4. Аналогтық электронды өлшеуіш құралдар

Аналогтық электронды өлшеуіш құралдар қарапайым электромагниттік құралдарға қарағанда қосымша блоктардан тұрады: күшейткіштер; сигналды құрастырғыштар; бір физикалық шамадан екіншісіне ауысатындар және т.б.). Бұл өлшенетін физикалық шама диапазонын амплитуда мен жиілік бойынша кеңейтуге, олардың номенклатурасын кеңейтуге, сезімталдығы мен өлшеу дәлдігін жоғарлатуға мүмкіндік береді.

Қазіргі электрондық құралдарда сигналдарды цифрлық кодтарға ауыстыру үшін микропроцессор негізінде блоктар қолданылады.Және де байланыс құралы үшін ақпаратты таратып, ЭЕҚ қосылу үшін пайдаланылады.

4.1 Электронды өлшеуіш құралдарды жіктеу

Өлшеу ақпаратының көрсетілу әдісі бойынша электронды құралдар аналогтық және цифрлық көрсеткіші бар дискретті құралдар деп бөлінеді.

Құралдардың әріптік мағынасы:

А - амперметрлер;

И - вольтметрлер;

Е – тізбек компоненті мен параметрлерін өлшеу құралы;

Ч – жиілікті өлшеу;

Ф - фазометрлер;

С – сигнал формасы;

Х – сигнал сипаттамасы;

И - импульсты сигналдар;

П – радиотолқынды өріс;

Г - генераторлор;

Z₂(R₂)

Сурет. 3.9 Операциялық күшейткіштер схемасы:

а - эквивалентті;

б - түрленетін.

Д - бөдгіштер;

К - комплекс;

У - күшейткіш;

Я - блоктар;

Бір типке жататын құралдар топтарға бөлінеді.Ауысу үшін электронды бөліктен, түзеткіштен, электрлі шаманы күшейткіштерден, магниттіэлектрлік жүйе механизмін өщеуіштен тұрады, ал осциллограф - электронды-сәулелік түтікшеден тұрады (ЭСТ). Электронды құралдар оларға ұқсас. Құралдардың көбісінің жұмыстық негізінде сигналдың кернеуге ауысуы мен осы кернеуді өлшеуі жатыр. Осылай, көптеген электронды құралдардың конструктивті негізі вольтметр болып табылады. Бұл құралдар вольтметр, жиілікөлшеуіш, осциллограф, кедергі, сыйымдылық, индуктивтілік, транзистор параметрі, интегралды схеманы өлшегіштер ретінде қолданылады.

4.2 Электронды вольтметрлер

Электронды вольтметрлер (ЭВ) айнымалы, тұрақты және универсалды болып бөлінеді:

В1 - калибратор;

В2 – тұрақты ток калибраторы;

В3 – айнымалы ток калибраторы;

В 4 - импульсты;

В 5 - фазосезгіш;

В 6 - селикативті;

В7 - әмбебап;

В 8 – түрлілікті өлшегіш;

В9 – кернеу ауыстырғыш;

Жұмыс принципі бойынша бөлінеді: тікелей ауыстырғыш пен байсалды.Біріншісі қарапайым, бірақ дәлдігі аздау, ал екіншісі қиын, бірақ дәлдігі жоғарылау.

Электронды вольтметрлер қасиеті бойынша былай жіктеледі:

өлшеу әдісі бойынша - тікелей бағалау мен салыстыру құралы;

тағайындалуы бойынша – тұрақты,айнымалы, импульсты кернеулі құралдар, әмбебап және селективті;

өлшенетін кернеу сипаты бойынша - амплитудалық , әсер ететін және орташа кернеу;

жиілік диапазоны бойынша – төменгі жиілікті және жоғары жиілікті.

Тұрақты ток үшін электронды вольтметрлер шығу құралынан, тұрақты токты күшейткіштен, еханизмді өлшеуіштен тұрады.Оң және теріс кері байланыстардың тізбектері тұйық шеңберде автотербелістің стационар режимі орнатылатындай етіп теңестірілген, минимал мәні ВАХ күшейткішінің сызықтық бөлігінен аспайды. Соның арқасында синусоидалы формадағы тербелістер жиілікті өзгерткенде амплитуда бойынша тұрақты болады және сызықты емес бұрмаланудың деңгейі төмен болады.

Тербелмелі контурлар негізіндегі LC-генераторлар жоғары жиілікте қолданысқа ие. Олардың жиілігінің жоғары тұрақтылығы кварцты резонаторлар есебінен қамтамасыз етіледі.

f=

300 бен 3000МГц және одан да жоғары жиілік диапазонында тербелмелі жүйе коаксиалды немесе толқын тәріздес сызықтардың кесіндісімен орындалады.

Соғылмалы генераторлар төмен жиілікте қолданылады. Бұл типтегі генераторлар тербеліс деңгейінің жоғары тұрақтылығы мен тербеліс жиілігінің барлық диапазонының үздіксіздігімен сипатталады.

Генератор опорной частоты		1>
Генератор плавающей частоты		>

5.1 сурет. Тербелістегі сигнал генераторының құрылымдық сұлбасы.

Ара тәрізді кернеу генераторлары(ГЛИН) әр түрлі өлшеу құралдарында қолданылады. Олардың көмегімен дәл уақыттағы сигналдар, сигналдардың спектралді жіктелуі мен басқа да функционалды түрленулер іске асады. Олардың жұмыс тәртібі конденсатордағы кернеудің түрленуі оның зарядтан разрядқа автоматты түрде ауысуына және коммутатор көмегімен керісінше негізделген.

Ара тәрізді кернеу генераторларына маңызды талап ара тәрізді кернеудің сызықтылығы болып табылады. Аталған кернеуді сызықтандыруда әртүрлі әдістер кең тараған:

конденсатор зарядының экспоненциалды қисығының бастапқы бөлігін қолдану;

ток тұрақтандырушы құрылғы арқылы конденсатор заряды;

конденсатор заряды кернеуін компенсациялау;

интегралдаушы түйіндерді қолдану

Қазіргі заманғы электронды құрылғыларда операциялық күшейткіштер негізіндегі интегралдаушы түйіндер кең қолданылады.

5.2 сурет. Ара тәрізді кернеу генераторлары ретінде қолданылатын интегралдаушы түйін.

Интегралдаушы түйін теңдеуінен

=- U_вх

қарастырылатын сұлба үшін күшейткіш коэффициенттің үлкен мәнінде күшейткіштің шығыс кедергісі уақыттың сызықтық функциясы болады.

Интегралдаушы операциялық күшейткіштер негізінде жоғары сызықтылықты жаймалау генераторлары өңделген.

6. Электрлік сигналдардың параметрлерін зерттеуге арналған құралдар

Электр сигналдарын визуалды бақылауға, өлшеуге және тіркеуге арналған осциллографтар ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында кең қолданысқа ие.

С1-әмбебап осциллографтар;

С2-модуломерлер;

С3-жиілік бөліктерін өлшеуіштер;

С4-спектр талдауыштары;

С6-сызық емес ауытқуларды өлшеуіш;

С7-жылдамдықты осциллографтар;

С8-есте сақтаушы осциллографтар;

С9-арнайы осциллографтар;

Электронды-сәулелік осциллографтарда (ЭО) сигнал параметрлерін байқау мен өлшеу үшін ЭСТ экрандарын қолданады. Мұндай құралдардың жұмысына зерттелетін сигналдың ЭСТ электронды сәулесін басқару қағидасы негізделген.

Әмбебап ЭО көптеген мүмкіндіктерге ие. Олар кең диапазонды деңгейдегі және жиіліктегі әр түрлі сигналдар параметрлерін бақылауға мүмкіндін береді. Әмбебап ЭО-да зерттелетін сигнал әдетте тік ауытқу каналына беріледі, ал кескін жаймасы көлденең ауытқу пластиналары арқылы жайма сигналын қолдану есебінен іске асады.

Жылдамдықты ЭО әмбебап ЭО-дан наносекундты ұзақтықтағы импульсті сигналдарды байқауды қамтамасыз ететін түйіндердің болуымен ерекшеленеді. Мұндай түйіндер болып арнайы жайма генераторы, «жүгірмелі толқын» типті тік ауытқитын жүйелі ЭСТ табылады. Мұндай ЭО-дың өткізу жолақтары жүздеген мегагерцті құрайды.

Стробоскопиялық ЭО жылдамдықты ЭО секілді қысқа импульстерді байқауды қамтамасыз етеді, бірақ та арнайы ЭСТ қолдану керек емес. Мұнда кең эквивалентті өткізу жолақтарын (гигагерц) алу есебінен тиімділікке жетеді. ЭСТ экранындағы зерттелетін импульс кескіні сигналдың дискреттенуі арқылы алынады. Зерттелетін қайталанатын сигналдың бөлек дискретті мәндерінің есептеуі жүргізіледі, және ол экранда осциллограмма жасайтын жарқырайтын нүктелер жиынтығы түрінде көрінеді.

Есте сақтайтын осциллографтар ұзақ уақыт бойы сигнал кескінін сақтау мүмкіндігіне ие, сондықтан бірреттік және сирек қайталанатын сигналдарды зерттеуге ыңғайлы. Мұндай эффект заряд жинақтайтын арнайы ЭСТ көмегімен іске асады.

Арнайы ЭО құрамы бойынша күрделі, мысалы телевизиялық сигналдарды бақылауға арналған.

Көпсәулелі ЭО бірсәулеліге қарағанда бір уақытта бірнеше процестерді бақылауға мүмкіндік береді. Мұндай ЭО-дағы ЭСТ бірнеше электронды-оптикалық жүйеден және бірнеше ауытқу пластиналары жүйесінен тұратын күрделі ерекше конструкцияға ие.

Бір уақытта екі немесе одан да көп сигналдарды бақылау үшін көпканалды ЭО-ды қолданады. Оларда тік ауытқу жолына көпканалды электронды коммутатор орнатылады, ол бұл каналдарды тік ауытқу жолына тізбектей қосқанда бір ЭСТ экранында бірнеше сигнал кескінін алуға мүмкіндік береді.

ЭО-дың басқаша типтері мен түрлері өздерінің арнайы сипаттамаларына ие. Сонымен қатар, ЭО-дың көпшілігі ЭО-ды қатар қойып, оларды өзара таңдауға мүмкіндік беретін жалпы сипаттамаға ие.

6.1 Электронды осциллографтардың негізгі сипаттамалары. Ауытқу коэффициенті

(5.4)

ЭО-дың тік ауытқу каналының күшейткіш қасиеттерін сипаттайды. Сәуленің ауытқуы ұзындық бірлігімен немесе осциллограф экранының торларын бөлумен бағаланады. Әмбебап ЭО-да Е мәні ондаған микровольттан жүздеген вольтқа ие.

Е-ге кері шама ЭО-дың сезімталдығын сипаттайды:

S=1/E=L/U. (5.5)

Жаймалау коэффициенті уақыт интервалының осы уақытта өткен сәуле ауытқуына қатынасына тең:

E=

Басқаша айтқанда, бұл-«Х» осі бойымен сәуле жолын жүріп өту үшін қажет уақытты анықтайтын параметр. Әдетте әмбебап ЭО жаймалау коэффициентінің 10 с/см мен 10 нс/см шегіндегі мәніне тең шамамен сипатталады. Бұл параметрге кері шама ЭСТ экранымен сәуленің орын ауыстыру жылдамдығы болып табылады(секундына ондаған километрге жетеді).

Осциллографтың кіріс кедергісі өлшеу нәтижесінің қосымша қателігін туғызады және әдетте МОм шегінде болады. ЭО-тың кіріс сыйымдылығы кабельмен жинақта ондаған пФ құрауы мүмкін.

Өткізу жолағы құралдың жұмысшы жилігінің диапазонына сәйкес, оның жұмысының орташа жиілігінің ауытқу коэффициенті 3 дБ көп емес шамамен өлшенеді:

3дБ=201g

Ауытқу коэффициентінің аз мәні мен кең өткізу жолағында шу деңгейі өседі, ол әлсіз сигналдарды зерттеуді қиындатады.

Өтпелі сипаттама – бұл уақыт бойынша кернеудің лездік мәнінің өзгеруі.

Бұл параметр ТАК (КВО) өткізу жолағымен байланысты.

Жеке сипаттамаларының сандық мәніне байланысты ЭО-ды 4 класқа бөледі (3, 5, 10, 12% қателікті ЭО).

6.2 Электронды осциллографтың жұмыс принципі

Әмбебап осциллографтарда электростатикалық түрлендіргіші бар және сәулені басқаратын ЭСТ қолданады.

	ВУ		УПТ		им

4.1-сурет. Тұрақты ток электрондық вольтметрінің құрылымдық сұлбасы.

Тұрақты токтың өлшенетін кернеу көпшектік жоғарыомдық резисторлы кернеу бөлгіші бар кіріс құрылғысына түседі. Сигнал ВУ-дан сигналдың күшею функциясынан басқа ВУ жоғары шығу кедергісін төмен кедергі шегі – ИМ магнитоэлектрлік жүйе кіріс кернеу бөлгішімен келістірілетін УПТ кірісіне түседі.

Кіріс кедергісі ЭВ ондаған мегаомды құрайды, ол өлшеу объектісіне әсерін төмендетеді. Әлсіз сигналдарды өлшеуде УПТ дрейфі айтыла бастайды, сондықтан электрондық микровольтметрде УПТ-ны шығарып тастайды, тұрақты токты модулятор көмегімен айнымалы токка түрлендіреді және айнымалы кернеу күшейткішін қолданылады.

4.2-сурет. Сигнал модуляциясы бар тұрақты токтың электрондық вольтметрінің құрылымдық сұлбасы

.

ВУ – кіру бөлгіші, жүктемемен (сигнал көзімен) келістіру үшін арналған;

~У – әлсіз сигналдарды өлшеу үшін айнымалы ток күшейткіші;

УПТ – тұрақты ток күшейткіші, өте әлсіз сигналды өлшеуді шектейтін нөлдік дрейфпен сипатталады;

ИМ – кескін құрылғысы;

М - ДМ - сигнал модулятор - демодуляторы;

Г - генератор;

Тұрақты ток күшейткіштерінің кемшілігі болып сигнал жиілігіне көрсеткіш тәуелділігі табылады.

Өлшенетін кернеу диапазоны микровольттан мыңдаған вольтқа дейін, дәлдік класы – 1,5; 2,5, шкаласы -сызықтық құрайды.

Айнымалы ток электрондық вольтметрі амплитудасы және жиілік бойынша кең ауқымда өзгеріп отыратын айнымалы кернеуді өлшеу үшін қолданылады. ЭВ құрылымдық сұлбасында өлшенетін сигнал жиілігінің ауқымын кеңейтуге мүмкідік беретін түзеткіш (В) болуы мүмкін.

ВУ		в		УПТ		им

4.3-сурет. Айнымалы ток электрондық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы.

Заманауи ЭВ элементтік базасы микроинтегральді орындауға жартылай өткізгішті құрылғылар қолдануға негізделген.

Тұрақты (айнымалы) ток электрлік тізбегінің әртүрлі параметрлерін өлшеуге арналған әмбебап электрондық вольтметрлер кеңінен қолданылады: U,I,R т.б. Бұндай құрылғыларда өлшенетін параметрді кейін өлшенетін кернеуге түрлендіретін қосымша блоктар қатары болады.

4.4-сурет. Әмбебап электрондық вольтметр құрылымдық сұлбасы.

Импульстік вольтметрлер әртүрлі қуысты формадағы импульстік сигналдарды өлшеу үшін қолданылады

(—= 2 ^ 500, где T - период, т – сигнал ұзақтығы). Т

Оның жұмыс істеу принцинпі конденсатор зарядында тұрақтандырылған көз және өлшенетін сигналды максималдық мәнге сәйкес өзгеріссіз қолдауға негізделген. Ол үшін ООС-пен күшейткіштерді қолданады.

4.5-сурет. Импульстік электрондық вольтметр және оның уақытша диаграммасының құрылымдық сұлбасы.

­Өлшеу диапазоны берілген құралдарда жиілік бойынша 20 Гц...1 ГГц, кернеу бойынша 100 мВ...1000 В, дәлдік класы 4,0...10,0 құрайды. Құрал кемшілігі болып сигнал формасына көрсеткіштің тәуелділігі табылады.

Іріктемелі электрондық вольтметрлер әсер етуші мәнді кернеуді жеке үйлесімділік құрайтын сигналдарды (периодтық сигналдар) өлшеу үшін арналған.

Бұндай құралдардың жұмыс тәртібі сигналдың жеке гармоникасын ерекшелеуге негізделген, мысалы, жолақтық фильтр көмегімен немесе гетеродин принципін қолдану көмегімен. Сонымен қатар спектрлі анализ сигналы фильтрсіз әдісі де қолданылады, сонымен бірге сигналды сандық өңдеуді қолданылады.

Берілетін сигналдарды бұрмалауға, өлшеу қателігіне алып келетін мінсіз фильтр және күшейткіштер болмайтынын естен шығармау керек.

Жеке фильтрді әр гармоникаға емес, жолақтық жиілікті фильтрден (УПЧ) және генератордан (Г) алынатын сигнал қоспалауышынан (СМ) тұратын құрылғыға қолдану технологиялық түрде ыңғайлы.

Бұл сигналдарды көбейте отырып (гармоникалық сигналдар үшін) жеке және жиынтық жиілікті сигналдарды ерекшелеуге болады.

Г

4.6-сурет. Іріктемелі электрондық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы. ИМ - өлшеуіш механизм;

ВУ - кіріс күшейткіші;

СМ - жиілік араластырушы;

УПЧ – аралық жиілік күшейткіші.

A « B шартын сақтайтын болсақ, араластырушы жиынтық сигналын аламыз:

A ■ cosm₁t + B ■ cosm₂t = 2 • A ■ cos(^@1 + ^@2)t • cos(^m ^ ²)t (4.1)

УПЧ көмегімен айырмалық жиілік сигналын ерекшелейді және күшейтеді, содан оны детектрлейді және өлшейді.

Құндылығы: айырмалық жиілікті бір фильтр (жолақтық) және бір генератор қолданылады.

5. Электрлік сигналдар генераторлары

Г1 – тексеру үшін құру; Г2 - шу сигналдары; Г3 – төменгі жиілікті сигнал; Г4 – жоғары жиілікті сигнал; Г5 – импульстік сигнал; Г6 – арнайы формадағы сигнал; Г8 – тербелмелі жиілік;

СИ бірлік мәнді жүзеге асыруда қолданылатын электрлік сигналдар генераторларын екі топқа бөлуге болады:

Тапсырылатын генераторлар, тұрақты электрлік синусоидалы сигналдарды немесе күрделі формадағы сигналдарды өндіруге арналған;

Сигналдардың негізгі импульстік және ара түріндегі формадағы әртүрлі қайта жасаушы функциясын орындауға арналған релаксациялық генераторлары.

Өлшеуіш техникада қолданылатын тапсырылатын генераторлар сұлбалық жүзеге асырылуы бойынша RC - , LC – генераторлар және тербелістегі генераторларға жіктеледі.

RC – генераторлары жиілігі 300 кГц диапазонында кеңірек таралуын тапты. Бұл синусоидалы формалы жиілік диапазонында көрсетілген гармониканың кіші коэффициентті кернеу алу мүмкіндігімен түмсіндіріледі.

RC – генераторларын құру және жұмыс істеу принципі резистивті-сыйымдылықты жиілік –тәуелді дұрыс және жиілік тәуелсіз дұрыс емес кері байланысты күшейткішті қолдануға негізделген.

Астигматизм

х өсі бойынша жылжу. у өсі бойынша жылжу

6.1 сурет. Электронды-сәулелi түтiктiң құрылғысы.

Үлгілі бір сәулелі түтікше ауа сорғыш шыны баллон рөлін атқарады және онда жылытылатын анод, модулятор, фокусті анод, көлденең және тік ауытқушы тақтайшалар мен электрондарды үдету үшін қолайлы үшінші анод орналасқан. Баллон түбінің ішкі бет жағы люминофороммен қапталған, ол электрондардың атқылау әсерінен жылтырайды. Электронды прожектор электрондардың жіңішке будасын таратады, оның қарқындылығы модулятордың көмегімен өзгертіледі. Егер түтiкшенiң өстерi бойымен фокусталу бiрдей болмаса, онда ЭЛТ экранында астигматизм бейнесі пайда болуы мүмкін. Осы оқиғаны жою үшін қосымша электродтарды пайдаланады.

Так как обеспечение равенства периода следования измеряемых сигналов с частотой развертки не всегда возможно, то принципиальным решением данной проблемы является синхронизация сигнала развертки непосредственно самим измеряемым сигналом.

Осциллографтың құрылымдық сұлбасы келесі негізгі блоктардан тұруы мүмкін:

электронды-сәулелі түтікше (ЭСТ);

көлденең ауытқу арнасы (КАА), мұнда аттенюатор, алдын ала қаралатын және аяқталған күшейткіштер, кідіріс желісі кіреді;

тік ауытқу арнасы (ТАА) өзіне мыналырды кірістіреді: жайма генераторын, тік ауытқу күшейткішін, синхрондау сұлбасын, басқару құрылғысын, салыстыру құрылғысы мен өтпелі процесстер бүлендеуішін және басқару арнасы, жарық сәулесін модуляциялауды, уақыт интервалы мен деңгей калибраторлары.

a) 6)

6.2 сурет. Сигнал осциллограммасының қалыптасуы: а – мына жағдайда О_д = О_п; б – мына жағдайда О_д < О_п. 6.3 сурет. Әмбебап осциллографтың құрылымдық сұлбасы.

Электронды анализаторлар спектрлері аппаратты орындауларда өздеріне жеке жиілікті сүзгіні кірістіруі мүмкін, бұл жағдайда Гетеродин қағидасы бойынша сигнал кезекпен барлық сүзгілерді сүзіп шығады, яғни қайта құрылатын жиілікті және тербеліс соғулары жиі болатын жолақты генератор қолданылады.

7. Өлшеуіш көпірлер мен компенсаторлар

Өлшеуіш көпірлер мен компенсаторлардың кең қолданылуы, оның жоғары өлшеу дәлдігімен, жоғары сезімталдығымен және әртүрлі параметрлі электрлік тізбектерді өлшуімен түсіндіріледі.

7.1 Көпірлік сұлбалар

Тұрақты ток кедергісін ең дәл өлшеу тұрақты ток көпірлерінің көмегімен орындалады. Көпірлер екі топқа бөлінеді: бірегей және қосалқы.

Уитстон көпірі деп аталатын бірегей көпірді , 1 Ом мен 100 Мом ға дейінгі кедергілерді өлшеу үшін қолданады.

Томпсон көпірі деп аталатын қосалқы көпірді 1 Ом нан кіші көлемді өлшеу үшін қолданады.

Бірегей көпір төрт иіннен тұрады: үш белгілі кедергілер көпір иінінде өлшенетін кедергімен бірігіп тұйық төртполюстік құрады. Көпірдің диагональді өлшегішіне тепе теңдік көрсеткіші қосылған, оның рөлін магнитті электрлік гальванометр атқарады. Диагональді көпірдің екінші жағына тұрақты ток көзі өосылады.

Кедергілерді таңдауда гальванометр арқылы токтің жоюлуына жетеді.

Көпірдің тепе теңдік жағдайында келесі шарт орындалады:

Көпір иінінде екі кедергінің қатынасы көпір иініндегі белгісіз кедергіні қамтамасыз ететін реттеуші фиксалды көбейткіш (10^-3...10³) болады.

Өлшеу қателігі өлшенетін ауқымға байланысты, өлшенетін кедергінің көбеюіне байланысты аспаптың сезгіштігі азаяды, оқшаулағыш кедергiнiң әсерi өседi. Өлшеудің төменгі шегі жалғанатын өткізгіштердің кедергісіне байланысты. Бұл қателіктер қосалқы көпірде істен шығарылады. Көпір екі жинақ иінінен тұрғандықтан, қосалқы деп аталады. Бұл жағдайда өлшеудің дифференциалды қағидасы жүзеге асырылады.

Айнымалы токта көпір сұлбасын жасау үшін трансформаторлы және сыйымдылық өлшеуіш сұлбаларды пайдаланады. Активті кедергіні, индуктивтілік пен сыйымдылықты өлшеу үшін.

Мұндай көпірдің тепе теңдігі мына шарттың орындалуына байланысты:

(7.1)

Бұл шарттан көпірдің кешенді кедергілермен теңесуі үшін міндетті түрде активті жіне реактивті құрамы болуы шарт. Фазалар теңдігі көпір сұлбасының тепе теңдігін қамтамасыз ету үшін кедергілер иіні қандай болуы керек екендігін көрсетеді. Көпірдің реттелетін элементтері мен жоғары жиілікті қорек көзін дұрыс таңдай білу көпірдің тепе теңдігі мен есептеу дәлдігін қамтамасыз етеді..

Көпір теңдігі – бұл белгілі санмен бір параметрді реттеуден екіншісіне өтудің тепе теңдік жағдайына жету мүмкіндігі. Айнымалы токтың кедергілерінің қателігі келесілерден тұрады: сұлба элементтерінің орындалу қателігі, келтіру қателігі, активті және реактивті құраушы көпір иіндер саны, есептеуші құрылғы қателігі. Жиілік жоғарылаған сайын қателік өседі.

Көпір сұлбалары электрлік және электрлік емес өлшемдерді алу үшін қолданылады.

7.2 өлшеуіш көпірлер мен компенсаторлардың құрылысы мен жұмыс істеу қағидасы

Токтарды өлшеу мен құралдардың кернеуін тікелей бағалау 0,05% қателікпен сәтті орындалады. Бұл өлшемдердің дәл өлшемін алу үшін салыстыру құрылғысы компенсаторларды қолданамыз. Өлшенетін кернеудің түріне байланысты компенсаторларды тұрақты және айнымалылар үшін бөледі.

Тұрақты токтың компенсаторлары тұрақты өлшем үшін пайдаланылады ЭДС, сонымен қатар жанама кедергілер мен ток және қуатты өлшеуде де пайдаланылады.

Берілген сұлбада 3 контурды көрсетуге болады: (І) қалыпты элементтің, жұмыстық (ІІ) және өлшеу (ІІІ) контуры.

Кернеуді өлшеу 2 этапта жүргізіледі. Бірінші жұмыстық ток құрылады, оның мәні қатаң түрде анықталған және компенсатордың әр түрлі типіне өзгеріссіз. Бұл үшін қайта қосқыш П 1 күйге көшеді, және реостат көмегімен екінші контур цепінде жұмыстық ток мәні орнатылады, сол уақытта жүктік қарсылық әсерінен болатын кернеудің түсуі қалыпты жолмен ЭДС тең болады. Соған қоса нуль-индикатор бірінші контур цепінде ток жоқтығын көрсетеді. Кейін белгісіз кернеу өзгерісіне көшеді. Ол үшін қайта қосқыш П 2-күйге қондырылады және үшінші контурдағы реттелген калибрлі қарсылығы өлшенетін кернеу компенсациясына жетеді.

Тұрақты ток компенсаторының кернеу өлшеу қателігі негізінде 3 фактормен анықталады:

Қондырғы қателігі және өзгеріссіз жұмыстық ток ұстап тұруымен;

Дайындау қателігі және үлгілік, компенсациондық және реттелген қарсылық айдамалары;

Нуль-индикатор сезімталдығы.

Тұрақты ток компенсаторларының 0,0005-тен 0,2-ге дейінгі 9 дәлдік класы бар. Жоғары Омды компенсаторлар (40 кОмға дейінгі) және төмен Омды 1000 Омға дейін ерекшеленеді.

Сонымен қатар, компенсаторлар токты және қарама-қарсылық қосымша дәл өлшеу үшін қолданады. Ток күшін өлшеу зерттелген цепте үлгілік резистор қосылады, оған түскен кернеуді өлшейді және кейін есептік жолмен белгісіз қарама-қарсылық мәнін анықтайды.

Айналмалы ток компенсаторларында айналмалы токтағы екі кернеуді толық тепе-теңдігі үшін 4 шартты орындау тиіс: модуль бойынша кернеулер теңдігі, олардың фазаларының қарама-қарсылығы, жиіліктер теңдігі, өлшенетін және компенсацияланатын кернеулер қисықтарының бірдей формасы болуы қажет.

Бастапқы екі шарт компенсаторлар конструкциясын қамтамасыз етеді. Үшінші шарт өлшеу объектін және бір көзден қоректендіру кезінде орындалады.төртінші шартты орындау іс жүзінде мүмкін емес.

Мөндірістік жиіліктегі тепе-теңдік индикаторы ретінде вибраторлы (резонансты) гальвонометр қолданылады. Біршама жоғары жиіліктерде – электронды нуль-индикатор, дыбыстық жиілікте – шығудағы түзу құрылғылары бар күшейткіштер.

Дәлдігіне қарай айнымалы токтың компенсаторлары тұрақты ток компенсаторларына орын береді.

Автоматтық тұрақты ток және айнымалы ток компенсаторларда тепе-теңдік автоматты түрде орындалады.

Компенсаторлар толық жәнетолық емес теңдеулері болады. Компенсаторлар қателікпен, өлшеу уақытымен ерекшеленеді. Өлшеуге электрлік және электрлік емес шамалар қолданылады.

8. сандық өлшеу құрылғылары

Сандық өлшеу құрылғылар (СӨҚ) бұл түрлі физикалық шамаларды өлшеуге арналған көп шекті, әмбебап құрылғылар, мысалы: айнымалы және тұрақты токты және кернеу, сыйымдылық, индуктивтілікті, сигналдардың уақыт параметрлерін (жиілік, период, импульстер ұзақтығы) және сигнал формасын тіркеу, оның спектрі және т.с.с.

СӨҚ-да кіріс аналогтық өлшеу шамасы автоматты түрде сәйкес келетін, өлшеу нәтижесі сандық түрде келетін дискретті шамаға айналады.

Сигналдың СӨҚ сандық кодына түрлену әдісі келесі топтарға бөлінеді:

Разрядты кодтары бар құрылғылар (өлшеу шамасының үлгілік шаманың дискреттік мәнін терумен реттік салыстырумен іске асады);

Уақытпен құрылғылар – импульсті кодтаумен (физикалық өлшеу шамасының мәні эталондық жиілік импульстерін кезекті толтырумен уақыт интервалына түрленуі);

Жиілікті құрылғылар – импульсті түрлендірумен (бұл интегралдаушы типті құрылғылар, жиілікті өлшеу шамасының мәні импульстер кезегімен түрленулер жүреді).

8.1 қондырғы және сандық өлшеу құрылғыларының жұмыс істеу принципі

Қозғалу және конструктивті орындау принциптеріне қарай сандық құрылғылар электромеханикалық және электрондық болып бөлінеді. Электромеханикалық құрылғылар жоғарғы дәлдікке ие, бірақ өлшеу аз жылдамдықта жүреді. Электрондық құрылғыларда электрониканың жаңа базасы қолданылады. Сұлбалық және конструктивті ерекшеліктеріне қарамастан, СӨҚ құру принциптері бірдей.

Белгісіз кернеу компенсациясы әдісіне қарай айналмалы ток компенсаторлары 2 түрге бөлінеді:

Полярлы координаталарда өлшенетін кернеу есебімен полярлы-координаталық (кернеу модулі және оның бөлек фазасы реттеледі);

Екі өзара перпендикулярының геометриялық қосындысы түріндегі өлшенетін кернеу есебімен тік бұрышты-координаталық.

7.3 сурет. Тік бұрышты-координаталық компенсатордың принципиалдық сұлбасы.

Ab және cd реохордалар токтары шамасына қарай тең және 90 бұрылған, ал реохордаларды орта нүктелері электрлік байланысқандықтан, олардың арасындағы потенциалдар айырымы нөлге тең. Нәтижесінде, осьтер бойынша бірдей масштабтағы тік бұрышты –координаталық кернеулер жүйесі пайда болады.

Реохордалар қозғалысын үзілісті араластыра отырып, нуль-индикаторының нөлдік көрсеткішіне жетеді, өлшенетін кернеуді құрайтын активті және реактивті толық компенсациясына сәйкес келеді. Активті құрама кернеу компенсациялау мәні ab реохорда шкаласындағы қозғалыс орналасуымен анықталады, ал реактивті құрама – cd реохорда шкаласы бойынша. Бастапқы фаза белгісі компенсацияланатын кернеулер тік бұрышты координаталар жүйесіндегі векторы болатын квадрантқа байланысты анықталады.

8.1 сурет. СӨҚ структуралық сұлбасы.

Өлшенетін шама (Х) ВУ құрылғының кріс қондырғысына түседі, мұнда сигналдың масштабты түрленуі жүреді, кейін ол аналогты-сандық түрлендіргішке (АСТ) түседі, мұнда аналогтық сигнал сәйкесінше кодта, сандық есептеу қондырғысында көрінетін сәйкес келетін кодқа түрленеді. Сандық құрылғыдағы барлық басқарушы сигналдарды алу үшін басқару қондырғысы таңдалған. Құрылғының кіріс қондырғысы аналогты электронды құрылғыға тұрғызылған, ал кейбір конструкцияларда оның кіруіне ақау жойғыш фильтрлер қолданылады.

Аналогты-сандық түрлену әдісіне әуелділігіне қарай құрылғылар түзу түрленушіжәне компенсационды құрылғылар болып бөлінеді( тепе-тең түрлендіргішімен).

Реттік есептеу сандық өлшеу құрылғылары жұмысы негізінде эталондық сигнал мәніне біртіндеп жақындау принципі жатыр, өлшенетін сигнал мәніне құрылғы сұлбасымен генерирленеді.

СӨҚ-да реттік жақындау өлшенетін шаманы уақыт реттілігінде анықталған алгоритммен өзгеретін,беріген кванттық шамаме салыстыру жүргізіледі.

СӨҚ-да есептеу бір уақытта өлшенетін физикалық шаманы алдын ала берілген эталондық сигналдар мәні жиынымен салыстыру арқылы жүргізіледі.

Суретте СӨҚ жұмыс істеу принциптерін көрсететін графиктер келтірілген.

Сурет 8.2 ЦИП Өлшет- белгі өзгерісінің ұстанымдары

ЦИП негізгі элементтеріне шүріппе, дешифраторлар және белгінің индикаторлары жатады. Бірнеше белгінің индикаторлары цифрлық санақ құрылымды құрайды. ЦИП – тан өзге аналогы нобайдың тындырымды элементтері АЦП және цифрлық санақ құрылымдар(ЦОУ) болып табылады. ЦИП жүйелік шешімі АЦП түрімен анықталады.

Осы уақытта жаядай әмбебап электрондық вольтөлшерлер(мультиметрлер), кернеуді, қырманның күшін, қарсылықты есептегіштер қолданылады. ЦИП ең маңызды мінездемелеріне: айыру қабілеті, кiрiстiк кедергі, (өлшеу саны секундта) тезәрекеттiк, (шамамен алынған санның шын мәнге жақындығы) дәлділiк, қорғалғандық.

ЦИП қадiр-қасиеттері: биiк сезгiштiк және эем көрсетулер, өлшеуiш ақпараттың дистанция беруiне мүмкiндiк, тiркестiң мүмкiндiгi, өлшеу дәлдiгi, есептеудiң оралымдылық және басқа автоматтық құрылқтар, жоғары қорғалғандық.

Кемшiлiктер:күрделi құрылғылар, жоғары(қымбат) құн, сенімсіздік.

ЦИП даму келешегi: метрологиялық сипаттамаларды қол жеткiзген деңгей тәжiрибе негiзiнен талаптарды қанағаттандырады және ЦИПсенiмдiлігін жоғарылауына Лена тиiстi эталондардың сипаттамаларына, направтың өңдеушiлерiнін негiзгi күштерiн жақындайды және микропроцессорлық техниканы кең қолданумен байланған ең жоғары дәрежелі қолданылыс кезiндегi ыңғайлылықтарын тұтынушы қамтамасыз ететiн ұлғаймалы фу

Бiртiндеп ЦИП есепбі тәсіліне мысал ретiнде өткiзу құрылғысын қарап шығуға болады және жиiлiк өлшеуiш жұмыс принципын нкционалдық мүмкiндiктер құралдарын жасайды.

Мұндай цифрлы өлшеуiш аспаптардың негiзгi құрылымдық элементтерiне осылар жатады:

ГИСЧ -тұрақтандырылған жиiлiк импульстер генераторы;

К - кілт;

ПУ -қайта есептегіш құрылым;

Тг - триггер;

ОУ –есептегіш құрылым;

Ф -түрткiлердi құрастырғыш;

БВВИ -уақыт интервалдарын бөлу блогы;

ГЛИН –сызықтық өзгерткіш кернеуінің генераторы;

ВУ –санағыш құрылым;

СУ –салыстырғыш және басқа құрылымдар.

Мысалы, берілген суреттерде ЦИП типінің кейбір структуралық схемасы берілген.

а)

сурет. 8.3ЦИП құрылымдықсұлбалар, кернеуді өлшеу үшін қолайлы(а),уақыт интервалдарының ұзақтығы және түрткiнін жүру жиiлiгi(б),сигнал фазаларының айырмашылығы(в)

Өлшегiш аспаптарын микропроцессорлық системада қолдану дәлдiкті жоғарылатуға айтарлықтай рұқсат бередi, далиюдты өлшеуіш процеспен басқару мүмкіндігін ықшамдайды, калибрлеудi және құралдар тексерiсiн автоматтандырады, есептеуiш операцияларды орындауға рұқсат бередi,толық автоматталған құралдарды жасайды.

Мысалы, ШК қабiлеттiлiк ЦИПқа өз құрылымын қайта құруға пайдаланады және берiлiп тұратын команданы басқарумен атқарылатын функцияларын өзгертеді, онын әмбебептығына себепші болады. Оның көмегімен олардың өлшеу шегiн автоматты түрде таңдауға ғана емес, белгiлi алгоритм бойымен құралдың құрылымын ФВ өлшеуінде өзгертуге мүмкiн.ШКықұралдың бұл ретте келесi функцияларды орындау мүмкін:

АЦП процеспен басқару;

ФВтың түрлендiргiштерiн жұмыспен басқару;

өлшеу шектерiнiң автоматты түрде таңдауы;

аспапты интерфейспен басқару;

көрсеткiшпен басқару;

ақаулықтардың диагностикасы;

метрологиялық сипаттамаларды жоғарылатудың мақсатымен өлшеуiш ақпараттың өңдеуi т.б..

ШК түрлi функцияларды орындау құралдардың көрсеткiштерi техникалық-экономикалық жақсартуды қамтамасыз етедi, цифрларға программалалатын көп каналды ЖКтың жаңа табын құруға мүмкiндiк бердi, биiк жылдамдықта өндіргіш қабiлеттi өзгертуге мүмкіндік береді, бейне массив аналогты және цифрлық ақпаратты өндеуге мүмкіндік береді.

ЦП мен МП блоктық принциппен құрылған, сондықтан олардын қырылымы мен мүмкіндігі өзгеруі ықтимал. Олар келесі негізгі блоктардан құралған: коммутаторлар, АЦП, ШК, ОЗУ, ТСҚ, оператор пультi, сыртқы құрылғылары бар түйiндестiң модульдары және эем. Өзгертiлетiн жылдамдықпен сұралатын ондаған және жүздеген өлшегіш арналарды құрай алады.

Құрал бағдарламасы өлшеуге, өңдеу бойымен негiзгi тапсырмаларды орындауды ескередi және өлшеуiш ақпаратты ұсынады. Мысалы:

масштабтау;

көрсеткiштерiнiң сипаттамаларын сызықтау;

есептеу экстремалды және орташа мәндер;

уставкалармен салыстыру;

мәлiметтерлердi қысу;

автокалибровка;

негiзгi функциялардын өзiн-өзi бақылауы.

Бейненiң кiрiктiрме құрал-жабдықтарын сапада және ақпараттың тiркеуi көп дәрежелiк цифрлық индикаторларды, видеодисплей, баспа құрылысы тағы сол сияқтылар пайдаланады.

Бағдарламаға ену пульт арқылы , ақпаратты магниттік сақтаушылармен жүзеге асыруға мүмкін.Құрал күрделiлiгімен, орындалуымен, қызмет көрсету дәрежесімен, бағасымен айырықшаланады.

Аналогтық-сандық түрлендіргіште болатын берілген үрдістер жиынтығына негізделіп, оның қоғамдық құрылым сұлбасын үш өзара байлансықан элемент түрінде берілу қабылданған.

Дискреттелетін құрылғыда уақыт аралығында үзіліссіз ó(t)сигналының ó(t_i) дискретті сигналына түрлендіру үрдісі жүзеге асады. Сонымен бірге дискретті сигнал мәні бекіткен уақыт моментіндегі шығыс үзіліссіз лездік мәндеріне тең. Екі көрші уақыт моментінің аралығы дискреттік қадам деп аталады ∆t.

Сандық өлшегіш құрал сигналының мәні тек бекітілген уақыт моментінде ó(t_i)өлшенеді. Дискреттілік жиілігі қарама-қарсы шарттардан таңдалады. Шынымен де, дискреттілік жиілігі көбейген сайын f_λ=1/∆t, өлшенетін ақпарат жоғалуы азаяды, бірақ бұл үрдіс аналогтік-сандық құрылғылардың тез әрекеттікке қатал талап қойылуына, демек оның қиындауына әкеп соғады.

Дискреттік жиілігін дұрыс таңдау талабы, нақты түрде интерпояция ∆t интервалын таңдаумталабы болып табылады. Соынмен бірге дұрыс таңдалған дискретизация жиілігімен қатар, интерполизация қателігі берілген жиілік түрлерін қарастыруымыз қажет.

			Дискреттеу құрылғысы
x(t)	Квактования құрылғысы			Кодирующее устройство		Сандық код

8.4- сурет. АСҚ құрылым сұлбасы

Бұл шешімдерді қарастырғанда әр түрлі интерполизациялы полиномдар қарастыру міндет. Кванттау құрылғысында көлем өлшемі ó(t_i)бойынша үзіліссіз лездік мән ауысу үрдісі жүзеге асуда.Екі көрші деңгей аралығы∆óквант қадамы деп аталады. Квнаттау үрдісі кезінде, дискреттеудегі сияқты, үзіліссіз өлшеу көлем жайнда ақпарат бөлігі жоғалады, демек кванттау құрылғысы, дискреттеу тәрізді, әдістемелік қателік көзі болып табылады.

σ

8.5-сурет. Аналогтық сигналды кванттау және дискретизациялау.

Реалды және идеалды түрлендіргіш функциясын салыстыру кезінде, кванттау қателігі:

∆_ảẽ≤0,5∆σ (8.1)

Суреттен байқағандай, кванттау қателігі сынық сызық сипатқа ие. Кванттау қателiктiң кванттау қателiк СКОсы мұндай мiнезiнде, бiр түрткiнi ұзақтыққа орта қуатпен бейнеленедi, теңдiкпен анықталады:

D_ảẽ =∆σ²/12 (8.2)

Мысалы, кодпенжазатынқұрылымдаекiлiкесептеужүйесiндетүркелесiөңдеуүшiнсигналдыңдискреттiмағынасынұсынуыңғайлыболады. Қорытакелгенде, цифрларғасигналғааналогтысигналдыөзгертудiңпроцесiдискретизацияныңрәсiмшақырылғанқателiктердiңпайдаболуынасөзсiзалыпкеледiжәнекванттайды.

8.6-сурет. Кванттау қателiк: айқындауыш диаграмма а- нақты және мiнсiз өзгеру функциясы ; б - кванттау қателiктiң қисығы.

АСҚ қателiк әдiстемелiк және аспапты құрайтынсомасымен анықталады:

∆=∆_i+∆_ẽ(8.3)

Әдiстемелiк қателiк түрлендiргiшпен жұмыс принцибымен анықталады және дискретизацияның қателiгiнен бағынышты болады және кванттау, ал аспапты қателiкпен түйiндердiң жұмысын тұрақсыздықпен анықталады.

8.7- сурет. АСҚуақыт - импульсты әрекет: а- құрылымдық сұлба ; б-уақыттық диаграмма.

Қателiктен басқа, АСҚ бөлудiң мөлшермен, айыру қабiлетi, сезгiштiкпен, тезәрекеттiк бейнеленедi.

Өлшеуiш құрылқтардағы түзу АСҚ пайдаланады және заң орнатушы өзгерту.

Төте АСҚ келесi тәсiлдердiң бiрiн жүзеге асырады:

• уақыт - импульстiк кодтау

• амплитудалық кодтау

• кеңiстiктiң кодтауы

• сан - импульстiк кодтау

• жиiлiк - импульстiк кодтау.

Таралу СӨПна ең үлкен уақытты алды - импульсты және жиiлiк - импульстiк кодтау.

Уақыт АСҚ- импульстiк кодтау уақыт аралығын пропорционал оғанда өлшенетiн кернеудi бiртiндеп өзгертудi негiзде жұмыс iстейдi. Электрондық санауышқа бұл уақыт интервалы ағымында пропорционалдық өлшенетiн тұрақты кернеудi шамаға сан қайталаудың белгiлi жиiлiгiмен түрткiлерiн түседi.

Қаралатын АСҚ жұмысын тiзбек уақыттық диаграмма түсiндiредi. Санауыштың көрсетуi басқару құрылғысынан сигналы бойымен өлшенетiн кернеудi АСҚ берудiң жанында кiруге және ЦОУды лақтырып тастайды, ал саздарды өндiргiш аратiстi кернеудi қалыптастырады. Салыстырғыштың шығуындағы уақыт бұл түрткi қалыптасуға басталады. Уақытша селекторға бұл түрткiнi түсуде соңғы ашылады және есептiк түрткiлердi өндiргiштен түрткiлерi санауыш кiруге өткiзедi. Саздарды кернеудiң теңдiгiнiң жетiстiгiнде және салыстырғыштың шығуында кернеу импульстердi қалыптастыру өлшенетiн тоқтайды, сұлба «және» жабылады және түрткiлердi есептi тоқтайды.

Саздардыңкернеутеңдiгiне жеткен кездежәнеде импульстарды қалыптастырукернеуін өлшеп салыстырғыштан шыққанда тоқтатылады, «И» сұлбасы жабыладыжәне де импульстар есебi тоқтайды. Нәтижесiнде санауыш импультардың кейбір сандарын тіркейді, N уақыт интервалын, ал ЦОУ оған сәйкес сандардыбейнелейдi. Енді жұмыста қаралған процедураларәрі қарай жалғасады. Импультардыесептеуаралығыныңұзақтығы:

At =^N = N■ T . (8.4)

Ал, басқа жағынан :

At = tga . (8.5)

Тиiстi өзгертулерден кейiн мынаны аламыз:

U_x = N ■ T ■ tga. (8.6)

Себебi tga мәні ара тәрізді кернеудiң өзгерiс жылдамдығына V сандық түрде сәйкес келедi.

U_x = N■ T■¥ . (8.7)

АЦП нақты сұлбасы үшiн T ■ V10^k тең мәнінтаңдайды, және де бұл:

U_x = N■lO^k. (8.8)

Осы типтің АЦП жиынтық қателiгі мынадайсебептермен анықталады: - тiк төртбұрышты импулсьтың ұзақтығымен және өлшенетiн кернеудiң өзгерту қателiгiменанықталады (саздардың тұрақсыздығы және сызықтық еместігі, салыстырғыштың қателiгi); - кодқа уақыт аралығын өзгерту қателiгімен анықталады.Мұндай АЦП ның жалпы қателiгі әдетте 0, 1 % құрайды. Бөгеуiлге шыдамдыкөбіне екі есе интегралдау сұлбасы болып табылады (0, 01%) . Бұл жағдай былай түсіндіріледі, қаралып отырған АЦП кiрiстiк кернеудің лездiгін емес, ал оның орташа мәнін түрлендiреді.