтауға мүмкіндік береді сондай-ақ өлшеу нәтижелерін өлшеу — есептеу жүйелеріне алдын ала түрлендірусіз тасымалдай алу қабілеттілігі.

Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер

Барлық физикалық шамаларды өлшеу өлшегіш аспаптар көмегімен жүргізіледі.
Өлшеу жабдығы — өлшеу экспериментін жүргізуге қолданылатын техникалық сипаттамалары мөлшерленген техникалық құрылғы.
Функционалдық арналуына байланысты барлық өлшегіш аспаптар төмендегіше жіктеледі:
— өлшем — физикалық шаманың белгілі бір мәнін көрсетуге арналған өлшеу жабдығы;
— өлшеу түрлендіргіші — бақылаушы тікелей қабылдай ал-майтын, бірақ әрі қарай тсымалдауға, өңдеуге және сақтауға қолай-лы өлшеу ақпараты сигналын өңдіруге арналған өлшеу жабдығы;
— өлшегіш аспап — бақылаушы тікелей қабылдай алатын өлшеу информациясының сигналын өңдіретін өлшеу жабдығы;
— өлшеу ақпарат жүйелері және өлшеу құрылғылары — бақылауға, өңдеуге және объектілерді басқару үшін қолдануға ыңғайлы өлшеу информациясын өңдіру үшін бір-бірімен көмекші құрылғылар, байланыс каналдары арқылы жалғанған өлшеу жабдықтарының жиынтығы.

Электромеханикалық аспатар

Аналогты өлшеу түрлендіргіштерінің кеңінен қолданылатын бір түрі ол электромеханикалық түрлендіргіштер. Олар тұрақты және айнымалы ток пен кернеулерді немесе басқада электрлік және электрлік емес шамаларды түрлендіру үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштің негізгі ерекшеліктері олардың қарапайымдылығы, жоғары сенімділігі мен нақтылығы.
Барлық электромеханикалық өлшеу аспаптарын көрсетілгендей өлшеу тізбегінен, өлшеу механизімінен және есептегіш құрылғыдан құралатын структуралық схема түрінде көрсетуге болады.
Өлшеу
тізбегі
Өлшеу
механизмі
Есептеу құрылғысы
Х
Х1

Ү
. Электромеханикалық өлшеу аспабының структуралық схемасы

Өлшеу тізбегінде кірістегі Х шамасы өлшеу механизіміне әсер ететін Х1 аралық шамасына түрленеді. Өлшеу тізбегі сондай-ақ өлшеу аралығын кеңейту және қателіктерді теңгеру компенцациялау үшінде арналуы мүмкін.
Өлшеу механизімінде Х1 аралық шамасының электромагнитті энергиясы айналдырғыш момент туғызатын электромеханикалық энергияға түрлену процессі жүріп нәтижесінде өлшеу механизімінің қозғалмалы бөлігі бұрышқа орын ауыстырады бұрылады.
Қозғалмалы бөліктің орын ауыстыруы ауытқуы есептегіш құрылғы арқылы анықталады. Электромеханикалық аспаптардың есептегіш құрылғысы шкала және көрсеткіштен стрелка, жарық сәулесі құралады. Оның көмегімен өлшеу аспабының өлшеніп отырған Х шамасына тең болуы керек Ү көрсетуі анықталады.

Электромеханикалық түрлендіргіштердің жіктелуі
Барлық электромеханикалық түрлендіргіштер жұмыс жасау принципіне байланысты, яғни өлшеніп отырған сигналдың электромагнитті энергиясының түрлендіргіштің қозғалмалы бөлігінің орын ауыстыруын туғызатын механикалық энергияға түрлену әдісіне байланысты бірнеше түрге бөлінеді:
магниттіэлектрлі механизм;
логометрлік магниттіэлектрлі механизм;
электромагнитті механизм;
логометрлік электромагнитті механизм;
полярланған электромагнитті механизм;
электрдинамикалық механизм;
логометрлік электродинамикалық механизм;
ферродинамикалық механизм;
логометрлік ферродинамикалық механизм;
электростатикалық механизм:
индукциялы өлшеу механизмі.
Басқада ерекшеліктеріне, мысалы кері әсер етуші моменттің пайда болуына байланысты механикалық кері әсер етуші моментті және электрлі кері әсер етуші моментті (логометрлі) болып екіге бөлінеді.
Қолданылатын есептегіш құрылғының түріне байланысты көрсеткіші механикалы- тілшелі (стрелочный) және көрсеткіші жарық пен көрсететін.
Нақтылық класына байланысты: 0,05; 0,1; 0,2;:0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. нақтылық класты.
Өлешенетін шама түріне байланысты электромеханикалық аспаптар амперметрлер, вольтметрлер, ваттметрлер, омметрлер, фазометрлер, частотометрлер, гальванометрлер және т.б болып жіктеледі.
Магниттіэлектрлі аспаптар
Бұл жүйе аспаптарының құрылысы 8.2 — суретте көрсетілген, негізгі құрамды бөліктері 1- тұрақты магнит және оған бекітілген 2-полюстер, полюстер арасына 3-болаттан жасалған цилиндр және оған жапсырылған 4-рамка, рамкаға ток екі спираль тәрізді 5-серіппелер арқылы беріледі.

. Магниттіэлектрлі жүйе аспабының құрылысы

Бұл жүйедегі аспаптардың жұмыс жасау принципі рамкадағы ток пен полюстердің магнит өрісінің өзара әсерлесуіне негізделген. Бұл әсердің нәтижесінде айналдырғыш момент пайда болып рамка және ол бекітілген цилиндр бірге қозғалысқа келеді. Спираль тәрізді серіппе бұл қозғалысқа кері әсер моментін туғызады. Айналдырғыш момент токқа пропорционал ал кері әсер моменті серіппенің бұралу бұрышына пропорционал болғандықтан: деп жазуға болады, мұндағы k және D — пропорционалдық коэффициенттері.
Ендеше рамканың бұрылу бұрышы:

ал орамдағы ток

мұндағы — шкаланың бөліну санымен анықталатын токтың өлшем бірлігіне сәйкес келетін аспаптың сезімталдылығы; CI — аспаптың ток бойынша тұрақтылығы.
Олай болса өлшенетін токты бұрылу бұрышы мен ток бойынша тұрақтылық коэффициенттерінің көбейтіндісі ретінде анықтауға болады.
Бұл жүйедегі аспаптардың негізгі артықшылықтары мыналар: жоғары нақтылығы мен сезімталдылығы, өлшеу тізбегінен аз қуат тұтынады. Кемшіліктері ретінде олардың құрылысының күрделілігін, асқын жүктемеге төзімсіздігін және қосымша түрлендірусіз тек тұрақты токты өлшеуге арналатындығын айтуға болады.
Электромагнитті жүйе аспаптары
Электромагнитті өлшеу механизмдерде айналдыру моменті тогы бар орамның магнит өрісі мен қозғалмалы ферромагнитті табақшаның өзара әсерлесуі негізінде пайда болады. Электромагнитті өлшеу механизмінің құрылысы 8.3-суретте көрсетілген.
Бұл жүйе аспаптарының негізгі бөліктері қозғалмайтын орам — 1, болаттан жасалған қозғалмалы өзекше — 2, өзекшеге көрсеткіш тіл — 3 және кері әсер моментін туғызатын серіппе — 4 бекітілген. Айналдыру моменті мен кері әсер моменті бір-біріне теңескенде жүйе тынышталады. Қозғалмалы бөліктің бұрылу бұрышына сәйкес өлшенетін ток анықталады.

. Электромагнитті жүйе аспабының құрылысы

Айналдыру моментінің орташа мәні өлшенетін токтың квадратына пропорционал:

Спираль тәрізді серіппе туғызатын кері әсер моменті қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышына пропорционал болғандықтан, шкала теңдеуін мына түрде жазуға болады:

яғни қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышы айнымалы токтың әсерлік мәнінің квадратына пропорционал.
Айналдырғыш момент мына теңдікпен анықталады:
,
мұндағы — энергияның өзекшенің орынауыстыру бұрышы бойынша туындысы; I — өлшенетін ток; — орам индуктивтілігінің өзекшенің орынауыстыру бұрышы бойынша туындысы.
Аспапты айнымалы ток көзіне қосқан кезде айналдыру моментінің период ішіндегі орташа мәні:

мұндағы m(t)- айналдыру моментінің ілездік мәні; Im — орамнан өтетін токтың максималь мәні.
Аспап шкаласының теңдеуі:

Бұл теңдіктен шкала біркелкі емес, яғни квадраттық сипатта. Шкаланың біркелкі еместігін төмендету үшін аспаптың сезімталдылығы да қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышына байланысты біркелкі болмау керек, оны табақшаның формасын таңдау арқылы іске асыруға болады.
Электромагнитті механизмнің сезімталдылығы:
.
Электромагнитті аспаптардың артықшылықтары: айнымалы және тұрақты ток тізбектерінде өлшеу жүргізе алатындығы, асқын жүктемеге төзімділігі, ток пен кернеудің үлкен мәндерін тікелей өлшеуге қолдануға болатындығы, құрылысының қарапайымдылығы.
Электромагнитті аспаптардың кемшіліктері:
Шкаласының біркелкі еместігі, сезімталдығының жоғары еместігі, өлшеу тізбегінен айтарлықтай қуат тұтынатындығы және сыртқы магнит өрісі мен қоршаған орта температурасының әсеріне төзімсіздігі.
Негізгі артықшылықтары мыналар: құрылысының қарпайымдылығы, сенімділігі және асқын жүктемеге төзімділігі.

Электродинамикалық механизмдер
Электр қуатын өлшеу үшін электродинамикалық жүйе өлшеу аспабын 8.4-сурет қолданған тиімді, электр қуатын тура өлшеуге арналған өлшеу аспабы ваттметр, ол екі орамнан құралатын өлшегіш элементтерден құралады оның бірі өлшеу тізбегіне тізбектей жалғанатын болса, екіншісі параллель жалғанады. Өлшеу аспабын өлшеу тізбегіне жалғаған кезде тізбектей жалғанатын орамнан жүктемеге пропорциональ ток өтетін болса, параллель … жалғасы