Электр динамикалық және ферродинамикалық механизмдер

Электр динамикалық жүйелердің өлшеу механизмдерінің әрекет ету принципі токпен екі орауыштың магниттік өрістің өзара әрекеттесуіне негізделген: жылжитын, жылжымайтын. Оське немесе кергіштерге бекітілген жылжымалы орауыш жылжымайтын орауыштың ішінде бұрылуы мүмкін. Орауыш орамасынан және ток өткен кезде электр магниттік момент пайда болады, магнит ағындарының векторын жылжитын және жылжымайтын бөліктерге үйлестіруге ұмтылады.

Электр динамикалық жүйелердің негізгі артықшылықтарына тұрақты және айнымалы токқа арналған бірдей көрсеткіштер болып табылады (орауыштардың бірізділікті қосылуы кезінде), ал бұл оларды тұрақты токта үлкен дәлдікпен градустауға, сондай-ақ уақыт бойынша көрсеткіштер тұрақтылығын анықтауға мүмкіндік береді. Көрсетілген қасиеттер олардың базасында 0,1 дәлдік класын зертханалық өлшеуді жүргізуге мүмкіндік береді.

Электр динамикалық механизмдердің кемшіліктеріне төмен сезгіштікті, үлкен тұтынатын қуатты, төмен артық тиеу қабілетін жатқызуға болады.

Ферродинамикалық өлшеу механизмі электр динамикалықтан ферромагнитті өзекшенің-магнит өткізгіш болуымен ерекшеленеді. Магнит өткізгішінің арқасында магнитті ағын, сондай-ақ айналу моменті маңызды ұлғаяды, жүйенің сезгіштігіне және өлшенетін жүйенің қуатын меншікті тұтынуға маңызды әсер етеді. Алайда өзекшенің болуы магнитті материалды қисық магниттеудің гистерезисін тудыратын градустау сипаттамасының сызық еместігіне әкелуі мүмкін. Осы жерде осындай жүйелердің дәлдігі электр динамикалық жүйелермен салыстырғанда қалқанды аспаптар ретінде оларды басымырақ пайдалану анықталады.

Электр динамикалық және ферродинамикалық жүйе логометрлік конструктивті орындау нұсқасына ие болады.

Электр статикалық өлшеу механизмі

Электр статикалық өлшеу механизмінде жылжымалы бөліктердің орын ауыстыруы екі және одан артық электрлік зарядталған өткізгіштер жүйесінің электрлік өрісінің әсерінен болуы мүмкін. Осы механизмде орын ауыстыру тікелей салынған кернеу салдарынан пайда болады. Сондықтан электр статикалық өлшеу механизмін қолдану саласы вольтметрлер болып табылады.

Түзеткіш аспаптар. Осы аспаптар түзеткіш түрлендіргіштер және магниттік электрлік ӨТ үйлесімін білдіреді. Түрлендіргіштер (түзеткіштер) ретінде кремний немесе германий негізіде жартылай өткізгіш түзеткіштер (диодтар) пайдаланылады.

Өлшеу көпірлері және компенсаторлар

Тікелей бағалау аспаптарымен токты және кернеуді өлшеу 0,05 %• қателікпен жүргізіледі. Осы шамаларды салыстыру аспабы — компенсаторлар көмегімен неғұрлым дәл өлшеуге болады. Өлшенетін кернеудің түріне байланысты тұрақты және айнымалы ток компенсаторы деп ажыратады.

Тұрақты ток компенсаторлары. Тұрақты ток компенсаторы (КПТ) ЭДС және кернеуді тікелей өлшеу үшін, кедергіні, токты және қуатты жанама өлшеу үшін пайдаланылады.

Айнымалы ток компенсаторлары. Кернеуді өлшеудің компенсациялық әдісі айнымалы ток та қолданылуы мүмкін. Осындай компенсаторларда екі кернеуді толық теңестіру үшін төрт шартты орындау қажет: модуль бойынша кернеу теңдігі; олардың фазасының қарама қайшылығы; жиіліктер теңдігі; қисық Ux және UK бірдей нысаны.

СӨЖ арналған бақылау тапсырмалары [1, 2]

Электр химиялық, жылу, оптика электрлік түрлендіргіштердің әрекет ету принципі, қасиеттері және қолдану саласы.

Аналогтық электрондық және өлшеу аспаптары

Барлық электрондық аспаптарды екі үлкен топқа бөлуге болады: стрелкалы санауы бар аналогтық электрондық аспаптар және цифрлық санауы бар дискретті типтегі аспаптар.

Электрондық аспаптарды электр механикалық аспаптармен салыстырғанда елеулі диапазонға (жылдам әрекет етуімен, кең жиілігімен) (20 Гц... 1000 МГц) және өлшенетін шамалардың диапазонына, жоғары сезгіштігіне, жоғары артық жүктеме қабілетіне ие.

Аналогтық электрондық өлшеу аспаптары электрлік шамаларды түрлендіру, түзету, күшейтуге арналған электрондық бөліктен, магниттік электрлік жүйенің өлшеу механизмінен, осциллограф — электрондық сәулелі түтіктерден тұрады.

Цифрлық өлшеу аспаптары

Цифрлық өлшеу аспаптары (ЦИП) — әр түрлі электрлік шамаларды өлшеуге арналған көп шекті, әмбебап аспаптар: айнымалы және тұрақты ток және кернеу, сыйымдлықтар, индкуциялық, сигналдың уақытша параметрлері (жиілігі, мерзімі, импульстардың ұзақтығы), сигналды тіркеу түрлері, оның спектрі және т.б.

Цифрлық өлшеу аспаптарында цифрлық түрде өлшеу нәтижесін кейіннен берумен (код) дискретті шамаға сәйкес келетін кіріс өлшенетін аналогтық (үздіксіз) шамаға автоматты түрлендірумен жүзеге асырылады. Үздіксіз шама кодын алу үшін ЦИПте уақыт бойынша дискреттеледі немесе деңгей бойынша квантталады. Цифрлық кодтау – цифрлық кодпен шамалардың сандық мәндерін шартты беру операциясы, яғни белгілі бір заңға бағыныңқы цифрлар тізбектілігі. Кодтар негізінде әр түрлі санау жүйесі жатыр: екілік, ондық.

ЦИП барынша маңызды сипаттамасына: рұқсат етуші қабілет, кіріс кедергісі, жылдам әрекет ету, өлшеу дәлдігі, бөгеуілге төзімділік жатады.

Артықшылықтары: жоғары сезгіштігі, жоғары дәлдігі, дәлдікті жоғалтпай кодты сигналдар түрінде нәтижелерді қашықтан беру мүмкіндігі, есептеуіш машиналармен үйлесімі, бөгеуілге жоғары төзімділігі.

Кемшіліктері: құрылғының күрделілігі, жоғары құны, жоғары емес сенімділігі.

Микропроцессорды қарау

Тұрақты токты және кернеуді өлшеу

Тұрақты токты және кернеуді өлшеу негізінен 0,1 мкА...6 кА және 0,3 мВ... 1,5 кВ өлшеу шектері бар вольтметрлер және магнитэлектрлік амперметрлер көмегімен жүргізіледі. Сонымен қатар аналогтық электрмагниттік, электрдинамикалық, ферродинамикалық, электрстатикалық, цифрлық аспаптар, тұрақты ток потенциометрлерін (компенсаторларын) қолдану мүмкін. Токтың жылдам ағатын импульстарында электрліктің аз санын анықтау үшін баллистикалық гальванометрлер, электрліктің үлкен саны үшін — кулонометрлер пайдаланылады.

Өлшегішті таңдау өлшеу объектісінің қуатымен және қажетті дәлдікпен байланысты. Аспапты өлшеу тізбегіне қосу кезінде ол оның параметрлерін өзгертеді. Кернеуді өлшеу кезінде әдістемелік қателіктердің шамасын азайту үшін пайдаланылатын вольтметр кедергісі үлкен болуы тиіс, ал токты өлшеу кезінде амперметр кедергісі аз болуы тиіс, өлшеу объектісінен қуатты тұтыну өте аз болады.

Айнымалы токты және кернеуді өлшеу

Айнымалы токты және кернеуді өлшеу үшін барлық жүйенің өлшеу механизмдері пайдаланылған болуы мүмкін.

Бұл жағдайда магнитэлектрлік аспаптар айнымалы токты тұрақты ток түрлендіргіштерімен пайдаланылады. Бұл түзеткіштер, термоэлектрлік және электрондық аспаптар. Әдетте олар кернеу тогының қолданыстағы мәндерімен градусталады. Орташа және амплитудалы мәндерді өлшеуге арналған аспаптарда шкалада тиісті белгі жасайды.

Көп функционалды санауыш базасында электр энергиясының есебі

Альфа санауышын тағайындау

Альфа санауышы айнымалы ток тізбегінде белсенді және реактивті энергияны есепке алу үшін, сонымен қатар электр энергиясын бақылау, есепке алу және бөлу бойынша өлшенген немесе есептелген параметрлерді беру үшін электр энергиясын бақылау мен есепке алудың автоматтандырылған жүйесі құрамында пайдлануға арналған.

Альфа санауыштары энергия жүйесінде, ірі өнеркәсіптік тұтынушыларда, көлік кәсіпорындарында, сонымен қатар өнеркәсіптік және тұрмыстық тұтынушылармен келесі тізбекте қолданылады:

Энергия компанияларымен:

- электр станция генераторларымен электр энергияны өңдеуді анықтау;

- жүйе аралық желілерде энергия мен қуат ағынын есепке алу;

- энергия жүйесінің тұтынушыларына электр энергияны босатуды есепке алу;

- энергия жүйесінің кәсіпорындарының меншікті қажеттіліктеріне электр энергиясының шығынын есепке алу;

- электр энергиясының шығыны мен қуатын бақылау;

- электр энергиясын бөлуді басқару;

- реактивті қуатты есепке алу;

- Энергия өткізу АҚ жедел-диспетчерлік қызметтері және кәсіпорындары үшін АСКУЭ жүйесін ұйымдастыру

2. Альфа санауыштарының жұмыс принципі

Альфа санауышында импульстық қоректену көзі пайдаланылады, 70-дан 440 В-қа дейінгі жұмыс кернеуінің кең диапазонын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Фазалық кернеу өлшейтін СБИС бар кіріс сигналдарының деңгейін келісу үшін пайдаланылатын резистивті бөлгіштер арқылы санауыштың негізгі ақысына тікелей беріледі. Барлық резисторлар: жоғары ағынды, минимум температуралық коэффициенті бар металл қабыршақты.

Бастапқы ток Альфа санауышының талаптарына сәйкес арнайы әзірленген ток трансформаторларының көмегімен өлшенеді.

Ток трансформаторлары шамалы сызықтық қателігі және фаза бойынша ығысу шамасына қатаң талаптары болады.

Электрлік емес шамаларды өлшеу құралдары

ФШ жиыны арасында үлкен бөлігі электрлік еместікке жатады (температура, ылғалдық, жылжыту және т.б.). Электрлік өлшеу әдісі қамтамасыз етеді: өте аз шамадағы сигналдарды өлшеу дәлдігі, ара қашықтықа беру мүмкіндігі, қашықтан басқару мүмкіндігі, жоғары дәлдк, өлшеудің жоғары жылдамдығы және т.б. Электрлік емес шамалар тобының тізімі: жылу, механикалық, уақыт аралығы, сәулелену, кпд, энергия және электрлік емес қуат, заттардың қасиеті және олардың құрамы

Температураны өлшеуге арналған аспаптар: температураның термоэлектрлік датчиктері

Температураның термоэлектрлік өнеркәсіптік датчигі, негізінен, әр түрлі металдың екі сымын білдіреді, оның бір ұшы өзара қосылған (ыстық ұштары деп аталады), ал екінші ұштарын (суық ұштары) осы термоЭДС өлшейтін кейінгі аспаптардың кіруінде теромЭДС немесе екінші реттік электрондық өлшеу түрлендіргіштерінің кірісіне келтіреді. Ортаның әсерінен қорғау үшін термопараның ыстық ұштарын қорғау үшін датчик тиеледі, ол абразивтік немесе агрессиялы болуы мүмкін, бұл ұштар әдетте қорғау корпусына салыстырмалы термопараның ыстық ұштарының жағдайын көрсететін сусымалы электр оқшаулағыш материалмен толтырылады.

Себебі термоЭДС термопараның ыстық және суық ұштарының температурасының айырымына байланысты:

,

Термопараның суық ұштары еритін мұздың температурасы кезінде идеалды жағдайда болуы тиіс, яғни а-суретте көрсетілген. Алайда өнеркәсіптік жағдайда бұл температура тұрақты болмауы мүмкін. Сондықтан нақты жағдайда 1 б, в-суретте көрсетілген температураның термо электрлік датчигінің ыстық қосылған жерлерінің температурасының компенсациясының екі амалының біреуін ғана қолданады.

Сурет Термопараны қосу сұлбасы

Осы тәсілдердің біріншісі мынадай. Суық ұштары бірдей температура кезінде орналасқан қыспақтарға келеді. Қыспақтар арасында температура градиентінің болмауы жабық жәшікте осы қыспақтардың тұйықталуы немесе қыспағы бар плата астына массивті мыс тақтасын төсеу есебінен қамтамасыз етіледі. Жәшікке немесе тақтаға көпірге қосылған кедергінің мыс термометрі орнатылады. Бұл көпір нольге тең кедергі термометрінің температурасы кезінде теңгеріледі. Егер суық ұштарының қосылған жерінің температурасы нольден ерекшеленетін болса, көпірдің өлшеу диагоналында осы айырмашылықтың орнын толтыратын кернеу пайда болады.

Өлшеу объектісі - механикалық конструкция. Өлшеуге тиесілі параметр – конструкция учаскесінің деформациясы. Өлшеу құралы (датчик) - сым тензорезисторы. Әрекет ету принципі – серпімділік шегінде оның деформациясының датчик дайындалған сым кедергісінің өзгерісі. Объектіден датчикке деформацияны беру үшін объектіге арнайы созылымды емес желіммен желімденеді (6.1 е-сурет). Өзара әрекеттесуден қателік келесі жағдайлармен туындайды:

- датчикті желімдеудің қанағаттанарлықсыз сапасы,

- датчикті объектіге желімдеу есебінен объектінің қаттылығының ұлғаюы,

- өлшенетін деформация бағытында датчиктің орнықсыз орналасуы.

Бұл ретте объектімен датчиктің өзара әрекеттесуі пайда болатын қателік жүйелік әрі теріс болады.

Ақпараттарды тіркеу құралдары

Өнеркәсіпте технологиялық процестерді бақылау кезінде, ғылыми мекемелерде зерттеу жұмыстарын жүргізу кезінде әр түрлі аналогтық тіркеу аспаптары кеңінен қолданылады, өлшенетін шаманың мәндерін санауға, t уақыт функциясында Y өлшенетін шаманы өзгерту графигін алуға, яғни Y=f(t) графигін алуға мүмкіндік береді. Екі ординаталы аспаптар деп аталатын кейбір тіркеу аспаптары Y бір өлшенетін шаманың басқа өлшенетін шамада өзгерту графигін алуға, яғни Y=f(t) тәуелділік графигін алуға мүмкіндік береді.

Бір уақыттық және көрсетуші болып табылатын тіркеу аспаптары басқа аналогтық аспаптар сияқты екі үлкен топқа бөлу қабылданған: тікелей әрекеттегі тіркеу аспаптары және салыстырудың тіркеу аспаптары. Басқа аспаптар көп жағдайда электрлік емес шамалардың өзгерісін тіркеу үшін қолданылады. Осы жағдайда тіркеуші аспап алдында өлшенетін электрлік емес шаманы электрлік шамаға түрлендіретін қажетті бастапқы түрлендіргішті қосады, оның өзгерісі тікелей және аспаппен тіркеледі.

Тіркеу әдістері

Қазіргі кезде қолданылатын тіркеу әдістері тіркеу құрылғысына қойылатын негізгі талаптарды орындауды қамтамасыз етеді: тіркеу нәтижлерінің көрнекілігі, көрінуі; символдар тасығышына (сызық, нүкте, үзік сызық және т.б.) тіркеу органы салынатын қалыңдыққа байланысты тіркеудің ең аз қателіктері мүмкін; үлкен жылдам әрекет ету мүмкін, сондықтан, неғұрлым кең жиілікті диапазон; ұзақ жұмыс мерзімі мүмкін.

Тіркеудің 2 әдісі бар: аналогтық (электрмеханикалық) және цифрлық (магнитті диск)

Барлық тіркеу әдістерінің көп түрлілігі әдетте үш топқа бөлінеді: тасығышқа заттардың қабатын жағу арқылы тіркеу әдістері; тасығыштан заттардың қабатын алу арқылы тіркеу әдістері және тасығыштың жағдайын өзгерту арқылы тіркеу әдістері.

Тіркеуші құрылғылар

Тікелей әрекеттегі кез келген тіркеуші аспаптың тіркеуші құрылғысы салыстыру ретінде 1суретте бейнеленген құрылымдық сұлбамен берілген болуы мүмкін. Тікелей әрекеттегі тіркеуші аспаптың өлшеу механизмінің жылжымалы бөлігінің бұрылуы немесе тіркеуші аспаптың қозғалтқыш редукторының шығыс білігінің бұрышқа бұрылысы ТО тіркеуші органның жылжытуына арнайы механикалық беріліспен түрленеді (1суретте көрсетілмеген).

1сурет

Тіркеуші орган тікелей немесе көмегімен Н тасығышқа геометриялық (нүкте, сызық) немесе физикалық (түстің өзгерісі, заттың жағдайы) символға өзгереді. Көмекші әдетте бір диаграммалы тасығышта әр түрлі түстегі бірнеше қисықтарды алуға арналған көп арналы аспаптарды пайдаланылады, ал бұл тіркеу нәтижелерін шифрсіздеуді жеңілдетеді. Тіркеу процесінде тасығышты жылжыту ТМ таспа созылымды механизмде жүзеге асырылады.

Ақпараттық өлшеу жүйесі

Ақпараттық өлшеу жүйесінің түрлері мен құрылымы

Ақпараттық өлшеу жүйесі (АӨЖ) — бұл өлшеудің, бақылаудың, диагностиканың, сәйкестендірудің және т.б. логикалық функцияларын автоматты жүзеге асыру мақсатында өлшеу ақпараттарын алу, оны түрлендіру, тұтынушыларға беру мақсатында (соның ішінде АСУТП) функционалды біріктірілген өлшеу, есептеу және басқа қосалқы техникалық құралдардың жиынтығы.

АӨЖ орындалатын функцияларға байланысты мына жүйелер түрінде іске асырылады: өлшеу (ӨЖ), автоматты бақылау (САК), техникалық диагностика (СТД), бейнелерді тану (сәйкестендіру) (СРО), телеөлшеу (ТӨЖ).

Функционалдық блоктар (ФБ) арасында ақпараттарды беруді ұйымдастырудың тәсіліне байланысты АӨЖ тізбекті, радиалды және магистралды құрылымы деп ажыратады. СТД, САК, СРО өлшеу жүйесі бағыныңқы жүйе ретінде енеді.

Кез келген өлшеу ақпараттық жүйесін тағайындау, қажетті функционалдық мүмкіндіктер, шешуші дәрежеде техникалық және басқа сипаттамалар зерттеу объектісімен анықталады, сол үшін аталған жүйе құрылады.

ӨЖ ғылыми сипаттағы бірқатар кешенді зерттеулер үшін пайдаланылады. ӨЖ минимум ақпараттар эксперименті басталғанға дейін сипатталатын объектімен жұмыс істеуге арналған. Осы жүйелердің мақсаты — объектінің алгоритмдік сипаттамасын құру үшін сенімді ақпараттардың максимум санын алу.

САК –технологиялық процестерді бақылау, бұл ретте олардың параметрлері мен сипаты белгілі. Алайда САК міндеті ӨЖ үшін тән сандық ақпараттарды алу емес, объектіні сапалы жағдайлардың біріне жатқызу болып табылады.

СТД - өлшеу түрлендіргіштерін орындау, олардың жиынтығы диагноздың логикалық рәсімі үшін базаны құрайды. Диагностиканың мақсаты – жағдай класын анықтау, оған зерттелетін объектінің жағдайы жатады.

СТД міндеті – элементтің жұмыс қабілетін анықтау және жарамсыздықтарды оқшаулау.

СРО зерттелетін объект пен жад құрылғысында болатын эталондық түр арасындағы сәйкессіздіктің дәрежесін анықтауға арналған.

ТИС негізінен байланыс арнасының ұзындығынан ерекшеленеді. ТИС бір арналы және көп арналы болуы мүмкін.

АӨЖ элементтері:

- бірыңғайландырылған өлшеу түрлендіргіштері – кіріс сигналын бірыңғайланған сигналға түрлендіретін датчиктер

- өлшеу коммутаторлары – ең аз бұрмалануы бар АӨЖ кірісіне өлшенетін электр сигналдарын кезек кезекпен қосу

- өлшеу ақпараттарын өңдеу құрылғысы – арнайы есептеуіш құрылғысымен жүзеге асырылады, бұл ретте өңдеу алгоритмі берілген ӨЖ алдында тұрған міндеттердің тақырыптарымен анықталады (микропроцессор)

- өлшеу ақпараттарын көрсету құрылғысы – басқарылатын объектілердің сипаты, орналасқан жері және жағдайы, ортаның жағдайы мен сол жүйе туралы барлық қажетті ақпараттарды оператордың жұмысы үшін жаңғырту

- интерфейс – АӨЖ құрамдас элементтерінің тікелей өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін сұлба техникалық құралдардың жиынтығы

АӨЖ негізгі құрылымдық бірлігі функционалдық блок (ФБ) болып табылады, ол бір немесе бірнеше біріктірілген және өзара әрекеттесетін өлшеу түрлендіргіштерін білдіреді.

Интерфейстердің негізгі сипаттамасы: ақпараттарды беру жылдамдығы, ол байланыстың техникалық тізбегіне және беру алгоритміне байланысты.

Негізгі интерфейстік функциялар: жүйенің функционалдық элементтері арасындағы ақпараттық, электрлік және конструкциялық үйлесімділікті қамтамасыз ету.

Интерфейстер келесі белгілер бойынша жіктеледі:

- жүйе жинағын қосу тәсілі (магистралдық, радиалды, тізбекті, аралас)

- ақпараттарды беру тәсілі ( - -, //, //--)

- ақпараттар алмасу принципі (асинхронды, синхронды)

- ақпараттарды беру режимі (екі жақты бір уақыттық, екі жақты кезек кезекпен, бір жақты беру)

- функционалды тағайындау

- логикалық функционалды ұйымдастыру

- физикалық іске асыру

Нақты ақпараттық өлшеу жүйесінің құрамы мен құрылымы МЕСТ анықталған жалпы техникалық талаптармен, оның құрамында техникалық тапсырмалар қамтылатын жеке талаптармен анықталады.

Ақпараттық өлшеу жүйесі қабылданған жұмыс істеу критерийлеріне сәйкес экспериментпен немесе өлшеу процесімен басқарылуы тиіс; тағайындауға және мақсатқа сәйкес оған жүктелген функцияларды орындау; дәлдіктің, сенімділіктің және жылдам әрекет етудің талап етілген көрсеткіштеріне және сипаттамаларына ие болуы тиіс; ақпараттарды беру тәсілі мен түріне, техникалық құралдарды орналастыруға қойылатын экономикалық талаптарға сай болуы тиіс және т.б.; иерархия және басқа АӨЖ және есептеуіш кешендерінің аралас деңгейімен ақпараттық өлшеу жүйесінің жұмыс істеуіне бейімді болуы тиіс, техникалық, ақпараттық және метрологиялық үйлесімділікте; әрі қарай жаңғырту және дамыту мүмкіндігіне жол беру және т.б..