51 Сөздік
Тізбектеп қосылған кедергіні өлшеуіш – измеритель последовательного включения сопротивления.
Кедергіні өлшеуіштің параллелдік қосылу сұлбасы – сұлба параллельного включения измерителя сопротивления.
Даралық көпір сұлбасы – одиночная мостовая сұлба
Салыстыру, нөлдік, дифференциалдық өлшеу әдістері – методы измерения сравнения, нулевой, дифференциальный.
Эквиваленттік орнын басу сұлбасы –сұлба эквивалентного замещения.
Орауыштың сапалылығы, өзаралық индуктивтік – добротность катушки, взаимная индуктивность
Шығындық кедергі, шығындану коэфициенті – сопротивление потери, коэфициент потери.
5 Электрлік сигналдардың жиілік – уақыттық параметрлерін өлшеу
52
өлшеуіштер мотор-генераторлық қондырғыларда қолданылады.
Тарату құрылғыларында (РУ) жиілік электромагниттік жүйеде істейтін логометрлер арқылы өлшенеді (5.2 сурет).
а) өлшеуіш сұлба ; б) аспаптың орауыштарындағы токтар.
5.2 сурет - Электромагниттік жүйедегі жиілік өлшеуіш
Логометрдің көрсеткіші токтардың бір-біріне қатынасымен табылады:
α=f(I2/I1). (5.1) Бір параллелдік тізбекке қосылған конденсатор мен индуктивтік орауыш резонанстық тізбек құрады. Екінші параллелдік тізбекке кедергі мен индуктивтік орауыш қосылған. Аспаптың екі параллельдік тізбектері екі түрлі болғандықтан (біреуі кедергі-индуктивтік, екіншісі сыйымдылық- индуктивтік), олардағы токтар, бір жағынан олардың толық кедергілеріне кері пропорционал болса, екінші жағынан, олардың жиілікке тәуелдігі әртүрлі.
Сондықтан логометрдің тізбектегі орауыштардың параметрлерін қалап алып, токтардың тогысқан жерінде оның көрсеткіші 50 Гц болуын қамтамасыз етеді.
Мұндай қалқандық жиілік өлшеуіштердің басты қателігі 2,5%-дан аспайды.
Электржабдықтау жүйесінде электроэнергияның сапасы жиілік арқылы стандартталған , сонда жиіліктің ауытқуы %(1 Гц) дан аспауы керек (не жиілігі тербелуі 0,2 Гц/с аспауы керек).
5.2 Жиілік пен периодты өлшеудің электрондық –цифрлық әдісі Айнымалы токтың не кернеудің жиілігін не периодын білу үшін абсолюттік әдіс қолданылады. Бұл әдіс электрон-цифрлық принципке негізделген. Осы принципті 5.3 суретте көрсетілген кернеудің уақыттық диаграммасына сүйене отырып қарастырайық.
53
5.3 сурет - Кернеудің жиілік өлшеуіштегі уақыттық диаграммалары Жиілік өлшеуіштің сұлбасында басты мәселе санау уақытын белгілеу.
Сонда осы уақытта толтырылған импульстердің саны:
N=Tcy/Tx=Tcyfx. (5.2) Осыдан белгісіз жиілікті табамыз:
fx=N/Tcy. (5.3) Жиілікті өлшеудің салыстырмалы қателігін өрнекті логарифмдеу мен дифференциалдау арқылы табамыз:
, (5.4) мұндағы – абсолюттік қателік, Гц;
– жиілігін өлшенген мәні, Гц;
– дискреттеудің абсолюттік қателігі, с.
Есептеуге оңтайлы болу үшін максималдық салыстырмалы қателіктің формуласын қолданады:
; (5.5) . (5.6) Мұнда δс=(2…5)(10-7…10-9) – санау уақытының салыстырмалы тұрақсыздығы.
(5.4) өрнектен абсолюттік қателіктің формуласын алуға болады:
54
. (5.7) Жиілігі fx=50 Гц өлшегенде (5.7) формуланың 1 мүшесі 2 мүшеге қарағанда аз болғандықтан, оларды елемеуге болады:
; (5.8) . (5.9) Жиіліктің 0,2 Гц тербелісін өлшеу үшін санау уақытын максимальдық түрде алу керек:
(5.10)
Егер Тсу=10 с алсақ, онда Δmax=0,1 Гц болады. Бірақ, бұл жағдайда өлшейтін уақыт созылады, сондықтан жиіліктің 1 с тербелуін бақылау қиын.
Енді айнымалы токтың периодын өлшеу мәселесін қарастырайық. 5.4 суретте периодометрдің уақтылық диаграммасы көрсетілген.
Периодометрде де жиілік өлшеуіш сияқты кернеудің уақыттық өзгеруі импульстер қатарына түрлендіріледі. Мұндағы айырмашылық санау уақыт Тсу
іздейтін периодқа Тх тең болады. Осы уақыт аралық импульстік қоздырғыштан қысқа импульстермен толтырылады. Бұл импульстер тактілік жиілікпен (толтыру жиілігі) беріледі. Кей кезде оларды уақыттық таңбалар деп атайды.
Импульстердің саны мынаған тең:
N=Tx/Tтж. (5.11) (5.11) өрнектен өлшеудің максимальдық салыстырмалы қателігін табуға болады:
(5.12) және максимальдық абсолюттік қателік
(5.13) әдетте, қысқарылған өрнектерді қолданады:
; (5.14) . (5.15)
55
5.3 сурет - Периодометрдің уақыттық диаграммалары
Тіректі жиіліктің генераторы төртбұрышты периодикалық импульстер шығарады, олардың жиіліктері fТЖ=1 МГц. Сондықтан уақыт таңба ТУТ=ТТЖ=1 мкс тең. Бұл жағдайда периодты өлшеудің абсолюттік қателігі аспауы керек. 50 Гц жиілікті өлшегенде саналатын импульстердің санын табуға болады, егер Тх=0,02с
N=(0.02/10-6)=20000 имп.
Дешифратор бұл санды уақытқа айналдырып дисплейі өлшейтін бірлікте береді.
Көбінесе электроэнергетикада периодты емес жиілік көрсететін аспаптар қолданады. Бұл арифметика-логикалық түрлендіргіш арқылы жасалады. 5.5 суретте периодометрдің негізінде жасалған жиілікті өлшейтін аспаптың жалпы сұлбасы келтірілген.
КҚ – кіріс құрылғы; ҚҚ – қалыптастыру құрылғысы; ЭК – электрондық кілт; ИГ – импульстер генераторы; ИС – импульстарды санағыш; АЛҚ – арифметика-логикалық құрылғы; СИҚ – санды индикациялау құрылғысы.
5.5 сурет - Жиілікті өлшейтін аспаптың сұлбасы
56
Бұл жиілікті өлшейтін аспаптыңда жұмыс істеу негізінде электрон – цифрлық принципі алынған. КҚ сырттан келген сигналдарды өңдеп ҚҚ – ға жібереді. ҚҚ келген импульстердің жиілігінің ауқымына қарап,ь санақ уақытысын тауып оны ЭК-ға жібереіді. Электрондық кілт (И-логикалық сұлба) ретінде істейтін түйісу құрылғысы өзінің шығысына тактылық импулсьтарды (1 не 10 мГц) бекітілген санақ уақытысында ғана өткізеді.
Тактылық импульстар ИГ-ден алынады.
Сөздік
Дірілдегіш өлшеуіш механизмдер, резонанстық және салыстырмалы әдістер, электрондық санағыштар – вибрационный измерительный механизм, резонансные и сравнительные методы, электронные счетчики.
Жиілік өлшеуіштің сұлбасында санау уақытын белгілеу – определить время счета в схеме частотометра.
Генератордың тіректі жиілігі – опорная частота генератора.
Цифрлық өлшеуіш аспаптар – цифровой измерительный прибор.
Кернеуді уақыт аралығына түрлендіргіш аспап – прибор для преобразования напряжения в интервал времени.
6 Цифрлық өлшеуіш аспаптар
Цифрлық өлшеуіш аспаптар (ЦӨА) деп өлшеудің нәтижесі сан түрінде берілетін аспаптарды айтады. Олардың көп түрлілігіне қарамай негізгі құрылыстары бірдей болып келеді (6.1 сурет).
КҚ – кіру құрылғысы; Тр1, Тр2, Тр3 – бір шаманы басқа шамаға түрленгіштер; АСТ – аналог-сандық түрлендіргіш; ИС – импульсті санағыш; СИ – сандық индикация (дисплей);
БҚ – басқару құрылғысы.
6.1 сурет - Цифрлық аспаптың функционалдық сұлбасы
Кіру құрылғысы кернеуді не токты өлшеу шегін кеңітуге арналған. Ол ішіне кіру құрылғысы қосымша резисторлар мен шунттардың жиынтығын қолданады. Цифрлық өлшеуіш аспап басты сигнал көп рет келгеннен кейін өлшей бастайды. Бұл аспаптардың өлшейтін сигналдарды түрлендіретін бөлшектерін өлшеуіш түрлендіргіштер деп атайды. Егер аналогтық сигнал басқа аналогтық сигналға өзгерсе, онда өлшеуіш түрлендіргіш аналогтық деп
57
атайды, егер аналогтық сигналды сандық түрге не керісінше өзгертсе,
өлшеуіш түрлендіргішті аналог-цифрлық не цифр – аналогтық деп атайды.
Егер ақпараттық параметр бірнеше бекітілген шамада болса, бұл сигналды дискреттелген не квантталған деп атайды. Квантталу Тр1 – түрлендіргіштің арқасында жасалады, сонда өлшейтін сигнал t уақыт аралығында әртүрлі деңгейде дискреттеледі (6.2 сурет).
6.2 сурет - Уақытпен кванттау және деңгеймен дискреттеу
6.2 суретте көрсетілгендей аналогтық сигнал U(t) уақыт бойынша бірінен кейін бірі болатын дискреттелген шамалармен Ui (ti) ауыстырылады.
Цифрлық өлшеуіш аспап ақпаратты тек қана дискреттелген уақыт кезінде сезе алады. Бұл уақыттың кезі басқару құрылғысы арқылы белгіленеді. Енді алынған дискретті сигналды (тұрақты кернеу) аралық (промежуточный) параметрге түрлендіру керек. Бұл параметр ретінде Тжа уақыт аралығы алынған, мұны жүйелік аралық деп атайды. Бұл аралыққа қоятын міндет, ол әр уақытта өлшейтін кернеуге пропорционал болу керек.
Бұл түрлендіру кернеу-уақыт аралығы (санайтын уақыт) Тр2 екінші түрлендіргіште жасалады. Санайтын аралық уақыт, салыстырмалы әдіспен, өлшейтін кернеуді уақытпен біркелкі (пропорционал) өсетін тіректі (калибрленген) кернеумен салыстыру арқылы табылады (6.3 сурет).
58 а)
б)
а) жұмыс істеу сұлбасы; б) кернеулердің уақыттық диаграммасы.
6.3 сурет - Кернеуді уақыт аралығына түрлендіргіш аспаптың сұлбасы Тіректі кернеу G1 генератормен жасалады. Бұл генератордың шығыс кернеуі U0 (t) сызықшамен біркелкі өседі. Ара тәрізді кернеу уақытпен біркелкі өседі, оның басты бұрышы . Түрлендіру үдерісі басқару құрылғының (БҚ) арқасында бір уақытта t1 басталады. Егер U =U0 болса, салыстыру құрылғы t2 уақытында сигнал береді. Осыдан кейін екі күйі бар триггер Uтр строб (тіректі) импульс жасайды, оның уақыт ұзындығы санайтын уақытқа тең:
Тси = t2 – t1.
Уақыттық диаграммадағы үшбұрыштан табатынымыз
Тси = U tga (6.1) егер = const болса, онда tg = C1, сондықтан
59
Tси = C1 U. (6.2) Үшінші түрлендіргіш ТР3 уақыт аралығын N санды импульстерге түрлендіреді. Бұл үшін электрондық жүйелі әдіс қолданады. Бұл әдіс бойынша өзгеріп тұратын санайтын уақыт (Тси) үлгілі генератордан G2 алынған үлкен жиілікті төртбұрышты импульстермен толтырылады (6.4 сурет).
ЦӨА 220В электр желісіне қосқанда жиілігі 1мГц үлгілі генератор жұмыс істей бастайды. Генератордың импульстері электрондық кілтке келеді, оның ашық уақыты Тси. Импульсті санағыш ИС импульстерді санап, олардың бір-бірін қоса бастайды:
N = Тси / Тго . (6.3) (5.17) өрнекті қолдансақ
U = NТго / С1 (6.4) егер Тго = сonst, онда Тго/С1 = С2
U = C2 N . (6.5)
а)
б)
а) түрлендірудің жұмыс істеу сұлбасы; б) кернеулердің уақыттық диаграммасы.
6.4 сурет - Кернеуді түрлендірудің жұмыс істеу сұлбасы
Сөйтіп, өлшейтін кернеу импульстің санына пропорционал болады. Бұл импульстердің ИС тағы жиынтығы кодтарды түрлендіргіште түрлендіріп эпидтық-кристалдық алфавиттік-сандық индикаторға кіреді, сонда өлшеу
60 нәтижесін сан жүзінде көреміз.
Сөздік
Цифрлік өлшеуіш аспаптар-цифровые измерительные приборы.
Уақытпен кванттау және деңгеймен дискреттеу-квантование по времени и дискретизация по уровню.
Кернеуді уақыт аралығына түрлендіргіш-преоброзователь напряжения на пропорциональную длительность времени.
Тіректі импульс-строб импульс.
Электрондық кілт-электронный ключ.
7 Электрлік өлшеудің осциллографтық әдістері