1 Амперметрлерге шолу
Сандық амперметрдің әрекет ету принципі
жүктеу/скачать 414.5 Kb.
|
| Сандық амперметрдің әрекет ету принципі.Оның негізінде аналогты сигнал жатыр, бұл сигнал АСТ арқылы өтіп импульс болып, бұл импульстар кейін санға түрленіп электронды таблоға шығады.
Амперметр тізбекке сур.1 -де көрсетілгендей тізбектей қосылады. Сурет 1 - Амперметрдің тізбекке қосылуы Сурет 2 - Амперметрдің тізбекке трансформатр арқылы қосылуы Сурет 3 - Амперметрдің тізбекке шунт арқылы қосылуы Амперметр сияқты құрылғылардың пайдалану ауқымы өте кең. Мысалы, электр және жылу энергиясын өндіруге байланысты өнеркәсіптік кәсіпорындарда кеңінен қолданылады. Тіпті, әрбір физикалық лаборатория дәлдік өлшеу құралдары болуы керек. Құрылыс, ғылым және өнеркәсіп, автомобиль өнеркәсібі - барлық жерде ампермерлер кеңінен қолданылады. Кәдімгі автокөліктер әрдайым өз көліктерінің электрмен жабдықтау сипаттамаларын анықтау үшін осы құралға қол жеткізуге тырысады.[3] 1.1 Аналогты амперметрлер Бұл амперметрлер тұрақты магнит полюстерінің арасында ауысатын жіңішке сымды катушкадан тұратын магнитоэлектрлік жүйеге ие. Катушкадан ток өткен кезде сол өтетін токка пропорционалды шамасы бар айналдырушы моменттің әсерінен ол орнын ауыстырады. Катушканың айналымына айналдыру бұрышына пропорционалды серпімді моменті бар арнайы пружина кедергі келтіреді. Тепе теңдік кезінде бұл моменттер бір біріне тең, ал тілше өзі арқылы өтетін токқапропорционалды мәнді көрсетеді. Өлшеу шектерін өсіру үшін амперметрге параллель берілген шамасы белгілі бір формуламен есептелген шунттайтын резисторды жалғайды. Сурет 4 - Аналогтық амперметр Кез келген амперметр өлшеу кезінде тізбекке жалғануы керек, сондықтан өтетін токқа оның ішкі кедергісі минималды. Сондықтан, оның өлшеуіш нүктелерінің арасындағы кедергі өте кіші болуы керек. Аналогты амперметрдің артықшылықтары: оларға көрсеткіштерді көрсеті үшін жеке қорек қажет етілмейді, себебі олар өлшенетін тізбек тогын қолданады, олар ақпаратты шығаруда жеткілікті түрде ыңғайлы. Көп модельдерде өлшеу дәлдігін жоғарылату үшін корректировканын орнатылатын винті болады. Аналогты амперметрдің кемшіліктері: үлкен инерттілік, яғни тілшенің ауытқуы үшін қандай да бір уақыт қажет.[4] 1.2 Сандық амперметрлер Сандық амперметрлер аналогты-сандық түрлендіргіштен (АСТ) тұрады және ол өтетін токты сандық кодқа түрлендіріп, кейін ЖК-экранға шығарады. Сурет 5 - Сандық амперметр Сандық амперметрлер аналогты аспаптарға тән инерттіліктен айырылған, және нәтижені жіберу тек қана процессор жиілігінен тәуелді. Қымбат сандық аспаптарда ол 1000 дейін және бір секундтағы өлшеу нәтижелерінен жоғары көрсетуі мүмкін. Одан басқа, сандық аспаптар кіші өлшемдерде жасалынады, бұл заманауи техникада өте қиын. Бір кемшілігі – оларға автономды қорек көзі қажет, әдетте ол батарейка. Ғылыми-техникалық прогресс бір орында тұрмайды, сондықтан қазіргі кезеңде цифрлық ампермерлер ең танымал болып келеді. Біріншіден, мұндай құрылғы өте ықшам және жеңіл болады, бұл, әрине, оны қолдануды жеңілдетеді. Нәтижесінде механикалық қозғалатын бөліктері, ешқандай - бұл меңзер құралы дәл өлшеу нәтижелерін (күшті діріл немесе шайқау) көрсету емес, қандай жағдайда қолданылуы мүмкін. соғу үшін ең төменгі сезімталдық - сіз оны зақымдауы мүмкін басқа тетіктеріне құрылғыға жақын орналастырыңыз қорқады болуы мүмкін емес. Цифрлық амперметрдің тағы бір шексіз артықшылығы оны көлденең және тік күйінде пайдалану болып табылады. Осындай цифрлы амперметрлер панельдік есептегіштерді қамтиды. Бұл электрондық форматта берілген ақпарат оператордың болмаған, тіпті автоматты режимде құндылықтарды өзгерістер, қадағалауға мүмкіндік береді, сондай-ақ атап өткен жөн. Әрине, басты артықшылығы - дәлелдемелердің дәлдігі. пайыз тек бірнеше жүзден Кез келген өлшеу қате, қосқыш құрылғылар айырмашылығы, қате кейде бір пайызынан артық жетеді, ол. температура мен атмосфералық қысым әсері, сондай-ақ өлшеу погребе немесе сыртта, қажетті өлшеу алу ешқандай рөл атқарады. Осылайша, сандық ампермер осы типтегі басқа да өлшеу құрылғыларының арасында көшбасшы орынға ие деп айтуға болады 2 Аналогты сандық түрлендіргіштер Қазіргі уақытта көптеген АСТ түрлерінің арасында ең болашағы бар микроэлектроникалық орындаудағы сызықсыздар болып табылады. Олардың жіктемелеріндн бірнеше тәсілдер бар болады. Бір жағдайларда АСТ-ды АСТ шығыстық разрядтарында кодтарды анықтау процесін уақытпен бағдарлау бойынша жіктейді, басқасында – түрлендіру сұлбасындағы кері байланыс тізбектерінің бар болуы бойынша, үшіншіден- аналогтық-сандық түрлендіргіштер тәсілі бойынша және т.с.с. АСТ жіктемелері түрлендіру тәсілі бойынша АСТ жіктеу ақпараттылықпен қамтамасыз етеді. Бірақ және ол апаратураның күрделі элементтері тәрізді микроэлектронды АСТ толық сипаттауға мүмкіндік бермейді. Сондықтан қазіргі заманғы микроэлектронды АСТ кем дегенде екі белгімен бөлуге болады: түрлендіру түріне және функциялау ерекшеліктеріне байланысты. Тізбектей жалғанған АСТ кіріс сигналы сандық қатарларға бөлінеді, олар кейінннен саналады немесе бастапқы мәнмен салыстырылады. Кіріс сигналының түрленуіне байланысты тізбекті АСТ-ларды санау және салыстыру түрлендіргішіне бөледі. Тізбекті санау АСТ жинақтау және циклді түрлендіргіштерге бөледі. Жинақтау түрлендіргіштерінде кіріс сигналының өзгеру қосындысы жүреді.Өткен сигналдың мәні сан мәні ретінде сақтаушы құрылғыда сақталады, ал оның бірлік түрлену ретімен, түрлендіргіштің рұқсат етілген санына тең, ол бір санға өседі. Салыстырмалы жайлылығына және аз уақытты түрленуіне қарамастан мұндай АСТ кемшіліктері бар.Оның ең негізгісі- көп каналды жұмыс режимінде және бірлік жоғалу немесе айналу түрленуі кезінде системалық қатенің пайда болуы. Циклдік АСТ-да кіріс сигналы белгілі бір уақыт қиындысы аралығында (циклдің) өлшеу және қорытынды жасайды. Белгілі уақыт бөлігіндегі және жиілігіндегі циклді АСТ белгілі. Бірінші жағдайда кіріс сигналының уақыт бірлігі мен уақыт аралығындағы түрленуі сандықлы код арқылы жүреді. Бастау алатын импульс уақыт интервалының бастауын санайды және вентильді элементті ашады, ал ол арқылы санағышқа иппульсті генератордан импульс түседі. Санағышқа тіркелген импульстер саны шығыс сигналына тең болады. Бұл АСТ кешілігі, аз уақытты сигналдар кезінде әрбір элементтен түрлендіру кезінде қателіктер болады. Циклді АСТ аралықты жиілікті түрлендіргіштер кіріс сигналын қажетті жиілікті сигналға тізбектей түрлендіреді, ал содан кейін белгілі уақыт аралықта саналып, тік бұрышты сигналға түрленеді. Бұл кемшіліктер түрленудің дәлдігі пайдаланылатын айнымалы жиілікті генератордың сапасына, жұмыс жылдамдығына және санағыш жадының жад көлеміне байланысты. Циклді аралықсыз АСТ түрлендіргіші кернеудің түрлендірілуімен сипатталады-жиілік бір ырғақты интегралдау принципі бойынша сипатталады. Мұндай түрлендіргіштердің шығыс импульсінің қайталау жиілігі кіріс сигналына тура пропорционал. Мұндай түрлендіргіштің негізгі кемшілігі-түрлендірудің статикалық қателігі интегралданатын элементтің өлшемдеріне тәуелді. Интегралдайтын түрлендіргіштердің ең көп тарағаны, ол n-ырғақты және дискретті қайтарма байланысты циклді АСТ. n-ырғақты АСТ жұмысының негізі берілген уақыт аралығымен анықталатын, берілген төменгі және үздіксіз (айнымалы) жоғары шекті интералдау мәнімен анықталатын негізде болады. Екі ырғақты интегралдаушы циклді түрлендіргіштерді үш түрге бөлінеді: белгілі уақыт аралықта кіріс сигналын интегралдаушы, кіріс сигналының мәнін тез арада интегралдаушы, кіріс сигналын берілген мәнге дейін интегралдаушы. Дискретті кері байланысты интегралдаушы АСТ жұмыс ерекшелігі, ол бір уақытта кіріс сигналы мен генератордың импульстерін санауын түрлендіру циклі уақытында байланыстыру. Интегратор кірісінде арнайы құрылғымен басқарылатын қосу үрдісі немесе негіз токтары алып тастау, ол интегратордың шығыс кернеуін негіз санға теңейді. Санағыштағы импульстер саны кіріс сигналына пропорционал және уақыт бірлігімен анықталады, конденсатордағы зарядты интегратордағы негіз токтармен теңейді. Мұндай АСТ түрлену дәлдігі дрейфтың ырғықты жиілігіне байланысты емес, түрлену циклінің өзгерісі интегратордың динамикалық диапазонының өзгеруіне қатысты емес. Тізбектей түрлендіргіш салыстырулары кіріс және басты сигналдарды салыстырады; салыстыру сигналдардың теңдесуіне дейін жүреді, салыстырмалы АСТ-ды керіс байланыстағы тізбексіз (ЦОС) және барлық сызбаны қамтитын түрлендіргіш ЦОС. ЦОС-сыз АСТ салыстыру (конвейерді түрде) салыстыру санымен және күшейткіш 2n-ді күрделі сызбалардан тұрады , онда n — шығыс кодының разрядтар саны. Сигнал бірінші компаратордың кірісіне беріледі, ол шығыс кодының жоғары разрядына сәйкес. Сигналдар айырымы күшейткішке күшейкіш коэфициентімен түседі, ол 2 тең, кейін келесі компаратордың кірісіне барады. Солай түрлену қайталанады. Сәйкес разрядтағы салыстырудың шығыс кодының санына байланысты нөл немесе бір пайда болады. ЦОС-сыз түрлендіргіштердің кемшілігі, ол әрбір каскадты салыстырулардың күшейткіш коэфициентінің дәлдігіне жүйелі түрде байланысты. Артықшылығы, параллельді формада шығыс сигналын санап отыруы. ЦОС бар АСТ-лар өлшеу дәлдігі жоғарылығымен ерекшеленеді. Оларды разрядтың салмағын ескеретін және бірлік түрленетін жалпылаушы түрлерге бөледі. Разрядтың салмағын ескеретін түрлендіргіштердің ішінді тізбектей жақындатылған сандық-аналогты ЦОС-дағы түрлендіргіштер және санағыш-бақылаушы құрылғылар кең тараған. Кіріс сигналының негіз сигналмен салыстыруы жоғары разрядтағы шығыс кодымен байланысты. Қалған қалдық сигнал келесі негіз сигналмен салыстырылады. n-разрядты түрленудің n ырғақта түрленуі жоғары жылдамдықты жұмысты береді. Бұл АСТ кемшілігі, түрлену қателігі ЦОС-тағы САТ – тың қателігіне және салыстыру құрылғысының сезімталдығына байланысты. Бақылау типті түрлендіргіштер АСТ-ларды ЦОС-мен көрсетеді, оларда бірлік түрленулердің жалпыламасы жүреді, басқару есебінде реверсивті санағыштар пайдаланылады. Кіріс және негіз сигналдарын салыстыру нәтижесеінен АСТ-дағы ЦОС-тың кірісінде санағыш кодты өзгертеді. АСТ-ның екі режимде жұмыс істеуі мүмкін-циклдік және жинақтаушы. Ақырғысы тез жылдамдықты, бірақ көп көлемдегі санағыштарды керек етеді. Параллельді АСТ-лармен сәйкестігі, оларда түрленген сигнал бірнеше параллель жалғанған компараторларға бірдей өтеді. Сандық кодтарды алу үшін компараторлар шығысында параллельді шығысты кодтау құрылғы орнатылады. 3 Техникалық тапсырманы орындау Бұл курстық жобада қарастырылып отырған тұрақты тоқты өлшеуге арналған сандық амперметр келесі сипаттамаларға ие болады. Құрылатын амперметр 0 және +10 А диапазондағы айнымалы тоқты индикациялау үшін керек. Жалпы техникалық сипаттамалар 1-кестеде көрсетілген. Кесте –1 Сандық амперметрге қойылатын техникалық талаптар:
4 Сандық амперметрдің құрылымдық сұлбасын құру Сандық өлшеу аспаптарының жұмыс істеу принципі үздіксіз өлшенетін шамалардың дискретті және санды түрде ұсынылуына негізделген. Құрылымдық сұлбаны таңдау жобаланатын құрылғының техникалық мәліметтерімен анықталады. Цифрлық құрылғыларда аналогтық құрылғылардан айырмашылығы, аналогты-сандық түрлендіргіштер (AСТ) және сандық оқу құрылғылары (СОҚ) тізбектің міндетті элементтері болып табылады. Осындай құрылғылардағы өлшенген кернеу, ең алдымен, кірістік аналогтық түрлендіргіш (КАТ) арқылы келесі конверсиялауға ыңғайлы пішінге түрлендіріледі; содан кейін СОҚ көмегімен ол іріктеледі және кодталады; содан кейін басқару орталығында өлшенген мәннің сандық мәнін оқу орындалады.[5] Сандық амперметрдің қарапайым құрылымдық сұлбасы сурет 6-да келтірілген. МК
Индикатор (шығару құрылғысы) СТ U x Кіріс құрылғысы ОК Сурет 6 - Сандық амперметрдің құрылымдық сұлбасы Кез-келген сандық құрылғының негізі - ақпараттың іріктелуін, квантизациялануын және кодталуын жүзеге асыратын аналогты-сандықтүрлендіргіш болып табылады (АСТ). Аналогты-сандық түрлендіргіштер өлшенген аналогты мәнді автоматты түрде сандық код ретінде ұсынылған дискретті түрлендіруге арналған түрлендіргіштерді өлшейді. Сурет 6.1 – сандық амперметрдің функционалды схемасы 6.1 - суретте көрсетілген: Д – ток датчигі (шунт); У - операциялық масштабтау күшейткіші; MK - микроконтроллер; ЦИ - сандық индикатор - жеті сегменті жарық диодты индикаторы микросхемасы. Сандық амперметр ICL7107 аналогты санды түрлендіргіші негізінде құрылған. АСТ аналогты сигналды сандық кодпен ұсынылатын сандық сигналға түрлендіреді. Аналогты сандық түрлендіру үрдісі кез-келген сандық аспаптың негізін құрайды, сондай-ақ амперметрдің де. Сандық амперметрдің АСТ-де екілік-ондық кодты қолдану сандық кодтың қайтадан ондық кодқа ауысуын жеңілдетеді, ол сандық шығарушы құрылғымен беріледі.[6] Сандық шығарушы құрылғы өлшенетін шаманы тіркейді. АСТ типі бойынша сандық амперметр төрт негізгі топқа бөлінеді: код - импульстік; уақыт – импульстік; жиілік – импульстік; кеңістікті кодтау. Амперметрдің АСТ–і тұрақты тоқ сигналын сандық кодқа түрлендіреді, сондықтан да сандық амперметрлер негізінен тұрақты тоқ аспаптары болып табылады. Сандық өлшеу аспаптарында көрсеткіштер сан шығаратын құрылғыда дискреттік сандар түрінде көрсетіледі. 5 Принципиалды сұлбаны құру Осы курстық жобада қарастырылып отырған құрылғының принципиалды сұлбасы құрастырылған құрылымдық сұлбаға негізделе отырып құрастырылады. Қойылған тапсырмаларды орындау үшін тек техникалық талаптарға жауап беретін, сондай ақ даму болашағы және жаңартулар болатын элементтер базасын таңдау қажет (сандық амперметрдің принципиалды сұлбасы А1 форматының 1 парағында келтірілген). Сонымен қоса, элементтер базасы құрастырылатын құрылғының техникалық және функционалдық параметрлерінің талаптарына сай таңдалынып алынуы тиіс. Құрастырылатын құрылғы үшін басты компонент өлшенетін ток болып табылады. R12 шунтының диаметрі 1,5 мм болатын тұрақты немесе манганин сымынан жасалған және 0,01 ом тең. Сурет 7-де көрсетілген. Сурет 7 – ток датчигі (шунт) Кенеу тұрақтандырғышы (Сурет 8). Тұрмыстық желілерге жеткізілетін электр энергиясының сапасы стандарттар талаптарына сирек кездеседі. Бұл кернеудің ауытқуына және электр құрылғыларының жұмысына кері әсерін тигізетін көптеген кедергілерге алып келуі мүмкін және тіпті олардың істен шығуына әкелуі мүмкін. Кернеу тұрақтандырғышы бұл мәселені шешуге көмектеседі. ИМС К142ЕН12А-да құрылған DA1 кернеу тұрақтандырғышы (сандық амперметрдің принципиалды сұлбасы А1 форматының 1 парағында келтірілген) микроконтроллерді Еп = 5В кернеуімен және АСТ сілтеме кернеумен қамтамасыз етеді.[7] Кернеудің реттеуі СП5-16А типті R4 потенциометрмен жүзеге асырылады. Сурет 8 – кернеу стабилизаторы Операциялық күшейткіш (Сурет 9). жүктеу/скачать 414.5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|