N1 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ

"Өлшеу механизмдерінің құрылымдарын зерттеу"

ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: әр түрлі жүйелердің өлшегіш механизмдерінің құрылымдарымен танысу

.ЖАЛПЫ МАҒЛҰМАТ

1- суретте өлшеуіш аспаптың құрылымдық сұлбасы көрсетілген.

1- сурет. Өлшеуіш аспаптың құрылымдық сұлбасы.

мұндағы Ө - кедергі орауышы, индуктивтілік, өлшеу сыйымдылығы, кернеу мен мөлшерлегіштің тұрақтандырылған көздері түріндегі өлшем;

ӨТ- өлшеуіш түрлендіргіш;

ӨМ- өлшеуіш механизм;

ЕҚ- есептеуіш құрылғы;

ОП- оператор .

Өлшеуіш механизм деп өзара әсерлері олардың өзара орын ауыстыруын туғызатын элементтерден тұратын өлшеу жабдығының құрылмасының бөлігі.

Өлшеуіш механизмдер үстінде орамалар және электродтар орналасқан қозғалмалы және қозғалмайтын бөліктерден және қозғалмайтын бөліктің орын ауыстыруын анықтайтын есептегіш құрылғыдан тұрады.

Бар аспаптар барлық электромеханикалық аспаптарға тән тетіктер мен түзілімдерден тұрады. Оларға тұрқы, есептегіш құрылғы, қозғалмалы бөлік, нұсқағыш, тыныштандырғыш, түзеткіш жатады.

Аспаптың тұрқы оны сыртқы әсерлерден қорғайды (шаң, ылғал, соққы).

Аспаптың өлшегіш құрылғысы нұсқағыш пен межеліктен тұрады.

Қозғалмалы бөлік тіректер, кергіштер мен аспаның көмегімен бекітіледі. Тіректер нүктебелгілер мен өкшеліктерден құралады. Нүктебелгілер бір жағынан конус түрінде қайралған болат сымның қиығы түрінде болады. Өкшеліктер осі бойынша конус түрінде үңгіленген цилиндр түрінде болады. Қозғалмалы бөлікке айналу осі бойынша бекітілген нүктебелгілер қозалмайтын бөлікте орналасқан өкшеліктердің үңгісіне кіреді.

Қоғалмалы бөлік серпімді металл таспа түріндегі бір жағынан қозғалмалы бөлікке, бір жағынан қозғалмайтынға бекітілген екі кергіштермен ілінуі мүмкін. Керек болған жағдайда кергіштер тоқты қозғалмайтын бөліктің орамасына келтіру үшін қолданылуы мүмкін.

Тыныштандырғыштар қозғалмалы бөліктің тынышталу уақытын азайту үшін қолданылады. Магниттіиндукциялық, ауалық және сұйықтық тыныштандырғыштар болады.

Магниттіиндукциялық тынышталу қозғалмалы бөліктің металл бөліктері манит өрісінде қозғалғанда пайда болады. Магниттіиндукциялық тыныштандырғыш тұрақты манит пен оның жұмыс саңылауында орын ауыстыратын, қозалмалы бөлікке бекітілген алюминийден жасалған металл тілікшелерден тұрады.

Сұйықтық тынышталу өлшегіш механизмнің қозғалмалы бөлігін немесе оның басқа бөліктерін тұтқыр сұйыққа орналастыру арқылы алынады. Сондықтан қозғалмалы бөліктің тербелісінде қозғалмалы бөлік тербелісінің энергиясы жұмсалады.

Ауалық тыныштандырғыш камералар мен оның ішінде орналастырылған қозғалмалы бөлікке бекітілген тілімшелерден тұрады. Қозғалмалы бөліктің тербелісінде камерада тілімшенің екі жағының қысымының айырмасы пайда болады. Қысымның айырмасы қозғалмалы бөліктің еркін орын ауыстыруын бөгеп, тынышталуды тудырады.

Аспаптарда нұсқағышты керекті таңбаға орнату үшін аспаптың тұрқысына бекітілген бұрамасы бар түзеткіш қолданылады. Бұраманы бұра отырып, серіппені, кергіштерді немесе аспаларды бұрауға болады, осы арқылы қозғалмалы бөлікті де керекті таңбаға орната отырып бұруға болады. Кейбір аспаптарды олардың қозғалмалы бөлігін тежейтін арретитормен қамтамасыз етеді.

Айналдырушы момент қозғалмалы бөлікті  бұрышқа бұруға керекті механикалық жұмысқа тең және келесі формуламен анықталады:

бірақ өрістің механикалық жұмысы dA магнит өрісінің немесе электр өрісінің энергиясының өзгерісіне тең :

Механизмнің қозғалмалы бөлігіне  бұрылыс бұрышының функциясы М_айн айналдырушы моменттен басқа қозғалмалы бөліктің бұрылыс бұрышына тәуелді және айналдырушы моментке қарама- қарсы бағытталған қарсы әсер етуші момент те М_қәм әсер етеді. Қарсы әсер етуші момент шиыршықты серіппе, кергіштер мен аспаларды бұрау нәтижесінде табылып, келесі түрде болады:

W_қәм = -W

мұндағы W - серіппенің, кергіштің, аспаның меншікті қарсы әсер етуші моменті, Н∙м/рад.

Айналдыру моментінің әсерінен қозғалмалы бөлік

М = М_қәм.

шарты орындалғанша ауытқиды.

ӨМ- нің сезімділігі мына қатынас арқылы табылады:

;

кернеу бойынша сезімділік:

,

мұндағы R – механизмнің орамасының кедергісі.

Қозғалмалы бөліктің тепе- теңдік күйіне тез келуі үшін мехаизмдерді тыныштандырғыштармен жабдықтайды. Олар қозғалмалы бөліктің пропорционалды бұрыштық жылдамдығын тудырады.

,

мұндағы Р -тынышталу коэффициенті, Н∙м∙с/рад.

Сапалылық коэффициенті қозғалмалы бөлікті механизмдердің тіректерге қондырылған аса қажет коэффициенттерінің бірі. Ол келтірілген үйкеліс қателігіне кері пропорционал:

,

мұндағы G - қозғалмалы бөліктің массасы, кг;

М_(90)- 90- қа келтірілген айналдыру моменті.

Айналдыру моментін тудыруға қолданылған физикалық құбылыстарға тәуелділігі бойынша ӨМ- ді былайша бөлуге болады:

• электродинамикалық;

• электромагниттік;

• ферродинамикалық;

• электростатикалық;

• индукциялық.

Әр аспапқа 1- келтірілгендей шартты белгілерді қолданады.

1. Магнитэлектрлік механизм

2- суретте сыртқы магнитті магнитэлектрлік механизм көрсетілген.

3- суретте магнитэлектрлік механизмнің оңайлатылған құрылымдық сұлбасы көрсетілген

3 сурет. Магнитэлектрлік механизмнің құрылымдық сұлбасы.

4- суретте тілінген магнитэлектрлік механизм көрсетілген.

1 – тұрақты магнит;

2 – магнитжол;

3 – полюстік ұштықтар;

4 – қозғалмайтын өзекше;

5 – шиыршықты серіппе;

6 – қозғалмалы орауыш;

7 – магниттік шунт;

8 – нұсқағыш.

4- сурет. Тілінген магнитэлектрлік механизм.

Берілген механизмде қозғалғыш бөліктің өлшеуіш жақтаушасы ауалық саңылаудың магнит өрісінде орын ауыстырады. Жақтаушаға айналдырушы момент әсер етеді:

М_айн = ₀I

мұндағы ₀=BS - тұрақты манит өрісінің қозғалушы жақтауша тудыратын өріспен ілінісуінің магнит ағыны;

В - жұмыс саңылауындағы магнит индукциясы;

S - жақтаушалардың активті ауданы;

 - жақтаушаның орамаларының саны.

Жақтаушаға әсер ететін қарсы әсер етуші момент:

М_қәм=W,

мұндағы  - жақтаушаның бұрылыс бұрышы;

W - меншікті қарсы әсер моменті.

Жақтауша тоқтағанда тепе- теңдік пайда болады:

₀I = W,

осыдан:

,

мұндағы - аспаптың сезімділігі.

Артықшылықтары: жоғары сезімділік, үлкен дәлдік, тұтынатын қуаттың аздығы, межеліктің бірқалыптылығы, жақсы тынышталу.

Кемшіліктері: күрделілігі мен қымбаттылығы, артық жүктеу қабілетінің аздығы, серіппелердің аздап қызуы мен олардың қасиеттерінің өзгеруімен шарттасқан, температураның әсері, айнымалы тоқтар тізбегін өлшеуге жарамсыз.

Магнитэлектрлік механизм базасында дәлдік класы 0,25 болатын амперметрлер, вольтметрлер, омметрлер, гальванометрлер, кулонметрлер жасалынады.

Магнитэлектрлік типті аспаптардың мысалдары:

1. М2018 вольтамперметрі, тоқ бойынша 15 поддиапазоны және кернеу бойынша 12 поддиапазоны бар. Тоқ бойынша өлшеу шектері: 0,75мА 30 А; кернеу бойынша– 15 мВ  30 В. Дәлдік класы – 0,2.

2. М371 омметрі, 4 өлшеу диапазоны бар: 10  100 Ом; 100  1000 Ом; 1000  10000 Ом; 100 кОм  10 МОм. Дәлдік класы– 1,5.

3. М4100/5 мегаомметрі. 2 өлшеу диапазоны бар: 0  2 МОм; 0  1000 МОм. Дәлдік класы– 1.

4. Гальванометрлер: М17/10 – тоқ бойынша сезімділігі C_I = 310^-10 Ам/мм; М17/12 – кернеу бойынша сезімділігі C_U = 51

6. 0^-8 Вм/мм.

М193/3 тасымалданатын гальванометрі. Бөлім бағасы 1,810^-9 А/бөл, нұсқағыштың нольдік жағдайының тұрақтылығының дәрежесі 1,0.

7. М17/12 баллистикалық гальванометрі. Электр мөлшері бойынша сезімділігі СQ = 0,810^-9 Клм/мм.

8. М501 вибрациялық гальванометрі. Жиілік диапазон 30100 Гц, тоқ бойынша сезімділік С_I=1,610^-7 А/бөл, кернеу бойынша сезімділік С_U=2,210^-5 В/бөл.

9. М337 кулонметрі. Өлшеу диапазондары: 030 Кл; 0150 Кл. Импульс ұақтылығы 0,050,2 с мен амплитудадағы 100 мА келтірілген қателік 5%.

10. СА-М640 және СА-М6404 ампер-сағаттардың санауыштары. Дәлдік класы – 0,5.

2. Электродинамикалық механизмдер

Электродинамикалық аспапта (5- сур. қар.) тұрақты магниттің қызметін тізбектей жалғанған (6- сур. қар.) екі қозғалмайтын орауыш атқарады.

2 қозғалатын орауышқа тоқ қарсы әсер моментін тудыратын серіппелер арқылы келеді (магнитэлектрлік механизмдегідей).

Тынышталу 4 ауалық тыныштандырғышпен тудырылады.

Бұл механизмде айналдыру моменті қозғалмалы жақтауша мен қозғалмайтын орауыштан сәйкес ағатын I₁ және I₂ тоқтарының өзара әсерлерінен пайда болады.

Сонда тұрақты тоқ үшін айналдыру моменті мынаған тең болады:

,

мұндағы - механизмнің қозғалмалы бөлігінің ауытқу бұрышы.

Айнымалы тоқ үшін бұл формула келесі түрде болады:

,

мұндағы i₁(t)=I_m1sin(wt + ₁); i₂(t)=I_m2sin(wt + ₂);

₁, ₂ – фазалық ығысудың бастапқы бұрышы.

Сонда айналдыру моментінің период үшін орташа мәні мынаған тең болады:

,

мұндағы Т – период;

I₁, I₂ – орамалардағы тоқтардың ортаквадраттық мәні;

 = ₁-₂ – I₁ және I₂ тоқтарының векторларының арасындағы фазалық ығысудың бұрышы.

Механизмнің қозғалмалы бөлігінің ауытқу бұрышы:

.

Ақырғы формуладан межеліктің әркелкі екенін көреміз. Межеліктің сипаттамасы орауыштың түріне және олардың өзара орналасуына тәуелді.

Артықшылықтары: айнымалы және тұрақты тоқтардың тізбектерінде өлшеу мүмкіндігі, уақыт бойынша көрсеткіштердің тұрақтылығы.

Кемшіліктері: аз сезімділік, тұтынатын қуаттың көптігі, тоқ бойынша артық жүктеу қасиетінің аздығы, шығыстық шаманың кірістік сигналдың жиіліктеріне, температураға, сыртқы магнит өрістері мен механикалық әсерлерге тәуелділігі, құрылымының күрделілігі мен жасап шығарудың қымбатқа түсуі.

Өнеркәсіп тұрақты және айнымалы тоқта өлшейтін, дәлдік кластары 0,5; 0,2; 0,1 аспаптарды шығарады.

Электродинамикалық жүйенің аспаптарының мысалдары:

1. Д578 фазометрі. Фазалық ығысуды өлшеу диапазоны 0-90-180-270-360; өлшеу диапазоны cos +1  0  -1,орнату уақыты– 4 с.Тұтынатын қуат– 4 ВА.

2. 5017 амперметрі. Жиілік аймағы- 451000 Гц. Өлшеу диапазоны - 0,120 А. Дәлдік класы– 0,2.

3. Д37 ваттметрі. Өлшеу жиілігі 50, 500, 1000, 4000, 8000, 10000 Гц. Дәлдік класы– 2,5.

4. Э361 жиілікөлшеуіші. Жиілік аймағы 4555, 180220, 450550 Гц. Кернеу торабы 127, 220, 380 В. Дәлдік класы– 2,5.

5. Д5015 вольтметрі. Жиілік аймағы 45  500 Гц. Өлшеу диапазоны 060 В. Дәлдік класы– 0,2.

6. Д5016 ваттметрі. Номиналды тоқ – 5 А, қуат коэффициенті cоs=1, Өлшеу диапазонының ақырғы мәні– 6000 Вт. Дәлдік класы– 0,2.