Ток күшін өлшеу
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
Физкалық
шамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..4
1. Электрлік өлшеу туралы негізгі түсініктер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
1.2. Өлшеу қателіктері. Аспаптардың дәлдік сыныптары
... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1.3. Магнитэлектрлік аспаптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...7
1.4. Электрмагниттік аспаптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.10
1.5. Электрдинамикалық және ферродинамикалық аспаптар
... ... ... ... ... ... ...11
1.6. Индукциялық аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.7. Жарық-сәулелі және электрон-сәулелі осциллографтар
... ... ... ... ... ... ... 18
1.8. Цифрлық өлшеуіш аспаптар туралы түсінік
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.9. Ток күшін өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 24
1.10. Кернеуді өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 27
1.11. Қуатты өлшсу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 29
1.12. Электр энергиясын өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
34
2.1. Бейэлектрлік шамаларды өлішеу туралы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.2.Электр емес шамаларды электрлік тәсілмен өлшеу.
... ... ... ... ... ... ... ... 39
2.3. Температура.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 40
2.3.1. Жалпы температура туралы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.3.2. Температураны өлшейтін аспаптардың классификациясы
... ... ... ... 42
2.3.3. Термоэлектрлік термометрлер (терможұптар)
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.3.4. Кедергі термометрлері (термокедергі)
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
2.3.5. Жартылай өткигіш кедергі термометрлер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
2.3.6. Жартылай өткигіш кедергі термометрлер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 47
2.4. Қысым.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 49
2.5. Шығын.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 51
2.5. 1.Электрлік дифференциалды трансформаторлы манометр - шығын өлшегіш.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5 1
2.5. 2.Электромагниттік шыгын өлшегіш
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
2.6. Деңгей.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .55
2.7. Жарық.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 57
2.7.1.Фоторезистор
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 58
2.7.2.Фотодиод
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ..60
2.8. Дифференциалды - трансформаторлы схема
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 62
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 64
Пайдаланылған әдебиеттер:
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .66
Кіріспе
Жалпы физикалық шамаларды өлшеу дегеніміз бізді қоршаған ортаны
танудың әдістерінің бірі болып саналады және әртүрлі технологиялық
процестерге бақылау жасаудың негізгі құралы болып саналады. Өлшеулер туралы
ғылымды метрология деп атайды. Мұның ғылым мен техниканың дамытудағы
маңызының ерекшелігі соншалық, қазіргі кезде өлшемдер қолданылмайтын
ғылымның бірде бір саласы жоқ.
Физикалық шамаларды өлшеудің өзіндік тарихы бар. Сонау орта
ғасырлардың өзінде ақ уақытты, (қум сағаттар) денелердің геометриялық
өлшемдерімен массасын өлшей бастаған. Ал XVII- ғасырда температураны
өлшейтін термометрлер, қысымды өлшейтін монометрлер мен атмосфералық
қысымды өлшейтін барометрлер пайда болды. XVIII- XIX – ғасырларда күш
өлшегіш динамометрлер, жылу өлшейтін калориметрлермен қатар электр
шамаларын өлшейтін аспаптар шыға бастады.
Дипломдық жұмыстың практикалық маңыздылығы: Мектеп оқушылары табиғат
құбылыстарын, заңдарын зерттеуде сонымен қатар әртүрлі технологиялық
процестерді бақылауда, физикалық шамаларды өлшеуде құрылысы қарапайым,
дәлдігі жоғары, сезімтал және тездігі өте жоғары деңгейде болатын электрлік
әдістерді қолдануды және талдап білуді үйрету.
Қазіргі пайдаланылатын өлшегіш аспаптарының көпшілігі электрлік емес
шамаларды өлшеу үшін электрлік әдісті қолдануға негізделген. Электрлік
немесе электрлік емес шамалардың қайсы бір мәндерінің өзара қатынасына
құрылған бұл принцип өлшеудің дәлдігі мен сенімділігін арттырады, аспаптар
құрылыстарын қарапайым түрге келтіреді және алған көрсеткіштерді белгілі
бір ара қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.
Дипломдық жұмыстың мақсаты: Физикалық шамаларды электрлік әдістермен
өлшеу және оны практикалық жағдайда қолдана білу.
Қазіргі кезде техникалық өлшемдерді өлшеуде автоматты электронды
өлшегіш аспаптар кеңінен қолданыла бастады. Олардың құрылысы қарапайым,
дәлдігі жоғары, сезімтал және тездігі өте жоғары деңгейде және осылармен
қатар радиоизатоптың, ультрадыбыстың, жоғары жиіліктің және де өлшеудің
басқа да прогрессивті әдістеріне негізделген аспаптар да бар.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі: Күнделікті тұрмыста, өндірісте, ауыл
шаруашылығында және технологиялық процестерде физикалық шамаларды
өлшеулердің қажеттіліктерін оқушыларда ойату. Қалған шамалар туынды
шамалар болып есептеледі. Дипломдық жұмыста физиқалық шамаларды
электрлік әдістермен өлшеуге көп мән берілген. Электрлік өлшеу
құралдарының жұмыс істеу принциптері, және олардың ерекшеліктері
сонымен қатар кемшіліктері де қарастырылған. Электрлік емес шамаларды
электрлік әдістермен өлшеу мысалы: қысым, температура, жарық куші т.б.
Дипломдық жұмыс 64 бет, 41 сүрет, 2 кестелер, қорытынды және
пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Физкалық шамалар
Қазіргі кезде ғылыми және оқулық әдебиеттерінде міндетті түрде
қолданылып жатқан физикалық шамалар жетеу болып, ол бірліктердің
халықаралық жүйесін құрайды. Бұл жүйеде ұзындық бірліігі ретінде –метр,
масса бірліігі ретінде–килограмм, уақыт бірліігі ретінде секунд, ток күші
бірліігі ретінде ампер,температура бірліігі ретінде кельвин, жарық күші
бірліігі ретінде кандела және қосымша бірліктерге радиан мен стерадиан
қабылданған.
Метр (м) жарықтың вакуумда секунд ішінде жүрген жолы.
Килограмм (кг) Халықаралық килограмм прототипына тең масса. Францияның
Север қаласындағы Халықаралық өлшеу және аурлық бюросында сақталатын
платина ирдий қоспасынан құралған цилиндр.
Секунд (с) цезий -133 атомының екі өте нәзік деңгейлеріне сәйкес келетін
сәулелену периодына 9 192 631 770 тең болған уақыт.
Ампер (А) - ампер деп вакуумда бір- бірімен 1 метр арақашықты орналасқан
шексіз ұзын параллель екі өткізгішпен тұрақты ток өткенде олардың арасында
әрбір метр ұзындыққа 2*10-7 Н–ға тең күш әсер туғызатын ток күшін айтады.
Кельвин (К) – судың үштік нүктесі термодинамикалық температурасының
бөлігіне тең шаманы айтады.
Моль (моль) – массасы 0,012 кг 12С нуклидинде қанша атом болатын болса,
соншама структуралық әлемент болатын зат мөлшері.
Кандела (Кд) – берілген бағытта сәуленің жиілігі 540*1012 Гц болатын
монохроматты сәуле шығаратын сол бағыт үшін энергетикалық жарық күші
Втср болған жарық күшін айтады.
Радиан (рад) – доға ұзындығы радиусқа тең болатын шеңбер екі радиус
арасындағы бұрыш.
Стерадиан – сфера бетінен, жақтары сфера радиусына тең квадрат ауданымен
шектелген ұшы сфера центрінде болатын денелік бұрыш.
1. Электрлік өлшеу әдістері
1.1. Электрлік өлшеу туралы негізгі түсініктер
Қазіргі кезде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды өлшеу
жұмыстарының көпшілігі электр тогын қолдануға негізделген. Ал электр тогын
пайдалану үшін әртүрлі электрлік кұрал-жабдықтар керек. Электрлік өлшеу
құрал-жабдықтарына физикалық шамалардың өлшемдіктері, өлшеуіш аспаптар мен
өлшеуіштік түрлендіргіштер кіреді.
Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданган мәнін сақтайтын, оны
қайталайтын немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы:
электрлік кедергінің өлшемдігі, электр сыйымдылығының өлшемдігі, т.с.с.
Өлшеу дәлдігіне және қолдану аймақтарына қарай өлшемдіктер эталондық,
үлгілік және жұмыстық өлшемдіктерге бөлінеді. Эталондық өлшемдік деп
физикалық шаманың өлшем бірлігін сақтайтын
және одан басқа өлшемдіктер үшін көшірме алуға арналған құралды айтады.
Үлгілік өлшемдіктер жұмыстық өлшемдіктер мен өлшеуіш аспаптарын өлшемдеуге
және оларды тексеруге, ал жұмыстық өлшемдіктер өндіріс орындарында, ғылыми,
т.б. мекемелерде өлшеу жұмыстарын жүргізуге арналған.
Электрлік өлшеуіш аспаптары деп физикалық шамалардың мәндерін адамның
қабылдауына қолайлы түсінікті информация түрінде бере алатын өлшеуіш
құралдарын айтады. Мысалы: вольтметр, амперметр, ваттметр, санауыш, т.б.
Өлшеуіштік түрлендіргіштер негізінде электрлік немесе бейэлектрлік
шамаларды электр сигналдарына түрлендіріп, кейін оны электрлік өлшеуіш
аспаптарымен цифрлық мәнге айналдыру үшін керек. Әдетте, электрлік
шамаларды электр сигналына түрлендіргіштер ретінде шунттар, кернеу
бөлгіштер, өлшеуіштік трансформаторлар, т.б. қолданылса, ал бейэлектрлік
шамаларды электр сигналдарына түрлендіру үшін терморезисторлар,
терможұптар, тензорезисторлар, сыйымдылықты және индуктивті
түрлендіргіштер, т.б. колданылады [1].
Өлшеу тәсілдерін тікелей және жанамалап өлшеу деп бөледі. Егер
электрлік шаманың мәні өлшеу аспаптары арқылы тікелей анықталатын болса,
онда мұндай өлшеуді тікелей өлшеу деп атайды. Мысалы, кернеуді
вольтметрмен, қуатты ваттметрмен өлшеу. Жанамалап өлшеу тәсілінде
керекті шаманың мәні басқа бір шаманың тікелей өлшенген мәні арқылы,
осы екі шаманың арасындағы белгілі тәуелділікті пайдалана отырып
анықталады. Мысалы, элементтің кедергісін оның кернеуі мен тогының
өлшенген мәндерін Ом заңының өрнегіне қойып табу. Жанамалап өлшеуге керекті
шаманың мәнін өлшемдікпен салыстырып табуда жатады. Мысалы, кедергінің
мәнін көпірлі тізбектің қасиетін пайдаланып мәндері белгілі кедергілер
арқылы табу.
1.2. Өлшеу қателіктері. Аспаптардың дәлдік сыныптары
Өлшеу құрал-жабдықтарының техникалық сапасының төмендігі және өлшеу
тәсілдерінің жетілдірілмегендігі нәтижесінде шаманың өлшенген мәнінің оның
шаманың мәнінен ауытқу мөлшері өлшеудің қателігі болып табылады. Қателікке
сыртқы жағдайдың (температура, ыллфдгалдық, т.б.) өзгерісі мен
тәжірибешінің шеберлігі де әсер етеді. Қателіктер әрдайым қайталанып
отыратын жүйе және кездейсоқ болуы мүмкін. Жүйелі қателік өлшеу тәсіліне
және өлшеуіш аспаптың кемшіліктеріне байланысты туады. Сондықтан өлшеу
кезінде ол тұрақты болып қалып отырады. Жүйелі қателіктерді болдырмау үшін
өлшеу тәсілдерін жетілдіріп, ал өлшеу аспаптарын үнемі тексеруден өткізіп
отыру керек.
Кездейсоқ қателіктердің себептері әр түрлі болады және әрбір өлшеу
сайын өзгеріп отырады. Бірақ, өлшеу саны белгілі бір шамаға жеткенде өлшеу
деректері қайсыбір заңдылыққа бағынады. Ал бұл заңдылық ықтимал шаманың
таралу зандылығымен сәйкес келетіндіктен, әрбір өлшеудің қателігін осы
заңдылықты пайдаланып табуга болады.
Еселеніп көп өлшенген шаманың шын мәніне жақын мәні үшін оның
арифметикалық орташа мәнін алуға болады, яғни:
мұндағы b1 , b2 ,... bn - жеке өлшеудің деректері; n - өлшеу саны.
Шаманың арифметикалық орташа мәнінің қателігі ретінде оның орташа
квадраттық қателігі алынады:
, (2)
мұндағы р=b1 – B0 - өлшеу дерегінің шаманың арифметикалық орташа мәнінен
кездейсоқ ауытқуы.
Кездейсоқ қателіктің таралу заңын пайдаланған кезде қателіктің
ықтималдығы жататын сенімді аралықты табу керек. Егер өлшеу саны 3≤ п 20
шамасында болса сенімді аралық үшін Стьюденттің коэффициенттерін
пайдаланған қолайлы. Қабылданған сенімді аралық пен өлшеу санына байланысты
Стьюдент коэффициенттерін мағлұматнамалардан табуға болады. Ендеше,
қателіктің оң не теріс мәнді болу мүмкіндігін ескере отырып, өлшеу дерегін
былай жазу керек:
, (3)
мұндағы tс - Стьюденттің коэффициенті.
Электр өлшеуіш аспаптары өлшеу қателіктеріне қарай сегіз дәлдік
сыныбына бөлінеді: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 0,1; 1,5; 2,5; 4,0. Мұндағы дәлдік
сыныбының сандық мәні өлшеуіш аспаптың пайызбен алынған келтірілген
қателігіне тең.
Өлшеуіш аспаптың келтірілген кателігі деп оның абсолюттік қателігінің
өлшеу аралығына пайыздық қатынасын айтады:
, (4)
мұндағы Δ - абсолюттік қателік; N-аспаптың өлшеу аралығы.
Егер шкаланың нөлдік белгісі оның шетінде болса, онда өлшеу аралығы
үшін жоғарғы өлшеу шегі алынады да, ал нөлдік белгі шкаланың ішінде тұрса,
онда шкаланың шеткі мәндерінің арифметикалық қосындысы алынады.
Өлшеуіш аспаптың қателігін әрдайым қайталанып отыратын жүйелі қателік
деп есептесе, өлшенген шаманың мәні:
, (5)
Мысалы, 10 амперлік амперметр 4А ток көрсетіп тұр екен делік. Дәлдік
сыныбы 2,5, ал нөлдік белгі шкаланың шетінде орналасқан. Егер кездейсоқ
қателікті ескермесе, онда өлшеу дерегі төмендегіше жазылады:
Аспаптардың көрсетуіне қоршаған ортаның температурасы мен
ылғалдылығы, электр және магнит өрістері де әсер етеді. Температура
өзгергенде аспапта қолданылған орамалардың, шунт немесе қосымша
резисторлардың кедергілерінің өзгеруі салдарынан оның көрсетуі де
өзгеріп отырады. Сыртқы магнит немесе электр өрісінің әсерінен аспаптың
магнит индукциясы немесе сыйымдылығы өзгереді. Осы себепті оның
көрсетуі де басқаша болады.
Сондықтан өлшеуіш аспаптар сыртқы магнит және электр өрістерінен экрандар
арқылы қорғалған болуы керек, ал сыртқы ортаның температурасы мен
ылғалдылығы оның паспортында көрсетілген мәндеріне сәйкес келуі керек.
1.3. Магнитэлектрлік аспаптар
Магнитэлектрлік аспаптардың жұмыс істеу тәртібі тұрақты магниттің (1)
магнит өрісі мен айналып тұратын жақтауша түріндегі ораманың (2) магнит
өрісінің өзара әсерлесуіне негізделген. (1 -сурет).
1 -сурет. Магнитэлектрлік аспаптың сұлбалық құрылысы:
1— тұрақты магнит; 2 — жақтауша орама; 3 —ось; 4 — уяшық; 5 — серіппе; 6 —
аспаптың miлi; 7 — шкала; 8 —корректор
Жақтауша орама оське (3) бекітілген, ал ось қатты тастан жасалған
ұяшықтарға(4) орнатылған. Жақтаушаға әсер ететін айналдырушы момент
серіппелердің (5) қарсы моментімен теңгеріледі. Аспаптың тілін (6) шкаланың
(7) нөліне келтіріп қою үшін корректор (8) қолданылады.
Жақтаушамен ток жүрген кезде оның әрбір сымына эсер ететін ығыстырушы
күш:
мұндагы В - магнит өрісінің индукциясы; l— жақтауша сымының активті
ұзындығы; I- жақтаушаның тогы.
Егер жақтауша ораманың орам саны w болса, онда жақтаушаны ығыстырушы
күш:
Жақтауша орама айналмалы оське орнатылғандықтан, оның қарама-қарсы
жатқан сымдарына әсер ететін қос күш айналдырушы момент тудырады:
мұндағы b — жақтауша ораманың ені.
(6) өрнегінен күштің мәнін (8) өрнегіне қойса, айналдырушы момент
мұндағы - жақтауша ораманың ауданы; - жақтаушамен ілініскен
магнит ағыны.
Тұрақты магнит өрісі тудыратын жақтаушамен ілініскен магнит ағыны
тұрақты шама болғандықтан, (9) өрнегінен айналдырушы моменттің токтан ғана
тәуелді екендігі көрініп тұр.
Айналдырушы моменттің әсерінен жақтауша орама айналып, оған бекітілген
аспаптың тілін белгілі бір бұрышқа бұрады. Жақтаушаның бұрылуы айналдырушы
момент серіппелердің қарсы моментімен теңгерілген кезде тоқталады, яғни:
Серіппелердің қарсы әрекеттік моменті олардың материалдарымен және
геометриялық өлшемдерімен анықталатын рауалы қарсы әрекеттік момснті k мен
жақтаушаның бұрылу бұрышынан α тәуелді болады:
(9) және (11) өрнектерінен моменттердің мәндерін (10) теңдігіне қойса,
жақтаушаның бұрылу бұрышы:
(12)
мұндагы өлшеуіш аспаптың токқа сезгіштігі деп аталатын тұракты шама:
(12) өрнегінен магнитэлектрлік өлшеуіш аспаптың шкаласы бірқалыпты
болатындығы көрініп тұр.
Магнитэлектрлік аспаптар негізінен тұрақты токтың кернеуі мен күшін
және кедергілерді өлшеу үшін қолданылады.
Бір фазалы екі жарты периодты көпірлі түзеткішті пайдаланып,
магнитэлектрлік аспаппен өзгермелі токтың кернеуі мен күшін де өлшеуге
болады (2, а-сурет). Мұндай түзеткішті өлшеуіш аспаптардың шкаласы
электрлік шамалардың әрекеттік мәндеріне өлшемденеді. Әдетте, түзеткішті
магнитэлектрлік аспаптар мультиметрлерде қолданылады. Мультиметр деп
бірнеше электрлік шамаларды өлшеуге арналған құралды атайды.
2-сурет. Тузеткішті (а) және термоэлектрлі (б) магнитэлектрлік аспаптардың
жалғану сулбалары
Термотүрлендіргіштермен жабдықталған магнитэлектрлік аспаптар
( 2, б-сурет) бейсинусоидал токтар мен жоғары жиілікті токтарды өлшеуге
мүмкіндік береді. Термотүрлендіргіш терможұптан және ток жүретін сымнан
тұрады. Терможұптың салқын ұштары магнитэлектрлік аспаппен жалғанған да, ал
жапсары ток жүретін сымға тиіп тұрады. Жапсардың қызуы Джоуль-Ленц заңы
бойынша токтың квадратына тура пропорционал болатындықтан, терможұпта пайда
болатын ЭҚК те токтың квадратына тура пропорционал болады. Ендеше,
жақтаушаның бұрылу бұрышы да токтың квадратына пропорционал. Осы себепті,
термоэлектрлі магнитэлектрлік аспаптың шкаласы бірқалыпты болмайды,
квадраттық шкала болады. Термоэлектрлі аспаптардың негізгі кемшілігі -
олардың нашар сезгіштігі мен энергияны көп тұтынатындығы.
1.4. Электрмагниттік аспаптар
Электрмагниттік өлшеуіш аспаптар қозғалмайтын шарғы (1) мен шарғының
ішіне кіріп-шығып тұратын жұдырықша өзекшеден (2) тұрады (3-сурет). Өзекше
мен аспаптың тілі (3) айналмалы оське (4) бекітілген де, ал ось қатты
тастардан жасалған ұяшықтарға (5) отырғызылған. Бір ұшы оське, екінші ұшы
аспаптың қозғалмайтын бөлігіне бекітілген спираль серіппе (6) өзекшенің
айналуына қарсы момент тудыруға арналган.
3-сурет. Электрмагниттік аспаптың сұлбалық құрылысы: 1 - шаргы;2 -
ферромагнит өзекше;3 - аспаптың тілі;4 - ось;5- ұяшық; 6 - серіппе; 7 –
шкала
Шарғымен тұрақты ток жүргенде ферромагнит өзекшені шарғының ішіне
тартатын күш әсер етеді. Бірақ, өзекше шарғының ішіне кірген сайын шарғының
индуктивтілігі өзгеретіндіктен, оның магнит өрісінің энергиясы да өзгереді.
Осы себепті өзекшені айналдырушы момент магнит өрісінің бұрылу бұрышынан
тәуелді өзгерісіне пропорционал болады, яғни
, (13)
мұндағы W- магнит өрісінің энергиясы; I- шарғының тогы (өлшенетін ток); L
- шарғының индуктивтілігі.
Шарғымен айнымалы ток жүргенде өзекшеге түсірілетін айналдырушы
момент оның орташа мәнімен анықталады:
, (14)
мұндағы - айналдырушы моменттің лездік мәні.
(13) және (14) өрнектері электрмагниттік аспаппен тұрақты және
айнымалы токтың шамаларын өлшеуге болатындығын көрсетеді.
Айналдырушы момент серіппенің қарсы моментімен (11)
теңгерілетіндіктен, өзекшенің (аспап тілінің) бұрылу бұрышы:
, (15)
мұндағы аспаптың токқа сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама I
(16)
(15) өрнегінен электрмагниттік өлшеуіш аспап 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.
Электрмагниттік аспаптар, әдетте, тұрақты және өзгермелі токтың
кернеулері мен күштерін өлшеу үшін қалқандық вольтметрлер мен амперметрлер
ретінде қолданылады.
1.5. Электрдинамикалық және ферродинамикалық аспаптар
Электрдинамикалық аспап қозғалмайтын (1) және айналып тұратын оське
(2) бекітілген қозғалмалы (3) екі шарғыдан тұрады (11.4-сурет). Қозғалмалы
ораманың айналуына қарсы моментті ток жүретін спираль серіппелер (4)
тудырады. Ұяшықтарға (5) отырғызылған оське аспаптың тілі (6) бекітілген.
Тіл мен шкала (7) арқылы аспаптың көрсетуі анықталады.
Шарғылармен ток жүргенде пайда болатын магнит өрісінің энергиясы
(17)
мұндағы L1, L2 - қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың индуктивтілігі;
I1, I2 - қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың тогы;
M12 - шарғылардың өзара индуктивтілігі.
4-сурет. Электрдинамикалық аспаптың сұлбалық құрылысы:
1 — қозғалмайтын шарғы; 2 — ось; 3 — қозгалмалы шаргы; 4 — серіппе; 5
—ұяшық; 6 — аспаптың тілі; 7 — шкала
Қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың магнит өрістерінің әсерлесуі
нәтижесінде қозғалмалы шарғыға түсірілетін айналдырушы момент магнит өрісі
энергиясының шарғының бұрылу бұрышына байланысты өзгерісімен анықталады,
яғни
(18)
Шарғылардың тогы мен индуктивтілігі олардың кеңістіктегі орнынан
тәуелсіз болатындықтан, айналдырушы момент:
(19)
Айналдырушы моменті серіппелердің қарсы әрекеттік моменті (11)
теңгеріп тұратындықтан, бұрылу бұрышы:
(20)
мұндағы аспаптың сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама:
(21)
Егер шарғылармен және синусоидал токтар жүрсе, онда
айналдырушы моменттің орташа мәні:
мұндағы айналдырушы моменттің лездік мәні:
(23)
ал φ - шарғы токтарының фазалық ығысуы.
Айналдырушы момент пен серіппелердің қарсы моментін (11) теңестірсе,
қозғалмалы шарғының (аспап тілінің) бұрылу бұрышы:
(24)
мұндағы тұрақты шама
Eгep (20) немесе (24) өрнектеріндегі токтардың біреуінің орнына оның
кернеуі мен кедергісі арқылы анықталған мәнін қойса, онда:
Жалпы алғанда
(25)
(20), (24) және (25) өрнектері электрдинамикалық аспаптармен тұрақты және
айнымалы токтың кернеуін, күшін және қуатын өлшеуге болатынын көрсетеді.
Осы себепті, әдетте, электрдинамикалық аспаптар вольтметр, амперметр және
ваттметр ретінде қолданылады.
Егер қозғалмайтын шарғының ферромагнитті өзегі болса, онда
электрдинамикалық аспапты ферродинамикалық аспап деп атайды. Ферромагнитті
өзек айналдырушы моментті жоғарылатуға және сыртқы
магнит өрісінің әсерін жоюга мүмкіндік береді.
1.6. Индукциялық аспаптар
Индукциялық аспаптардың жұмыс істеу парқы екі немесе бірнеше шарғылар
қоздыратын магнит өрістері мен осы магнит өрістері тудыратын индукциялық
токтардың өзара әсерлесуіне негізделген.
Индукциялық аспап қозғалмайтын екі шарғыдан тұрады (11.5-сурет):
оның біреуінің өзегінің үш негізгі (1) және бір қосымша жұмысшы (2)
шыптасы болады, ал екіншісінің (3) өзегі П-тәрізді. Индукциялық аспап
негізінен электр энергиясын санауыш және ваттметр ретінде
қолданылатындықтан, оның бір шарғысы электр қабылдағышқа параллель
жалғанады, яғни оған электр қабылдағыштың кернеуі беріледі. Сондықтан
оны кернеулік орама деп атайды. Ал екінші шарғы электр қабылдағышқа
тіркес жалганады да, онымен электр қабылдағыштың тогы жүретіндіктен, токтық
орама деп аталады. Осы екі шарғының арасына айналып тұратын оське (4)
бекітілген диск (5) орналасқан. Диск бекітілген ось қатты тастардан
жасалған ұяшықтарға (6) отырғызылған. Тежеуші және қарсы әрекетті
момент тудырушы тетік ретінде тұрақты магнит (7) қол данылады.
5-сурет. Индукциялық аспаптың сұлбалық құрылысы:
1,3- шарғылар; 2 - бірінші шарғының жұмысшы өзегі; 4 - ось; 5 - диск; 6 -
ұяшық; 7 - тұрақты магнит
Аспапты айнымалы ток тізбегіне қосқан кезде шарғылардың тогы айнымалы
магнит өрісін қоздырады. Магнит өрістері
Ф1=Фm1sinωt
Ф2=Фm2sin(ωt-ψ) (26)
дискіде олардан 90°-қа қалып отыратын ЭҚК-тер тудырады:
(27)
Ал ЭҚК-тердің әсерінен дискіде индукциялық токтар пайда болады (6-
сурет):
(28)
Мұндағы
Ф1 магнит ағыны мен i2 тогының әсерлесуі нәтижесінде дискіге сағат
тілінің бағытына қарсы бағытталған күш әсер етсе, Ф2 магнит ағыны мен i2
тогының әсерлесуі нәтижесінде дискіге сағат тілімен бағыттас күш әсер етеді
(оларды сол қол ережесі бойынша оңай анықтауға болады):
(29)
Бұл күштердің айналдырушы моменттері:
M1=cмi1Ф2
M2=cмi2Ф1 (30)
Ендеше, дискіге осы екі моменттің айырымына тең айналдырушы момент әсер
етуі керек:
M=M 1-M 2=cм(i1Ф2 – i1Ф1)=
= смfФm1Фm2 * см Фm1Фm2sinψ. (31)
Бұл өрнек қорытқы айналдырушы моменттің тұрақты шама болатындығын
көрсетеді. Ендеше, айналдырушы моменттің орташа мәні осы айналдырушы
моменттердің лездік мәндерінің айырымына тең. Бірінші шарғыға электр
қабылдағыштың кернеуі U берілетіндіктен, оның магнит ағыны кернеуден
тәуелді болады, яғни
6-сурeт. Индукциялық аспаптың дискісінде пайда болатын токтардың сұлбасы
(32)
мұндағы w1 - бірінші шарғының орам саны.
Ал екінші шарғымен электр қабылдағыштың тогы жүретіндіктен, оның
магнит ағыны токтан тәуелді, яғни
Фm1= (33)
мұндағы w2 - екінші шарғының орам саны; Rм - екінші шарғының магниттік
кедергісі.
Магнит ағындарының осы мәндерін (11.31) өрнегіне қойса және кернеу мен
токтан басқа шамалардың тұрақты екенін ескерсе, айналдырушы момент
(34)
Егер аспапты магнит ағындарының фазалық ығысу бұрышының синусы кернеу
мен токтың фазалық ығысу бұрышының косинусына тең болатындай етіп жасаса,
яғни болса, онда, жалпы алғанда, айналдырушы момент
(35)
Бұл өрнектен дискіге түсірілетін айналдырушы моменттің электр қабылдағыштың
активті қуатына тура пропорционал екендігі көрініп тұр. Ал шарты
болғанда ғана орынды. Өйткені, φ = 0 болғанда орамалардың магнит
ағындарының фазалық ығысуы 90°-қа тең болуы керек. Бұл шарт кернеулік
ораманың магнит ағынын қосымша магнит өткізгіш арқылы жұмысшы магнит ағыны
мен негізгі магнит ағындарына жіктеу арқылы орындалады [2].
Дискінің бірқалыпты айналуы үшін тежеуші момент тудыратын доға тәрізді
тұрақты магнит (7) алынған. Диск айналған кезде тежеуші магнит өрісі онда
ЭҚК тудырады:
ал ЭҚК-тің әсерінен дискіде құйынды ток пайда болады:
мұндағы Rr- дискінің құйынды токқа кедергісі.
Дискіде пайда болған It құйынды ток пен Фt магнит ағынының өзара
әсерлесуі нәтижесінде дискіге оның айналу бағытына қарсы бағытта күш әсер
етеді. Ал бүл күш дискіге тежеуіш момент түсіреді, яғни:
(36)
мұндағы - тұрақты коэффициенттер; ω - дискінің бұрыштық жылдамдығы.
Айналдырушы момент пен тежеуіш момент теңескен кезде ғана диск
бірқалыпты айналатындықтан, (35) және (36)теңдіктерінен
(37)
мұндағы - тұрақгы коэффициент.
Бұл өрнек дискінің бұрыштық айналу жылдамдығының электр қабылдағыштың
қуатына тура пропорционал екендігін көрсетеді.
Индукциялық аспаптардың өлшеу дәлдігінің төмендігі, рауалы қуатының
үлкендігі және тек қана өзгермелі ток тізбегінде жұмыс істейтіндігі олардың
негізгі кемшіліктері болып саналады.
1.7. Жарық-сәулелі және электрон-сәулелі осциллографтар
Өте тез өтетін электрлік немесе бейэлектрлік шамалардың мәндерін
анықтау және олардың өзгеру сипатын зерттеу үшін осциллографтар қолданыл
ады. Осциллографтардың көмегімен үздіксіз, импульсті, периодты, апериодты,
т.с.с. электр сигналдарын (ток, кернеу) экранда бақылап қана қоймай, оларды
фотокағазға түсіріп те алуға болады. Алынған графиктер электрлік сигналдың
лездік мәндерін, амплитудасын, периодын, жиілігін, фазалық ығысу
бұрыштарын,т.б. параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді.
Жарық-сәулелі осциллографтың (11.7, а-сурет) басты бөлшектерінің бірі
осциллографтық гальванометр (1) болып саналады. Осциллографтық
гальванометр тұракты магнитген (2) және оның полюстерінің арасына
орналасқан диаметрі 0,001-0,02 мм мыс сымнан жасалған өте жеңіл жақтаушадан
(3) тұрады. Жақтауша серіппелер (4) арқылы тарттырмалармен (5) керіліп
бекітіледі. Жеңіл айна (6) желімделген жақтаушаға оның шықпалары (7) арқылы
зерттелетін сигнал беріледі. Жақтаушаның тогы мен магнит өрісінің әсерлесуі
салдарынан жақтауша мен айна белгілі бір бұрышқа бұрылып, берілген
сигналдың зандылығы бойынша тербеліп тұрады. Қазіргі осциллографтық
гальванометрлердің еркін тербеліс жиілігі 15 кГц-ке дейін жетеді. Осылайша
тербеліп тұрған айнаға жарық көзінен (8) шоғырландырғыш линза (9) арқылы
сәуле түсіріледі. Айнадан шағылған тербелмелі сәуле фотоқағазға (10)
түскенде, онда гальвонометрге берілген сигналдың графигін сызып шығады.
Айнадан шағылған сәуленің бір бөлігі призма (11) арқылы айналып тұрған
айналы барабаннан (12) шағылып, призма (13) арқылы сәулені көріп бақылауға
арналған экранға (14) түседі.
Суретке түсірілген сигналдың қисығы (1) осциллограмма деп аталады (11.7, б-
сурет). Осциллограмманың ординаталарын өлшеп (мм), оны гальвонометрдің
сезгіштігіне (ммА) бөлсе, кез келген уақыт мезетіндегі өлшеніп отырған
токтың (кернеудің) мәнін табуға болады.
7-сурет. Жарық-сәулелі осциллографтың құрылысының сұлбасы (а) мен
осциллограмма (б): 1 — сигналдың графигі; 2 — уақыт белгісі; 3 — нөлдік
сызық
Абсцисса осі бойынша масштабты, әдетте, уақыт белгілегіш (2) көрсетіп
отырады да, ал нөлдік сызықты (3) токсыз бос гальвонометрдің айнасына
түсірілген сәуле сызып шығады.
Жарық-сәулелі осциллографта бірнеше гальвонометр (6, 8, 12 және одан
да көп) қолдануға болатындықтан, онымен бір уақытта бірнеше сигналды
бақылауға және фотоқағазға түсіруге болады.
Осциллографтық гальвонометрлердің еркін тербеліс жиілігінің 15 кГц-тен
аспайтындығынан жарық-сәулелі осциллографтармен жоғары жиілікті үдерістерді
бақылау мүмкін емес. Жоғары жиілікті (200 МГц-ке дейін) үдерістерді,
әдетте, электрон-сәулелі осциллографтардың көмегімен зерттейді.
Электрон-сәулелі оциллографтардың негізгі бөлігі болып саналатын
ішінде әр түрлі электродтар орналасқан және ауасы сорылған шыны сауыт
электрон-сәулелі түтік деп аталады (8-сурет). Сауыттың түтік (1) тәрізді
бөлігінде электронды шығарып тұру үшін қыздырылма (бөлек шоқтану қылымен
қыздырылатын) катод (2) орналасқан. Цилиндр тәрізді катодтың түп жағы
электрондардың шығуын жеңілдету үшін оксидпен жабылған. Басқарушы электрод
(3) түбінде кішкентай тесігі бар цилиндр, катодтан шашырап шыкқан
электрондарды жинақтап, бір бағытта жіберуге арналған.
8-сурет. Электрон-сәулелі осциллографтың құрылысының сұлбасы:
1 - шыны түтік (сауыт); 2 - катод; 3 - басқарушы электрод; 4, 5 - үдеткіш
анодтар; 6 - горизонталь электродтар; 7 - вертикаль электродтар; 8-
люминофор экран; ҚБ- қоректендіру блогы; УК-вертикаль ығыстырудың
күшейткіші; ЖГ-жазбалық генератор; ХК- горизонталь ығыстырудың күшейткіші
Егер басқарушы электродқа катодқа карағанда теріс потенциал берсе,
онда катод пен басқарушы электродтың арасында күш сызықтары катодқа қарай
бағьтталған электр өрісі пайда болады. Осы өрістің әсерінен катодтың
бүйірлерінен шыққан электрондар оған қайтып оралады да, ал ұшынан шыққан
электрондар шоқталып, басқарушы электродтың түбіндегі тесіктен шығып
кетеді. Басқарушы электродтың потенциалын реттей отырып, оның түбіндегі
тесіктен ұшып өтетін электрондардың санын көбейтіп не азайтып отыруға
болады. Электрондардың саны көбейгенде экрандағы жарық дақтың жарықтылығы
артады да, ал азайғанда жарықтылығы кемиді.
Электрон-сәулелі осциллографта потепциалдары оң, цилиндр тәрізді екі
анод (4 және 5) болады. Потенциалы оң болғандықтан, бірінші анодтың (4)
тарту күшінің әсерінен басқарушы электродтан шыққан электрондар үдемелі
қозғалысқа келеді. Жіңішке, жіп тәрізді шоқталған электрондардың ағыны
анодтың оң потенциалдығынан аздап кеңейеді. Шеткі электрондар анодка құлап,
бірінші анодтың тогын түзеді де, ал ортаңғы бөлігіндегі электрондар
инерциясының салдарынан өтіп кетеді. Екінші анодқа (5) бірінші анодқа
қарағанда үлкенірек оң потенциал берілетіндіктен, электрондардың
жылдамдығы одан сайын артады және осының салдарынан электрондық шоқ
жіңішкере түседі. Ендеше, екінші анодтың потенциалын реттеу экрандағы
сәулені шоқтауға мүмкіндік береді. Қарастырылған электрон-сәулелі
осциллографта электрондар ағыны бірнеше электр өрісі арқылы шокталады. Ал,
жалпы алғанда, электрондар ағынын магнит өрісі арқылы шоқтау әдісі де
қолданылады [2].
Екінші анодтан шыққан электрондар шоғы горизонталь (6) және вертикаль
(7) орналасқан жазық табақшалардың арасынан өтіп, люминофор жағылған
экранға (8) барып соғылады. Ал люминофордың электрондар келіп соққанда
жарық шығаратыны белгілі. Егер табақшаларға кернеу берсе, онда олардың
потенциалдарына байланысты электрондар шоғы жолынан ауытқып, бағытын
өзгертеді: теріс потенциалды табақшадан оң потенциалды табақшаға қарай орын
ауыстырады. Ендеше, горизонталь табақшалардың кернеуін өзгерте отырып
электрондар шоғын вертикаль бағытта, ал вертикаль табақшалардың кернеуін
өзгерте отырып, горизонталь бағытта жылжытуға болады.
Егер вертикаль табақшаларға өзгермелі кернеу берілсе, онда электрондар
шоғы онды-солды жүгіріп, экранда горизонталь сызық сызады (9-сурет). Ал
онымен қатар горизонталь табақшаларға да өзгермелі кернеу берсе, онда
электрондар шоғы экранда пішіні осы екі кернеудің пішініне және
жиіліктеріне байланысты белгілі бір фигура сызатын болады.
9-сурет, Электрон-сәулелі ocциллографтың экранында кескіннің пайда болу
сұлбасы
Вертикаль табақшаларға берілетін кернеу Uж горизонталь табақшаларға
берілетін кернеуді жазып көрсететіндіктен жазба кернеу деп аталады. Жазба
кернеудің пішіні араның тісі тәрізді болғанда экранда тек қана горизонталь
табақшаларға берілген кернеудің пішіні байқалады. Вертикаль табақшаларға
берілетін ара тісті кернеу t1 уақыт ішінде түзу сызық бойымен өсіп, өте аз
t2 уақыт ішінде бастапқы мәнін қабылдайды. Осы себепті, жарық дақ бір
нүктеден екінші нүктеге дейін тұрақты жылдамдықпен барады да, екінші
нүктеден бірінші нүктеге өте аз уақытта қайтып келеді. Кейін осы үдеріс
қайталанып отырады да, экранда горизонталь сызық қана пайда болады. Енді
вертикаль табақшаларға зерттелетін кернеуді Uy берсе, онда жарық дақ бір
уақытта жазба кернеудің әсерінен горизонталь бағытта, ал зерттелетін
кернеудің әсерінен вертикаль бағытта қозғалып, экранда осы кернеудің
уақыт бойынша өзгеру графигін сызып шығады. Экранда зерттелетін
кернеудін графигі шығу үшін жазба кернеудің жиілігі зерттелетін
кернеудің жиілігіне тең болуы керек. Егер олар тең болмай, бірақ
еселі болса, онда экранда зерттелетін кернеудің бірнеше периоды
болады. Ал жиіліктері тең емес, әрі еселі болмаса, онда экрандағы
график тұрақтамай, оңға немесе солға жүгіріп тұрады.
Электрон-сәулелі осциллографтарда жазба кернеуді олардың құрамына
кіретін арнайы жасалған жазбалық генератор беріп тұрады. Жазба кернеудің
жиілігін зерттелетін кернеудің жиілігіне теңестіру үшін жазбалық
генератордың жиілік реттеуіш тұтқасы болады. Бұл үдерісті синхрондау деп
атайды. Қолмен дәл синхрондау мүмкін еместігінен, әдетте, электрон-сәулелі
осциллографтар автоматты синхрондауышпен (синхронизатормен) жабдыкталады.
Көптеген жағдайда бір уақытта бірнеше электрлік сигналды қатар бақылаудың
қажеттігі туады. Ол үшін электрон-сәулелі осциллографтарда электрондық
коммутатор деп аталатын блок қолданылады. Электрондық коммутатор
зерттелетін сигналдарды горизонталь табақшаларға кезекпен беріп
тұратындықтан, қанша сигнал берілсе, экранда сонша кескін пайда болады.
Мұндай осциллографтар екі сәулелі, үш сәулелі т.с.с. көп сәулелі деп
аталады.
1.8. Цифрлық өлшеуіш аспаптар туралы түсінік
Өлшеу пәтижесін цифр түрінде көрсететін өлшеуіш аспаптарды цифрлық
өлшеуіш аспаптар деп атайды. Цифрлық өлшеуіш аспаптар жиілікті, кернеуді,
кедергіні, уақытты т.б. шамаларды өлшеуде кеңінен қолданылады.
Цифрлық өлшеуіш аспаптардың жұмыс істеу парқы өлшенетін үздіксіз
шаманы дискретті шамаға түрлендіріп, кейін дискретті сан түрінде
өрнектеуге негізделген.
Сұлбаларының және конструкцияларының әртүрлілігіне қарамастан, цифрлық
өлшеуіш аспаптардың құрылымдық принципі бірдей (11.10-сурет): өлшенетін
шама КҚ кірмелік кұрылғыда масштабты түрлендіріледі де
10-сурет. Цифрлық өлшеуіш аспаптың құрылымдық сұлбасы
(өлшеу аралықтары өзгертіледі және полярлығы анықталады), АЦТ аналогты-
цифрлық түрлендіргіште аналогтық (үздіксіз) шама дискретті шамаға
(электрлік кодқа) түрлендіріледі. Одан кейін дискретті шама ЦСҚ цифрлық
санауыш құрылғының таблосында сан түрінде көрсетіледі. Осы үш үлкен блоктың
жұмысын БҚ басқару құрылғысы үйлестіріп отырады.
Аналогты-цифрлық түрлендіргіште аналогтық шама дискретті шамаға
төмендегі тәсілдердің бірін қолдану арқылы түрлендіріледі:
- өлшенетіп шаманы белгілі шамамен уақытқа байланысты салыстырып,
қатарластырып санау;
- өлшенетін шаманы белгілі бағдарлама бойынша өзгеріп отыратын тұрақты
шамамен салыстырып, сандық разрядтары бойынша теңдестіріп санау;
- өлшенетін шаманың белгілі бір уақыт аралығындағы қосындысын тауып санау;
- өлшенетін шаманы бірнеше белгілі шамалармен салыстырып, сәйкесті мәнді
таңдап алу арқылы санау.
11 -суретте өлшенетін кернеудің белгілі бір уақыт аралығында қосындысын
тауып санау тәсіліне негізделген цифрлық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы
мен кернеулердің уақыттық диаграммасы келтірілген. Бастапқыда к1 , к2 , к3
электрондық кілттері ашық делік.
11-сурет. Цифрлық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы (a) мен кернеулердің
уақыттық диаграммасы (б)
БҚ басқару құрылғысы k1 кілтін қосқанда И интеграторға Uж өлшенетін кернеу
беріледі. Белгілі бір tu уақыттан кейін интегратордың шықпасындағы кернеу
(38)
шамасына жеткенде басқару құрылғысы k1 кілтін ағытады да, k2, k3
кілттерін қосып, интеграторға өлшенетін кернеуге кері полярлы U0 кернеуін
береді. Енді интегратордың кернеуі:
(39)
Осы кезден бастап СШ санауышқа ЖГ жиіліктер генераторынан импульстер
келе бастайды.
Интеграторда кері полярлы кернеу өлшенетін кернеуді теңестірген кезде,
яғни интегратордың шықпасындағы кернеу нөлге тең болғанда (uu+uu’=0) СҚ
салыстыру кұрылғысы k3 кілтін ажыратып тастайды санауышқа келіп жатқан
импульстер тоқтап қалады. (38) және (39) өрнектері бойынша санауышқа
импульстердің келіп тұрған уақыты:
(40)
Санауышқа tx уақыт ішінде келіп түскен импульстер саны:
(41)
мұндағы Т0-санауышқа келіп түсетін импульстердің периоды.
Тұрақты шама:
(41) өрнегі санауышқа келіп түсетін импульстер санының өлшенетін кернеуге
тура пропорционал екенін көрсетеді. Ендеше, санауыштан келетін сигналдардың
әсерінен ЦСҚ цифрлық санауыш құрылғысының таблосында вольтметрге берілген
кернеудің мәніне тең сан пайда болады.
Цифрлық вольтметрдің қателіктері өте аз да (0,01-0,1%), өлшеу
аралықтары кең (1 мкВ-1000В) болып келеді. Бұдан басқа бір артықшылығы
цифрлық волтьметрден өлшенетін шама туралы ииформацияны электронды есептеу
машиналарына беpiп, оларды әртүрлі технологиялық үдерістерде қолдануға
болады.
1.9. Ток күшін өлшеу
Ток күшін өлшеу үшін тұрақты ток тізбектерінде, әдетте,
магнитэлектрлік, ал айнымалы ток тізбектерінде электрмагниттік амперметрлер
қолданылады. Амперметрлер олармен өлшенетін ток өтетіндей етіп, тогы
өлшенетін элементке немесе тармаққа тіркес жалғанады (12, а-сурет).
Өлшенетін ток амперметрдің орамасы арқылы өтетіндіктен, үлкен токтар
үшін жуан сымдарды және қуатты қысқыштарды пайдалану керек болады. Бұл
амперметрдің габаритін: үлкейтіп жібереді және өлшеу қателігін арттырады.
Осы себепті, үлкен токтарды өлшегенде шунт деп аталатын кедергісі өте аз
көлденең қимасының ауданы үлкен мыс сым немесе құрсым (шина) қолданылады.
Шунт тогы өлшенетін элементпен тіркес жалғанады да, амперметр шунтқа
параллель жалғанады (12, б-сурет). Сондықтан токтың көбі шунтпен өтеді де,
ал амперметрмен азғана бөлігі отеді.
Амперметр мен шунтта кернеудің түсуі бірдей болатындықтан
(42)
мұндағы Rш , Rа - шунттың және амперметрдің кедергілері; I, Iа - өлшенетін
ток пен оның амперметр арқылы жүретін бөлігі (амперметрдің тогы).
Осы теңдеуден өлшенетін ток
(43)
мұндағы тұрақты шама k шунттау коэффициенті деп аталады.
(43) теңдігінен белгілі шунттау коэффициентін пайдаланып, оған
параллель жалғанған амперметрдің көрсетуі бойынша өлшенетін токтың мәнін
анықтауға болатындығы көрініп тұр. Әдетте, амперметрлердің шкаласы оған
жалғанатын шунттың кедергісі ескеріле отырып өлшемделеді.
Айнымалы ток тізбектерінде аз мөлшерлі токтар амперметрді тікелей қосу, ал
үлкен ток өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшенеді (13-сурет).
Токтық трансформаторларды пайдаланған кезде өлшенетін ток:
(44)
мұндағы к1 - токтық трансформатордың трансформация коэффициенті; Ia -
амперметрдің көрсетуі.
13-сурет. Бір фазалы (а) және үш фазалы (б) өзгермелі ток тізбектерінде ток
кушін өлшеу сұлбалары
Әдетте, амперметрлердің шкаласы токтык трансформатордың трансформация
коэффициенті ескеріле отырып өлшемделеді.
Үш фазалы тізбекте желілік токтарды өлшеу үшін екі токтық
трансформатор жеткілікті (11.13, б-сурет) өйткені үш фазалы тізбекте:
Ендеше желілік токтар:
мұндағы Ia , Іb , Іс - амперметрдің көрсетуі.
Бұл жерде бір ескеретін жайт желілік токтарды келтірілген әдіспен
өлшеу үшін қолданылатын токтық трансформаторлар бір типтес болуы керек.
Егер бұл шарт орындалмаса, онда өлшеу нәтижесінде қосымша кателіктер пайда
болады.
Фазалық токтарды өлшеу үшін, әдетте, үш токтық трансформатор
қолданылады.
Амперметрлер тізбек элементіне тіркес жалғанатындықтан, оларда
кернеудің түсуі элементтің кернеуінe әсер етпейтіндей болуы керек. Осы
себепті амперметрлердің, шунттардың, токтық трансформаторлардың кірмелік
орамаларының кедергілерін өте аз етіп жасайды. Сондықтан амперметрлерді
параллель жалғамайтынын, ал кездейсоқ параллель жалғанса, оның тізбекті
қысқа тұйықтайтынын ескерген жөн.
1.10. Кернеуді өлшеу
Кернеуді өлшеу үшін тұрақты ток тізбектерінде, әдетте,
магнитэлектрлік, ал синусоидал ток тізбектерінде электрмагниттік,
электрдинамикалық, ферродинамикалық және термоэлектрлік вольтметрлер
қолданылады. Вольтметрлер кернеуі өлшенетін элементке немесе тізбектің
бөлігіне параллель жалғанады (14, а-сурет), яғни оларға өлшенетін кернеу
берілуі керек.
14-сурет. Тұрақты ток тізбегінде кернеулерді өлшеу сұлбалары:
а - вольтметрді тікелей жалғау;
б - вольтметрді қосымша кедергімен жалғау
Аз мөлшерлі кернеулер вольтметрлерді тікелей жалғау арқылы өлшенеді
де, ал үлкен кернеулер қосымша кедергінің көмегімен өлшенеді (14, б-сурет).
Қосымша кедергі ретінде вольтметрге тіркес жалғанатын резистордың кедергісі
пайдаланылады. Қосымша кедергі мен вольтметр арқылы бір ток жүретіндіктен
(45)
мұндағы U1, Uв - өлшенетін кернеу мен вольтметрдің кернеуі;
Rқ , Rв — қосымша кедергі мен вольтметрдің кедергісі.
Бұл теңдеуден өлшенетін кернеу
(46)
мұндағы кернеудің еселігі деп аталатын тұрақты шама:
(46) өрнегінсн өлшенетін кернеуді кернеудің еселігін пайдаланып,
вольтметрдің көрсетуі бойынша анықтауға болатындығы көрініп тұр. Әдетте,
вольтметрдің шкаласы оған жалғанатын қосымша кедергінің шамасы ескеріліп
өлшемделеді [3].
Бір фазалы (15-сурет) және үш фазалы (16-сурет) айнымалы ток тізбектерінде
кернеулерді олардың шамаларына қарай вольтметрлерді тікелей жалғaп немесе
кернеу өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшейді.
15-сурет. Бір фазалы айнымалы ток тізбегінде кернеулерді өлшеу сұлбасы
Үшфазалы тізбекте желілік кернеулерді өлшеу үшін екі кернеулік
трансформатор жалғаса жеткілікті (16 а-сурет), өйткені желілік кернеулерң
алгебралық қосындысы кез келген уақытта нөлге тең болатындықтан
өлшенетін желілік кернеу:
Фазалық кернеулерді өлшеу үшін үш өлшеуіштік трансформатор қолданылады
(16, б-сурет). Олардың кірмелік және шықпалық орамалары өзара жұлдызша
жалғанады.
16-сурет. Үш фазалы тізбекте желілік (а) және фазалық (б) кернеулерді өлшеу
сұлбалары
Кернеу өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшенетін кернеу:
мұндағы кu - кернеулік трансформатордың трансформация коэффициенті;
Uв — вольтметрдің көрсетуі.
Әдетте, кернеу өлшеуіштік трансформаторлары арқылы жалғанатын
вольтметрлердің шкаласы трансформация коэффициенті ескеріліп өлшемделеді.
Вольтметрлер кернеуі өлшенетін элементке немесе тізбекке параллель
жалғанатындықтан, олармен жүретін ток тізбектің тогына әсер етпейтіндей аз
болуы керек. Осы себепті вольтметрдің ішкі кедергісі өте үлкен етіп
жасалады. Бұл вольтметрдің тұтынатын қуатына да әсер етеді: кедергісі өскен
сайын вольтметрдің тогы азаятындықтан, оның қуаты да азаяды.
1.11. Қуатты өлшсу
Тұрақты және өзгермелі ток тізбектерінде қуатты, әдетте,
электрдинамикалық ваттметрмен өлшейді. Ваттметрдің токтық орамасы онымен
қуаты өлшенетін элементтің тогы жүретіндей етіп тіркес жалғанады да,
кернеулік орамасы элементтің кернеуіне жалғанады. 11.17, а-суретте
келтірілген сұлба бойынша PW1 ваттметрдің токтық орамасымен тізбектің толық
тогы I өтіп жатыр да, кернеулік орамасы тізбектің толық кернеуіне U
қосылған. Сондықтан PW1 ваттметрі тізбектің толық қуатын көрсетеді. Ал PW2
ваттметрі тек қана R2 резисторының қуатын көрсетеді, өйткені оның токтық
орамасымен осы резистордың тогы I1 өтіп жатыр да, кернеулік орамасы осы
резистордың кернеуіне U2 қосылған.
17-сурет. Ваттметрдің тікелей (а) және өлшеуіштік трансформаторлар
арқылы (б) жалғану сұлбалары
Қуаты өлшенетін элементтің кернеуі мен тогының шамасына байланысты
ваттметрдің кернеулік және токтық орамаларының өлшеу аралықтары реттеліп
отырады. Сондықтан өлшенетін қуат:
(47)
мұндағы UH - кернеулік ораманың номинал кернеуі;
IH - токтық ораманың номинал тогы;
N- шкала бөліктерінің толық саны;
N’ – ваттметрдің тілі көрсеткен бөліктерінің саны.
Кернеуі және тогы үлкен айнымалы ток тізбектерінде ваттметрлер өлшеуіштік
трансформаторлар арқылы жалғанады (17, б-сурет). Бұл жағдайда өлшенетін
қуат:
N', (48)
мұндагы к1, кu ток және кернеу өлшеуіштік трансформаторлардың трансформация
коэффициенттері.
Кернеу мен токтың шартты оң бағыттары энергияның берілу бағытымен
бағыттас деп алынатындықтан, ваттметрдің кернеулік және токтық орамаларының
бастары кернеу көзі жағынан жалғануы керек. Сондықтан оларды көбіне өзара
қосып жалғайды. Әдетте, ваттметрлерде кернеулік және токтық орамалардың
бастары жұлдызшамен (*) белгіленеді, ал сұлбаларда нүкте қойылады.
Үш фазалы тізбектерде активті қуат бір, екі немесе үш ваттметрмен
өлшенеді.
Төрт сымды желіде активті қуат үш ваттметрмен өлшенеді: токтық
орамалар олармен желілік токтар жүретіндей етіп, ал кернеулік орамаларға
сәйкесті фазалық кернеулер берілетіндей етіп жалғанады (11.18 а-сурет).
18-сурет. Төрт сымды желіде бейсимметриялы (а) және симметриялы (б) электр
қабылдағыштардың қуатын өлшеу сұлбалары
Бұлайша жалғанган кезде әрбір ваттметр фазаның қуатын
көрсететіндіктен, желінің қуаты
+
мұндағы Pw1 ,Pw2, Pw3 -ваттметрлердің көрсетулері.
Егер электр қабылдағыш симметриялы болса, онда қуатты бір ваттметрмен
өлшеуге болады (18, б-сурет). Ваттметрмен желінің кез келген бір фазасының
қуаты өлшенеді де, көрсетуі үшке кобейтіледі
Үш фазалы желіде лездік қуат фазалардың лездік қуаттарының қосындысына
тең
+ (49)
Үш фазалы үш сымды тізбекте:
+
Бұдан В фазасының лездік тогы
=-()
Егер токтың осы мәнін (49) өрнегіне қойса, онда:
P=()
Фазалық кернеулердің айырымы желілік кернеуге тең болатындығы белгілі:
Кернеулердің мәндерін (51) өрнегіне қойса, лездік қуат:
P=(51)
Осы өрнек бойынша шамалардың лездік мәндерінен әрекеттік мәндеріне
көшсе, онда тізбектің активті қуаты:
(52)
Бұл өрнек үш сымды үш фазалы тізбектің қуатын екі ваттметрмен өлшеуге
болатындығын көрсетеді (19, а-сурет), ягни:
Жалпы алғанда, осы әдіспен үш сымды тізбекке екі ваттметр жалғаудың үш
түрлі нұскасы болады (19-сурет). Келтірілген сұлбалардың барлығында да
ваттметрлердің токтық орамалары олармен желілік токтар жүретіндей етіп
жалғанса, кернеулік орамалардың аяғы үшінші бос желімен жапғануы керек.
19-сурет. Үш сымды желіде активmi қуатты өлшеу сұлбалары
Үш фазалы тізбектерде реактивті қуат ваттметрлермен немесе әдейі
жасалған аспаптармен (ваттметрлермен) өлшенеді.
Реактивті қуатты ваттметрмен өлшеу үшін оны кернеуі мен тогының
фазалық ығысуы:
шартын қанағаттандыратындай етіп жалғау керек.
20-сурет. Симметриялы электр қабылдағыштың реактивті қуатын ваттметрмен
өлшеу сұлбасы (а) мен векторлық диаграммасы (б)
Мысалы, ваттметрдің 20-суретте келтірілген жалғану сұлбасы және
векторлық диаграммасы бойынша:
Бұл өрнектен үш фазалы тізбектерде реактивті қуатты ваттметрмен
өлшеуге болатындығы көрініп тұр. Ол үшін ваттметрдің токтық орамасын
желілік ток жүретіндей етіп жалғап, ал кернеулік орамасын осы токтан
- φ бұрышына қалып отыратын кернеуге жалғау керек. Бұл шарт үш сымды
да, төрт сымды да тізбектер үшін орынды.
1.12. Электр энергиясын өлшеу
Бір фазалы және үш фазалы тізбектерде активті және реактивті энергия
бір фазалы және үш фазалы индукциялық немесе электрондық санауыштармен
өлшенеді.
Индукциялық санауыштың құрылысы мен жұмыс істеу парқы жоғарыда
қарастырылған болатын (16-тақырыл).
(37) өрнегі бойынша:
(54)
Бұдан дискінің айналу ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
Физкалық
шамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..4
1. Электрлік өлшеу туралы негізгі түсініктер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
1.2. Өлшеу қателіктері. Аспаптардың дәлдік сыныптары
... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1.3. Магнитэлектрлік аспаптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...7
1.4. Электрмагниттік аспаптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.10
1.5. Электрдинамикалық және ферродинамикалық аспаптар
... ... ... ... ... ... ...11
1.6. Индукциялық аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.7. Жарық-сәулелі және электрон-сәулелі осциллографтар
... ... ... ... ... ... ... 18
1.8. Цифрлық өлшеуіш аспаптар туралы түсінік
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.9. Ток күшін өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 24
1.10. Кернеуді өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 27
1.11. Қуатты өлшсу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 29
1.12. Электр энергиясын өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
34
2.1. Бейэлектрлік шамаларды өлішеу туралы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.2.Электр емес шамаларды электрлік тәсілмен өлшеу.
... ... ... ... ... ... ... ... 39
2.3. Температура.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 40
2.3.1. Жалпы температура туралы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.3.2. Температураны өлшейтін аспаптардың классификациясы
... ... ... ... 42
2.3.3. Термоэлектрлік термометрлер (терможұптар)
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
2.3.4. Кедергі термометрлері (термокедергі)
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
2.3.5. Жартылай өткигіш кедергі термометрлер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
2.3.6. Жартылай өткигіш кедергі термометрлер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 47
2.4. Қысым.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 49
2.5. Шығын.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 51
2.5. 1.Электрлік дифференциалды трансформаторлы манометр - шығын өлшегіш.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5 1
2.5. 2.Электромагниттік шыгын өлшегіш
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
2.6. Деңгей.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .55
2.7. Жарық.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 57
2.7.1.Фоторезистор
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 58
2.7.2.Фотодиод
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ..60
2.8. Дифференциалды - трансформаторлы схема
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 62
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 64
Пайдаланылған әдебиеттер:
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .66
Кіріспе
Жалпы физикалық шамаларды өлшеу дегеніміз бізді қоршаған ортаны
танудың әдістерінің бірі болып саналады және әртүрлі технологиялық
процестерге бақылау жасаудың негізгі құралы болып саналады. Өлшеулер туралы
ғылымды метрология деп атайды. Мұның ғылым мен техниканың дамытудағы
маңызының ерекшелігі соншалық, қазіргі кезде өлшемдер қолданылмайтын
ғылымның бірде бір саласы жоқ.
Физикалық шамаларды өлшеудің өзіндік тарихы бар. Сонау орта
ғасырлардың өзінде ақ уақытты, (қум сағаттар) денелердің геометриялық
өлшемдерімен массасын өлшей бастаған. Ал XVII- ғасырда температураны
өлшейтін термометрлер, қысымды өлшейтін монометрлер мен атмосфералық
қысымды өлшейтін барометрлер пайда болды. XVIII- XIX – ғасырларда күш
өлшегіш динамометрлер, жылу өлшейтін калориметрлермен қатар электр
шамаларын өлшейтін аспаптар шыға бастады.
Дипломдық жұмыстың практикалық маңыздылығы: Мектеп оқушылары табиғат
құбылыстарын, заңдарын зерттеуде сонымен қатар әртүрлі технологиялық
процестерді бақылауда, физикалық шамаларды өлшеуде құрылысы қарапайым,
дәлдігі жоғары, сезімтал және тездігі өте жоғары деңгейде болатын электрлік
әдістерді қолдануды және талдап білуді үйрету.
Қазіргі пайдаланылатын өлшегіш аспаптарының көпшілігі электрлік емес
шамаларды өлшеу үшін электрлік әдісті қолдануға негізделген. Электрлік
немесе электрлік емес шамалардың қайсы бір мәндерінің өзара қатынасына
құрылған бұл принцип өлшеудің дәлдігі мен сенімділігін арттырады, аспаптар
құрылыстарын қарапайым түрге келтіреді және алған көрсеткіштерді белгілі
бір ара қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.
Дипломдық жұмыстың мақсаты: Физикалық шамаларды электрлік әдістермен
өлшеу және оны практикалық жағдайда қолдана білу.
Қазіргі кезде техникалық өлшемдерді өлшеуде автоматты электронды
өлшегіш аспаптар кеңінен қолданыла бастады. Олардың құрылысы қарапайым,
дәлдігі жоғары, сезімтал және тездігі өте жоғары деңгейде және осылармен
қатар радиоизатоптың, ультрадыбыстың, жоғары жиіліктің және де өлшеудің
басқа да прогрессивті әдістеріне негізделген аспаптар да бар.
Дипломдық жұмыстың өзектілігі: Күнделікті тұрмыста, өндірісте, ауыл
шаруашылығында және технологиялық процестерде физикалық шамаларды
өлшеулердің қажеттіліктерін оқушыларда ойату. Қалған шамалар туынды
шамалар болып есептеледі. Дипломдық жұмыста физиқалық шамаларды
электрлік әдістермен өлшеуге көп мән берілген. Электрлік өлшеу
құралдарының жұмыс істеу принциптері, және олардың ерекшеліктері
сонымен қатар кемшіліктері де қарастырылған. Электрлік емес шамаларды
электрлік әдістермен өлшеу мысалы: қысым, температура, жарық куші т.б.
Дипломдық жұмыс 64 бет, 41 сүрет, 2 кестелер, қорытынды және
пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Физкалық шамалар
Қазіргі кезде ғылыми және оқулық әдебиеттерінде міндетті түрде
қолданылып жатқан физикалық шамалар жетеу болып, ол бірліктердің
халықаралық жүйесін құрайды. Бұл жүйеде ұзындық бірліігі ретінде –метр,
масса бірліігі ретінде–килограмм, уақыт бірліігі ретінде секунд, ток күші
бірліігі ретінде ампер,температура бірліігі ретінде кельвин, жарық күші
бірліігі ретінде кандела және қосымша бірліктерге радиан мен стерадиан
қабылданған.
Метр (м) жарықтың вакуумда секунд ішінде жүрген жолы.
Килограмм (кг) Халықаралық килограмм прототипына тең масса. Францияның
Север қаласындағы Халықаралық өлшеу және аурлық бюросында сақталатын
платина ирдий қоспасынан құралған цилиндр.
Секунд (с) цезий -133 атомының екі өте нәзік деңгейлеріне сәйкес келетін
сәулелену периодына 9 192 631 770 тең болған уақыт.
Ампер (А) - ампер деп вакуумда бір- бірімен 1 метр арақашықты орналасқан
шексіз ұзын параллель екі өткізгішпен тұрақты ток өткенде олардың арасында
әрбір метр ұзындыққа 2*10-7 Н–ға тең күш әсер туғызатын ток күшін айтады.
Кельвин (К) – судың үштік нүктесі термодинамикалық температурасының
бөлігіне тең шаманы айтады.
Моль (моль) – массасы 0,012 кг 12С нуклидинде қанша атом болатын болса,
соншама структуралық әлемент болатын зат мөлшері.
Кандела (Кд) – берілген бағытта сәуленің жиілігі 540*1012 Гц болатын
монохроматты сәуле шығаратын сол бағыт үшін энергетикалық жарық күші
Втср болған жарық күшін айтады.
Радиан (рад) – доға ұзындығы радиусқа тең болатын шеңбер екі радиус
арасындағы бұрыш.
Стерадиан – сфера бетінен, жақтары сфера радиусына тең квадрат ауданымен
шектелген ұшы сфера центрінде болатын денелік бұрыш.
1. Электрлік өлшеу әдістері
1.1. Электрлік өлшеу туралы негізгі түсініктер
Қазіргі кезде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды өлшеу
жұмыстарының көпшілігі электр тогын қолдануға негізделген. Ал электр тогын
пайдалану үшін әртүрлі электрлік кұрал-жабдықтар керек. Электрлік өлшеу
құрал-жабдықтарына физикалық шамалардың өлшемдіктері, өлшеуіш аспаптар мен
өлшеуіштік түрлендіргіштер кіреді.
Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданган мәнін сақтайтын, оны
қайталайтын немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы:
электрлік кедергінің өлшемдігі, электр сыйымдылығының өлшемдігі, т.с.с.
Өлшеу дәлдігіне және қолдану аймақтарына қарай өлшемдіктер эталондық,
үлгілік және жұмыстық өлшемдіктерге бөлінеді. Эталондық өлшемдік деп
физикалық шаманың өлшем бірлігін сақтайтын
және одан басқа өлшемдіктер үшін көшірме алуға арналған құралды айтады.
Үлгілік өлшемдіктер жұмыстық өлшемдіктер мен өлшеуіш аспаптарын өлшемдеуге
және оларды тексеруге, ал жұмыстық өлшемдіктер өндіріс орындарында, ғылыми,
т.б. мекемелерде өлшеу жұмыстарын жүргізуге арналған.
Электрлік өлшеуіш аспаптары деп физикалық шамалардың мәндерін адамның
қабылдауына қолайлы түсінікті информация түрінде бере алатын өлшеуіш
құралдарын айтады. Мысалы: вольтметр, амперметр, ваттметр, санауыш, т.б.
Өлшеуіштік түрлендіргіштер негізінде электрлік немесе бейэлектрлік
шамаларды электр сигналдарына түрлендіріп, кейін оны электрлік өлшеуіш
аспаптарымен цифрлық мәнге айналдыру үшін керек. Әдетте, электрлік
шамаларды электр сигналына түрлендіргіштер ретінде шунттар, кернеу
бөлгіштер, өлшеуіштік трансформаторлар, т.б. қолданылса, ал бейэлектрлік
шамаларды электр сигналдарына түрлендіру үшін терморезисторлар,
терможұптар, тензорезисторлар, сыйымдылықты және индуктивті
түрлендіргіштер, т.б. колданылады [1].
Өлшеу тәсілдерін тікелей және жанамалап өлшеу деп бөледі. Егер
электрлік шаманың мәні өлшеу аспаптары арқылы тікелей анықталатын болса,
онда мұндай өлшеуді тікелей өлшеу деп атайды. Мысалы, кернеуді
вольтметрмен, қуатты ваттметрмен өлшеу. Жанамалап өлшеу тәсілінде
керекті шаманың мәні басқа бір шаманың тікелей өлшенген мәні арқылы,
осы екі шаманың арасындағы белгілі тәуелділікті пайдалана отырып
анықталады. Мысалы, элементтің кедергісін оның кернеуі мен тогының
өлшенген мәндерін Ом заңының өрнегіне қойып табу. Жанамалап өлшеуге керекті
шаманың мәнін өлшемдікпен салыстырып табуда жатады. Мысалы, кедергінің
мәнін көпірлі тізбектің қасиетін пайдаланып мәндері белгілі кедергілер
арқылы табу.
1.2. Өлшеу қателіктері. Аспаптардың дәлдік сыныптары
Өлшеу құрал-жабдықтарының техникалық сапасының төмендігі және өлшеу
тәсілдерінің жетілдірілмегендігі нәтижесінде шаманың өлшенген мәнінің оның
шаманың мәнінен ауытқу мөлшері өлшеудің қателігі болып табылады. Қателікке
сыртқы жағдайдың (температура, ыллфдгалдық, т.б.) өзгерісі мен
тәжірибешінің шеберлігі де әсер етеді. Қателіктер әрдайым қайталанып
отыратын жүйе және кездейсоқ болуы мүмкін. Жүйелі қателік өлшеу тәсіліне
және өлшеуіш аспаптың кемшіліктеріне байланысты туады. Сондықтан өлшеу
кезінде ол тұрақты болып қалып отырады. Жүйелі қателіктерді болдырмау үшін
өлшеу тәсілдерін жетілдіріп, ал өлшеу аспаптарын үнемі тексеруден өткізіп
отыру керек.
Кездейсоқ қателіктердің себептері әр түрлі болады және әрбір өлшеу
сайын өзгеріп отырады. Бірақ, өлшеу саны белгілі бір шамаға жеткенде өлшеу
деректері қайсыбір заңдылыққа бағынады. Ал бұл заңдылық ықтимал шаманың
таралу зандылығымен сәйкес келетіндіктен, әрбір өлшеудің қателігін осы
заңдылықты пайдаланып табуга болады.
Еселеніп көп өлшенген шаманың шын мәніне жақын мәні үшін оның
арифметикалық орташа мәнін алуға болады, яғни:
мұндағы b1 , b2 ,... bn - жеке өлшеудің деректері; n - өлшеу саны.
Шаманың арифметикалық орташа мәнінің қателігі ретінде оның орташа
квадраттық қателігі алынады:
, (2)
мұндағы р=b1 – B0 - өлшеу дерегінің шаманың арифметикалық орташа мәнінен
кездейсоқ ауытқуы.
Кездейсоқ қателіктің таралу заңын пайдаланған кезде қателіктің
ықтималдығы жататын сенімді аралықты табу керек. Егер өлшеу саны 3≤ п 20
шамасында болса сенімді аралық үшін Стьюденттің коэффициенттерін
пайдаланған қолайлы. Қабылданған сенімді аралық пен өлшеу санына байланысты
Стьюдент коэффициенттерін мағлұматнамалардан табуға болады. Ендеше,
қателіктің оң не теріс мәнді болу мүмкіндігін ескере отырып, өлшеу дерегін
былай жазу керек:
, (3)
мұндағы tс - Стьюденттің коэффициенті.
Электр өлшеуіш аспаптары өлшеу қателіктеріне қарай сегіз дәлдік
сыныбына бөлінеді: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 0,1; 1,5; 2,5; 4,0. Мұндағы дәлдік
сыныбының сандық мәні өлшеуіш аспаптың пайызбен алынған келтірілген
қателігіне тең.
Өлшеуіш аспаптың келтірілген кателігі деп оның абсолюттік қателігінің
өлшеу аралығына пайыздық қатынасын айтады:
, (4)
мұндағы Δ - абсолюттік қателік; N-аспаптың өлшеу аралығы.
Егер шкаланың нөлдік белгісі оның шетінде болса, онда өлшеу аралығы
үшін жоғарғы өлшеу шегі алынады да, ал нөлдік белгі шкаланың ішінде тұрса,
онда шкаланың шеткі мәндерінің арифметикалық қосындысы алынады.
Өлшеуіш аспаптың қателігін әрдайым қайталанып отыратын жүйелі қателік
деп есептесе, өлшенген шаманың мәні:
, (5)
Мысалы, 10 амперлік амперметр 4А ток көрсетіп тұр екен делік. Дәлдік
сыныбы 2,5, ал нөлдік белгі шкаланың шетінде орналасқан. Егер кездейсоқ
қателікті ескермесе, онда өлшеу дерегі төмендегіше жазылады:
Аспаптардың көрсетуіне қоршаған ортаның температурасы мен
ылғалдылығы, электр және магнит өрістері де әсер етеді. Температура
өзгергенде аспапта қолданылған орамалардың, шунт немесе қосымша
резисторлардың кедергілерінің өзгеруі салдарынан оның көрсетуі де
өзгеріп отырады. Сыртқы магнит немесе электр өрісінің әсерінен аспаптың
магнит индукциясы немесе сыйымдылығы өзгереді. Осы себепті оның
көрсетуі де басқаша болады.
Сондықтан өлшеуіш аспаптар сыртқы магнит және электр өрістерінен экрандар
арқылы қорғалған болуы керек, ал сыртқы ортаның температурасы мен
ылғалдылығы оның паспортында көрсетілген мәндеріне сәйкес келуі керек.
1.3. Магнитэлектрлік аспаптар
Магнитэлектрлік аспаптардың жұмыс істеу тәртібі тұрақты магниттің (1)
магнит өрісі мен айналып тұратын жақтауша түріндегі ораманың (2) магнит
өрісінің өзара әсерлесуіне негізделген. (1 -сурет).
1 -сурет. Магнитэлектрлік аспаптың сұлбалық құрылысы:
1— тұрақты магнит; 2 — жақтауша орама; 3 —ось; 4 — уяшық; 5 — серіппе; 6 —
аспаптың miлi; 7 — шкала; 8 —корректор
Жақтауша орама оське (3) бекітілген, ал ось қатты тастан жасалған
ұяшықтарға(4) орнатылған. Жақтаушаға әсер ететін айналдырушы момент
серіппелердің (5) қарсы моментімен теңгеріледі. Аспаптың тілін (6) шкаланың
(7) нөліне келтіріп қою үшін корректор (8) қолданылады.
Жақтаушамен ток жүрген кезде оның әрбір сымына эсер ететін ығыстырушы
күш:
мұндагы В - магнит өрісінің индукциясы; l— жақтауша сымының активті
ұзындығы; I- жақтаушаның тогы.
Егер жақтауша ораманың орам саны w болса, онда жақтаушаны ығыстырушы
күш:
Жақтауша орама айналмалы оське орнатылғандықтан, оның қарама-қарсы
жатқан сымдарына әсер ететін қос күш айналдырушы момент тудырады:
мұндағы b — жақтауша ораманың ені.
(6) өрнегінен күштің мәнін (8) өрнегіне қойса, айналдырушы момент
мұндағы - жақтауша ораманың ауданы; - жақтаушамен ілініскен
магнит ағыны.
Тұрақты магнит өрісі тудыратын жақтаушамен ілініскен магнит ағыны
тұрақты шама болғандықтан, (9) өрнегінен айналдырушы моменттің токтан ғана
тәуелді екендігі көрініп тұр.
Айналдырушы моменттің әсерінен жақтауша орама айналып, оған бекітілген
аспаптың тілін белгілі бір бұрышқа бұрады. Жақтаушаның бұрылуы айналдырушы
момент серіппелердің қарсы моментімен теңгерілген кезде тоқталады, яғни:
Серіппелердің қарсы әрекеттік моменті олардың материалдарымен және
геометриялық өлшемдерімен анықталатын рауалы қарсы әрекеттік момснті k мен
жақтаушаның бұрылу бұрышынан α тәуелді болады:
(9) және (11) өрнектерінен моменттердің мәндерін (10) теңдігіне қойса,
жақтаушаның бұрылу бұрышы:
(12)
мұндагы өлшеуіш аспаптың токқа сезгіштігі деп аталатын тұракты шама:
(12) өрнегінен магнитэлектрлік өлшеуіш аспаптың шкаласы бірқалыпты
болатындығы көрініп тұр.
Магнитэлектрлік аспаптар негізінен тұрақты токтың кернеуі мен күшін
және кедергілерді өлшеу үшін қолданылады.
Бір фазалы екі жарты периодты көпірлі түзеткішті пайдаланып,
магнитэлектрлік аспаппен өзгермелі токтың кернеуі мен күшін де өлшеуге
болады (2, а-сурет). Мұндай түзеткішті өлшеуіш аспаптардың шкаласы
электрлік шамалардың әрекеттік мәндеріне өлшемденеді. Әдетте, түзеткішті
магнитэлектрлік аспаптар мультиметрлерде қолданылады. Мультиметр деп
бірнеше электрлік шамаларды өлшеуге арналған құралды атайды.
2-сурет. Тузеткішті (а) және термоэлектрлі (б) магнитэлектрлік аспаптардың
жалғану сулбалары
Термотүрлендіргіштермен жабдықталған магнитэлектрлік аспаптар
( 2, б-сурет) бейсинусоидал токтар мен жоғары жиілікті токтарды өлшеуге
мүмкіндік береді. Термотүрлендіргіш терможұптан және ток жүретін сымнан
тұрады. Терможұптың салқын ұштары магнитэлектрлік аспаппен жалғанған да, ал
жапсары ток жүретін сымға тиіп тұрады. Жапсардың қызуы Джоуль-Ленц заңы
бойынша токтың квадратына тура пропорционал болатындықтан, терможұпта пайда
болатын ЭҚК те токтың квадратына тура пропорционал болады. Ендеше,
жақтаушаның бұрылу бұрышы да токтың квадратына пропорционал. Осы себепті,
термоэлектрлі магнитэлектрлік аспаптың шкаласы бірқалыпты болмайды,
квадраттық шкала болады. Термоэлектрлі аспаптардың негізгі кемшілігі -
олардың нашар сезгіштігі мен энергияны көп тұтынатындығы.
1.4. Электрмагниттік аспаптар
Электрмагниттік өлшеуіш аспаптар қозғалмайтын шарғы (1) мен шарғының
ішіне кіріп-шығып тұратын жұдырықша өзекшеден (2) тұрады (3-сурет). Өзекше
мен аспаптың тілі (3) айналмалы оське (4) бекітілген де, ал ось қатты
тастардан жасалған ұяшықтарға (5) отырғызылған. Бір ұшы оське, екінші ұшы
аспаптың қозғалмайтын бөлігіне бекітілген спираль серіппе (6) өзекшенің
айналуына қарсы момент тудыруға арналган.
3-сурет. Электрмагниттік аспаптың сұлбалық құрылысы: 1 - шаргы;2 -
ферромагнит өзекше;3 - аспаптың тілі;4 - ось;5- ұяшық; 6 - серіппе; 7 –
шкала
Шарғымен тұрақты ток жүргенде ферромагнит өзекшені шарғының ішіне
тартатын күш әсер етеді. Бірақ, өзекше шарғының ішіне кірген сайын шарғының
индуктивтілігі өзгеретіндіктен, оның магнит өрісінің энергиясы да өзгереді.
Осы себепті өзекшені айналдырушы момент магнит өрісінің бұрылу бұрышынан
тәуелді өзгерісіне пропорционал болады, яғни
, (13)
мұндағы W- магнит өрісінің энергиясы; I- шарғының тогы (өлшенетін ток); L
- шарғының индуктивтілігі.
Шарғымен айнымалы ток жүргенде өзекшеге түсірілетін айналдырушы
момент оның орташа мәнімен анықталады:
, (14)
мұндағы - айналдырушы моменттің лездік мәні.
(13) және (14) өрнектері электрмагниттік аспаппен тұрақты және
айнымалы токтың шамаларын өлшеуге болатындығын көрсетеді.
Айналдырушы момент серіппенің қарсы моментімен (11)
теңгерілетіндіктен, өзекшенің (аспап тілінің) бұрылу бұрышы:
, (15)
мұндағы аспаптың токқа сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама I
(16)
(15) өрнегінен электрмагниттік өлшеуіш аспап 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.
Электрмагниттік аспаптар, әдетте, тұрақты және өзгермелі токтың
кернеулері мен күштерін өлшеу үшін қалқандық вольтметрлер мен амперметрлер
ретінде қолданылады.
1.5. Электрдинамикалық және ферродинамикалық аспаптар
Электрдинамикалық аспап қозғалмайтын (1) және айналып тұратын оське
(2) бекітілген қозғалмалы (3) екі шарғыдан тұрады (11.4-сурет). Қозғалмалы
ораманың айналуына қарсы моментті ток жүретін спираль серіппелер (4)
тудырады. Ұяшықтарға (5) отырғызылған оське аспаптың тілі (6) бекітілген.
Тіл мен шкала (7) арқылы аспаптың көрсетуі анықталады.
Шарғылармен ток жүргенде пайда болатын магнит өрісінің энергиясы
(17)
мұндағы L1, L2 - қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың индуктивтілігі;
I1, I2 - қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың тогы;
M12 - шарғылардың өзара индуктивтілігі.
4-сурет. Электрдинамикалық аспаптың сұлбалық құрылысы:
1 — қозғалмайтын шарғы; 2 — ось; 3 — қозгалмалы шаргы; 4 — серіппе; 5
—ұяшық; 6 — аспаптың тілі; 7 — шкала
Қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың магнит өрістерінің әсерлесуі
нәтижесінде қозғалмалы шарғыға түсірілетін айналдырушы момент магнит өрісі
энергиясының шарғының бұрылу бұрышына байланысты өзгерісімен анықталады,
яғни
(18)
Шарғылардың тогы мен индуктивтілігі олардың кеңістіктегі орнынан
тәуелсіз болатындықтан, айналдырушы момент:
(19)
Айналдырушы моменті серіппелердің қарсы әрекеттік моменті (11)
теңгеріп тұратындықтан, бұрылу бұрышы:
(20)
мұндағы аспаптың сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама:
(21)
Егер шарғылармен және синусоидал токтар жүрсе, онда
айналдырушы моменттің орташа мәні:
мұндағы айналдырушы моменттің лездік мәні:
(23)
ал φ - шарғы токтарының фазалық ығысуы.
Айналдырушы момент пен серіппелердің қарсы моментін (11) теңестірсе,
қозғалмалы шарғының (аспап тілінің) бұрылу бұрышы:
(24)
мұндағы тұрақты шама
Eгep (20) немесе (24) өрнектеріндегі токтардың біреуінің орнына оның
кернеуі мен кедергісі арқылы анықталған мәнін қойса, онда:
Жалпы алғанда
(25)
(20), (24) және (25) өрнектері электрдинамикалық аспаптармен тұрақты және
айнымалы токтың кернеуін, күшін және қуатын өлшеуге болатынын көрсетеді.
Осы себепті, әдетте, электрдинамикалық аспаптар вольтметр, амперметр және
ваттметр ретінде қолданылады.
Егер қозғалмайтын шарғының ферромагнитті өзегі болса, онда
электрдинамикалық аспапты ферродинамикалық аспап деп атайды. Ферромагнитті
өзек айналдырушы моментті жоғарылатуға және сыртқы
магнит өрісінің әсерін жоюга мүмкіндік береді.
1.6. Индукциялық аспаптар
Индукциялық аспаптардың жұмыс істеу парқы екі немесе бірнеше шарғылар
қоздыратын магнит өрістері мен осы магнит өрістері тудыратын индукциялық
токтардың өзара әсерлесуіне негізделген.
Индукциялық аспап қозғалмайтын екі шарғыдан тұрады (11.5-сурет):
оның біреуінің өзегінің үш негізгі (1) және бір қосымша жұмысшы (2)
шыптасы болады, ал екіншісінің (3) өзегі П-тәрізді. Индукциялық аспап
негізінен электр энергиясын санауыш және ваттметр ретінде
қолданылатындықтан, оның бір шарғысы электр қабылдағышқа параллель
жалғанады, яғни оған электр қабылдағыштың кернеуі беріледі. Сондықтан
оны кернеулік орама деп атайды. Ал екінші шарғы электр қабылдағышқа
тіркес жалганады да, онымен электр қабылдағыштың тогы жүретіндіктен, токтық
орама деп аталады. Осы екі шарғының арасына айналып тұратын оське (4)
бекітілген диск (5) орналасқан. Диск бекітілген ось қатты тастардан
жасалған ұяшықтарға (6) отырғызылған. Тежеуші және қарсы әрекетті
момент тудырушы тетік ретінде тұрақты магнит (7) қол данылады.
5-сурет. Индукциялық аспаптың сұлбалық құрылысы:
1,3- шарғылар; 2 - бірінші шарғының жұмысшы өзегі; 4 - ось; 5 - диск; 6 -
ұяшық; 7 - тұрақты магнит
Аспапты айнымалы ток тізбегіне қосқан кезде шарғылардың тогы айнымалы
магнит өрісін қоздырады. Магнит өрістері
Ф1=Фm1sinωt
Ф2=Фm2sin(ωt-ψ) (26)
дискіде олардан 90°-қа қалып отыратын ЭҚК-тер тудырады:
(27)
Ал ЭҚК-тердің әсерінен дискіде индукциялық токтар пайда болады (6-
сурет):
(28)
Мұндағы
Ф1 магнит ағыны мен i2 тогының әсерлесуі нәтижесінде дискіге сағат
тілінің бағытына қарсы бағытталған күш әсер етсе, Ф2 магнит ағыны мен i2
тогының әсерлесуі нәтижесінде дискіге сағат тілімен бағыттас күш әсер етеді
(оларды сол қол ережесі бойынша оңай анықтауға болады):
(29)
Бұл күштердің айналдырушы моменттері:
M1=cмi1Ф2
M2=cмi2Ф1 (30)
Ендеше, дискіге осы екі моменттің айырымына тең айналдырушы момент әсер
етуі керек:
M=M 1-M 2=cм(i1Ф2 – i1Ф1)=
= смfФm1Фm2 * см Фm1Фm2sinψ. (31)
Бұл өрнек қорытқы айналдырушы моменттің тұрақты шама болатындығын
көрсетеді. Ендеше, айналдырушы моменттің орташа мәні осы айналдырушы
моменттердің лездік мәндерінің айырымына тең. Бірінші шарғыға электр
қабылдағыштың кернеуі U берілетіндіктен, оның магнит ағыны кернеуден
тәуелді болады, яғни
6-сурeт. Индукциялық аспаптың дискісінде пайда болатын токтардың сұлбасы
(32)
мұндағы w1 - бірінші шарғының орам саны.
Ал екінші шарғымен электр қабылдағыштың тогы жүретіндіктен, оның
магнит ағыны токтан тәуелді, яғни
Фm1= (33)
мұндағы w2 - екінші шарғының орам саны; Rм - екінші шарғының магниттік
кедергісі.
Магнит ағындарының осы мәндерін (11.31) өрнегіне қойса және кернеу мен
токтан басқа шамалардың тұрақты екенін ескерсе, айналдырушы момент
(34)
Егер аспапты магнит ағындарының фазалық ығысу бұрышының синусы кернеу
мен токтың фазалық ығысу бұрышының косинусына тең болатындай етіп жасаса,
яғни болса, онда, жалпы алғанда, айналдырушы момент
(35)
Бұл өрнектен дискіге түсірілетін айналдырушы моменттің электр қабылдағыштың
активті қуатына тура пропорционал екендігі көрініп тұр. Ал шарты
болғанда ғана орынды. Өйткені, φ = 0 болғанда орамалардың магнит
ағындарының фазалық ығысуы 90°-қа тең болуы керек. Бұл шарт кернеулік
ораманың магнит ағынын қосымша магнит өткізгіш арқылы жұмысшы магнит ағыны
мен негізгі магнит ағындарына жіктеу арқылы орындалады [2].
Дискінің бірқалыпты айналуы үшін тежеуші момент тудыратын доға тәрізді
тұрақты магнит (7) алынған. Диск айналған кезде тежеуші магнит өрісі онда
ЭҚК тудырады:
ал ЭҚК-тің әсерінен дискіде құйынды ток пайда болады:
мұндағы Rr- дискінің құйынды токқа кедергісі.
Дискіде пайда болған It құйынды ток пен Фt магнит ағынының өзара
әсерлесуі нәтижесінде дискіге оның айналу бағытына қарсы бағытта күш әсер
етеді. Ал бүл күш дискіге тежеуіш момент түсіреді, яғни:
(36)
мұндағы - тұрақты коэффициенттер; ω - дискінің бұрыштық жылдамдығы.
Айналдырушы момент пен тежеуіш момент теңескен кезде ғана диск
бірқалыпты айналатындықтан, (35) және (36)теңдіктерінен
(37)
мұндағы - тұрақгы коэффициент.
Бұл өрнек дискінің бұрыштық айналу жылдамдығының электр қабылдағыштың
қуатына тура пропорционал екендігін көрсетеді.
Индукциялық аспаптардың өлшеу дәлдігінің төмендігі, рауалы қуатының
үлкендігі және тек қана өзгермелі ток тізбегінде жұмыс істейтіндігі олардың
негізгі кемшіліктері болып саналады.
1.7. Жарық-сәулелі және электрон-сәулелі осциллографтар
Өте тез өтетін электрлік немесе бейэлектрлік шамалардың мәндерін
анықтау және олардың өзгеру сипатын зерттеу үшін осциллографтар қолданыл
ады. Осциллографтардың көмегімен үздіксіз, импульсті, периодты, апериодты,
т.с.с. электр сигналдарын (ток, кернеу) экранда бақылап қана қоймай, оларды
фотокағазға түсіріп те алуға болады. Алынған графиктер электрлік сигналдың
лездік мәндерін, амплитудасын, периодын, жиілігін, фазалық ығысу
бұрыштарын,т.б. параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді.
Жарық-сәулелі осциллографтың (11.7, а-сурет) басты бөлшектерінің бірі
осциллографтық гальванометр (1) болып саналады. Осциллографтық
гальванометр тұракты магнитген (2) және оның полюстерінің арасына
орналасқан диаметрі 0,001-0,02 мм мыс сымнан жасалған өте жеңіл жақтаушадан
(3) тұрады. Жақтауша серіппелер (4) арқылы тарттырмалармен (5) керіліп
бекітіледі. Жеңіл айна (6) желімделген жақтаушаға оның шықпалары (7) арқылы
зерттелетін сигнал беріледі. Жақтаушаның тогы мен магнит өрісінің әсерлесуі
салдарынан жақтауша мен айна белгілі бір бұрышқа бұрылып, берілген
сигналдың зандылығы бойынша тербеліп тұрады. Қазіргі осциллографтық
гальванометрлердің еркін тербеліс жиілігі 15 кГц-ке дейін жетеді. Осылайша
тербеліп тұрған айнаға жарық көзінен (8) шоғырландырғыш линза (9) арқылы
сәуле түсіріледі. Айнадан шағылған тербелмелі сәуле фотоқағазға (10)
түскенде, онда гальвонометрге берілген сигналдың графигін сызып шығады.
Айнадан шағылған сәуленің бір бөлігі призма (11) арқылы айналып тұрған
айналы барабаннан (12) шағылып, призма (13) арқылы сәулені көріп бақылауға
арналған экранға (14) түседі.
Суретке түсірілген сигналдың қисығы (1) осциллограмма деп аталады (11.7, б-
сурет). Осциллограмманың ординаталарын өлшеп (мм), оны гальвонометрдің
сезгіштігіне (ммА) бөлсе, кез келген уақыт мезетіндегі өлшеніп отырған
токтың (кернеудің) мәнін табуға болады.
7-сурет. Жарық-сәулелі осциллографтың құрылысының сұлбасы (а) мен
осциллограмма (б): 1 — сигналдың графигі; 2 — уақыт белгісі; 3 — нөлдік
сызық
Абсцисса осі бойынша масштабты, әдетте, уақыт белгілегіш (2) көрсетіп
отырады да, ал нөлдік сызықты (3) токсыз бос гальвонометрдің айнасына
түсірілген сәуле сызып шығады.
Жарық-сәулелі осциллографта бірнеше гальвонометр (6, 8, 12 және одан
да көп) қолдануға болатындықтан, онымен бір уақытта бірнеше сигналды
бақылауға және фотоқағазға түсіруге болады.
Осциллографтық гальвонометрлердің еркін тербеліс жиілігінің 15 кГц-тен
аспайтындығынан жарық-сәулелі осциллографтармен жоғары жиілікті үдерістерді
бақылау мүмкін емес. Жоғары жиілікті (200 МГц-ке дейін) үдерістерді,
әдетте, электрон-сәулелі осциллографтардың көмегімен зерттейді.
Электрон-сәулелі оциллографтардың негізгі бөлігі болып саналатын
ішінде әр түрлі электродтар орналасқан және ауасы сорылған шыны сауыт
электрон-сәулелі түтік деп аталады (8-сурет). Сауыттың түтік (1) тәрізді
бөлігінде электронды шығарып тұру үшін қыздырылма (бөлек шоқтану қылымен
қыздырылатын) катод (2) орналасқан. Цилиндр тәрізді катодтың түп жағы
электрондардың шығуын жеңілдету үшін оксидпен жабылған. Басқарушы электрод
(3) түбінде кішкентай тесігі бар цилиндр, катодтан шашырап шыкқан
электрондарды жинақтап, бір бағытта жіберуге арналған.
8-сурет. Электрон-сәулелі осциллографтың құрылысының сұлбасы:
1 - шыны түтік (сауыт); 2 - катод; 3 - басқарушы электрод; 4, 5 - үдеткіш
анодтар; 6 - горизонталь электродтар; 7 - вертикаль электродтар; 8-
люминофор экран; ҚБ- қоректендіру блогы; УК-вертикаль ығыстырудың
күшейткіші; ЖГ-жазбалық генератор; ХК- горизонталь ығыстырудың күшейткіші
Егер басқарушы электродқа катодқа карағанда теріс потенциал берсе,
онда катод пен басқарушы электродтың арасында күш сызықтары катодқа қарай
бағьтталған электр өрісі пайда болады. Осы өрістің әсерінен катодтың
бүйірлерінен шыққан электрондар оған қайтып оралады да, ал ұшынан шыққан
электрондар шоқталып, басқарушы электродтың түбіндегі тесіктен шығып
кетеді. Басқарушы электродтың потенциалын реттей отырып, оның түбіндегі
тесіктен ұшып өтетін электрондардың санын көбейтіп не азайтып отыруға
болады. Электрондардың саны көбейгенде экрандағы жарық дақтың жарықтылығы
артады да, ал азайғанда жарықтылығы кемиді.
Электрон-сәулелі осциллографта потепциалдары оң, цилиндр тәрізді екі
анод (4 және 5) болады. Потенциалы оң болғандықтан, бірінші анодтың (4)
тарту күшінің әсерінен басқарушы электродтан шыққан электрондар үдемелі
қозғалысқа келеді. Жіңішке, жіп тәрізді шоқталған электрондардың ағыны
анодтың оң потенциалдығынан аздап кеңейеді. Шеткі электрондар анодка құлап,
бірінші анодтың тогын түзеді де, ал ортаңғы бөлігіндегі электрондар
инерциясының салдарынан өтіп кетеді. Екінші анодқа (5) бірінші анодқа
қарағанда үлкенірек оң потенциал берілетіндіктен, электрондардың
жылдамдығы одан сайын артады және осының салдарынан электрондық шоқ
жіңішкере түседі. Ендеше, екінші анодтың потенциалын реттеу экрандағы
сәулені шоқтауға мүмкіндік береді. Қарастырылған электрон-сәулелі
осциллографта электрондар ағыны бірнеше электр өрісі арқылы шокталады. Ал,
жалпы алғанда, электрондар ағынын магнит өрісі арқылы шоқтау әдісі де
қолданылады [2].
Екінші анодтан шыққан электрондар шоғы горизонталь (6) және вертикаль
(7) орналасқан жазық табақшалардың арасынан өтіп, люминофор жағылған
экранға (8) барып соғылады. Ал люминофордың электрондар келіп соққанда
жарық шығаратыны белгілі. Егер табақшаларға кернеу берсе, онда олардың
потенциалдарына байланысты электрондар шоғы жолынан ауытқып, бағытын
өзгертеді: теріс потенциалды табақшадан оң потенциалды табақшаға қарай орын
ауыстырады. Ендеше, горизонталь табақшалардың кернеуін өзгерте отырып
электрондар шоғын вертикаль бағытта, ал вертикаль табақшалардың кернеуін
өзгерте отырып, горизонталь бағытта жылжытуға болады.
Егер вертикаль табақшаларға өзгермелі кернеу берілсе, онда электрондар
шоғы онды-солды жүгіріп, экранда горизонталь сызық сызады (9-сурет). Ал
онымен қатар горизонталь табақшаларға да өзгермелі кернеу берсе, онда
электрондар шоғы экранда пішіні осы екі кернеудің пішініне және
жиіліктеріне байланысты белгілі бір фигура сызатын болады.
9-сурет, Электрон-сәулелі ocциллографтың экранында кескіннің пайда болу
сұлбасы
Вертикаль табақшаларға берілетін кернеу Uж горизонталь табақшаларға
берілетін кернеуді жазып көрсететіндіктен жазба кернеу деп аталады. Жазба
кернеудің пішіні араның тісі тәрізді болғанда экранда тек қана горизонталь
табақшаларға берілген кернеудің пішіні байқалады. Вертикаль табақшаларға
берілетін ара тісті кернеу t1 уақыт ішінде түзу сызық бойымен өсіп, өте аз
t2 уақыт ішінде бастапқы мәнін қабылдайды. Осы себепті, жарық дақ бір
нүктеден екінші нүктеге дейін тұрақты жылдамдықпен барады да, екінші
нүктеден бірінші нүктеге өте аз уақытта қайтып келеді. Кейін осы үдеріс
қайталанып отырады да, экранда горизонталь сызық қана пайда болады. Енді
вертикаль табақшаларға зерттелетін кернеуді Uy берсе, онда жарық дақ бір
уақытта жазба кернеудің әсерінен горизонталь бағытта, ал зерттелетін
кернеудің әсерінен вертикаль бағытта қозғалып, экранда осы кернеудің
уақыт бойынша өзгеру графигін сызып шығады. Экранда зерттелетін
кернеудін графигі шығу үшін жазба кернеудің жиілігі зерттелетін
кернеудің жиілігіне тең болуы керек. Егер олар тең болмай, бірақ
еселі болса, онда экранда зерттелетін кернеудің бірнеше периоды
болады. Ал жиіліктері тең емес, әрі еселі болмаса, онда экрандағы
график тұрақтамай, оңға немесе солға жүгіріп тұрады.
Электрон-сәулелі осциллографтарда жазба кернеуді олардың құрамына
кіретін арнайы жасалған жазбалық генератор беріп тұрады. Жазба кернеудің
жиілігін зерттелетін кернеудің жиілігіне теңестіру үшін жазбалық
генератордың жиілік реттеуіш тұтқасы болады. Бұл үдерісті синхрондау деп
атайды. Қолмен дәл синхрондау мүмкін еместігінен, әдетте, электрон-сәулелі
осциллографтар автоматты синхрондауышпен (синхронизатормен) жабдыкталады.
Көптеген жағдайда бір уақытта бірнеше электрлік сигналды қатар бақылаудың
қажеттігі туады. Ол үшін электрон-сәулелі осциллографтарда электрондық
коммутатор деп аталатын блок қолданылады. Электрондық коммутатор
зерттелетін сигналдарды горизонталь табақшаларға кезекпен беріп
тұратындықтан, қанша сигнал берілсе, экранда сонша кескін пайда болады.
Мұндай осциллографтар екі сәулелі, үш сәулелі т.с.с. көп сәулелі деп
аталады.
1.8. Цифрлық өлшеуіш аспаптар туралы түсінік
Өлшеу пәтижесін цифр түрінде көрсететін өлшеуіш аспаптарды цифрлық
өлшеуіш аспаптар деп атайды. Цифрлық өлшеуіш аспаптар жиілікті, кернеуді,
кедергіні, уақытты т.б. шамаларды өлшеуде кеңінен қолданылады.
Цифрлық өлшеуіш аспаптардың жұмыс істеу парқы өлшенетін үздіксіз
шаманы дискретті шамаға түрлендіріп, кейін дискретті сан түрінде
өрнектеуге негізделген.
Сұлбаларының және конструкцияларының әртүрлілігіне қарамастан, цифрлық
өлшеуіш аспаптардың құрылымдық принципі бірдей (11.10-сурет): өлшенетін
шама КҚ кірмелік кұрылғыда масштабты түрлендіріледі де
10-сурет. Цифрлық өлшеуіш аспаптың құрылымдық сұлбасы
(өлшеу аралықтары өзгертіледі және полярлығы анықталады), АЦТ аналогты-
цифрлық түрлендіргіште аналогтық (үздіксіз) шама дискретті шамаға
(электрлік кодқа) түрлендіріледі. Одан кейін дискретті шама ЦСҚ цифрлық
санауыш құрылғының таблосында сан түрінде көрсетіледі. Осы үш үлкен блоктың
жұмысын БҚ басқару құрылғысы үйлестіріп отырады.
Аналогты-цифрлық түрлендіргіште аналогтық шама дискретті шамаға
төмендегі тәсілдердің бірін қолдану арқылы түрлендіріледі:
- өлшенетіп шаманы белгілі шамамен уақытқа байланысты салыстырып,
қатарластырып санау;
- өлшенетін шаманы белгілі бағдарлама бойынша өзгеріп отыратын тұрақты
шамамен салыстырып, сандық разрядтары бойынша теңдестіріп санау;
- өлшенетін шаманың белгілі бір уақыт аралығындағы қосындысын тауып санау;
- өлшенетін шаманы бірнеше белгілі шамалармен салыстырып, сәйкесті мәнді
таңдап алу арқылы санау.
11 -суретте өлшенетін кернеудің белгілі бір уақыт аралығында қосындысын
тауып санау тәсіліне негізделген цифрлық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы
мен кернеулердің уақыттық диаграммасы келтірілген. Бастапқыда к1 , к2 , к3
электрондық кілттері ашық делік.
11-сурет. Цифрлық вольтметрдің құрылымдық сұлбасы (a) мен кернеулердің
уақыттық диаграммасы (б)
БҚ басқару құрылғысы k1 кілтін қосқанда И интеграторға Uж өлшенетін кернеу
беріледі. Белгілі бір tu уақыттан кейін интегратордың шықпасындағы кернеу
(38)
шамасына жеткенде басқару құрылғысы k1 кілтін ағытады да, k2, k3
кілттерін қосып, интеграторға өлшенетін кернеуге кері полярлы U0 кернеуін
береді. Енді интегратордың кернеуі:
(39)
Осы кезден бастап СШ санауышқа ЖГ жиіліктер генераторынан импульстер
келе бастайды.
Интеграторда кері полярлы кернеу өлшенетін кернеуді теңестірген кезде,
яғни интегратордың шықпасындағы кернеу нөлге тең болғанда (uu+uu’=0) СҚ
салыстыру кұрылғысы k3 кілтін ажыратып тастайды санауышқа келіп жатқан
импульстер тоқтап қалады. (38) және (39) өрнектері бойынша санауышқа
импульстердің келіп тұрған уақыты:
(40)
Санауышқа tx уақыт ішінде келіп түскен импульстер саны:
(41)
мұндағы Т0-санауышқа келіп түсетін импульстердің периоды.
Тұрақты шама:
(41) өрнегі санауышқа келіп түсетін импульстер санының өлшенетін кернеуге
тура пропорционал екенін көрсетеді. Ендеше, санауыштан келетін сигналдардың
әсерінен ЦСҚ цифрлық санауыш құрылғысының таблосында вольтметрге берілген
кернеудің мәніне тең сан пайда болады.
Цифрлық вольтметрдің қателіктері өте аз да (0,01-0,1%), өлшеу
аралықтары кең (1 мкВ-1000В) болып келеді. Бұдан басқа бір артықшылығы
цифрлық волтьметрден өлшенетін шама туралы ииформацияны электронды есептеу
машиналарына беpiп, оларды әртүрлі технологиялық үдерістерде қолдануға
болады.
1.9. Ток күшін өлшеу
Ток күшін өлшеу үшін тұрақты ток тізбектерінде, әдетте,
магнитэлектрлік, ал айнымалы ток тізбектерінде электрмагниттік амперметрлер
қолданылады. Амперметрлер олармен өлшенетін ток өтетіндей етіп, тогы
өлшенетін элементке немесе тармаққа тіркес жалғанады (12, а-сурет).
Өлшенетін ток амперметрдің орамасы арқылы өтетіндіктен, үлкен токтар
үшін жуан сымдарды және қуатты қысқыштарды пайдалану керек болады. Бұл
амперметрдің габаритін: үлкейтіп жібереді және өлшеу қателігін арттырады.
Осы себепті, үлкен токтарды өлшегенде шунт деп аталатын кедергісі өте аз
көлденең қимасының ауданы үлкен мыс сым немесе құрсым (шина) қолданылады.
Шунт тогы өлшенетін элементпен тіркес жалғанады да, амперметр шунтқа
параллель жалғанады (12, б-сурет). Сондықтан токтың көбі шунтпен өтеді де,
ал амперметрмен азғана бөлігі отеді.
Амперметр мен шунтта кернеудің түсуі бірдей болатындықтан
(42)
мұндағы Rш , Rа - шунттың және амперметрдің кедергілері; I, Iа - өлшенетін
ток пен оның амперметр арқылы жүретін бөлігі (амперметрдің тогы).
Осы теңдеуден өлшенетін ток
(43)
мұндағы тұрақты шама k шунттау коэффициенті деп аталады.
(43) теңдігінен белгілі шунттау коэффициентін пайдаланып, оған
параллель жалғанған амперметрдің көрсетуі бойынша өлшенетін токтың мәнін
анықтауға болатындығы көрініп тұр. Әдетте, амперметрлердің шкаласы оған
жалғанатын шунттың кедергісі ескеріле отырып өлшемделеді.
Айнымалы ток тізбектерінде аз мөлшерлі токтар амперметрді тікелей қосу, ал
үлкен ток өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшенеді (13-сурет).
Токтық трансформаторларды пайдаланған кезде өлшенетін ток:
(44)
мұндағы к1 - токтық трансформатордың трансформация коэффициенті; Ia -
амперметрдің көрсетуі.
13-сурет. Бір фазалы (а) және үш фазалы (б) өзгермелі ток тізбектерінде ток
кушін өлшеу сұлбалары
Әдетте, амперметрлердің шкаласы токтык трансформатордың трансформация
коэффициенті ескеріле отырып өлшемделеді.
Үш фазалы тізбекте желілік токтарды өлшеу үшін екі токтық
трансформатор жеткілікті (11.13, б-сурет) өйткені үш фазалы тізбекте:
Ендеше желілік токтар:
мұндағы Ia , Іb , Іс - амперметрдің көрсетуі.
Бұл жерде бір ескеретін жайт желілік токтарды келтірілген әдіспен
өлшеу үшін қолданылатын токтық трансформаторлар бір типтес болуы керек.
Егер бұл шарт орындалмаса, онда өлшеу нәтижесінде қосымша кателіктер пайда
болады.
Фазалық токтарды өлшеу үшін, әдетте, үш токтық трансформатор
қолданылады.
Амперметрлер тізбек элементіне тіркес жалғанатындықтан, оларда
кернеудің түсуі элементтің кернеуінe әсер етпейтіндей болуы керек. Осы
себепті амперметрлердің, шунттардың, токтық трансформаторлардың кірмелік
орамаларының кедергілерін өте аз етіп жасайды. Сондықтан амперметрлерді
параллель жалғамайтынын, ал кездейсоқ параллель жалғанса, оның тізбекті
қысқа тұйықтайтынын ескерген жөн.
1.10. Кернеуді өлшеу
Кернеуді өлшеу үшін тұрақты ток тізбектерінде, әдетте,
магнитэлектрлік, ал синусоидал ток тізбектерінде электрмагниттік,
электрдинамикалық, ферродинамикалық және термоэлектрлік вольтметрлер
қолданылады. Вольтметрлер кернеуі өлшенетін элементке немесе тізбектің
бөлігіне параллель жалғанады (14, а-сурет), яғни оларға өлшенетін кернеу
берілуі керек.
14-сурет. Тұрақты ток тізбегінде кернеулерді өлшеу сұлбалары:
а - вольтметрді тікелей жалғау;
б - вольтметрді қосымша кедергімен жалғау
Аз мөлшерлі кернеулер вольтметрлерді тікелей жалғау арқылы өлшенеді
де, ал үлкен кернеулер қосымша кедергінің көмегімен өлшенеді (14, б-сурет).
Қосымша кедергі ретінде вольтметрге тіркес жалғанатын резистордың кедергісі
пайдаланылады. Қосымша кедергі мен вольтметр арқылы бір ток жүретіндіктен
(45)
мұндағы U1, Uв - өлшенетін кернеу мен вольтметрдің кернеуі;
Rқ , Rв — қосымша кедергі мен вольтметрдің кедергісі.
Бұл теңдеуден өлшенетін кернеу
(46)
мұндағы кернеудің еселігі деп аталатын тұрақты шама:
(46) өрнегінсн өлшенетін кернеуді кернеудің еселігін пайдаланып,
вольтметрдің көрсетуі бойынша анықтауға болатындығы көрініп тұр. Әдетте,
вольтметрдің шкаласы оған жалғанатын қосымша кедергінің шамасы ескеріліп
өлшемделеді [3].
Бір фазалы (15-сурет) және үш фазалы (16-сурет) айнымалы ток тізбектерінде
кернеулерді олардың шамаларына қарай вольтметрлерді тікелей жалғaп немесе
кернеу өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшейді.
15-сурет. Бір фазалы айнымалы ток тізбегінде кернеулерді өлшеу сұлбасы
Үшфазалы тізбекте желілік кернеулерді өлшеу үшін екі кернеулік
трансформатор жалғаса жеткілікті (16 а-сурет), өйткені желілік кернеулерң
алгебралық қосындысы кез келген уақытта нөлге тең болатындықтан
өлшенетін желілік кернеу:
Фазалық кернеулерді өлшеу үшін үш өлшеуіштік трансформатор қолданылады
(16, б-сурет). Олардың кірмелік және шықпалық орамалары өзара жұлдызша
жалғанады.
16-сурет. Үш фазалы тізбекте желілік (а) және фазалық (б) кернеулерді өлшеу
сұлбалары
Кернеу өлшеуіштік трансформаторлар арқылы өлшенетін кернеу:
мұндағы кu - кернеулік трансформатордың трансформация коэффициенті;
Uв — вольтметрдің көрсетуі.
Әдетте, кернеу өлшеуіштік трансформаторлары арқылы жалғанатын
вольтметрлердің шкаласы трансформация коэффициенті ескеріліп өлшемделеді.
Вольтметрлер кернеуі өлшенетін элементке немесе тізбекке параллель
жалғанатындықтан, олармен жүретін ток тізбектің тогына әсер етпейтіндей аз
болуы керек. Осы себепті вольтметрдің ішкі кедергісі өте үлкен етіп
жасалады. Бұл вольтметрдің тұтынатын қуатына да әсер етеді: кедергісі өскен
сайын вольтметрдің тогы азаятындықтан, оның қуаты да азаяды.
1.11. Қуатты өлшсу
Тұрақты және өзгермелі ток тізбектерінде қуатты, әдетте,
электрдинамикалық ваттметрмен өлшейді. Ваттметрдің токтық орамасы онымен
қуаты өлшенетін элементтің тогы жүретіндей етіп тіркес жалғанады да,
кернеулік орамасы элементтің кернеуіне жалғанады. 11.17, а-суретте
келтірілген сұлба бойынша PW1 ваттметрдің токтық орамасымен тізбектің толық
тогы I өтіп жатыр да, кернеулік орамасы тізбектің толық кернеуіне U
қосылған. Сондықтан PW1 ваттметрі тізбектің толық қуатын көрсетеді. Ал PW2
ваттметрі тек қана R2 резисторының қуатын көрсетеді, өйткені оның токтық
орамасымен осы резистордың тогы I1 өтіп жатыр да, кернеулік орамасы осы
резистордың кернеуіне U2 қосылған.
17-сурет. Ваттметрдің тікелей (а) және өлшеуіштік трансформаторлар
арқылы (б) жалғану сұлбалары
Қуаты өлшенетін элементтің кернеуі мен тогының шамасына байланысты
ваттметрдің кернеулік және токтық орамаларының өлшеу аралықтары реттеліп
отырады. Сондықтан өлшенетін қуат:
(47)
мұндағы UH - кернеулік ораманың номинал кернеуі;
IH - токтық ораманың номинал тогы;
N- шкала бөліктерінің толық саны;
N’ – ваттметрдің тілі көрсеткен бөліктерінің саны.
Кернеуі және тогы үлкен айнымалы ток тізбектерінде ваттметрлер өлшеуіштік
трансформаторлар арқылы жалғанады (17, б-сурет). Бұл жағдайда өлшенетін
қуат:
N', (48)
мұндагы к1, кu ток және кернеу өлшеуіштік трансформаторлардың трансформация
коэффициенттері.
Кернеу мен токтың шартты оң бағыттары энергияның берілу бағытымен
бағыттас деп алынатындықтан, ваттметрдің кернеулік және токтық орамаларының
бастары кернеу көзі жағынан жалғануы керек. Сондықтан оларды көбіне өзара
қосып жалғайды. Әдетте, ваттметрлерде кернеулік және токтық орамалардың
бастары жұлдызшамен (*) белгіленеді, ал сұлбаларда нүкте қойылады.
Үш фазалы тізбектерде активті қуат бір, екі немесе үш ваттметрмен
өлшенеді.
Төрт сымды желіде активті қуат үш ваттметрмен өлшенеді: токтық
орамалар олармен желілік токтар жүретіндей етіп, ал кернеулік орамаларға
сәйкесті фазалық кернеулер берілетіндей етіп жалғанады (11.18 а-сурет).
18-сурет. Төрт сымды желіде бейсимметриялы (а) және симметриялы (б) электр
қабылдағыштардың қуатын өлшеу сұлбалары
Бұлайша жалғанган кезде әрбір ваттметр фазаның қуатын
көрсететіндіктен, желінің қуаты
+
мұндағы Pw1 ,Pw2, Pw3 -ваттметрлердің көрсетулері.
Егер электр қабылдағыш симметриялы болса, онда қуатты бір ваттметрмен
өлшеуге болады (18, б-сурет). Ваттметрмен желінің кез келген бір фазасының
қуаты өлшенеді де, көрсетуі үшке кобейтіледі
Үш фазалы желіде лездік қуат фазалардың лездік қуаттарының қосындысына
тең
+ (49)
Үш фазалы үш сымды тізбекте:
+
Бұдан В фазасының лездік тогы
=-()
Егер токтың осы мәнін (49) өрнегіне қойса, онда:
P=()
Фазалық кернеулердің айырымы желілік кернеуге тең болатындығы белгілі:
Кернеулердің мәндерін (51) өрнегіне қойса, лездік қуат:
P=(51)
Осы өрнек бойынша шамалардың лездік мәндерінен әрекеттік мәндеріне
көшсе, онда тізбектің активті қуаты:
(52)
Бұл өрнек үш сымды үш фазалы тізбектің қуатын екі ваттметрмен өлшеуге
болатындығын көрсетеді (19, а-сурет), ягни:
Жалпы алғанда, осы әдіспен үш сымды тізбекке екі ваттметр жалғаудың үш
түрлі нұскасы болады (19-сурет). Келтірілген сұлбалардың барлығында да
ваттметрлердің токтық орамалары олармен желілік токтар жүретіндей етіп
жалғанса, кернеулік орамалардың аяғы үшінші бос желімен жапғануы керек.
19-сурет. Үш сымды желіде активmi қуатты өлшеу сұлбалары
Үш фазалы тізбектерде реактивті қуат ваттметрлермен немесе әдейі
жасалған аспаптармен (ваттметрлермен) өлшенеді.
Реактивті қуатты ваттметрмен өлшеу үшін оны кернеуі мен тогының
фазалық ығысуы:
шартын қанағаттандыратындай етіп жалғау керек.
20-сурет. Симметриялы электр қабылдағыштың реактивті қуатын ваттметрмен
өлшеу сұлбасы (а) мен векторлық диаграммасы (б)
Мысалы, ваттметрдің 20-суретте келтірілген жалғану сұлбасы және
векторлық диаграммасы бойынша:
Бұл өрнектен үш фазалы тізбектерде реактивті қуатты ваттметрмен
өлшеуге болатындығы көрініп тұр. Ол үшін ваттметрдің токтық орамасын
желілік ток жүретіндей етіп жалғап, ал кернеулік орамасын осы токтан
- φ бұрышына қалып отыратын кернеуге жалғау керек. Бұл шарт үш сымды
да, төрт сымды да тізбектер үшін орынды.
1.12. Электр энергиясын өлшеу
Бір фазалы және үш фазалы тізбектерде активті және реактивті энергия
бір фазалы және үш фазалы индукциялық немесе электрондық санауыштармен
өлшенеді.
Индукциялық санауыштың құрылысы мен жұмыс істеу парқы жоғарыда
қарастырылған болатын (16-тақырыл).
(37) өрнегі бойынша:
(54)
Бұдан дискінің айналу ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz