КИП книга каз. 1 блім физикалы шамаларды лшеуді техника негіздері

• Название: 1 блім физикалы шамаларды лшеуді техника негіздері
• Анкор: КИП книга каз.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 6.26 Mb.
• Имя файла: КИП книга каз.doc
• Тип: Документы; #4370
• страница: 10 из 11

4.4 Жылуэлектрлік пирометрлер
Температураны өлшеу кезінде қыздырылған дененің сәулелік энергиясын қолданатын пирометрлер кең қолданылады. Мұндай пирометрлерге радиациялық, оптикалық және гүлдік пирометрлер жатады.

Радиациялық пирометры. Радиациялық пирометр құрылғысы 4.13-суретте көрсетілген.

Зерттелетін объекттің сәулеленуі платина қарайтуымен жабылған платина күлтесіне 3 дәнекерленген жылубатареяларының S жұмыс ұштарына диафрагма 2 арқылы объективпен шоғырланады (4.13, а-суретті қараңыз). Сәуленің жақсы жұтылуы ретінде оған түскен сәуленің 98...99%-ы күлтемен жұтылуын айтуға болады. Күлтесі бар жылубатареясы шыны қорапшаға орналастырылған. Экран 4 жылубатареясын механикалық зақымдаулардан және температурасы жұмыс жағдайларына байланысты өзгеретін телескоп қабырғаларыныңан таралған сәулеленуден қорғайды.


4.13-сурет. Радиациялық пирометр (а) және күлте (б)

1 — объектив; 2 — диафрагма; 3 —күлте; 4 — экран;

5 — қызыл шыны; 6-окуляр
Жоғары температураларды өлшегенде көзді қорғау үшін телескопты орнатқанда окуляр алдына қызыл шыны 5 қойылады. Нысанаға алу күлте өлшеу объектісінің бейнесімен толық жабылатындай алынады, сонда окулярда 6 қызылған беттің жарық жарқырауымен қоршалған күлте көрінеді (4.13, б). Дұрыс орнату үшін сәулелену көзі диаметрі мен сәуле шығарушыға дейінгі телескоптың қашықтығының қатынасы шамамен 1/15-ке тең болуы керек.

Күлтені жылытудың максимал температурасы 250 °С-қа тең болуы керек, себебі өте жоғары температурада қарауыт бірігеді және сұр түске айналады. Мұндай пирометрді өлшеу шегі 900... 1800 °С-ті құрайды.

Радиациялық пирометрлер келесі қателіктерге ие:

• сәулеленудің толық еместігінен болатын қателік, себебі пирометрлер әдетте абсолютті қара дене сәулеленуі бойынша бөліктенеді, сондықтан олардың көрсетікіші өлшеу объектісінің нақты мәнінен әрқашан аз болады. Соған сәйкес ради­ациялық пирометрлерді қолдану өлшеу объектісінің толық сәулелену қуаты абсолютті қара дененің толық сәулелену қуатынан үлкен айырмашылығы болмаған жағдайда мүмкін. Тесіктері мен терезелері үлкен емес жабық пештердің көпшілігі осы шартты қанағаттандырады;

• пирометр телескобы мен сәуле шығарушы арасындағы аралық ортада жұтылумен шартталған қателік. Бұл қателік үлкен шамаға жетуі мүмкін, егер әсіресе аралық ортадаға ауа ластанған болса (шаң, түтін, көмірқышқыл газы, т.б.). Қателік есептеуге келмейді;

• пирометр мен сәуле шығарушы арасындағы қашықтықтың өзгеруінен болатын қателік. Егер пирометр сәулелену көзіне өте жақын орналасса, диафрагма мен телескоп қабырғасының, сондай-ақ жылубатареясы терможұбының жұмыс ұштарының қызғанын көреміз, бұл пирометр көрсеткішін азайтады. Бұл кезде қателік сәулеленуші бет бейнесінің диаметрі үлкен болған сайын үлкен болады. Егер сәулеленуші беттің өлшемдері аз немесе телескоп пен сәуле шығарушы арасындағы қашықтық сәулелену бейнесі күлтені жаппайтындай қалыптыдан үлкен болса пирометр көрсеткіштері де төмендетіледі. Сондықтан пирометрді сәулеленуші беттен бейне пирометр бөліктенген кездегі диаметріне ие болатындай қашықтықта орналастыру қажет.

Терможұптың бос ұштарының жылу әсеріне өтеу үшін жылубатареясын температураның өсуімен ұлғаятын мыс кедергісімен шунттайды. Осыған сәйкес бос ұштарды қыздырғанда жылуЭҚК-нің азаюымен бір уақытта шунт арқылы өтетін ток күші азаяды, өлшеу құралы арқылы өтетін ток өзгермейді.

Гүлдік фотоэлектрлік пирометрлер. Бұл пирометрлер гүлдік температураны өлшейді. Қыздырылған қара дене барлық толқын ұзындығындағы сәулелерді шашады. Бұл кезде берілген температурада максимал сәулеленуге сәйкес λ_maxтолқын ұзындығы төмендегідей табылуы мүмкін
λ_maxT = const = 0,2884 (см · град).

Бұл өрнек температураны гүлдік пирометрлермен өлшеуге негізделген ығысу заңы деген атауға ие. Дененің абсолюттік температурасы Т сәулелену қарқынының максимумы анықталатын толқын ұзындығымен анықталады.

Температураны кәсіпорындық өлшеулерде пирометрлермен берілген дененің сәулелену қарқынын алдын ала таңдалған екі толқын ұзындығындағы сәулесіндегі қатынасын анықтау қабылданған. Бұл қатынас әр дене температурасы үшін

мұнда С₂ =1,432 см град- тұрақты; λ –сәулелену қарқыны жататын толқын ұзындығы, см; I_λ сәулелену қарқыны, ккал/(см² · см · ч).

       Гүлдік температураны өлшейтін пирометрлер ереже бойынша фотоэлементтермен қолданады. Осындай пирометрлердің бірінің жұмыс принципін қарастырайық (4.14-сурет).



4.14-сурет. Гүлдік фото­электрлік пирометр:

1 — линза; 2 — обтюратор; 3 — синхрондық электрлік двигатель; 4 — фотоэлемент; 5 —күшейткіш; 6 —түзеткіш түйін; 7 — коммутатор; 8 — логометр
Өлшеу объектісінен А сәулелену синхрондық электрлік двигательмен 3 айналатын обтюраторда 2 линзамен 1 фокусталады және фотоэлементпен 4 қабылданады.

         Обтюратор дисікіснде жартысы қызыл жарық сүзгiмен Сф_к, ал жартысы көк жарық сүзгімен Сф_с жабылатын тесіктер болады.

Сонымен, фотоэлементке біресе қызыл, біресе көк сәулелер түседі. Бірнеше тесіктердің болуы арқасында фототок обтюратордағы тесік санымен және оның айналу жылдамдығымен анықталатын жиілікпен модульденеді.

Модульденген ток фотоэлемент жүктемесінде күшейткішпен 5 күшейтіледі, содан соң фазасезімтал түзеткіш түйінмен 6 түзетіледі, коммутатор 7 көмегімен сигнал сәйкесінше қызыл және көк сәуле қарқындылығына бөлінеді және магниттіэлектрлік логометрмен 8 қабылданады. Коммутатор ретінде әдетте обтюратор дискісінің айналуына синхронды жұмыс істейтін магнитті электрлік полярланған реле қолданылады, яғни сонымен, логометрдің шеңберлерін ауыстырып қосу жарық сүзгінің ауысуымен бір уақытта жүреді. Сонда логометрдің бір шеңберінде қызыл сәуле қарқындылығымен, ал басқасында – көк сәуле қарқындылығымен шартталған ток өтеді.

Артықшылықтары: гүлдік пирометрлер екі толқын ұзындығындағы сәулеленуді өлшейтіндіктен қателік сәулеленудің толық еместігінен және сәуле шығарушы бетке дейінгі қашықтық көрсеткішіне тәуелсіздігінен азаяды. Фотоэлементтің тиісті жұмыс режимінде фотоэлектрлік гүлдік пирометрлер ± 1 %-ден жоғары емес қателікпен 2500°С-қа дейінгі температураны өлшеуге мүмкіндік береді.
Бақылау сұрақтары

1. 
   Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер құрылғысы және жұмыс принципін түсіндіріңіз.
   
2. 
   Иондаушы түрлендіргіштердің қолданылуы және қателіктер көзі.
   
3. 
   Индукциялық түрлендіргіштердің жұмыс принципі және құрылғысы қандай?
   
4. 
   Индукциялық түрлендіргіш қателіктерін және оларды азайту жолдары.
   
5. 
   жылуэлектрлік түрлендіргіштердің жұмыс принципі және құрылғысы.
   
6. 
   жылуэлектрлік түрлендіргіштердің қателіктерінің көздері және оларды азайту жолдары
   
7. 
   радиациялық пирометрлердің құрылғысы және жұмыс принципі.
   
8. 
   радиациялық пирометрлердің қателік көздері.
   
9. 
   гүлдік фотоэлектрлік пирометрлердің құрылғысы және жұмыс принципі
   

5 БӨЛІМ
ҚҰРАЛДАРДАҒЫ МИКРОПРОЦЕССОРЛАР
5.1 Программалалатын құралдар
«Программалалатын» деген термин алынатын сигналды өңдеу кезіндегі негізгі операцияларды оындау үшін қажетті микропроцессоры бар өлшеу жүйелерінде қолданылады. Жай құралдарда өлшеу жүйесі әрқайсысы сигнал турлендіргішке қосылған бірнеше датчиктерден тұрады. Оператор әр датчиктен көрсеткішті алады, кейін өлшенетін шаманың мәнін алу үшін оны өңдейді. Мысалы, температураны «құрғақ» және «ылғал» термометрмен өлшеу нәтижесінде оператор салыстырмалы ылғалдылықты есептейді. Басқа мысал: оператор бейсызықтығын ескеріп алынған деректерді түзетеді. Мысалы, жай құралдарды пайдаланып өлшенетін шаманы алу процесі арифметикалық өлшеу операцияларынан, калибрлік коэффициенттерді қолданудан, арнайы факторларды ескеріп нәтижелерді анықтаудан тұрады.. Оператор осы жағдайда өлшенетін шаманың мәнін алуға қажетті сигналдарды өңдеу жүйесінің элементі болып саналады. Микропроцессорлық жүйелер адамды сигналдарды өңдеу процесінен шығарып тастау жұмысын атқарады, себебі олар бір мезгілде бірнеше датчиктен көрсеткіштерлі алып, алынған шамаларлы өңдеп, оларды жүйенің шығысына бірден бере алмайды. Сонымен қатар, микропроцессорлық жүйелер тағы да мынадай жұмыстар атқара алады – мәліметтерді әр түрлі форматқа түрлендіру, нәтижелерді орташалау, максимал және минимал мәндерін табу, түрлі датчиктердің мәліметтерін өңдеу, жүйені басқару бойынша шешім қабылдау, т.б.

Жоғарыда айтылғандарды түсіндіру үшін тауарлық таразылардың сұлбасы көрсетілген, мұнда сезгіш элемент ретінде динамометрлік элемент алынған (3.4-шi сурет). Бұл таразылар алмалар немесе кез келген басқа тауарлардың кәрзеңкенiң бағасының анықтауы үшiн супермаркеттердегi бақылауда қолдана алады. Сатылған тауардың саны туралы мәлiмет қоймаға түседі, сонда мұндай керi байланыс көмегімен тауар санының барлауын өткізуге болады.



5.1-сурет. Микропроцессорлық тауарлық таразы

Осы таразыларды басқаратын микропроцессорлардың калибровкасында ішкі жүйесі бар. Калибрлеу деген команда берілгенде, динамометриялық элементке жүк жайғастырылады және оның салмағы анықталады. Алынған мән содан соң жүйе жадысында сақталған дәл салмақтың мәнiмен салысытырылады, және осы мәндер арасында айырмашылықтар болған жағдайда ол келесі өлшеуді түзетуде ескеріледі.

Тағы бір мысал 5.2-суретте көрсетілген. Мұнда температураны терможұп негізінде өлшейтін микропроцессор элементтері берілген. Себебі терможұп ЭҚК-і температураның сызықты функциясы болмағандықтан өлшенген температура мәнін алу үшін терможұп ЭҚК-ін градусқа айналдыратын арнайы кесте қолданылады. Бұл кестеде терможұптың суық дәнекерленген жері 0°С температурада орналасқан деп есептеледі. Егер бұл шарт орындалмаса, онда алынған мәліметтерді түзету қажет болады. Сондықтан бұл жүйеде микропроцессор өлшенетін температураны ыстық дәнекерленген жердегі жылуЭҚК-ніңөзгеруі бойынша зерттейді, ал суық дәнекерленген жер температурасын бақылау үшін жылу кедергісі қолданылады. Түрленгеннен кейін бұл сигналдар екі элементтен микропроцессорге түседі, онда ол өлшенетін шама мәндерін есептейді.


5.2-сурет. Микропроцессорлық температураны өлшеу жүйесі
Тағы бір мысал – ауаның салыстырмалы ылғалдылығын өлшеу. Мұнда температураны бір мезгілде құрғақ және ылғал термометрмен өлшеу өте маңызды. Егер алынған мәліметтер қолмен өңделсе, онда өлшеу аяқталған соң оператор салыстырмалы ылғалдылық мәні есептелетін екі сәйкес мәнді кестеден тауып алады. Салыстырмалы ылғалдылық мәнін бірден беретін құрал микропроцессорлық болуы тиіс. 5.3-суретте осындай құралдардың біреуі көрсетілген. Температура датчигі пьезоэлектрлік, мысалы, кварцтық болуы мүмкін, олардың жиілігі температураға тәуелді. Микропроцессор мұндай жүйеде стандарт кесте бойынша алынатын 2 сигнал алынады. Бейнеленетін құрылғыға екі температура және салыстырмалы ылғалдылық мәндері алынады.


5.3-сурет. Салыстырмалы ылғалдықты өлшемнiң микропроцессорлық жүйесi
5.2 Основные элементы микропроцессорных систем
Микропроцессорлық жүйенiң негiзгi элементтерi (5.4-сурет)- бұл (Цпу ) орталық процессорлық құрылым, (жад) есте сақтайтын құрал, кiрiс және шығыс интерфейстер.

Микропроцессор - арифметикалық және екiлiк мәлiметтермен логикалық операцияларының орындалуына жауапты орталық процессорлық құрылым, сонымен бiрге операциялардың барлық өлшеу жүйесiндегi орындалуын басқарады. Есте сақтайтын құралдардың екi түрi бар:

- (ТСҚ ) тұрақты есте сақтайтын құрал зауыттан жасалғанда жазылатын тұрақты мәліметтерді сақтау үшін арналған. ОПҚ ТЕҚ-нан мәліметтерді оқи алады, бірақ оған енгізе алмайды. ТЕҚ микропроцессордың операциялық жүйесін және стандартты программаларды сақтауға қолданылады.


5.4-сурет. Микропроцессорлық жүйе
- кез келген iрiктеумен есте сақтайтын құрал немесе (ОЗУ ) жедел есте сақтайтын құрал мәлiметтi уақытша сақтау үшiн қолданылады. Цпу ОЗУдан мәлiметтi тек оқи алмайды, жаңа мәлiметтерді сонда жаза да алады. Егер ОЗУлар қоректену үшiн резервтегi батарея болмаса, онда электрлік қорек көзі сөнген жағдайда мәлiметтер жоғалып кетеді.ОЗУ қолданбалы бағдарламаларды сақтайды.

Кiрiс және шығыс интерфейстер микропроцессордың сыртқы құрылымдармен келiсуi үшiн қолданылады. Бұл интерфейстерді белгiлу үшiн «кiрiс және шығыс порт» деген терминдер жиi қолданылады. Кiріс порт ЦПУ үшін екілік кодқа міндетті түрде түрлендіретін сыртқы құрылымдардан сигнал алады. Шығыс порт сыртқы құрылымға беру үшін Цпуден екiлiк мәлiметтерді алады.

Микропроцессорлық жүйенің негізгі элементтері шинаның көмегімен байланысады (5.5-сурет). Шина — платада жолдар жүргізетін немесе сандық сигналдар жіберілетін сымдар тобы.

Микропроцессорда үш негізгі шина бар. Мәліметтер шинасы микропроцессор мен жүйенің басқа элементтері арасындағы мәліметтерді беру үшін қолданылады. Мекен-жайлық шина мәліметтерді табуға немесе сақтауға болатын жады облысының мекен-жайын беру үшін арналған. Басқару шинасы микропроцессордан жүйенің басқа элементтеріне басқару сигналдарын беру үшін арналған.



5.5-сурет. Микропроцессор архитектурасы
Мәліметтерді шинамен беру параллель жіберу деп аталады. Мәліметтерді тізбектей жібергенде әр бит кезектесіп жалғыз сым арқылы беріледі. Ал параллель беруде, мысалы, қандай да бір кіріс сигналды білдіретін 0101 1011 екілік санды беру кезінде шинамен барлық сегіз разряд бір уақытта беріледі, және әр разряд өзінің жеке сымымен жүреді. Мәліметтер микропроцессорге түсе алатын кіріс сызықтар санымен мәліметтер шинасының разрядтылығы анықталады. Микропроцессорлер өз кезегінде өзінің ақпараттық каналының разряды бойынша бөлінеді, мысалы, сегізразрядты процессор бар. «Сөз» термині ақпарат бірлігін көрсететін разрядтар жиынтығын белгілеу үшін қолдаыналды. Сөз ұзындығы 4, 8, 16, 32 немесе 64 разрядты болуы мүмкін. Сөз ұзындығы қарапайым ақпарат бірлігінің санын – осы сөзбен берілетін екілік санды анықтайды. Мысалы, 4 разрядты сөз ұзындығында 2⁴ = 16-ке тең сандардың санын анықтауға болады; 8 разрядты сөз ұзындығында — 2⁸ = 256-ға тең сандар саны , ал 16 разрядты сөз ұзындығында - 2¹⁶ = 65536. жұмыс температуралық диапазоны 0...120⁰С температура датчигі бар деп алайық және 0.5°С дәлдікпен өлшеу жүргізу қажет. Ол үшін көрсетілген өлшеу аралығын 240 бөлікке бөлу қажет. Көрініп тұрғандай, кіріс сигналдың 240түрлі мәндерін көрсету үшін микропроцессор дәл сондай екілік сандарды беру мүмкіндігі болуы қажет. Сонымен, бұл жағдайда микропроцессор ең кемі сегізразрядты болуы мүмкін (2⁸ = 256 > 240).

5.3 Микропроцессор
Микропроцессордың негiзгi компоненттерi немесе (576 сурет) Цпу - бұл арифметика-логикалық құрылым, басқару құрылғысы және регистрлер. Регистрлер - бұл атқарылатын бағдарлама қолданатын мәлiмет сақтайтын жады облысы..

1. арифметика-логикалық құрылым (АЛҚ ) кіріс-шығыс порттары арқылы сыртқы құрылыммен мәліметтер алмастыра отырып жүйенің басқа элементтерiмен әрекеттеседi. Сондай-ақ АЛҚ жадыда сақталатын бағдарламардың командалар тобына сәйкес операциялар орындайды.

2. Жүйедегi барлық процесстер барлық командалар мен мәліметтер ағымының уақыт бойынша таралуына жауап беретін басқару құрылғысымен синхронизацияланады. Регистрлер саны және олардың түрi микропроцессордың түрiне байланысты өзгередi.

3. Негiзгi регистрлерге мыналар жатады: аккумулятор- АЛҚ-ға енгізілген мәліметтер уақытша сақталады, байрақтар регистрі- АЛҚ-ғы соңғы команданың орындалу нәтижесін көрсететін ақпарат сақталады, командалар есептеуіші – осының көмегімен микропроцессор бағдарламадағы орындалып жатқан команданың номерін бақылап отырады, стек нұсқағышы – белгілі бағдарлама орындалып болған соң қайтып келетін орынды есте сақтау үшін қажет команда есептегішінің мәні орналасады. Командалар регистрі және дешифратор мұнда қажетті түрге түрленеді. Микропроцессордың перифериялық құлығылырмен қосу үшін кіріс және шығыстарының арасында интерфейстер болуы қажет. Интерфейстер перифериялық құрылғылардын келетін сигналдар барлық кезде қанағаттандырмағандықтан қажет, перифериялық құрылғылардың кіріс сигналдарға қоятын талабы микропроцессордың шығыс сигналдарына, мысалы, сигналдар деңгейі немесе берілу жылдамдығына сәйкес келмейді.



5.6-сурет. Микропроцессордың негізгі элементтері
Микроконтроллерлер
Микроконтроллерлер – құрамында жадысы және кіріс/шығыс интерфейстері бар бір кристалдағы интергалданған сұлбалар. 5.7-шi суретте микроконтроллердің жалпы блок-схемасы көрсетiлген. әдетте микроконтроллерлер бірнеше кіріс-шіғіс порттардан тұрады, олардың кейбірі сигналдарды не қабылдау, не беру үшін бағдарламаланды. Кіріс порттардың біреуінің өзінің аналогтық-сандық түрлендіргіші болады, сондықтан оған аналогтық сигналдар тікелей қосыла алады. Порт каналдарының біреуі көбінесе сигналдарды қабылдау немесе беру үшін бағдарламаланады. Микроконтролер құрамына сондай-ақ таймерлер сияқты құрылғылар да кіреді.


5.7-сурет. Микроконтроллердің негізгі элементтері
Микропроцессорлар негiзiндегі құралдардың негiзгi элементтерi
5.8-шы суретте сандық термометрдiң негiзгi элементтерi көрсетiлген. Термометрдiң сезгiш элементi ретінде термотранзистор болып табылады, ол өлшенетін температураға пропорционал сигнал беретін шығыстағы сигнал түрлендіргішімен бірге бөлек корпуска орнатылған. (мысалы, LM35термотранзис­торы диапазоне -40...110°С диапазонда 10 мВ/°С сигнал береді). Бұл сигнал микроконтроллердің кіріс аналогтық портқа беріледі. Шығыс сигнал тізбектеп берілудің сызығымен декодтаушы құрылғыға беріледі.


5.8-сурет. сандық термометр
5.9-суретте типтік микропроцессорлық құралдың принциптік схемасы берілген. Басқару бағдарламасы жүйеге пернетақта арқылы енгізіледі немесе иілмелі дисктен оқылып, ОЕҚ-на жазылады. Жүйенің бағдарламалық қамтамасыз етілуіне бұл жүйе шешуі қажет түрлі бағдарламалар кіруі мүмкін. ТЕҚ-да (тұрақты есте сақтау құрылғысында) өзгертілмейтін құрал дайындауда есте сақтау құрылығысына жазылатын орнатушы мәліметтер және бағдарламалар сақталады.

Датчик пен түрлендіргіштің шығыс сигналы көбінесе аналогтық болады. Бағдарламаны қосқанда микропроцессор аналогтық-сандқ түрлендіргішке датчиктен аналогтық сигналды алып, оны сандық кодқа түрлендіруге тапсырма береді, яғни 8-разрядтық параллель сөзге, және оны мәліметтер шинасына орналастыруға. ЦПУ бұл мәліметтерді қабылдайды және оларды бағдарламаға сәйкес өңдейді. Осы әрекеттердің орындалу нәтижесі экранда көрінуі мүкін немесе әрі қарай есептеулер үшін ОЗУ-ға жазылады немесе ОЗУ-да сақталған мәнмен салыстырылады және осы салыстыру нәтижесі бойынша қандай да жаңа процесс жіберілуі мүмкін. Бұл әрекеттердің барлық тізбегі микропроцессордың келесі командасы берілгенде аналогтық сигналдың келесі мәнін алу үшін қайталанады.


5.9-сурет. Микропроцессорлық құрал