Электостатикалық аспаптар

Электромеханикалық аспатар

1.Жалпы мағұлыматтар және оладың жіктелуі

        Аналогты өлшеу түрлендіргіштерінің кеңінен қолданылатын бір түрі ол электромеханикалық түрлендіргіштер. Олар тұрақты және айнымалы ток пен кернеулерді немесе басқада электрлік және электрлік емес шамаларды түрлендіру үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштің негізгі ерекшеліктері олардың қарапайымдылығы, жоғары сенімділігі мен нақтылығы.

        Барлық электромеханикалық өлшеу аспаптарын 1.8.1-суретте көрсетілгендей өлшеу тізбегінен, өлшеу механизімінен және есептегіш құрылғыдан құралатын структуралық схема түрінде көрсетуге болады.

1.8.1 сурет. Электромеханикалық өлшеу аспабының структуралық схемасы

         Өлшеу тізбегінде кірістегі  шамасы өлшеу механизіміне әсер ететін  аралық шамасына түрленеді. Өлшеу тізбегі сондай-ақ өлшеу аралығын кеңейту және қателіктерді теңгеру компенцациялау үшінде арналуы мүмкін.

 

         Өлшеу механизімінде  аралық шамасының электромагнитті энергиясы айналдырғыш момент туғызатын электромеханикалық энергияға түрлену процессі жүріп нәтижесінде өлшеу механизімінің қозғалмалы бөлігі бұрышқа орын ауыстырады бұрылады.

 

          Қозғалмалы бөліктің орын ауыстыруы ауытқуы есептегіш құрылғы арқылы анықталады. Электромеханикалық аспаптардың есептегіш құрылғысы шкала және көрсеткіштен стрелка, жарық сәулесі құралады. Оның көмегімен өлшеу аспабының өлшеніп отырған шамасына тең болуы керек  көрсетуі анықталады.

2.Электромеханикалық түрлендіргіштердің жіктелуі

           Барлық электромеханикалық түрлендіргіштер жұмыс жасау принципіне байланысты, яғни өлшеніп отырған сигналдың электромагнитті энергиясының түрлендіргіштің қозғалмалы бөлігінің орын ауыстыруын туғызатын механикалық энергияға түрлену әдісіне байланысты бірнеше түрге бөлінеді:

        Басқада ерекшеліктеріне, мысалы кері әсер етуші моменттің пайда болуына байланысты механикалық кері әсер етуші моментті және электрлі кері әсер етуші моментті (логометрлі) болып екіге бөлінеді.

        Қолданылатын есептегіш құрылғының түріне байланысты көрсеткіші механикалы- тілшелі (стрелочный) және көрсеткіші жарық пен көрсететін.

 

3.Магниттіэлектрлі аспаптар

          Бұл жүйе аспаптарының құрылысы 8.2 – суретте көрсетілген, негізгі құрамды бөліктері 1- тұрақты магнит және оған бекітілген 2-полюстер, полюстер арасына 3-болаттан жасалған цилиндр және оған жапсырылған 4-рамка, рамкаға ток екі спираль тәрізді 5-серіппелер арқылы беріледі.

 

 Нақтылық класына байланысты: 0,05; 0,1; 0,2;:0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. нақтылық класты.

 

       Өлешенетін шама түріне байланысты электромеханикалық аспаптар амперметрлер, вольтметрлер, ваттметрлер, омметрлер, фазометрлер, частотометрлер, гальванометрлер және т.б болып жіктеледі.

1.8.2 сурет. Магниттіэлектрлі жүйе аспабының құрылысы

 

         Бұл жүйедегі аспаптардың жұмыс жасау принципі рамкадағы ток пен полюстердің магнит өрісінің өзара әсерлесуіне негізделген. Бұл әсердің нәтижесінде айналдырғыш момент пайда болып рамка және ол бекітілген цилиндр бірге қозғалысқа келеді. Спираль тәрізді серіппе бұл қозғалысқа кері әсер моментін туғызады.

         Бұл жүйедегі аспаптардың негізгі артықшылықтары мыналар: жоғары нақтылығы мен сезімталдылығы, өлшеу тізбегінен аз қуат тұтынады. Кемшіліктері ретінде олардың құрылысының күрделілігін, асқын жүктемеге төзімсіздігін және қосымша түрлендірусіз тек тұрақты токты өлшеуге арналатындығын айтуға болады.

 

4.Электромагнитті жүйе аспаптары

       Электромагнитті өлшеу механизмдерде айналдыру моменті тогы бар орамның магнит өрісі мен қозғалмалы ферромагнитті табақшаның өзара әсерлесуі негізінде пайда болады. Электромагнитті өлшеу механизмінің құрылысы 8.3-суретте көрсетілген.

 

        Бұл жүйе аспаптарының негізгі бөліктері қозғалмайтын орам - 1, болаттан жасалған қозғалмалы өзекше - 2, өзекшеге көрсеткіш тіл - 3 және кері әсер моментін туғызатын серіппе - 4 бекітілген. Айналдыру моменті мен кері әсер моменті бір-біріне теңескенде жүйе тынышталады. Қозғалмалы бөліктің бұрылу бұрышына сәйкес өлшенетін ток анықталады.

1.8.3 сурет. Электромагнитті жүйе аспабының құрылысы

 Айналдыру моментінің орташа мәні өлшенетін токтың квадратына пропорционал:

Спираль тәрізді серіппе туғызатын кері әсер моменті қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышына пропорционал болғандықтан, шкала теңдеуін мына түрде жазуға болады:

яғни қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышы айнымалы токтың әсерлік мәнінің квадратына пропорционал.

 

 Айналдырғыш момент мына теңдікпен анықталады:

Аспапты айнымалы ток көзіне қосқан кезде айналдыру моментінің период ішіндегі орташа мәні:

Аспап шкаласының теңдеуі:

          Бұл теңдіктен шкала біркелкі емес, яғни квадраттық сипатта. Шкаланың біркелкі еместігін төмендету үшін аспаптың сезімталдылығы да қозғалатын бөліктің бұрылу бұрышына байланысты біркелкі болмау керек, оны табақшаның формасын таңдау арқылы іске асыруға болады.

 

 Электромагнитті механизмнің сезімталдылығы:

         Электромагнитті аспаптардың артықшылықтары: айнымалы және тұрақты ток тізбектерінде өлшеу жүргізе алатындығы, асқын жүктемеге төзімділігі, ток пен кернеудің үлкен мәндерін тікелей өлшеуге қолдануға болатындығы, құрылысының қарапайымдылығы.

 

 Электромагнитті аспаптардың кемшіліктері:

 

        Шкаласының біркелкі еместігі, сезімталдығының жоғары еместігі, өлшеу тізбегінен айтарлықтай қуат тұтынатындығы және сыртқы магнит өрісі мен қоршаған орта температурасының әсеріне төзімсіздігі.

       Негізгі артықшылықтары мыналар: құрылысының қарпайымдылығы, сенімділігі және асқын жүктемеге төзімділігі.

Электродинамикалық механизмдер

          Электр қуатын өлшеу үшін электродинамикалық жүйе өлшеу аспабын 8.4-сурет қолданған тиімді, электр қуатын тура өлшеуге арналған өлшеу аспабы ваттметр, ол екі орамнан құралатын өлшегіш элементтерден құралады оның бірі өлшеу тізбегіне тізбектей жалғанатын болса, екіншісі параллель жалғанады. Өлшеу аспабын өлшеу тізбегіне жалғаған кезде тізбектей жалғанатын орамнан жүктемеге пропорциональ ток өтетін болса, параллель жалғанатын орамнан ток көзі кернеуіне пропорциональ кернеу өтеді.

        Электродинамикалық жүйе аспаптарының сезімталдығы төмен және өлшеу тізбегінен айтарлықтай қуат тұтынады, олар негізінен 0,1... 10 А ток және 300 В дейінгі кернеулер үшін қолданылады.

 

         Электординамикалық жүйедегі ваттметрдің көрсеткіш құрылғысының бұрылу бұрышы өлшегіш орамдардан өтетін ток пен кернеу шамасына пропорциональ мына өрнекпен анықталады:

1.8.5 сурет. Ваттметрдің бір фазалы айнымалы ток көзіне жалғану схемасы

 Аспаптардың артықшылықтарына мыналар жатады:

 

- тұрақты және айнымалы ток тізбектерінде жұмыс істеуге жарамдылығы:

 

- тұрақты токты өлшеудің жоғары дәлдігі (дәлдік класы 0,1, ал керек болса 0,05);

 

- айнымалы ток және кернеу өлшеудің жоғары дәлдігі (дәлдік класы 0,2, ал керек болса 0,1);

 

- тұрақты және айнымалы токтың қуатын өлшегенде біркелкі және бірдей белгіленуі.

 

 Аспаптардың кемшіліктеріне мыналар жатады:

 

- токтар мен кернеулерін өлшегенде шкаланың біркелкі еместігі, әсіресе шкаланың бас жағында;

 

- сыртқы магнит өрістерден аспап көрсеткіштерінің тәуелділігі;

 

- айнымалы ток жиілігінен аспап көрсіткештерінің тәуел-ділігі. Электродинамикалык аспаптар қалқалық және лаборатория-лық вольтметр, амперметр және вольтметр ретінде қолданады.

 

         Аспаптарда электродинамикалык механизм фазометрлерде фазалар бұрыштарының ығысуын өлшеуге пайдаланады.

 

5.Электростатикалық жүйесінің аспаптары

 

         Электростатикалық аспаптардың жұмыс істеу негіздері электрлі зарядталған электродтардың өзара әрекетіне негізделген. Түзіліс жағынан электростатикалық аспаптар жазық конденсатордың бір түрі деп көрсетуге болады, өйткені қозғалатын бөлігінің орын ауыстыруы нәтижесінде сыйымдылық өзгереді. Қозғалмайтын 1 және қозғалатын 2 электродтардан құралған аспап 8.6-суретте көрсетілген.

1.8.6 сурет.

 Электростатикалық аспатың  құрылысы

      Зарядталған электродтардың өзара әрекетті электростатикалық күштер айналдыру моментін туғызады.

 

       Бұл моментің әсерімен қозғалатын электродтар бос кеңістікке тартылады да электродтардың арасындағы активтік аудан өзгереді, яғни сыйымдылық С өзгереді.

 

 Аспаптың  шкаласының теңдеу түрі мынадай болады:

         Аспаптың шкаласы квадратты болғандықтан қосылған кернеудің қарама-қарсылығы өзгерген кезде айналу бағыт өзгермейді.

 

        Басқаларға қарағанда, электростатикалық жүйенің аспаптары тек кернеуді ғана өлшейді.

 

 Электростатикалық жүйесінің аспаптарының артықшылықтары:

 

- жоғары кіру кедергісі (1010) Ом;

 

- өте аз тұтыну қуаты;

 

- көрсеткіштердің кернеу қисығының түріне тәуелсіздігі;

 

- жиілік диапазонының кеңдігі.

 

 Аспаптардың кемшілігіне мыналар жатады:

 

- шкаланың квадратты сипаты;

 

- айналдыру моменттің аздығы, ал сол себептен кіші кернеулі аспаптардың жоқтығы (минималды - 30 В);

 

- көрсеткіштердің сыртқы электростатикалық өрістерден тәуелділігі;

 

 салыстырмалы дәлдіктің төменділігі.

 

          Электростатикалық жүйенің аспаптары жоғары вольтты сынау құрылғыларында үлкен кернеулерді өлшеуге қолданылады (киловольтметрлер).

 

 Электронды күшейткішпен бірге оларды жоғары әсерлі айнымалы токтың электрометрлері және вольтметрлері ретінде қолданады.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАЙДАЛЫ ӘДЕБИЕТТЕР

 

 

 Основы метрологии и электрических  измерений. Учебник для вузов  /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М.  Душин и др., под ред. Е.М. Душина. – 6-е изд. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.

 

 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Учебное пособие для вузов.  – М.: «Логос», 2002.

 

 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации. Учеб. пособие для студентов спец. 54 01 01 «Метрология, стандартизация и сертификация» всех форм обучения. В 5 ч. Ч. 2 / В.Т. Ревин. – Минск.: БГУИР, 2003. – 103 с.

 

 Демидова-Пнаферова Р.М., Малиновский В.Н., Солодов Ю.С. Задачи и примеры расчетов по электризмерительной технике. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с.

 

 Нурахунова Р.К. Метрология және өлшеу. Дәрістер жинағы. – Алматы: ҒБО КҚУ, 2010. – 96 б.

 

 С.Г.Герман-Галкин. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2001. – 320 с.

 

Кишинев В.В. и другие. Технические  средства автоматики. Учебное пособие  для вузов. – М.: Металлургия, 1981.