Электронды вольтметрлер

Кесте

Кесте

Сурет. Электромагнитті датчиктер

3.5, а-суретте сызықты орын ауыстыру датчигі көрсетілген. 3.5, б-суретте бұрыштық орын ауыстырудыкі. Өлшемдердің нақтылығын көтеру үшін қосылудың трансформаторлы сқлбасы (3.5, в-сурет) мен дифференциалды сұлба (3.5, г-сурет.) қолданылуы.

3.4. Электрлік емес шамалардың электрлікке түрлендірілуі және олардың жіктелуі

Тағайындалуы бойынша өлшеу түрлендіргіштері механикалық, жылулық, химиялық, магниттік, биологиялық және басқа физикалық шамалардың түрлендіргіштеріне бөлінеді.

Жұмыс істеу принципі бойынша өлшеу түрлендіргіштері генераторлық және параметрлік болып бөлінеді.

Генераторлық	Параметрлік
Электромагнитті
Тахогенераторлар	Индуктивті және магнитті серпімді
Жылулық
Термопаралар	Терморезисторлар
Оптикалық
Фотоэлемент	Фоторезистор, фотодиод және т.б.

Генераторлы түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі өлшенетін шаманың сәйкес энергияның электрлік формасына түрленуін қамтамассыз ететін белгілі бір физикалық құбылысқа негізделген. Генераторлы түрлендіргішті құрастыру үшін қолданылатын осы физикалық эффектілердің ең маңыздылары 3.5-кестесінде, ал олардың техникалық орындалу принциптерін кескіндейтін схемалар 3.5-суретте көрсетілген. Термоэлектрлік эффектіні (термопара) жүзеге асыратын түрлендіргіш химиялық табиғаты әр түрлі екі М1 және М2 өткізгіштен тұрады. Егер өткізгізгіштердің бірінің 01 қосылу орының температурасын 02 екіншісінің температурасынан өзгеше етсек, тізбекте спайлар температуралары функциясының айырмасы болып табылатын термоЭҚК пайда болады. ТермоЭҚК Е 02-нің температурасы тұрақты болған жағдайда өлшенетін 01 температурасына пропорционал болады.

Өлшенетін шама	Қолданылатын эффектілер	Шығатын шама
Температура	Термоэлектрлі эффект	Кернеу
Оптикалық шағылудың ағыны	Пироэлектрлік эффект	Заряд
Сыртқы фотоэффект	Ток
p-n ығысудағы жартылай өткізгіштегі ішкі фотоэффект
Фотоэлектромагнитті эффект	Кернеу
Күш, қысым, үдеу	Пъезоэлектрлік эффект	Заряд
Жылдамдық	Электромагнитті индукция	Кернеу
Ығысу	Холл эффектісі	Кернеу

Пироэлектрлік эффектсі бар түрлендіргіште пироэлектриктер (мысалы, сульфат триглицині) деп аталатын белгілі бір кристалдарда олардың температурасына байланысты болатын кездейсоқ электрлік поляризация болады. Бұл жағдайда түрлендіргіштің қарама-қарсы жатқан екі бетінде сол поляризацияға пропорционал болатын қарама-қарсы таңбалы электр зарядтары пайда болады.

3.5 сурет. Техникалық орындалу принциптерін кескіндейтін схемалар

Кристалға сіңірілген шаңылу ағыны конденсатордың қысқыштарындаңы кернеудің өзгерісімен анықталатын сәйкес поляризацияның және температураның өсуіне әкеледі. Пьезоэлектрлік эффектісі бар түрлендіргіште пьезоэлектрлік кристалдағы, мысалы, кварц, кернеудің механикалық өзгеруі кристалдың қарама-қарсы қырларында шамасы бойынша бірдей қарама-қарсы таңбалы электр зарядының пайда болуына әкеледі (3.6-сурет). Осылайша, күш немесе оған қатысты шамаларды (қысым, үдеу) өлшеу пьезоэлектриктің қысқыштары арасындағы кернеуді өлшеу арқылы жүзеге асады.

Электромагниттік индукция құбылысын пайдалатын түрлендіргіште тұрақты магнит өрісіндегі өткізгіштің орнын ауыстырғанда оның орын ауыстыру жылдамдығына және магнит ағынының мәніне пропорционал ЭҚК пайда болады (3.6, г-сурет). Қозғалмайтын тұйық контурға айнымалы магнит өрісі әсер еткенде онда магнит ағынының өзгеру жылдамдығына мәні жағынан тең (және таңбасы бойынша қарама-қарсы) ЭҚК индукциаланалды. Қозғалмайтын контурға қатысты магнит өрісінің көзі (мысалы, магнит) орын ауыстырғанда да ЭҚК туындалады. Осылайша, электромагнитті индукцияның ЭҚК-н өлшеу электомагнитті түрлендіргішті қозғалатын элементімен механикалық байланыста болатын объектінің орнын ауыстыру жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді

Түрлендіргіштерде, сондай-ақ өзінің болу шартымен айырықша, бірақ жалпы пайда болу шарты заттағы жарықтың немесе жалпы жағдайда сезімтал металға тән, толқын ұзындығы кейбір бастапқы мәндерден қысқа электромагниттік шағылудың әсері етуінен электр зарядтарының босауы-ортақ фотоэлектрлік эффектілер пайдаланылады.

Фотоэлектромагнитті эффектіге негізделген түрлендіргіш. Шағылуға перпендикуляр магнит өрісін қолдану жарықтан-дырылған жартылай өткізгіште өрістің және түсетін шағылудың нормамен бағыттас электр кернеуінңі пайда болуына әкеледі.

Фотоэлетрлік эффект фотометрия негізі болып табылады және таратушысы жарық болатын аппараттың тасымалдануын қамтамассыз етеді.

Холл эффектісіне негізделген түрлендіргіш. Біртекті магнит өрісінде(магнит өрісі B векторы I топқа Ө бұрышын құрайды) орналасқан жартылай өткізгіштің үлгісі (пластина) арқылы өріске перпендикуляр бағытта электр тогын жібергенде U_x ЭҚК пайда болады:

мұндағы K_H -өткізу типіне және пластина өлшеміне байланысты (3.6, е-сурет).

Холл түрлендіргішін объектілердің орнын ауыстыруын және орын ауыстырғанда түрлентін шамаларды, мысалы, қысымды өлшеуде қолданды. Түрлендіргіштің тұрақты магнитін механикалық түрде объектпен байланыстырады, және де магнит ауытқығанда пропорционалды түрде түрлендіргіштен шығатын кернеу өзгереді (ток тұрақты болып қалады).

3.6 сурет. Пьезоэлектриктің қысқыштары арасындағы кернеуді өлшеу

Параметрлі түрлендіргіштер

Параметрлі түрлендіргіштерде шығатын толық кедергінің кейбір параметрлері өлшентін шама әсерінен өзгере алады. Түрлендіргіштің толық кедергісі, бір жағынан, оның элементінің геометриялық өлшемдеріне, екінші жағынан-материалдық қасиеттеріне: меншікті кедергісіне, магнит өткізгіштігіне және диэлектрлік тұрақтысына шартталады.

Осылайша, толық кедергідегі өзгерістер өлшенетін шаманың не түрлендіргіш элементің геометриялық өлшеміне, не оның материалының электрлік және магнитті қасиеттеріне, не кейде болатын екеуіне де бір уақытта әсер етуінен туындауы мүмкін. Егер түрлендіргіш құрамында қозғалатын не деформациа-ланатын элемент болса, түрлендіргіштің геометриялық өлшемдері мен оның толық кедергісінің параметрлері өзгеруі мүмкін.

Түрлендіргіштің қозғалатын элементінің әрбір орналасуы-на белгілі бір кедергі сәйкес болып табылады және де оның параметрлерін өлшеу арқылыэлементтің орналасуын білуге болады. Бұл принциппен көптеген объектілердің орны мен орын ауыстыру түрлендіргіштері жұмыс істейді:потенциометрлік, индуктивті, көлемдік.

Деформация түрлендіргіштің сезімтал элементіне күштің (немесе оған байланысты шаманың- қысым, үдеу) әсер етуінің нәтижесі болыптабылады.

Сезімтал элементтің деформациясынан пайда болған түрлендіргіштің комплексті кедергісінің өзгеруі сол түрлендіргіштің құрамында болатын арнайы өлшенетін схемадағы сәйкес электр сигналының өзгеруіне әкеледі.

Материалдың электрлік қасиеттері мен түрлендіргіштің сезімтал элементінің жағдайы айнымалы физикалық шамаларға байланысты болады: температура, қысым, ылғалдылық, жарықта-ну және т.б. Егер бір ғана шама өзгеріп, қалғандары тұрақтылықты сақтаса, осы шама мен түрлендіргіштің комплексті кедергісі мәндерінің арасындағы бір мәнді сәйкестікті бағалауға болады. Бұл сәйкестік градиурлы қисықпен сипатталады. Градиурлы қисықты біле отырып, комплексті кедергіні өлшеу нәтижелерімен өлшенетін шаманың сәйкес мәнін анықтауға болады.

3.6-кестеде параметрлік түрлендіргіштер көмегімен электрлік емес шамалардың түрлендірілуімен байланысты физикалық эффектілер тізімі келтірілген. Олардың ішінде резистивті түрлендіргіштерді еркше көрсету орынды.

Құрамында қорек көзі және сигналдың қалыптасуының схемасы бар арнайы электр тізбегіне түрлендіргішті қоса отырып, параметрлік түрлендіргіштің толық кедергісін және оның өзгерістерін өлшеуге болады. Көптеген жағдайда өлшеу схемаларының келесі түрлері қолданылады:

- құрамында параллель жалғанған кернеу көзі және түрлендіргіш – потенциометр бар потенциометрлік схема;

- түрлендіргіштің толық кедергісі бар айнымалы контур (сондай-ақ контур ауытқу генераторының бір бөлігі б.т. және оның жиілігін анықтайды);

- күшею коэффициентін анықтайтын элементтердің бірі болатын түрлендіргіш кедергісіндегі операциялық күшейткіш.

Өлшенетін шама	Өлшенетін шама әсерінен өзгеретін электрлік сипаттама	Қолданылатын материалдар типі
Температура	Кедергі	Металдар (платина, никель, мыс), жартылай өткізгіш
Өте төмен температура	Диэлектрлік өтімділік	Шыны, керамика
Оптикалық сәулелену ағыны	Кедергі	Жартылай өткізгіштер
Деформация	Кедергі	Никель балқымасы, кремний
Орын ауыстыру	Магнит өткізгіштік	Ферромагнитті балқымалар
Кедергі	Магнитті резистивті материалдар: висмут, индий антимониді
Ылғалдылық	Кедергі	Хлорлы литий, амоний оксиді, полимерлер
Диэлектрлік өтімділік
Сұйықтық мөлшері	Диэлектрлік өтімділік	Сұйық изоляциялы материалдар

Қиыстырылған (комбинированные) түрлендіргіштер

Кейбір электрлік емес шамаларды өлшегенде, оларды әрқашан электрлікке түрлендіру мүмкін емес. Мұндай жағдайларда бастапқы өлшенетін шаманы кейін шығатын электрлік шамаға түрлендіру үшін өтпелі электрлік емес шамаға түрлендіру орындалады. Сәйкес екі өлшенетін түрлендіргіштің жиынтығынан қиыстырылған түрлендіргіш шығады (3.7-сурет).

3.7 сурет. Екі өлшенетін түрлендіргіштің жиынтығынан қиыстырылған түрлендіргіш

Мұндай түрлендіргіштер екінші түрлендіргіштер сезімтал болып келетін бірінші түрлендіргіштегі деформация мен шығатын элементтің орын аустыруын туғызатын механикалық шамаларды өлшеуге ыңғайлы.

Мысалы қысымды деформациясы механикалық ығысуға әсер ететін түрлендіргіштің электр шамасына түрленетін алғашқы түрлендіргіш болып табылатын мембрана көмегімен өлшеуге болады.

Индуктивті өлшенетін түрлендіргіштер

Генераторлы түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі сәйкес өлшенетін шаманың энергияның электрлік формасына түрленуін қамтамасыз ететін белгілі бір физикалық құбылысқа негізделген.

Индукциялық өлшенетін түрлендіргіш деп жұмыс істеу принципі электромагниттік индукция заңына негізделген түрлендіргіш аталады. Түрлендіргіштің катушкасы болады. Түрлендіргішке кіретін шама әсер еткенде катушканың оған қатысты ішкі магнит өрісі бар тізбектік ағын y өзгереді:

мұндағы w – катушка орамдарының саны; Ф – катушка арқылы өтетін магнит ағыны; В – магнит индукциясы; S – катушканың көлденең қимасының ауданы.

Сондай-ақ катушкада ЭҚК байқалады:

Келтірілген w,В, S шамаларының уақыт бойынша кез-келгені өзгергенде ЭҚК байқалады.

Мысал ретінде ауа саңылауында катушка айналатын тұрақты магниті бар магниттік жүйе болып табылатын түрлендіргішті қарастырайық (3.8-сурет).

3.8 сурет. Тұрақты магниті бар магниттік жүйе болып табылатын түрлендіргішті

Катушка Х осімен қозғалған кезде магнит өрісінде орналасқан катушканың қимасының ауданы өзгереді, .

Бұл тізбектік ағынның өзгеруіне алып келеді және катушкада ЭҚК байқалады:

Индукциялық түрлендіргіштер катушканың сызықтық және бұрыштық жылдамдықтарының ЭҚК-дегі магнит өрісінің орын ауыстыруын түрлендіру үшін қызмет етеді. Олар катушканың сызықтық және бұрыштық орын ауыстыруының механикалық энергиясын электрлікке түрлендіреді.

Жылдамдық және діріл түрлендіргіштері

Индукциялық түрлендіргіштер ЭҚК-ні тек қана катушканың магнит өрісінде орын ауыстырғанында ғана генерациялайды. Сол себептен түрлендіргіштердің бұл түрі аз шамадағы сызықтық орын ауыстыру кезіндегі ЭҚК-ң сызықтық жылдамдығын түрлендіру үшін қолданылуы мүмкін. Олар әдетте амплитудасы бірнеше сантиметрден аспаған кездегі теңселу жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады.

Дірілдеу жылдамдығының түрлендіргішінің бір концтрукциялық шешімі 3.9, а суретте көрсетілген. Түрлендіргіш болат жарманың 2 ішінде орналасқан магнит сақинадан 1 тұрады. Тұрақты магниттің магнит ағыны ауа саңылауы және цилиндр тәрізді өңделген полюс ұштары 3 арқылы орталық цилиндр жүрекшеге өтеді. Цилиндрлік ауа қабатында сол қабатта түрлендіргіш осімен орын ауыстыра алатын каркасқа оратылған өлшенетін катушка 4 бар.

Өлшенетін катушканы 4 шартты түрде 3-ке бөлуге болады (3.9, а - сурет.). I бөлік магнит өткізгіштен тыс орналасқан және магнит ағыны оған кірмейді, яғни катушканың бұл бөлігінің ЭҚК-і индукцияланбайды. II бөлік полюс ұштары және цилиндрлік жүрекше құрайтын ауа саңылауында орналасқан. Бұл катушканың орамдарынан өтетін магнит ағыны уақыт бойынша өзгермейді және де орамдар ағыны тұрақты болып қала береді. Катушканың бұл бөлігінде ЭҚК де байқалмайды. Катушканың III бөлігі ауа саңылауынан тыс, бірақ магниттік жүйенің ішінде орналасқан. Бұл катушканың орамдарынан өтетін магнит ағыны да тұрақты, бірақ катушканың теңселуі кезінде орамдар саны өзгереді. Орамдар санының өзгеруі тізбектік ағымның өзгеруіне және ЭҚК-ң байқалуына әкеледі. Әдетте катушка орамдары бірыңғай оратылады. Бұл жағдайда түрлендіргіштің ЭҚК-і теңселу жылдамдығына пропорционал.

Индукциялық түрлендіргіштер сондай-ақ, бұрыштық тең-селу жылдамдығын өлшеуде де қолданыла алады. Мұндай түрлен-діргіштің схемасы 3.8, 6-суреттерде көрсетілген. Ол тұрақты магниттен 1, полюс ұштарынан 2, цилиндрлік болат жүрекшеден 3 және катушкадан 4 тұрады. Түрлендіргіш құрылысы магнитті-электрлік өлшеу механизмінің құрылысына ұқсас. Катушканы жүрекше осімен айналдырғанда оның тұрақты магнит өрісінің тізбектік ағыны өзгереді және өлшеу обьектісінің бұрыштық орын ауыстыруына пропорционал ЭҚК индукциаланады.

3.9 сурет. а- сызықты діріл түрлендіргіші; б- бұрыштық діріл түрлендіргіші

Тахометрлік түрлендіргіштер

Түрлендіргіштің мұндай типі электромашиналық генератор болып табылады. Мысал ретінде айналмалы тұрақты магниті бар синхронды түрлендіргішті қарастырайық (3.10, а-сурет).

Берілген түрлендіргіште тұрақты магниттің айналу кезінде пайда болатын магнит ағынының өзгеруі есебінен ЭҚК индукцияланады. Одан шығатын сигналдың жиілігі біліктің айналу жиілігіне тең немесе одан кем. Түрлендіргіш орамдар оратылған статордан 1, тұрақты магнит орнатылған ротордан 2 тұрады. Статор цилиндр тәрізді өңделген магнитті жұмсақ материалдан жасалған полюс ұштары ретінде көрсетілген. Магнит айналған кезде орам арқылы өтетін магнит ағыны өзгереді де, онда аәйнымалы ЭҚК өңделеді. ЭҚК-ң амплитудасы мен жиілігі ротордың айналу жиілігіне пропорционал.

Шығатын сигналдың жиілігі қатынаспен анықталады, мұндағы n-айналу жиілігі, айн/мин; p-полюс жұптарының саны. 3.10-суретте статорда 1 орналасқан тұрақты магниттен қозатын тұрақты токтың тахометрлік түрлендіргішінің схемасы көрсетілген.

Өлшеуіш приборды түрлендіргішке қосқанда соңғысы өлшеуіш тізбекке механикалық қуатқа пропорционал болып табылатын белгілі бір электр қуатын жібереді. Механикалық қуат келесі қатынаспен анықталады:

мұндағы -ротордың бұрыштық айналу жиілігі; М-электр қуатымен байланысты қажетті момент: мұндағы -ПӘК.

3.10 сурет. а- орамы қозғалмайтын және магниті қозғалмалы; б – орамы қозғалмалы магниті қоғалмайтын

Келтірілген қатынастардан түрлендіргіш генерациялайтын ЭҚК жоғарлаған сайын оның білігіне түсетін механикалық қуатта өсетіндігі.

3.5. Цифрлі және электронды өлшеу аспаптары

Жалпы мағлұматтар. Электронды вольтметрлер (ЭВ) өзінше электронды түрлендіргішітің, көбінесе, магниттіэлектрлі жүйенің өлшеу аспаптарымен үйлесімділігін береді. Радиоэлектронды өлшеу тәжірибелерінде ЭВ-ді кеңінен лайдалану келесі себептермен дәлелденген:

1) кең амплитудалы және жиілікті диапазонды (сезімтал-дығы жоғары және реттелген кезінде ЭВ-нің өлшеу шектері бір микровольт-тан жүздеген вольтқа дейін болады; жиілік диапазондары ондаған герцтен жүздеген мегагерцке шейін созылып жатыр. Транзисторлы түрлендіргіші бар ЭВ-нің жиілік диапазоны 20 Гц ¸ 1 МГц, лампалынікі - 20 Гц ¸ 500 МГц);

2) өлшеу объектісінен аз қуатын пайдалануда, бірақ өлшейтін шығыс аспаптарын қозғалу әрекетіне келтірудің жеткілікті қуатын дамытады (осы арқылы ЭВ-ге тікелей қуаты аз тізбектерде, олардың жұмыс режимдерін бұзбай өлшейді); бұл сапаы кіріс параметрлерімен сипатталады (ЭВ-де жоғары кіріс кедергілері болады, аз жиілікте 0,5 ¸ 20 мОм-ге, арнайы схемаларда – 10⁶ мОм-ге, ал жоғары жиіліктерде – бірнеше ондаған килоОмге тең; кішкене аз сиымдылығы 1 ¸ 30 пФ);

3) жұмыс кезінде сенімді және жүктемелерді жақсы қабылдайды.

ЭВ-дің кемшіліктерінекөмекші қорек көзінің қажеттілігін, бастапқы анодты токтың компенсациясы, шкалаларды сынап тексеру үшін транзисторларды, лампаларды ауыстыру әсері.

ЭВ-ні келесі түрде ажыратуға болады:

· тағайындалуы бойынша, тұрақты, айнымалы және импульсті кернеудің, фазолы сезімталды; селективті; универсалды;

· өлшеу әдістері бойынша: тікелей өлшеу мен салыстырып өлшеу;

· өлшенетін кернеудің мәні бойынша: пикті (амплитудалы); әрекет мәнді; орташа мәнді;

· схема орындалған басты электронды аспаптардың түрі бойынша: лампалы, жартылай өткізгішті, интегралды;

· жиілікті диапазоны бойынша: аз жиілікті; жоғары жиілікті; аса жоғары жиілікті;

· кіріс схемасы бойынша (токтың тұрақты құраушысына қатысты): ашық және жабық кіріспен;

· өлшенетін кернеуді есептеу тәсілі бойынша: тілшелі (аналогты) және санды (дискретті).

Төменде қарастырылған тілшелі ЭВ-нің шығыс индикаторлары болып, ереже бойынша, магниттіэлектрлі және сирек электростатикалық жүйе аспаптары жатады.

Тұрқты токтың электронды вольтметрлері. Электромеханикалы топтың тілшелі вольтметрлерінің тұрақты токтың ЭВ-нан (сурет 3.5.1) үлкен кіріс кедергісі мен жоғары сезімталдығымен ерекшеленеді.

		a

Өлшенетін кернеу өзінше резисторларда жоғары омды бөлгіш түріндегі кіріс құрылғыға Кіріс Қ кіреді. Кір.Қ шығысынан кернеу тұрақты токты күшейткішіне ТТК түседі.

ТТК қуаттың күшейтуіші бола отырып, магниттіэлектрлі жүйенің өлшеу аспаптарының ӨА кедергісі кішкенекіроіс тізбегінің жоғары кедергісін реттейді және өлшенетін кернеудің қуатын аспаптың жеткілікті айналу моментін құру үшін қажетті шамаға дейін көбейтеді. ТТК терең теріс кері байланыспен қамтылған симметриялы көпір схемасымен орындалады (соңғысы көпір схемасының жұмысының тұрақтығын жоғарлатады).

Айнымалы токтың электронды вольтметрлері. Өлшенетін айнымалы кернеуді тұрақтыға тікелей түрленуіне мүмкіндік беретін схемалар, әдетте сезімталждығы төмен және кернеудің аз шамасын өлшеуге жарамсыз болып келеді. Сондықтан өлшеу аспабы сәйкес күшейткіштен кейін қосылады. Айнымалы токтың детектор-күшейткіші (Д-У) түрдегі электронды вольтметрінің құрылымдық схемасы 3.5.2, а суретте берілген. Өлшенетін айнымалы U_х кернеуді кернеудің бөлгішін беретін Кір.Қ кіріс құрылғысы арқылы тікелей Д детекторға береді. Д айнымалы кернеуді Д-ның шығысынан ТТК-ға түсетін тұрақты кернеуге түрлендіреді. ТТК-де кернеу күшейеді де, ӨА өлшеу аспабымен өлшенеді. Схемада қолданылатын детектор – көбінесе лампалы орындаушы пикалы түрде болып келеді. Д-У схемасы бойынша орындалған вольтметрлердің жиілікті диапазоны кең 20 Гц ¸ 500 МГц, бірақ сезімталдығы жеткіліксіз жоғары. Сондықтан да оларды үлкен кернеулерге (150 ¸ 300 В) қатысты орындайды. Кернеуі аз кезінде детектор диодын түзету коэффициентін береді, өйткені тура және кері кедергілер біртекті болып қалады.

ЭВ шкаласын теріс кері байланыстың тереңдігі мен аспаптың шунт кедергісін өзгерту жолымен ТТК-ге қосады.

Айнымалы токтың ЭВ сонымен қатар У-Д схемасы бойынша орындайды (сурет-3.5.2, б). У-Д түріндегі вольтметрлерде өлшенетін айнымалы U_х кернеуі алдымен айнымалы Айн.ТК ток күшейткішімен, ал содан кейін орташа немесе әрекетті мәні бар (көбінесе жартылай өткізгішті орындаушы) детектор көмегімен аспаппен өлшенетін тұрақты токқа түрлендіріледі.

Айнымалы токтың кеңжолақты күшейткіші Айнымалы ТК әдетте өзінше кері теріс байланыспен тұрақтандырылған үшкаскадты күшейткішті береді. Жұмысшы жиіліктің диапазонында жоғары күшею коэффициенті, кішкене сызықты емес бұрмалану қамтамасызданады. У-Д түрдегі вольтметрлердің сезімталдығы жоғары, бір микровольттен жүздеген вольт өлшеу шектерінде орындалады (бұл өлшеу кернеулерінің төменгі шегі тек шумен ғана шектеледі; жиілікті диапазоны күшейткіштің өткізу жолағымен шектелген 10 Гц ¸ 10 МГц). Өлшеу шектерінің қосылуын Кір.Қ кернеуді бөлгіштер (аттенюаторлар) көмегімен жүзеге асырады. Бұл бөлгіштер кедергісі үлкен резисторлар мен бөлу коэффициенті жұмыс диапазонында жиілікке тәуелді емес сиымдылығы аз конденсатордан тұрады. Бөлгіштер әртүрлі өлшеу шектерінде орындалады - 5, 10, 15, 20 кВ және одан да жоғары.

Электронды күшейткіштерді пайдалану өлшенетін қуаттардың шегін микроватт үлесіне дейін төмендете алады, бірақ бұл кезде жиілік диапазоны ондаған килогерцке дейін төмендейді.

Сандық өлшеу аспаптары жөнінде жалпы мағлұматтар

Негізгі түсініктемелері мен анықтамалары. Казіргі уақытта сандық өлшеу аспаптары (СӨА) кеңінен қолданылады, оның аналогты электр өлшегіш аспаптарымен салыстырғанда, бірқатар ерекшеліктері бар. Сандық-деп көрсеткіштері сан түрінде берілетін, өлшеу ақпараттарының дискретті сигналдарын автоматты түрде өңдейтін аспаптарды айтамыз.

Сандық аспаптарға сәйкес код – шартты сигналдардың сериясы (әдетте электрлі) немесе СӨА элементтерінің күйі немесе жағдайларының комбинациясы. Код сандық тіркеу құрылғысына, есептеу машинасына немесе басқа да автоматты құралдарға берілуі мүмкін.

Сандық өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы. Сандық аспаптар – бұл әрекет принциптері өлшенетін немесе оған пропорционалды шаманы кванттауға негізделген аспаптар. Мұндай аспаптардың көрсеткіштері сан түрінде берілген. Кванттау операциясының болуы сандық аспаптарда аналогты аспптармен салыстырғанда метрологиялық сипаттама-ларды таңдап алу, талдау, жазу және мөлшерлеудің әртүрлі әдістерін тудыратын өзіне тән қасиеттердің пайда болуына әкеледі.

Сандық өлшеу аспабының құрылымдық схемасы 3.5.3-суретте көрсетілген.

Өлшенетін Х физикалық шама К_ПП түрлендіру коэффициенті бар алғашқы өлшеу түрлендіргішіне (ӨТ) әсер етеді. Ол Х шамасын негізінен оның орнына кернеу пайдаланылатын электр сигналына түрлендіреді. Қарастырылған жағдайда u=K_ППХ. Бұл кернеу өз кезегінде сандық аспаптың өлшеу шектерін өзгертуге қажетті масштабты өлшеу аспабына (МА) түседі. Ол өлшеу диапазонының әртүрлі сандарын қабылдай алады: 1 ден N_П-ге дейін. Өлшенетін Х шамасының өзгеру диапазоны N_П ішкі диапазондарға бөлінеді:: Х_{1 min}, …, X_{1 max}; X_{2 min}, …, X_{2 max}; …; X_Nпmin, …, X_Nпmax, мұндағы Х_{i min}, …, X_{i max} – і-нші өлшеу диапазонының минималды және масималды нүктелері.

Өлшеу диапазондарының ішінен негізгісі және қосымшасы таңдап алынады. Негізгі деп өлшенетін шама аспаптың кірісінен САА(АЦП)-тың кірісіне дейінгі аспаптың кірісіне дейін жолындағы түрленудің ең кіші санына шыдайтын диапазонын айтады. Қалған барлық диапазондар қосымша болып саналады.

Масштабты түрлендіргіш кіріс кернеуді берілген К_і рет (і=1,2,...,N_П) санға оның шығысындағы u_H сигналы нормаланған болу үшін, яғни оның мәндері берілген шектеуде болу үшін өзгер-теді (көбейтеді немесе азайтады). Ереже бойынша, мөлшерленген кернеудің өзгеру шектерін АСА-тың кіріс сигналының өзгеруінің мүмкінді диапазонының үлкен бөлігімен өлшенетін сигналдың барлық мүмкін мәндерінде сәйкестендіруге тырысады. Бұл АСА енгізген қателіктерді азайтуға мүмкіндік береді.

Мөлшерленеен u_H = K_iK_ППX кернеу АСА-да R_АЦП разрядты сандық кодқа түрленеді. АСА-да u_H кіріс сигналының анықталған, бірге фиксирлеіп есептелген өзгеру диапазонына орындалады.

Сандық аспаптың маңызды сипаттамасы болып аналогты өлшенетін шаманы АСА-да қолданылатын өзінің сандық эквивалентіне түрлендіру әдісі саналады. Сандық өлшеу аспабының әрекет принципін оның құрамына кіретін АСА әрекет принципімен теңестіру қабылданған. Қазіргі уақытта СИ-де әртүрлі түрлендіру әдістері өңделіген және қолданылады. Олардың негізгілеріне разрядты теңестіру (тізбектей жақындасу әдісі), екілі интегралдау және кернеуді жиілікке түрлендіру әдістері жатады.

АСА-тың метрологиялық қасиеттері толығымен АСА-ның номиналды квантталу сатысына тәуелді, ол мынаған тең

мұндағы N_max, N_min - АСА-ның кіріс кодының максималды және минималды мәндері; u_H(N_max), u_H(N_min) – N_max мен N_min сәйкес АСА кіріс кернеуінің мәндері.

АСА-ның түрлендіру теңдеуі жалпы жағдайды мына түрде беріледі

N = int(u_H/q) = int[(K_ППK_iX)/q].

Алынған екілік сандық коды кодтарды түрлендіргішке (КТ) түседі. Ол АСА-ның шығысындағы сандық кодын сандық есептеу құрылғысымен (ЕҚ) “түсінікті” кодқа түрлендіру үшін қажет. Тәжірибеде ең жиі қолданылатыны екілік кодты екілік-ондық кодқа түрлендіру жатады. Бұл сынылған түрде берілетін сандар, сондықтан әрі қарай кодтарды N арқылы белгілейміз.

Сандық ЕҚ сандық әртүрлі физикалық принциптерге негізделген табло, дисплейлер түрінде орындалады. Олар кодтарды адамға түсінікті болып келетін СИ көрсеткіштеріне түрлендіреді.

3.6. Сандық вольтметрлер

Сандық өлшеу аспаптарының ішінен аналогты-сандық түрлендіру әдістерін қолданатын электромеханикалық және электронды топтардағы вольтметрлер ерекше орынды алады.

Кодты-импульсті түрлендіретін электромеханикалық вольтметрлер (разрядты кодтау). Разрядты кодтау вольтметрлерін компенсаторл мен декадалы есептелген қолмен әрекет ету көпірінде пайдаланылатын теңестіру принципінде құрылған. Декада ішіндегі үлгілі (компенсациялаушы) кернеулердің шамаларын кернеудің барлық мәндерін нақты бір комбинацияда алуға болатындай етіп (мысалы,шамалары нақты 2: 4: 2: 1 қатынасында орналасқан төрт кернеу) таңдап алынады. Кернеудің таңдап алынған тізбегі код деп аталады. Үлгілі кернеулерді реле, қадамды іздеуші, электрқозғағыш түріндегі әртүрлі электрмеханикалық коммутациялы және қайта қосқыш құрылғыларының көмегімен реттейді.

Электромеханикалық вольтметрдің құрылымдық схемасы 3.6.1 суретте берілген.

Өлшенетін U_х кернеу өзінше аттенюатор – кернеудің қолмен немесе автоматты қосылған жоғарыомды бөлгіші болып табылатын кіріс құрылғысына түседі. Кір.Қ шығысынан U_х кернеуі тікелей немесе тұрақты токтың тұрақтығы жоғары күшейткіші арқылы СС (ноль-орган) салыстыру схемасына келеді.

СС-тің екінші кірісіне ТКҚ (ИОН) тіректі кернеу қореқ көзі U₀ кернеумен қоректенетін сандық потенциометрінен СП компен-сацияланатын U_K кернеуі беріледі. Тіректі кернеудің қорек көзі ретінде тұрақты кернеудің тұрақтығы жоғары электронды стаби-лизатор қолданылады. СП 2: 4: 2: 1 “салмақты” төрт резистордан тұратын үш декададан және 1 “салмақты” бір резистордан тұратын қосымша декададан тұрады. Әр декаданың резисторлардың шамасы келесі декаданың резисторларынан 10 есеге ерекшеленеді.

Өлшенетін және компенсацияланатын кернеулер арасында-ғы аралық РКҚ релелі коммутациялы құрылғыға беріледі, олар Кір.Қ (өлшеу мен полярлығын таңдап алу шектері қайта қосу блогы) мен СП-ке берілетін сәйкес сигналдарды өңдеп шығарады. Потенциометрдің дискретті қадамдарын РКҚ-ны теңестіру процесінде қайта қосумен біруақытта СИ сандық индикатор мен ШСҚ шығыс санды жазыпшығарушы құрылғы үшін кодтар түрлендіреді. DU = U_K – U_X СП-дің кіші разрядының бірлігінен аз болғанда, өлшенетін кернеуді компенсауиялағаннан кейін, РКҚ теңестіруді доғарады да, СИ өлшенетін кернеуді ондық жүйеге тіркейді.

Уақытты-импульсті түрлендіретін электронды вольтметрлер. Осы түрдегі сандық вольтметрдің құрылымдық схемасы 3.6.2-суретте келтірілген. Өлшенетін тұрақты U_х кернеуі АКГ аратәріздес кернеу генераторының көмегімен t уақыт интервалына түрленеді. Осы интервал аралығында тұрақты жиілікктерінің импульстерін есептеу жүзеге асады.

Кір.Қ кіріс құрылғысындағы өлшенетін кернеу кернеу бөлгіштерінің көмегімен мөлшерленген мәнге келтіріледі, содан кейін тұрақты ток күшейткіші СС салыстыру схемасына (компаратор) беріледі. СС-ке АКГ-нен сонымен қатар “ара” заңы бойынша сызықты түрде өзгеретін компенсацияланатын U_К кернеу түседі. Уақыт моменті t₁-де (сурет 3.6.2) ББ басқару блогы АКГ жібереді де, есептеу импульстерінің генераторынан ГСч.И ”пуск” тұрақты жиіліктегі (әдетте 1 МГц) импульстер есептегішке осы арқылы түсетін, ЭК электронды кілтті ашып береді. Уақыт t₂, U_К кернеуі өлшенетін U_х кернеуіне тең болған кезде, ЭК жабылады да, импульс санағыштарының импульстерін қайта санау “Сброс” тоқтатылады.

3.6.2 сурет. Уақытты-импульсті түрлендіретін сандық вольтметрдің схемасы

Саналған импульстердің N саны Dt = t₂ – t₁ уақытында U_х кернеудің мәніне пропорционалды. Вольтметрдегі ішкі калибрлену кернеудің қатарланған қорек көзінің көмегімен алдын ала қарастырылады. Аспаптың қателігі АКГ-ның сызықтығынан, ГСчИ тұрақтығынан, СС сезімталдығынан, нольді орнату дәлдігі мен тіректі кернеуге тәуелді.

Бақылау сұрақтары:

1. Электрлі емес шамаларды электрлі өлшеуді кеңінен қолдану қалай түсіндіріледі?

2. Датчик деген не?

3. Тензодатчиктің жұмыс істеу принципі қандай принципке негізделген?

4. Пъезодатчиктер не үшін қолданылады?

5. Орын ауыстыру мен деформацияның электромагнитті датчиктерінің құрылысы мен жұмыс істеу принципі қандай?

6. Электрлік емес шамаларды электрлікке түрлендіргіштер қалай жіктеледі?

7. Электронды вольтметрдің кеңінен пайдалануы немен дәлелденген?

8. Тұрақты және айнымалы электронды вольтметрлердің қандай айырмашылықтары бар?

9. Қандай өлшеу аспаптары сандық деп аталады?

10. Қандай өлшеу диапазоны негізгі деп аталады?

Дата добавления: 2015-04-30