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: 4 из 11

2.3 Өлшеу құралдарының динамикалық қасиеттері
Уақыт бойынша айнымалы шамаларды (қысым, үдеу және т.б.) өлшеу түрлендіргіштерін таңдағанда түрлендіргіш жұмысының динамикалық режимімен байланысты және олардың инерциялық қасиеттерімен шартталған қателіктерді ұмытпау қажет. өлшеу түрлендіргішінің жалпы үлгісі 2.8-суретте көрсетілген.



2.8-сурет. Өлшеу түрлендіргішінің физикалық үогісі:

F(t)— сыртқы айнымалы күш; Р – демпфер (тыныштандырушы)

Сыртқы айнымалы күш F(t) серпімді элементпен (мысалы, Wсеріппен) қозғалмайтын денемен А байланысқан массаға m әсер етеді. Мұндай түрлендіргіште екі түрлі қателік болады: амплитудалық және фазалық.

Амплитудалық қателік. Егер m массасына F(t) айнымалы күш берілсе, онда ол әсер еткенде m массасының тербелісінің амплитудасы күштің бір рет әсер еткендегі амплитудасынан үлкен болады.

F(t) күш өзгеруінің синусоидалық заңы кезінде динамикалық режимде түрлендіргіштердің қозғалмалы бөлігінің қозғалыс теңдеуін зерттеу нәтижесінде Δ=f(λ) тәуелсіздігінің қисықтары алынды (2.9-сурет).

Мәжбүр тербелістердің амплитудалық қателігі – динамикалық режимде ең үлкен тербеліс амплитудасының (мәжбүр тербелістер) бірреттік күш әсерінен қозғалмалы бөліктің амплитудасына ауытқуы:

Қозғалмалы бөліктің синусоидалық тербелісі кезінде амплитуд­алық қателік

мұнда λ=ω/ω₀ — мәжбүр тербелістің бұрыштық жиілігінің қозғалмалы бөліктің өз тербелістері жиілігіне ω₀ қатынасы; β = Р/Р_кр— қозғалмалы бөліктің тынышталу дәрежесі; Р_кр- масса қозғалысының критикалық режимінде тынышталу ко­эффициенті, яғни ең кіші тынышталу уақытында.

2.9-суреттегі қисықтардан көрініп тұрғандай, β-ның аз мәндерінде λ= 1 кезінде максимал амплитудалық қателік орын алады, яғни (ω=ω₀) резонансы кезінде. Сондықтан динамикалық режимде жұмыс істейтін орын ауыстырулар мен күштер түрлендіргіші λ= ω/ω₀ көп кіші бірлікке ие болуы керек, яғни өлшенетін процесс жиілігінен ω үлкен өз жиілігі ω₀ болуы керек.


2.9-сурет. Түрлендіргіштердің амплитудалық қателігі
Егер түрлендіргіштің өз жиілігі ω₀ өлшенетін процесс жиілігнен ω кіші болса, онда бөлшек (mмассасы) F күшімен жанасуынан шығады және өлшеулер дұрыс болмайды. 2.9-суреттегі қисықтардан көрініп тұрғандай Δ амплитудалық қателігі қозғалмалы бөліктің тынышталлу дәрежесіне де тәуелді және β= 0,6...0,7 кезінде ең кіші мәнге ие.

Фаалық қателік.Түрлендіргіштердің фазалық қателігі қозғалмалы бөліктің мәжбүр тербелістерінің өлшенетін шама тербелістерінен кешігуімен өрнектеледі (2.10-сурет). Суреттен көрініп тұрғандай, β = 0,7 кезінде фазалық қателік өзгерісі λ-ден сызықты тәуелділікке, ал λ-ның кіші мәнінде кіші тәуелділікке ψ ие. Фазалық қателік төмендегідей анықталады

Сонымен, уақыт бойынша айнымалы механикалық шамаларды өлшеу кезінде үлкен амплитудалық және фазалық қателіктерді болдырмау үшін тербелістің өз жиіліктері мен өлшенетін процесс жиілігі қатынасын қамтамасыз ететін түрлендіргіш параметрлерін таңдап алу қажет, сондай-ақ қозғалмлы бөліктің тынышталуы β = 0,6...0,7 болу керек.


2.10-сурет. Түрлендіргіштердің фазалық қателігі
Түрлену жүйесінің қателіктері. өлшеу түрлендіргіштерінің тізбегінен тұратын құралдың негізгі қателігі екі құраушыдан құралады:

 • әр түйінге кіретін (мысалы, кедергі қиыстыру кедергісі, механизмнің қозғалмалы бөлігіндегі үйкеліс, түйін бөлшегін дайындауда мұқияттылықтың жетіспеушілігі) элементтер қателігімен шартталған аспаптық қателіктер;

• күшейткіш пен индикаторлардың жеткіліксіз сезімталдығынан болатын қателіктер.

Тізбек түйіндерінің әрбірі құралдың қорытынды негізгі қателігіне өз үлестерін қосады, тура түрлендіру кезінде барлық түйіндер жалпы қателікке тигізетін әсерінің дәрежесі бойынша бірдей болады. Сондықтан түрлендіру тізбегінде түйіндер санын азайтуға тырысады.

Электрлік емес шамаларлы өлшеу дәлдігі ескеруге міндетті қосымша факторларға да байланысты. Оларға кернеу, жиілік және кернеу көзі қисығы пішінінің өзгеруі, қоршаған орта температурасы, ылғалдылығы және вибрация жатады.

Қосымша факторлардың әсері әр түйіннің сол факторларға сезімталдығымен анықталады, яғни берілген түйіннің шығыс шамасының өзгеруінің қосымша фактор өзгеруіне қатынасымен анықталады.

Қосымша факторлар қосымша нөл қателігі құраушысы мен құрал сезімталдығы қателігін тудырады. Кернеу көзі өзгергенде барлық тізбек көпірлерінде сезімталдық қателігі пайда болады, күшейткіштерде сезімталдық өзгереді. Температура өзгергенде серпімді элементтердің қаттылығы, тұрақты магнит индукциясы, ферромагниттік материалдардың магниттік қасиеттері өзгереді. Сонымен қатар, құралдың сезімталдық және нөлдік қателігі схеманың жеке элементтерінің уақыт бойынша өзгеруі, схема элементтеріндегі шу, өнеркәсiптiк жиiлiктiң сiлтеулерi және т.б. салдарынан болуы мүмкін.

Қосымша қателіктерді азайту үшін кернеу мен қорек көзі жиілігін тұрақтандырады, осы қателіктерді түзетудің түрлі әдістерін қолданады, құрал элементтері параметрлері мен физикалық қасиеттерінің уақыт бойынша тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Сонымен қатар, бірнеше өзара түйіндерден тұратын күрделі өлшеу құралдарының қателігін саралау кезінде қателіктерді жүйелік және кездейсоқ деп шектеу әр кезде бола бермейді.

Мысалы, қорек көзі кернеуі тербелісінен болатын қателік жүйелік болып табылады, себебі әр ± 10 % кернеу көзінде құрал + 1 % сезімталдық өзгерісіне ие болуы мүмкін. Алайда корек көзінің тез өзгеруі хаотикалық түрде болады және осының әсерінен болатын қателік осы кернеудің бірмәндік функциясы болып табылғанымен болашақта кездейсоқ шама функциясына айналады. Бұл өлшеу құралдарының қателіктерін қосуды қиындатады. Сондықтан күрделі өлшеу құралдарының қателіктерін өлшеу және қосу әдісін таңдау кезінде қателіктерді жүйелік және кездейсоқ деп емес, олардың күшті немесе әлсіз өзара корреляциялық байланыстары бойынша бөлу қажет. Бір немес бірнеше түрлендіргіштер қателігі нәтижесінде өзара жақсы байланынсатындай бір себептен туса, онда бұл қателіктер бір заңмен таралады. Сондықтан осы топтардың әрбірінің ішінде қателіктер олардың таңбасы ескерілетіндей алгебралық түрде құралады.

Әр топтың әрбірінің қосындысынан алынған қорытынды қателіктер өзара күшті корреляциялық байланыспайды және тәуелсіз болып қарастырылуы және геометриялық түрде құрылуы қажет.
2.4 Өлшеу түрлендіргіштерінің жіктелуі
Түрлендіргіштер әдетте жұмыс принципі немесе практикалық қолданылуы бойынша жіктеледі.

Белгіленуі бойынша түрлендіргіштер алғашқы түрлендіргіштер (датчиктер), унифицирленген (бір ізге салынған) және аралық болып бөлінеді.

Алғашқы түрлендіргіштер өлшеу тізбегінде бірінші болып есептеледі және ол сезімтл элементтен (зонд, мембрана) және кіріс электрлік емес шаманы шығыс электрлік шамаға түрлендіретін басқа да барлық қажетті элементтерден тұрады. Датчик бір құралмаға жиналған бір немесе бірнеше өлшеу түрлендіргіштерінен тұрады. Датчикке өлшенетін электрлік емес шама (күш, қысым, деңгей, температура, т.б.) тікелей әсер етеді.

Унифицирленген түрлендіргіш датчиктен және сәйкесу схемасынан тұрады, өлшенетін физикалық шама энергия көзі көмегімен мөлшерленген шығыс шамаға түрленеді. Мөлшерленген тұрақты ток сигналдары 0 ...± 5 мА немесе 0 ...± 20 мА диапазонында жатады. Ығысқан нөлдік құрылғы үшін ток диапазоны тарылтылған: ±1...± 5 мА немесе ±4...±20мА.

Қажет болғанда ток сигналдары диапазонының шектері мына аралықта жатады: төменгі 0...5 мА, жоғарғы 25 мА. Мөлшерленген ток сигналдары бар құралдарда ішкі кедергісі 1 кОм-нан аспайтын түрлі өлшеу құралдары жіберіледі. Кернеу сигналдарының диапазондарының мөлшерленген мәндері О...±Ц 0...+10 В құрайды, өлшеу құралдарының ішкі кедергісі 1 кОм-нан аз болмауы керек. Шығыс шама ретінде жиілік алынғанда ұсынылатын өзгеру диапазоны 5... 25 Гц-ті құрайды. Пневматикалық жүйелерде газ қысымы мөлшерленген. Ол 0,02. ..0,1 МПа аралығында жатуы керек. Аралық түрлендіргіш өлшеу түрлендіргішінен сигнал алады да түрленуден кейін осы сигналды келесі түрлендіргішке береді.

Кіріс шаманың түрлену сипатына қарай өлшеу түрлендіргіштері сызықтық және бейсызық болып бөлінеді. Сызықтық түрлендіргіштерде кіріс және шығыс шамалар арасындағы функционалдық тәуелділік сызықтық; ал бейсызықта – сызықтық емес.

Жұмыс принциптері бойынша датчиктер генераторлық және параметрлік болып бөлінеді. Генераторлық датчиктердің шығыс сигналы ЭҚК, кернеу, ток немесе өлшенетін шамамен, мысалы терможұп ЭҚКмен функционалды байланысты электр заряды саналады. Параметрлік датчиктерде өлшенетін шама оған пропорционал электр тізбегі {R, L, С) параметрінің, мысалы реостаттық датчик кедергімінің өзгеруін тудырады. Генераторлыққа: индукциялық, пьезоэлектрлік, термоэлектрлік және кейбір электрохимиялық датчиктер жатады. Қалған датчиктер параметрлік болып есептеледі.

Жұмыс принципі бойынша оларды төмендегідей бөлуге болады:

резистивтік, мұнда өлшенетін шама оның кедергісінің өзгерісіне түрленеді;

электромагниттік, мұнда өлшенетін шама индуктивтвілік немесе өзара индуктивтілік өзгерісіне түрленеді;

сыйымдылықтық, өлшенетін шама сыйымдылық өзгерісіне түрленеді;

пьезоэлектрлік, динамикалық күш электр зарядына түрленеді;

гальваномагниттік, Холл эффектісіне негізделген және магниттік өрісті ЭҚК-не түрлендіреді;

жылулық, өлшенетін температура ЭҚК-не немесе термоседергі шамасына түрленеді;

  оптоэлектрондық, оптикалық сигналдар электрлікке түрленеді.

Датчиктер үшін негізгі сипаттамалар: түр, өзшенетін шама ди­апазоны, жұмы температурасы диапазоны және осы диапазондағы қателік, жалпыланған кіріс және шығыс кедергі, жиіліктік сипаттамалар.

Датчиктердің қолданылу облысы әртүрлі. Жаңа дайындау технолгиялары (жоғаывакумдық тозаңдату, химиялық тұндыру фотолитография, т.б.) және жаңа материалдардың арқасында олардың қолданылу сферасы үздіксіз кеңейіп жатыр. Солардың кейбірін қарастырайық.

Өнеркәсіптік техникада стандарт датчиктер шығынды, көлемді, қысымды, температураны, деңгейді, химиялық құрамды өлшеуге қолданылады.

Стандарт датчиктердің ішінде жаңа типті түрлері кең қолданысқа ие, мысалы:

• күй, орын ауыстыру және бейнелеу датчиктері;

• оптикалық және талшықты-оптикалық датчиктер;

• биодатчиктер (биотехнология);

• көпкоординаттық датчиктер (бейнені танып білу).

кесте 2

Датчиктердің қолданылу облысы

Түрлендіргіш түрі	қолданылуы
	Қысым (күш)	ығысу	күй	жылдамдық	үдеу	Виб- ра­ция	Тем­пера –тура	Магниттік ағым	Оптикалық өлшеу
Тензодатчик	•	•	•	•	•	•
Потенциометрлік	•	•	•	•	•
Сызықтық дифферен­циалдық трансформатор	•	•	•	•	•
Айнымалы индуктивтілік		•	•	•	•	•
Холл эффектісі		•	•					•
Құйын тәрізді ток		•	•	•
Магнито-резистивтік		•	•					•
Сыйымдылықтық датчик	•	•	•		•	•
Пьезоэлектрлік*	•	•		•	•	•
Кедергі термометрі							•
Термистор							•
Терможұп*							•
Фотоэлемент									•
Фотокедергі									•
Фотогальва­никалық элемент*									•

*Автогенерацияланатын, немесе белсенді құралдар.
Қазіргі заманғы өндіріс үшін интерактивті режимдегі датчиктер қолданысқа алынған, яғни өлшеу нәтижелері процесті реттеуге бірден қолданылады. Осыған байланысты кез келген уақытта технологиялық процесті түзету қамтамасыз етіледі. Кәсіпорындық қолданыста анықтаушы фактор болып процесті реттеу кезінде 1... 2 %-дан аспайтын, ал бақылау үшін — 2 ...3 %-дан аспайтын қателіктер саналады.

Күрделі ақпараттық жүйе болып саналатын роботтытехникада робот ақпаратты алуды, өңдеуді және түрлендіруді қамтамасыз етеді. Датчиктер арқылы ақпарат алынғанда роботқа ең алдымен «көру» және «сезу» қабілеті керек, яғни оптикалық және көпкоординаттық датчиктерді қолдану.

Автокөлік электроникасы үшін датчиктерді дайындау кезінде жеке көлік жүйелері (рульдік басқару, тежегіш, двигатель, кузов электроникасы) үшін минимал өлшемді датчиктердің үнемді дайындалуын, қауіпсіздік пен сенімділікті (блоктау жүйесі, ұрлаудан қорғағыш жүйе), ақпараттық жүйе (отын шығыны, температура, қозғалыс маршруты, т.б.) қамтамасыз ететін жаңа технологиялар қолданылады. Осы датчиктер көмегімен түрлі физикалық шамалар – температура, қысым, айналу жылдамдығы, үдеу, ылғалдылық, орын ауыстыру немесе бұрыш, шығын және т.б. өлшенеді. Бұл датчиктерге қоршаған орта әсеріне байланысты қойылатын талаптар өте жоғары. 2-кестеде кейбір датчиктердің қолданылу облыстары келтірілген.