Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Октября 2013 в 14:32, лекция
Оқу құралы «Электрлік өлшеулер» курсы бойынша теориялық материалдарды және лабораториялық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқауларды қамтиды.
Пән метрология туралы түсініктер, өлшеудің түрлері мен әдістері, өлшеу дәлдігі мен қателіктері, электр механикалық аспаптар, масштабты өлшеуіштік түрлендіргіштер, тұрақты және айнымалы тоқ көпіршелері, электрондық осциллограф және сандық аспаптар бөлімдерін қамтиды.
Өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігіне келесі моменттер әсер етеді:
1) Айналдырушы момент
2) Қарсы әрекеттік момент
3) Тыныштандырғыш момент
Айналдырушы момент Майн аспапта өлшенетін шама әсер еткенде пайда болып, өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігін өсу көрсеткішіне қарата бұрады. Электр механикалық жүйедегі аспаптар үшін айналдырушы моментті Лагранж формуласының екінші түрімен көрсетуге болады:
,
мұндағы - өлшеу механизмінде жиналған электр магниттік энергия; - аспаптың қозғалатын бөлігіне қатысты бұрылу бұрышы.
Айналдырушы моменттің әсерінен қозғалмалы бөлік әрқашан тірелгенге дейін бұрылады. Осы айналдырушы моментіне қарсы бағытталған қарсы әсер момент керек. Бұндай моментті механикалық және электрлік күштердің көмегімен алуға болады. Осы күштердің әсерінен аспаптың қозғалмайтын және қозғалмалы бөліктеріне бекітіліп, қозғалмалы бөлік бұрылғанда бұрылатын жазық спираль пружиналар (серіппелер) немесе металл жіптердің көмегімен жасалады:
,
мұндағы -серпімді элементтің қасиеттеріне тәуелді үлестік қарсы әсер моменті (пружинаның немесе материалдың өлшеміне байланысты). "-" таңбасының тек қана физикалық мәні бар, яғни қарсы әсер моменті айналдырушы моментке қарсы бағытталған:
.
Аспаптың қозғалмалы бөлігінің жүрісі айналдырушы және қарсы әсер моменттері бір біріне теңескенде тоқтайды.
Тыныштандырғыш момент аспаптың тепе-теңдіктен шыққан қозғалмалы бөлігін тезірек өшіру үшін қажет және келесі теңдеумен анықталады:
,
мұндағы - қозғалмалы бөліктің қозғалысының бұрыштық жылдам-дығы; - тыныштандыру коэффициенті.
Өлшенетін шама мен аспаптың бұрылу бұрышының арасындағы тәуелділік аспаптың шкаласының теңдеуі деп аталады:
.
Метрологиялық сипаттама деп өлшеу қорытындысына және өлшеу қателігіне әсер ететін өлшеу құрал-жабдықтарының сипат-тамасын айтады.
Метрологиялық сипаттамалар мөлшерленеді (нормаланады), яғни оларға белгілі жағдайда жұмыс істейтін өлшеу құрал-жабдықтарының түрі (типі) үшін белгілі сандық мәндері беріледі.
Оларға: өлшеу шектігі (аспаптың шкаласы бойынша шектік мән-дері), сезгіштігі, тез әсер етуі жатады.
Электр механикалық аспаптардың бөлшектері мен тораптары.
Аспаптың корпусы (қабы) өлшеу механизмін сыртқы әсерлерден (шаңнан, дымқылдан, газдан) қорғайды. Аспаптың корпусын пластмассадан жасайды. Олардың мөлшері мен пішіні әр түрлі болады.
Санақ құрылғысы қатты көрсеткіштен (нұсқама тілден) және шка-ладан тұрады. Алюминийден қабатталып жасалған нұсқама тіл өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігіне қатты бекітіледі. Өлшеу қателігін азайту үшін нұсқама тілдің салмағына қарсы салмақ болады, бұл салмақ нұсқама тілдің салмағына тең болады. Олар ауырлық күшінің ортасын (центрін) нұсқама тілдің ортасымен (центрімен) сәйкес келтіру қызметін атқарады. Шкала өлшем бірлікке, немесе бөлікке байланысты градуирленеді (өлшемденеді). Сызылу пішіні бойынша шкалалар түзу сызықты (горизонталды және вертикалды), доғаланған (180 градусқа дейін доғаланғанда) және дөңгелектенген (180–нен 360 градусқа дейін) болып бөлінеді. Сипаттамалық тұрғыдан шкалалар қалыпты және қалыпты емес, бір жақты және екі жақты болып бөлінеді. Лабораториялық аспаптарда (дәлдік класы жоғары болғанда) шкалаларды айналы етіп жасайды, шкала бойынша санақ нұсқама тілдің оның айнадағы кескінімен сәйкес келгенде жүргізіледі.
Аспаптың қозғалмалы бөлігі оське қатты бекітіледі. Ось іші қуыс алюминий тұрбадан жасалады. Диэлектрикпен бөлінген, екі алюминий құбырдан тұратын екі жарты осьтер де болады. Еркін қозғалысты қамтамасыз ету үшін осьті тірек пен кермеге орналастырады (7.2-сурет).
Тірек (7.2, а-сурет) керннен 1 және өкшеліктен 4 тұрады. Керн конус тәрізді ұшталған болат сымның кесіндісін береді. Ол қатты материалдан (агат, корунд) жасалған конус тәрізді өкшеліктің ойығындағы жапсарға 2 кигізіледі. Керн мен өкшеліктің арасындағы саңылау стопорлы винтпен 3 реттеледі. Кемшілігі - үйкелістің әсерінен өлшеу қорытындысында қателікті болдырады.
Кермедегі қондырғының 7.2, б-суретте көрсетілгендей етіп орналасуынан үйкелістен болатын қателікті жояды. Керме 10 қола құймасынан жасалған екі жіңішке тартылған ленталардан тұрады. Керменің бір ұшы қозғалмалы бөлікке 11, ал екінші ұшы өзара перпендикуляр орналасқан жазықтық серіппелер (9 және 12) арқылы аспаптың қозғалмайтын бөлшектеріне бекітіледі. Кез келген электр өлшеуіш аспаптары талап етілген өлшеу дәлдігін жабдықтау үшін, аспаптың қозғалу жүйесінің ауытқуы тек орауыш пен серіппенің (пружинаның) 8 қарсы әсер күшінен туындаған айналушы моментпен анықталуы қажет. Өлшеу кезінде ауырлық күшінің әсерінен туындайтын қателіктерді жою үшін, аспаптың қозғалмалы жүйесі (7.2, а-сурет) қарсы салмақтармен 5 теңестіріледі. Корректорды нұсқама тілді нөлге келтіру үшін орналастырады, ол корпуста тұратын винттен 6 және қалпына келтірушіден 7 тұрады.
7.2-сурет
Тыныштандырғыштар. шарты болғанда толық теңесу қатысында қозғалмалы бөлік тербеліс жасайды. Қажетті тыныштандыру дәрежесі тыныштандырғыштардың көмегімен орындалады. Бұл тыныштандырғыштар ауалық (7.3, а-сурет) және магнит индукциялық (7.3, б-сурет) болып бөлінеді. Ауалық тыныштандырғыш камерадан 2 және қозғалмалы бөлікпен жалғасып тұрған алюминий пластинадан 1 тұрады. Тыныштандыру ауаның үйкелісі арқылы болады. Кемшілігі - құрылымының күрделілігі мен сенімділігі аздығы жатады.
Магнит индукциялық
7.3-сурет
Аспаптың тұрақтысы және оның сезгіштігі. Аспаптың тұрақтысы (бөлгіш бағасы) - бұл өлшенетін шаманың өзгеруінің ауытқу бұрышының өзгеруіне қатынасы. Аспаптың тұрақтысына кері шама сезгіштік деп аталады.
Магнит электрлік аспаптардың жұмыс істеу тәртібі тұрақты магниттің (1) магнит өрісі мен айналып тұратын жақтауша түріндегі ораманың (2) магнит өрісінің өзара әсерлесуіне негізделген (7.4 сурет). Жақтауша орама оське (3) бекітілген, ал ось қатты тастан жасалған ұяшықтарға (4) орнатылған. Жақтаушаға әсер ететін айналдырушы момент серіппелердің (5) қарсы моментпен теңестіріледі. Аспаптың тілін (6) шкаланың (7) нөліне келтіріп қою үшін корректор (8) қолданылады.
7.4-сурет
Жақтаушамен тоқ жүрген кезде оның әрбір сымына әсер ететін ығыстырушы күш
,
мұндағы В–магнит өрісінің индукциясы; l– жақтауша сымының активті ұзындығы; І–жақтаушаның тоғы.
Егер жақтауша ораманың орам саны w болса, онда жақтаушаны ығыстырушы күш
,
Жақтауша орама айналмалы
,
мұндағы b – жақтауша ораманың ені.
(2) өрнегінен күштің мәнін (3) өрнегіне қойса, айналдырушы момент:
, (4)
мұндағы - жақтауша ораманың ауданы; - жақтаушамен ілініскен магнит ағыны.
Тұрақты магнит өрісі тудыратын жақтаушамен ілініскен магнит ағыны тұрақты шама болатындықтан, (4) өрнегімен айналдырушы моменттің тоқтан ғана тәуелді екендігі көрініп тұр.
Айналдырушы моменттің әсерінен жақтауша
орама айналып, оған бекітілген аспаптың
тілін белгілі бір бұрышқа
бұрады. Жақтаушаның бұрылуы
.
Серіппелердің қарсы
әсер моменті олардың
.
(4) және (6) өрнектерінен моменттердің мәндерін (5) теңдігіне қойса, жақтаушаның бұрылу бұрышы
,
мұндағы өлшеуіш аспаптың тоққа сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама:
.
(7) өрнегінен магнит электрлік өлшеуіш аспаптың шкаласы бірқалыпты болатындығы көрініп тұр.
Магнит электрлік аспаптар негізінен тұрақты тоқтың кернеуі мен күшін және кедергілерді өлшеу үшін қолданылады.
Бір фазалы екі жарты периодты көпірлі түзеткішті пайдаланып, магнит электрлік аспаппен айнымалы тоқтың кернеу мен күшін де өлшеуге болады (7.5, а-сурет). Мұндай түзеткішті өлшеуіш аспаптардың шкаласы электрлік шамалардың әрекеттік мәндеріне өлшемденеді. Әдетте түзеткішті магнит электрлік аспаптар мультиметрлерде қолданылады. Мультиметр деп бірнеше электрлік шамаларды өлшеуге арналған құралды атайды.
7.5-сурет
Термотүрлендіргіштермен жабдықталған магнит электрлік аспаптар (7.5, б-сурет) синусоидалы емес тоқтар мен жоғары жиілікті тоқтарды өлшеуге мүмкіндік береді. Термотүрлендіргіш терможұптан және тоқ жүретін сымнан тұрады. Терможұптың салқын ұштары магнит электрлік аспаппен жалғанған да, ал жапсары тоқ жүретін сымға тиіп тұрады. Жапсардың қызуы Джоуль-Ленц заңы бойынша тоқтың квадратына тура пропорционал болатындықтан, терможұпта пайда болатын ЭҚК-те тоқтың квадратына тура пропорционал болады. Ендеше жақтаушаның бұрылу да тоқтың квадратына пропорционал. Осы себебті термоэлектрлі магнит электрлік аспаптың шкаласы бірқалыпты болмайды, квадраттық шкала болады. Термоэлектрлі аспаптардың негізгі кемшілігі–олардың нашар сезгіштігі мен энергияны көп тұтынатындығы.
Электр магниттік өлшеуіш
1 - шарғы; 2 - ферромагнит өзекше; 3 - аспаптың тілі; 4 - ось; 5 - ұяшық; 6 - серіппе; 7 - шкала.
7.6-сурет
Шарғымен тұрақты тоқ жүргенде ферромагнит өзекшеге шарғының ішіне тартатын күш әсер етеді. Бірақ өзекше шарғының ішіне кірген сайын шарғының индуктивтілігі өзгеретіндіктен оның магнит өрісінің энергиясы да өзгереді. Осы себепте өзекшені айналдырушы момент магнит өрісінің бұрылу бұрышынан тәуелді өзгерісіне пропорционал болады, яғни
,
мұндағы W – магнит өрісінің энергиясы; I – шарғының тоғы (өлшенетін тоқ); L – шарғының индуктивтілігі.
Шарғымен айнымалы тоқ жүргенде өзекшеге түсірілетін айналдырушы момент оның орташа мәнімен анықталады:
, (9)
мұндағы Мt – айналдырушы моменттің лездік мәні.
(8) және (9) өрнектері электр магниттік аспаппен тұрақты және айнымалы тоқтың шамаларын өлшеуге болатындығын көрсетеді.
Айналдырушы момент серіппенің қарсы моментімен теңестірілетіндіктен (5), өзекшенің (аспаптың тілінің) бұрылу бұрышы
,
мұндағы аспаптың тоққа сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама
.
(10) өрнегінен электр магниттік өлшеуіш аспаптың шкаласының квадраттық шкала болатындығы көрінеді. Бірақ ферромагнит өзекшенің геометриялық өлшемдерін өзгерте отырып, яғни оның бұрылу бұрышына байланысты шарғының индуктивтілігін өзгерте отырып, шкаланы бірқалыпты жасауға болады.
Электр магниттік аспаптар әдетте тұрақты және айнымалы тоқтың кернеулері мен күштерін өлшеу үшін қалқандық вольтметрлер мен амперметрлер ретінде қолданылады.
Электр динамикалық аспап қозғалмайтын (1) және айналып тұратын оське (2) бекітілген қозғалмалы (3) екі шарғыдан тұрады (7.7- сурет). Қозғалмалы ораманың айналуына қарсы моментті тоқ жүретін спираль серіппілер (4) тудырады. Ұяшықтарға (5) отырғызылған оське аспаптың тілі (6) бекітілген. Тіл мен шкала (7) арқылы аспаптың көрсетуі анықталады.