Аналогты өлшеу техникасы

I_2ном – екінші номинальдық ток (1, 2, 5А).

а)

3.11 Сурет – Бірорамдық өлшеуіш ТТ:

а) құралу принципі: 1 – электр желісі, бірінші орама; 2 – оқшаулатқыш; 3 – өзекше; 4 – екінші орама

б) қосу сұлбасы: Л₁, Л₂ – бірінші қысқыштар; И1, И2 – екінші қысқыштар; РА – жұмысшы амперметр

ТТның қателіктері нормаланғандықтан оларды өлшеуіш трансформаторлар деп атайды:

а) токтық қателігі ₁ = (I₂K_тн – I₁) I₁100% ;                                    (3.16)

ә) бұрыштық қателік Ө₁ (3.12 сурет), (рад; град).

 

3.12 Сурет – Бұрыштық қателік

Номинальдық жүктеме деп екінші тізбектегі барлық кедергіні айтады, онда сosθ = 0,8 болу керек.

Дәлдік класс жүктеменің шамасы 25 тен 100%  дейін өзгергенде рұқсат етілген қатенің пайызын көрсетеді (3.1 кесте).

3.1 кесте – Тоқтық трансформатордың рұқсат етілген қателіктері

Токтық қателіктер кей кезде қисық сызықтар түрде беріледі (3.13 сурет).

3.13 Сурет – Нормаланған токтық қателіктердің шектері

мұндағы 1-1¹ – класс 0,2; 2-2¹ –класс 0,5; 3-3¹ – класс 1.

Токтық трансформаторға өлшеуіш аспаптарды бірінен кейін бірін қосуға болады, бірақ бұл кезде екінші орамдағы токтың шамасы көп өзгермеу керек. Қосқан өлшеуіш аспаптың саны көп болуы мүмкін, бірақ олардың қосынды жүктемесі завод көрсеткен трансформатордың номиналдық жүктемесінен артпау керек.

Токтық трансформатордың жүктемесі деп оның екінші орамасына қосылған барлық кедергілердің қосындысын айтады. Оған токты алып келетін сымдардыңда кедергілері кіреді. Трансформатордың жүктемесі Ом арқылы көрсетіледі және қуаттың коэффициенті де беріледі. Сүйтіп токтың трансформаторға қосылған аспаптардың жалпы кедергісі оның номиналдық жүктемесінен аспау керек. Егер бірінші орамада токтың күші өзгермесе, екінші орамада да токтың күші онша өзгермейді. Бұл кезде басты қателіктің шамасы дәлдік кластың шамасынан аспауы керек. Бұл жағдай тек қана токтық  трансформатордың қысқа тұйықталу режимде істегенде ғана болады. Трансформатор бұл режимде істегенде бірінші орамдағы токтың күшінен пайда болған өзекшедегі магнит өрісі қарама-қарсы бағытталған екінші орамдағы токтан пайда болған магнит өрісі мен тепе-тең. Тек қана аз шамалы магнит өрістерінің айырмашылығы қалады, бірақ оның шамасы екінші магнит өрістен ең болмағанда 100 есе аз. Өзекшенің көлемі осы магнит өрістерінің айырмашылығына сәйкес алынады.

Егер трансформатордың екінші орамының ұштары еш нәрсеге қосылмай ашық  болса, бірінші токтан пайда болған барлық магниттік өріс өзекшені жүктемелейді. Сондықтан өзекше қатты қызады, трансформатор жұмыстан шығып қалуы мүмкін. Трансформатордың екінші орамасында трансформациялық коэффицентке сәйкес өмірге қауіпті жоғары кернеу пайда болады. Сондықтан өлшеуіш аспаптар тіркелген тізбекті тек қана 2 жағдайда ажыратуға болады, олар: қашан трансформатордың екінші орамасы қысқа тұйықталған, не трансформатордың бірінші орамында ток жоқ. Осы себептен трансформатордың екінші орамына сақтандырғыш қойылмайды.

Кернеуді өлшеуіш трансформаторлар (КТ) бір болат өзекшеге оралған 2 орамадан тұрады, олар бір-бірінен және өзекшеден жақсы оқшаулатылған. Бірінші ораманың қыспақтарын А, Х деп, ал екінші ораманың қыспақтарын а,х деп белгілейді (3.14 сурет).

санағыштардың параллелдік

орамаларына

3.14 Сурет – Кернеулік трансформаторды қосу сұлбасы

КТ трансформациялық коэффициенті мынаған тең:

К_кн = U_1н/ U_2н = W/₁ W₂.                                              (3.17)

мұндағы W₁, W₂ – бірінші және екінші орамалардағы орамның саны. Стандарт бойынша трансформатордың К_кн мәні бірінші орамада номиналдық кернеу болған кезде екінші орамада 100 В болуын қамтамасыз ету керек.

КТ метрологиялық сипаттамасы:

1.     Бірінші номиналдық кернеу U _1ном (0,4; 0,66; 1,0; 3,0; 6; 10; 15; 20; 35 кв).

2.     Екінші номиналдық кернеу U _2ном (100 не 100/ В).

3.     Номиналдық екінші қуат Cos = 0,8 кезінде S_2ном Вт.

4.     Дәлдік класы, К_дкн (0,2; 0,5; 1,0%).

Дәлдік класс 0,2 қуатты генераторларда және жүйеаралық электр берілісінде қолданатын есептеу санағыштардың кернеу трансформаторларына керек. Басқа қосылыстардағы есептеу санағыштар үшін 1 не 1,5 дәлдік кластардағы өлшеуіш аспаптар үшін кернеулік трансформаторлардың дәлдік класы 0,5 болу керек.

Дәлдік класс арқылы кернеуді өлшегендегі салыстырмалы қателік ( , %) және бұрыштық қателіктер (Ө_тн мин, град) табылады (3.2 кесте).

3.2 Кесте – КТ-ның рұқсат етілген қателіктердің шегі

Дәлдік класс,   н %	Р.е. қателіктердің шегі
	кернеулік %	бұрыштық, мин.
0,2 0,5	0,2 0,5	10 10

3 фазалық симметриялық электр желілерінде кернеуді өлшеу үшін 3 не 2 КТ қосылған сұлбалар қолданылады (3.15 сурет).

3.15 Сурет – 3 фазалы кернеулік трансформаторлар:

а) -3х3 нол;                                                       б) -2х3 нол

3.15а суретте көрсетілген жұлдыз-жұлдыз сұлбасымен қосылған 3 бірфазалық трансформаторлар 0,5-10 кв электр қондырғыларында оқшаулату мәнін өлшеу үшін қолданатын өлшеу аспаптарын, санағыштарды және вольметрді қоректендіру үшін қажет.

3.15б суретте көрсетілген ашық үшбұрыш сұлбасымен жиналған 2 бірфазалық трансформаторлар фазалардың аралығындағы кернеулерді өлшейтін аспаптарды, санағыштарды және релелерді қоректендіру үшін қолданады. Бұл 2 трансформатордан тұратын топтың қуаты толық үшбұрыш сұлбасымен жиналған 3 трансформатордың тобынан  есе аз. Сондықтан, ашық үшбұрыш сұлбасымен жиналған топты 3 фазалы қуаты

S =  U_н I_н =  S_н тең, ал толық үшбұрыш үшін қуат: S = 3 S_н тең.

3.16 суретте КТ қателіктерінің өлшеуіш құралдардың қуатына тәуелділігі келтірілген.

3.16 Сурет – КТ қателіктері

Кернеулік (γ_н) және бұрыштық (б_н) қателіктер: а, б – екінші орамадағы жүктемеден; в, г – қуаттың коэффициентінен

3.3 кесте – КТ параметрлері

мұнда ₁, _U – ТТ және КТ токтық және кернеулік қателіктері;

_I, _U -амперметр мен вольтметрдің дәлдік кластары;

I_H, U_H – амперметр мен вольтметрдің номиналдық мәндері;

I, U – амперметр мен вольтметрдің көрсету мәні.

Мысал. Электр желісіндегі ток трансформация коэффициенті 10 тең токтық трансформатормен өлшенген. Қолданылған амперметрдің дәлдік класы 0.5. Электр желісіндегі токты және өлшеу қателігін табу керек, егер амперметр 2,5 А көрсетсе, оның номиналдық тоғы 7,5 А тең.

Желідегі ток I_ж = IK_тн = 2,5*10 = 25A.

Өлшеудің салыстырмалы қателігі

Абсолюттік қате

Өлшеудің нәтижесі I_ж = (25 ± 0,5) A.

3.4 Жоғары жиіліктегі ток пен кернеуді өлшеу

Кіріс кернеудің табалдырықтық мәні 0.5 В болса ортатүзеткіштік жүйедегі аспаптардың сызықты емес өлшеу қателіктері 2% деңгейден аспайды. Егер кремнийден жасалған диодтарды қолдансақ онда да өлшейтін жиілік ауқым 40 кГц-ке дейін ғана болады. Ал бұрынғы қаралған аспаптарды тек қана радиотехникалық тізбектердегі дыбыстық жиілікті, мысалы 20 кГц-ке дейін, өлшеуге қолдануға болады.

Жоғары жиіліктегі кернеуді не токты өлшеу үшін термотүрлендіргіші бар аспаптар қолданылады. Термотүрлендіргіш өлшенетін токтың күшімен қыздырғыштағы бөлінетін жылуды термопараның арқасында термо-Э.Қ.К.-не түрлендіреді. Термо-Э.Қ.К. термопара және ӨМ арқылы ток жүргізеді, оның шамасы өлшенетін токтың қыздырғышты қыздыру күшіне тікелей байланысты.

3.17 суретте термоаспаптың екі түрі көрсетілген. Бірінде термопараның дәнекер жапсары қыздырғышпен бірден түйіскен, екіншісіне термопара қыздырғыштан фарфордан не шыныдан жасалған түймешектер арқылы оқшаулатылған.

3.17 Сурет – Термоаспаптың құрылғысы: а – түйіскен; б – түйіспеген

Термоаспап қыздырғыштан, термопарадан және ӨМ тұрады. Қыздырғыш платинадан, константаннан и вольфрамнан жасалған сым, пластина не түтік түрінде болады. Ал термопара мыс-константан не платина платинародийдан жасалады.

Өлшенетін ток қыздырғыш арқылы өткен кезінде термопараның ыстықтық дәнекер жапсары онымен түйіскен жерінде жылулық пайда болады. Оның шамасы өлшенетін токтың квадратына ( ) тура пропорционалды болып келеді. Сонымен ӨМ тізбегіндегі ток тең

мұндағы Е_Т – Э.Қ.К.; R₀ – ӨМ ішкі кедергісі; R_Т – термопараның кедергісі; I – өлшенетін ток; К – түрлендіру коэффициенті. Сонда ӨМ-ның тілшігінің ауытқуы мынаған тең

мұндағы  – термоаспаптың сезімталдығы. Шкаланың теңдеуі (3.21) аспаптың көрсету мәні токтың әрекеттік мәніне пропорционал екендігін дәлелдейді. 3.18 суретте термоаспаптың өлшеуіш сұлбасы келтірілген.

3.18 Сурет – Термоэлектрлік миллиамперметрдің сұлбасы

Резистор R_П1 термотүрлендіргіштің кедергісін, ал резистор R_П2 ӨМ-ның ішкі кедергісін икемдетуге қолданады. Сыртқы ортаның температурасының өзгеруі параллелдік тізбек құратын мәні аз кедергі R_М (мыс сым) мен терморезистор ТК арқылы қарымталанады.

Термотүрлендіргіштің түйіскен түрінде (3.17 а сурет) жоғары жиіліктегі өлшенетін токтың бір бөлшегі термопараның ыстықтық дәнекер жапсары арқылы және зыянды сыйымдылық аспап-жер арқылы шығындалады. Ал термотүрлендіргіштің түйіспеген түрінде термопараның ыстықтық дәнекер жапсары мен қыздырғыш бір-бірінен оқшаулатылған, сондықтан мұнда жылыстау тоғы өте аз болады.

Термоэлектрлік вольтметрдің жұмыс істейтін жиілік ауқымы оншақты герцтен оншақты мегагерцтің (30-40 МГц) арасында жатады. Зыянды сыйымдылық (аспан-жер) арқылы өтетін жылыстау тоғының әсерін төмендету үшін миллиамперметрді сұлбаның жерленген нүктесіне жақын орналастырады.

Барлық термотүрлендіргіштердің бір кемшілігі олардың асқын жүктемелігі аздығы. Себебі жүктеме өскен сайын қыздырғыштың температурасы токтың квадратына пропорционалды өсе бастайды. Бұл жағдай қыздырғыштың балқып кетуіне әкеп соғады.

Өзінің тұрақтылық қасиетімен басқалардан өзгеше болып түтікше қыздырғышы бар түйіспеген термотүрлендіргіш саналады. Оның сыртқы түрі 3.19 суретте көрсетілген.

3.19 Сурет – Ауалық термотүрлендіргіштің құрылысы

Термоэлектрлік вольтметрлердің шкаласы квадраттық және өлшейтін кернеудің әрекеттік мәніне градуирленген. Бұл вольтметрдің ең жоғары дәлдік класы 1.0 болады. Термовольтметрлер көбінесе әртүрлі формалы кернеулердің әрекеттік мәнін өлшегенде қолданылады, себебі олардың көрсеткіштері кернеудің формасына байланысты емес.

Сонымен қатар, олар дыбыстық не жоғары жиілікте басқа жүйедегі вольтметрлерді градуирлеуге де қолданылады.

Өнеркәсіп кернеу мен токты өлшеу үшін түрлі-түрлі термоэлектрлік аспаптар шығарады. Олардың түрлері Т131, ....Т133. Т131 аспаптың кернеуді өлшейтін ауқымы 75-1500 мВ, жиілігі 20 Гц-1 мГц, пайдаланатын тоғы 0.1 мА. Т133 аспап 100-1000 мкА ауқымда токты өлшейді, жұмыс істеу жиілік ауқымы 20 Гц-0.5 МГц.

Термоэлектрлік аспаптардың өлшеу шегін кеңейту үшін жоғары жиіліктік токтық трансформаторлар (ТТ) қолданылады (3.20 сурет).

3.20 Сурет – Токтық трансформаторды ӨМ өлшеу тізбегіне қосу сұлбасы

Өзара индуктивтіктен екінші орамада Э.Қ.К. пайда болады, ол тең

мұндағы I – бірінші орамадағы өлшенетін ток,

 – токтың айналма жиілігі,

М – екі орамалардың өзара индуктивтігі.

Екінші орамадағы ток, немесе қыздырғыш арқылы өтетін ток тең

,                                    (3.23)

мұндағы R₂ – екінші орама мен қыздырғыштың кедергілерінің жалпы қосындысы, L₂ – екінші орамның индуктивтігі.

Трансформациялау коэффициенті тең

.                                      (3.24)

Бұл коэффициент жиіліктің мәніне тәуелсіз болады, егер:

1.  ,                                                                                  (3.25)

мұндағы  токты өлшеген кездегі ең төменгі жиілік;

2.  ,                                                                                      (3.26)

Мұндағы  – ең жоғарғы жиілік,  – екінші орамның өзіндік резонанстық жиілігі;

3. егер екі орамның арасында сыйымдылық байланыс болмаса.         

Егер (3.25) жағдай орындалса

сонда практикалық жүзде  болғанында жеткілікті. Сонымен токты өлшеуге болатын ең төменгі жиілікті табамыз

Екінші орамның өзіндік резонанстық жиілігі тең

мұндағы C_L2 – екінші орамның өзіндік сыйымдылығы.

Сонымен (3.26) қолдана отырып және жиіліктік қателікті 4% тен астырмай, ең жоғары жиілікті табамыз

 немесе .

Өлшенетін токтың мәні термоаспаптың көрсеткен мәнін трансформациялау коэффициентіне (n) көбейтумен табылады.

Сөздік

Өлшеудің жанама, нөлдік және салыстырмалы әдістері – методы косвенного, нулевого и сравнительного измерения.

Даралық және қоскөпірлік сұлбалары – схемы одинарного и двойного мостов.

Айнымалы токтың өлшеуіш көпірлік сұлбалары – схемы измерительных мостов для переменного тока.

Сыйымдылықты, индуктивті және шығындық бұрышты өлшеу – измерение емкости, индуктивности и угла потери (шығындану коэффициенті).

Көпір сұлбасының тепе-теңдік теңдеуі – уравнение равновесия мостовой схемы.

Электрлік түрлендіргіштер – электрические преобразователи.

Бірполярлық түзетілген кернеу – однополярное выпрямленное напряжение.

Ортатүзетілген мән – средневыпрямленное значение.

Номиналдық жүктеме – номинальная нагрузка.

Термотүрлендіргіштер мен термоаспаптар – термопреобразователи и термоприборы.

Термопараның ыстықтық дәнекер жапсары – горячий спай термопары.

Қыздырғыштағы бөлінетін жылу – тепловыделяемое нагревателем.

Сыртқы ортаның температурасы қырымталады – компенсируертся температура внешней среды.

Өздік индуктивтік және сыйымдылық – собственная индуктивность и емкость.

Жылыстау тоғы – ток утечки.

4 Электрлік тізбектердегі элементтердің параметрлерін өлшеу

4.1 Электрлік кедергіні өлшеу

Электрлік кедергіні өлшеудің көп тараған бір түрі – тұрақты токтың кедергісін өлшеу. Ары қарай «кедергіні өлшеу» терминін қолданамыз. І_С жүзінде өлшейтін кедергінің шамасы Омның өте майда бөлшектерінен бастап ондаған тераОм болуы мүмкін. Кедергіні өлшеуде пайдаланатын әдістер: 1. Бірден санақты қосалқы әдістері; 2. Нольдік санақты салыстырмалы әдістер. Осы өлшеу әдістеріне байланысты өлшеуіш аспаптар тізбекті не параллелді омметрлер деп аталады.

Шамасы жоғары кедергілерді өлшегенде олар өлшеуіш механизммен және кернеудің көзімен бір тізбекке қосылады. Екі қыспақ ашық тұрған кезде (R_x) ток жүрмейді сондықтан өлшеуіш механизмнің көрсеткіші механикалық 0 де тұрады (4.1 сурет).

 

4.1 Сурет –Тізбектеп қосылған кедергіні өлшеуіш

Өлшеуіш механизм кедергінің шамасымен белгіленеді. Өлшеу кезінде өлшенетін объект R(x) ішкі кедергісі R_n өлшеуіш механизм мен кернеу көзімен бір тізбекке қосылады. Сондағы токтың шамасы

I_AX = E/(R_X + R_n + R_Д)                                        (4.1)

мұнда Е – кернеу көзінің кернеуі; R_n – өлшеуіш аспаптың ішкі кедергісі; – қосымша кедергі.

Егер екі қыспақ жабық болса (R_X = 0) ток аспаптың номиналдық тоғына тең I_A =I_Н

I_A = I_Н = E /( R_n + ).                                       (4.2)

Өлшеуіш аспаптың көрсеткен тоғының өлшенген кедергінің мәніне сәйкестігі осы (4.1)  және (4.2) формулалар арқылы есептелінеді екі токтың қатынасы

            (4.3)

мұндағы R_O – омметрдің ішкі кедергісі, _х – өлшенетін кедергінің қатынасты мәні.

Егер R_X= R_O, онда _x = 1, ал  = ½ тең.

Бұл жағдайда аспаптың тілшігі шкаланың жарым ортасын көрсетеді. Шкаланың өлшеу ауқымын -ны R_o, 2R_o, 3R_o … деп, алып өзгертуге болады. Кедергіні бір тізбектеп өлшеуіш құралмалы аспаптарда қолданады. Бұлардың өлшеу ауқымы 10 Омнан 1 мОмға дейін болады.

Шамасы аз кедергілерді өлшегенде параллель қосылған кедергі өлшеуіштер қолданады. 4.2 суретте кедергі өлшеуіштің параллельдік қосылу сұлбасы көрсетілген.

 

4.2 Сурет – Кедергі өлшеуіштің параллельдік қосылу сұлбасы

Екі қыспақ ашық кезінде (R_X = ) өлшеуіш аспап арқылы максималдық ток жүреді I_A = I_М Егер екі қыспақ жабық болса (R_X = O) өлшеуіш механизмінің көрсеткіші механикалық нолде тұрады. Өлшейтін кедергіні қосқан кезде тізбектегі ток екіге бөлінеді, сондықтан өлшеуіш аспаптың корсеткіші төмендейді. Бұл жағдайда кедергі өлшеуіштің шкаласы кедергіні дұрыс көрсеткенімен, шкаланың барлық ауқымы біргелкі болмайды (нолдік көрсеткіш сол жақта).

Өлшеу ауқымы өлшеуіш аспаптың ішкі кедергісіне R_П байланысты болғандықтан, бұл кедергіні өзгерту үшін қосымша кедергіні R_Д параллель не тізбектей қосады. Бұл Омметрдің өлшеу ауқымы 10-150 Ом.

Олардың шкаласының біркелкі еместігінен, дәлдік кластары былай табылады.

r = L/L_Н*100                                         (4.4)

мұнда ΔL – миллиметр арқылы белгілеген Омметрдің шкаласының абсолюттік қателігі; L_Н – миллиметр арқылы берілген шкаланың шегі. Бұл миллиметрді Омға аудару үшін аспаптың сезімталдық қасиетін қолданады S (мм/Oм). Омметрдің дәлдік класы әдейі жасалған таңбаның үстінде көрсетіледі, мысалы; 1,5 не 4.

Қаралған Омметрлер әдейі тестерлерге арналған, олар тек қана кедергінің белгілі ауқымын өлшеуге жарайды. Дәлдік өлшеу кезінде тұрақты токты көпірлік сұлбаны қолданады. Жасауға оңай және өлшеуге жеңіл болып даралық көпірлік сұлбасы жатады, ол барлық белгілі өлшеуіш көпір сұлбаларының негізі болып саналады. Көпірлік сұлбада салыстыру әдісі қолданады. Салыстыру әдісі, нольдік әдіс, дифференциалдық өлшеу әдісі өлшеу кезінде өлшенетін шама мен белгілі мәннің шамасының айырмашылығы нолге тең болу керек. Салыстыру әдіс компенсаторларда, өлшеуіш көпірлік сұлбаларда не оның өзгертілген түрі «іздеуші салыстырмалы әдісі» деген атпен автоматтық аспаптарда қолданады.

4.3 суретте тепе-теңдік кезінде көпірлік сұлба көрсетілген, мұнда гальванометрдің қосылымында ток нольге тең (I=0), ал көпірлік сұлбаның иықтарындағы кедергі үшін мынандай қарым-қатынас заңды

R_X/R₂ = R₃/R₄.                                           (4.5)

Шынын айтқанда, гальванометр қосылымындағы ток нольге дейін төмендей алмайды, себебі гальванометр қанша сезімтал болсада, аз токты сезе алмайды. Сондықтан мынандай сұрақ туады: гальванометр Rx қанша шамаға өзгергенін сезе алады? Бұл гальванометрдің сезімталдығына байланысты.

R_X – өлшейтін кедергі; R₃ – өзгеретін үлгілі кедергі; R₃, R₄ – тұрақты үлгілі кедергілер; R₅ – гальванометрдің ішкі кедергісі, R_i – кернеудің көзінің ішкі кедергісі: E – кернеудің көзі

4.3 Сурет – Даралық көпір сұлбасы

Гальванометрдің өлшейтін ең кіші мәні болып

саналады.

Мұнда R_Х – кедергінің өлшейтін мәні; R_Х – осы кедергінің өзгеру шамасы.

Метрологияда бекітілген, бұл мән гальванометр арқылы өтетін токқа тең, егер ол гальванометрдің тілшігін бір бөлістің 1/10 үлесіне бұра алса

I_5min=C_i/10                                                 (4.7)

мұнда C₁ – бір бөліс (нольден не оң жақта, не сол жақта). 4.5 теңдеуден белгісіз кедергіні табуға болады

R_X=R₂ R₃ /R₄.                                            (4.8)

Көпірлік сұлбаның ең қолайлы сезімталдығының мәні қандай болу керек, соны қарастырайық.

Мысалы салыстырмалы дәлдік шегі 10^-3 болса, онда _min 10^-6 ға дейін төмендетудің ешқандай қажеті жоқ. _min R₂, R₃ және R₄ мәндерінің қателіктерінен пайда болатын салыстырмалы қателіктен 10 есе аз болу керек.

Салыстырмалы қателіктер

Гальванометр қолданатын даралық өлшеуіш көпір сұлбаларының өлшеу аумағы: 0,1Омнан 10⁶ Омға дейін.

Практикада реохордтық және декадалық дара көпір сұлбалары қолданады.

Реохордтық өлшеуіш көпір сұлбаларының иықтарында үлгілі кедергімен реохорд қолданады. Бұл кезде үлгілі кедергі әруақытта тұрақты мәнде болады. Көпір сұлбасының екі иығындағы R₃ және R₄ кедергілер біркелкі кедергілі сымнан жасалады. Индикатордың бір қыспағы көпір сұлбасының теңдігін жасау үшін кедергілі сымның үстімен қозғалып отырады.

Қозғалғыш қыспақтың орны өлшеуіш көпірлік сұлбаның иықтарының қатынасын көрсетеді.

.                                      (4.10)

Белгісіз кедергінің мәні Rx осы қатынасымен үлгілі кедергінің мәнін көбейткенде табылады: R_X=bR_N.

Декадалық өлшеуіш көпір сұлбасының иықтарындағы кедергілердің қатынасы әр уақытта тұрақты болады, көпірлік сұлбасын теңдік жағдайға келтіру үшін декадалық кедергілер қолданылады. Бұл жағдайда өлшеу кезінде в=R₃/R₄ – әр уақытта тұрақты болады. Өлшеу ауқымын үлкен санды декадаларды өзгертіп таңдап алуға болады, ал көпір сұлбасы теңдеуі үшін R_N – кедергісін өзгертіп индикатор ноль көрсетеді (4.4 сурет).

4.4 Сурет – Декадалық көпір сұлбасы

Үлгілі кедергі декадалық кедергіден тұрса, белгісіз кедергінің мәнін R_X=bR_N сан түрінде алуға болады.

Өте аз шамадағы кедергіні (R_X 0,1Ом) өлшеуге дара көпірлік сұлбалар жарамайды. Бұл кезде контактардың сымдарының кедергілері әсерін береді. (4.5 сурет).

4.5 Сурет – Аз шамадағы кедергіні өлшегендегі қателіктер

Қосымша өлшеудегі қателік екі R_X және R₃ резисторларды қосатын сымдардан болуы ықтимал, себебі олардың кедергілерінің мәні R_Х шамада болуы мүмкін. Қосатын сымдардың өлшеу нәтижесіне әсерін тигізбеу үшін R_Х пен R₃ жалғастырғанда потенциалдық қыспақтар қолданылады. Бұлар қоскөпір сұлбасында қолданады (4.6 сурет).

4.6 Сурет – Қоскөпірлік сұлба

В мен С нүктелердің арасындағы кернеудің түсуін R₂¹және R₄¹ қосымша резисторлардың арқасында, А мен Д нүктелерінің арасындағы R₂ мен R₄ кернеудің түсуіндегі сәйкестендірілу болады. Мысалы

Сонда қоскөпірлік сұлбаның теңдігі, дара көпірлік сұлбаға сәйкес келеді.

R_X/R₂=R₃/R₄                                              (4.11)

Қоскөпірлік сұлбалар егер үлгілі кедергілер болса, 10^-6Омға дейін өлшей алады, сонда өлшеу қателігі 0,1% шамада болады.

Өте үлкен дәлдікпен өлшеу үшін, R₃ және R_X кедергілердің қыспақтары да потенциалдық айырмашылықтары үлкен болу керек. Бұл үшін 100А ток жіберуге тура келеді, бірақ кедергі қызып кетуі мүмкін.

Бұл өлшеудің қателіктерін термоЭҚК арқылы көбейтуі мүмкін. Сондықтан, қоскөпірлік сұлбада кернеу көзін ауыстырып қосқыш болу керек. Сонда токты екі бағытта өлшеп, кейін кедергінің екі өлшеу нәтижесінің арифметикалық ортасын есептеп шығарады.

4.2 Реактивтік элементтердің параметрлерін өлшеу

Электроэнергетикада электр желілерінің реактивтік кедергілерін, индуктивтік орауыштың және сыйымдылықтың (конденсатордың) параметрлерін білу әруақытта қажет. Мысалы индуктивтік орауыш қысқа тұйықталу тоғының әсерін төмендетеді. Жоғары вольтты конденсаторлар үлестіру құралғысы РУ10кВ-та реактивтік қуатты қарымталау үшін қолданады. Мұның бәрі электр сүзгілерде қолданады, ал ол оперативтік байланыс не жоғары вольтты желілерді басқару үшін керек.

РУ10кВ-та қолданатын конденсатордың басқы сыйпаттамасы: оның сыйымдылығы мен диэлектриктегі шығындық кедергілік (4.7 сурет).

Бір тізбектік сұлба үшін шығындық бұрыштың тангенсі

в)

4.7 Сурет – Конденсатордың эквиваленттік орнын басу сұлбасы (а), векторлық диаграмма (б), кедергілер үшбұрышы (в)

ал сапалылығы

Конденсатордың не индуктивтік орауыштың параметрлері айнымалы токтың көпірлік сұлбасымен өлшенеді.

Айнымалы токтың өлшеуіш көпірлік сұлбасын әруақытта тұрақты токтың көпірлік сұлбасына келтіруге болады. Сонда екі сұлбаның да тепе-теңдігі , сезімталдығы және өлшеу дәлдігі бір есептеу қатынасымен табылады, тек қана айнымалы токтың көпірлік сұлбасында кернеу мен токтың амплитудасымен қатар олардың фазалық қатынасында еске алу керек (4.8 сурет).

 

Көпірлік сұлбаның тепе-теңдік кезінде ноль-өлшегішпен ток жүрмейді. Бұл теңдік былайша жазылады:

Толық кедергіні ашып жазсақ:

Бұл теңдік мына жағдайда тура болады

Z₁Z₄=Z₂Z₃,

  φ₁+φ₄=φ₂+φ₃.                                       (4.17)

Бұл теңдеулер айнымалы токтың көпірлік сұлбасының амплитуда және фаза жағынанда тең болуын камтамасыз етеді. Сыйымдылықты өлшеу көпір сұлбасы тек қана сыйымдылықты өлшеу үшін жаратылған. Бұл көпір сұлбалары сыйымдылықты, шығындық коэффициентті (конденсатордың) және басқы параметрлерді өлшеуге арналған. Айнымалы токтың өлшеуіш көпір сұлбасы ретінде Вина мен Шерингтің өлшеуіш сұлбалары қолданылады.

Винаның сұлбасында өлшейтін объект (C_x, tgδ_c) пен салыстыру сұлбасы бір тізбекте орналасады, сонан кейін оларға параллель түрде кернеуді бөлгіш ретінде R₃ және R₄ екі кедергі жалғастырылады (4.9 сурет).

4.9 Сурет – Винаның өлшеуіш көпір сұлбасы:

а) бір тізбекті шығынды қарымталау;

 б) параллелдік шығынды қарымталау

Көпірлік сұлбаның бір иығында шығыны аз үлгілі конденсатор C_N мен фаза деңгейлейтін кедергі R_N орналасады.

Екі сұлбада жиілікке байланыссыз сыйымдылық және конденсатордың шығындық кедергісін табамыз

Егер кернеудің жиілігі белгілі болса шығындану коэффициентін табамыз: бір тізбектік орын басу сұлбасы үшін

tgδ_c=ωC_NR_N                                                       (4.19)

параллелдік орын басу сұлбасы үшін

tgδ_c=1/( ωC_NR_N).                                       (4.20)

Жұмыс істейтін аспаптарда омдық (активтік) кернеу бөлгіштері реохорд не потенциометр түрінде жасалады. Өлшеудің дәлдігін көбейту үшін бір кедергі тұрақты не декадалық болып жасалады, ал екінші кедергі прецизиондық, азсатылық өзгеретіндей болып жасалады. Орауыштың өз индуктивін және сапалығының, индуктивті байланыс электр тізбектерінің өзаралық индуктивтігін және байланыс коэффинциентің өлшеу үшін индуктивтік өлшеу көпірлер сұлбасы қолданады. Оның бірі Максвеллдің өлшеуіш сұлбасы. Максвелдің өлшеуіш сұлбасы төменгі және орташа жиілікте істейтін айнымалы токтың өлшеуіш көпірлер сұлбасы. Ол орауыштың индуктивтігін және сапалылығының, не өзаралық индуктивтікті өлшеуге арналған. Өлшеу кезінде индуктивтігі  L_x  және шығындық кедергісі R_W орауыш шығындық кедергісі R_ph үлгілі индуктивтікпен L_N салыстырылады, сонымен қатар бұл сұлбада фаза жағынан да тепе-теңдік жасауға болатын болу керек. Барлық жағынан тепе-теңдік жасау үшін активтік кернеу бөлгіш қолданылады. Ол не сымнан жасалған потенциометрден тұрады не реактивсіз резисторларды (R₃ және R₄) қолданады (4.10 сурет).

    а – орауыштың индуктивтігін өлшеу сұлбасы;

б – өзаралық индуктивтікті өлшеу сұлбасы.

4.10 Сурет – Максвеллдің өлшеуіш көпір сұлбасы

Сұлбаның тепе-теңдік кезінде мына теңдеулер әділ болады:

L_x=L_N*(R₃/R₄); R_W=R_ph(R₃/R₄); tgδ_L=(ωL_N)/(R_ph).                 (4.21)

Өзаралық индуктивтікті өлшеу үшін екі орауыш бір-біріне қарсы жалғастырылады және олар өлшеуіш сұлбаның жоғарғы тізбегіне орналасады (4.10 б – сурет).

Айнымалы ток кернеу көзінен ең алдымен L₂ орауыштың орамасынан өтеді. Өзаралық индуктивтік арқасында L₁ орауыштың орамасында кернеу индукцияланады. Егер L₁ орауыштың өз индустивтігі белгілі болса (егер L₁ M) онда өзаралық индуктивтік былай табылады

Максвелл-Вина өлшеуіш көпір сұлбасы Максвелл мен Винаның сұлбаларының құрамасы болып саналады (4.11 сурет)

4.11 Сурет – Максвелл-Вина өлшеуіш көпір сұлбасы

Орауыштың параметрін өлшеу үшін Х1 және Х2 ұяларға оны жалғастырады (L=L_X және R₁=R_w).

Ал Х3 және Х4 ұяларына өлшеуіш конденсатор С_N=C және R₄ кедергісі жалғанады. R₃ және R₄ кедергілердің арқасында сұлбаның тепе-теңдігін орнатады, содан кейін орауыштың белгісіз параметрлерін табуға болады

L_x=C_N R₂ R₃,  R_w= ,         tg _L= .                (4.24)

Конденсатордың параметрін өлшеу үшін Х3 және Х4 ұяларына жалғастырады (орын басар сұлба бойынша С=C_x және R₄=R_V). Ал ХI және Х2 ұяларына өлшеуіш орауыш L_n=L мен R₁ кедергі жалғанады. R₃ ті өзгертумен сұлбада тепе-теңдік пайда болады. Сонда конденсатордың белгісіз параметрлері былайша табылады

C₂= , R_V = .                                 (4.25)

Сөздік

Жиілік өлшеуіштің сұлбасында санау уақытын белгілеу – определить время счета в схеме частотометра.

Генератордың тіректі жиілігі – опорная частота генератора.

Цифрлық өлшеуіш аспаптар – цифровой измерительный прибор.

Уақытпен кванттау және деңгеймен дискреттеу – квантование по времени и дискретизация по уровню.

Кернеуді уақыт аралығына түрлендіргіш аспап – прибор для преобразования напряжения в интервал времени.

              5 Жиілік пен уақыт аралығын өлшеу

5.1 Кернеу мен токтың жиілік пен уақыттық параметрлерін өлшеу

Жиілікті өлшеу дегеніміз айнымалы токтың не кернеудің 1 секундтағы периодының санын табу. Жиілікті өлшеу үшін дірілдегіш (вибрациялық) өлшеуіш механизмдер, резонанстық әдіс, жиіліктерді салыстыру әдісі, электрондық санағыштар не көпірлік сұлбалар қолданылады. Резонанстық жиілікөлшеуіш – дірілдегіш өлшеуіш механизмдердің бір түрі (5.1 сурет).

5

.1 Сурет – Резонанстық жиілік өлшеуіш: а) құрылғы: 1 – қыздырғыш орама (электрмагнит); 2 – металдан жасалған якорь (өзекше); 3 – болаттан жасалған тілшіктердің қатары; 4 – конструкцияның ұстап тұрғыш элементі; б) аспаптың шкаласы

Тілшіктер қатары мен магниттен жасалған өзекше бір табанға бекітілген. Сондықтан өзекше электрмагнитке анда-санда тартылғанда бұл импульс табан арқылы тілшіктерге беріледі. Ал тілшіктер әртүрлі қатаңдығы бар болаттан жасалған тіліктерге орналасқан, сондықтан импульстың жиілігіне байланысты резонансқа түсіп кернеудің не токтың жиілігін көрсетеді. Мұндай жиілік өлшеуіштер мотор-генераторлық қондырғыларда қолданылады.

Тарату құрылғыларында (РУ) жиілік электромагниттік жүйеде істейтін логометрлер арқылы өлшенеді (5.2 сурет).

5.2 Сурет – Электрмагниттік жүйедегі жиілік өлшеуіш:

а) өлшеуіш сұлба; б) аспаптың орауыштарындағы токтар

Логометрдің көрсеткіші токтардың бір-біріне қатынасымен табылады

α=f(I₂/I₁).                                                   (5.1)

Айнымалы токтың не кернеудің жиілігін не периодын білу үшін абсолюттік әдіс қолданылады. Бұл әдіс электрон-цифрлық принципке негізделген. Осы принципті 5.3 суретте көрсетілген кернеудің уақыттық диаграммасына сүйене отырып қарастырайық.

5.3 Сурет – Кернеудің жиілік өлшеуіштегі  уақыттық диаграммалары

Жиілікөлшеуіштің сұлбасында басты мәселе санау уақытын белгілеу. Сонда осы уақытта толтырылға импульстердің саны

N=T_cy/T_x=T_cyf_x.                                                   (5.2)

Осыдан белгісіз жиілікті табамыз

f_x=N/T_cy.                                                                                                      (5.3)

Жиілікті өлшеудің салыстырмалы қателігін (12.3) өрнекті логарифмдеу мен дифференциалдау арқылы табамыз

.                        (5.4)

Мұндағы  – абсолюттік қателік, Гц;

Есептеуге оңтайлы болу үшін максималдық салыстырмалы қателіктің формуласын қолданады

(12.2) ескерсек

Мұнда δ_с=(2…5)(10^-7…10^-9) – санау уақытының салыстырмалы тұрақсыздығы (нестабильность).

(12.5) өрнектен абсолюттік қателіктің формуласын алуға болады

.                            (5.7)

Жиілігі f_x=50 Гц өлшегенде (12.5) және (12.6) формулалардың 1 мүшелері 2 мүшелеріне қарағанда аз болғандықтан, оларды елемеуге болады

Жиіліктің 0,2 Гц-тей тербелісін өлшеу үшін санау уақытын максимальдық түрде алу керек

Егер Т_су=10 с алсақ, онда Δ_max=0,1 Гц болады. Бірақ, бұл жағдайда өлшейтін уақыт созылады, сондықтан жиіліктің 1 с тербелуін бақылау қиын.

Енді айнымалы токтың периодын өлшеу мәселесін қарастырайық. 5.4 суретте периодометрдің уақтылық диаграммасы көрсетілген.

5.4 Сурет – Периодометрдің уақыттық диаграммалары

Периодометрде де жиілікөлшеуіш сияқты кернеудің уақыттық өзгеруі импульстер қатарына түрлендіріледі. Мұндағы айырмашылық санау уақыт Т_су іздейтін периодқа Т_х тең болады. Осы уақыт аралық импульстік қоздырғыштан қысқа импульстермен толтырылады. Бұл импульстер тактілік жиілікпен (толтыру жиілігі) беріледі. Кей кезде оларды уақыттық таңбалар деп атайды.

Импульстердің саны мынаған тең

N=T_x/T_тж.                                                  (5.11)

(5.11) өрнектен өлшеудің максимальдық салыстырмалы қателігін табуға болады

және максимальдық абсолюттік қателік

әдетте, қысқарылған өрнектерді қолданады

Тіректі жиіліктің генераторы төртбұрышты периодикалық импульстер шығарады, олардың жиіліктері f_ТЖ=1МГц. Сондықтан уақыт таңба Т_УТ=Т_ТЖ=1мкс тең. Бұл жағдайда периодты өлшеудің абсолюттік қателігі  аспауы керек. 50 Гц жиілікті өлшегенде саналатын импульстердің санын табуға болады; егер Т_х=0,02с

N=(0.02/10^-6)=20000 имп.

Дешифратор бұл санды уақытқа айналдырып дисплейді өлшейтін бірлікте береді

Көбінесе электроэнергетикада периодты емес жиілік көрсететін аспаптар қолданады: 50.000 Гц. Бұл арифметика-логикалық түрлендіргіш арқылы жасалады. 5.5 суретте периодометрдің негізінде жасалған жиілікті өлшейтін аспаптың жалпы сұлбасы келтірілген.

5.5 Сурет – Жиілікті өлшейтін аспаптың сұлбасы

1.     КҚ – кіріспе құрылғы.

2.     ҚҚ – қалыптастыру құрылғысы.

3.     ЭК – электрондық кілт.

4.     ИГ – импульстер генераторы.

5.     ИС – импульстарды санағыш.

6.     АЛҚ – арифметика-логикалық құрылғы.

7.     СИҚ – санды индикациялау құрылғысы (дисплей).

5.2 Цифрлық аспаптар

Цифрлық өлшеуіш аспаптар (ЦӨА) деп өлшеудің нәтижесі сан түрінде берілетін аспаптарды айтады. Олардың көп түрлілігіне қарамай негізгі құрылыстары бірдей болып келеді (5.6 сурет).

 

КҚ – кіру құрылғысы; Тр₁, Тр₂, Тр₃ – бір шаманы басқа шамаға түрленгіштер; АСТ – аналог-сандық түрлендіргіш; ИС – импульсті санағыш; СИ – сандық индикация (дисплей); БҚ – басқару құрылғысы.

5.6 Сурет – Цифрлық аспаптың функциялық сұлбасы

Кіру құрылғысы кернеуді не токты өлшеу шегін кеңітуге арналған. Ол ішіне кіру құрылғысы қосымша резисторлар мен шунттардың жиынтығын қолданады. Цифрлық өлшеуіш аспап басты сигнал көп рет келгеннен кейін өлшей бастайды. Бұл аспаптардың өлшейтін сигналдарды түрлендіретін бөлшектерін өлшеуіш түрлендіргіштер деп атайды. Егер аналогтық сигнал басқа аналогтық сигналға өзгерсе, онда өлшеуіш түрлендіргіш аналогтық деп атайды, егер аналогтық сигналды сандық түрге не керісінше өзгертсе, өлшеуіш түрлендіргішті аналог-сандық не сандық – аналогтық деп атайды.

Егер ақпараттық параметр бірнеше бекітілген шамада болса, бұл сигналды дискреттелген не квантталған деп атайды. Квантталу Тр₁ – түрлендіргіштің арқасында жасалады, сонда өлшейтін сигнал t уақыт аралығында әртүрлі деңгейде дискреттеледі (5.7 сурет).

5.7 Сурет – Уақытпен кванттау және деңгеймен дискреттеу

5.7 суретте көрсетілгендей аналогтық сигнал U(t) уақыт бойынша бірінен кейін бірі болатын дискреттелген шамалармен U_i (t_i) ауыстырылады. Цифрлық өлшеуіш аспап ақпаратты тек қана дискреттелген уақыт кезінде сезе алады. Бұл уақыттың кезі басқару құрылғысы арқылы белгіленеді. Енді алынған дискретті сигналды (тұрақты кернеу) аралық (промежуточный) параметрге түрлендіру керек. Бұл параметр ретінде Т_жа уақыт аралығы алынған, мұны жүйелік, аралық деп атайды. Бұл аралыққа қоятын міндет, ол әр уақытта өлшейтін кернеуге пропорционал болу керек.

Бұл түрлендіру кернеу-уақыт аралығы (санайтын уақыт) Тр₂ екінші түрлендіргіште жасалады. Санайтын аралық уақыт, салыстырмалы әдіспен, өлшейтін кернеуді уақытпен біркелкі (пропорционал) өсетін тіректі (калибрленген) кернеумен салыстыру арқылы табылады (5.8 сурет).

Салыстыру құрылғысы

СҚ

а) жұмыс істеу сұлбасы

б) кернеулердің уақыттық диаграммасы

5.8 Сурет – Кернеуді уақыт аралығына түрлендіргіш аспаптың сұлбасы

Тіректі кернеу G1 генератормен жасалады. Бұл генератордың шығыс кернеуі U₀ (t) сызықшамен біркелкі өседі. Ара тәрізді кернеу уақытпен біркелкі өседі, оның басқы бұрышы . Түрлендіру процесі басқару құрылғының (БҚ) арқасында бір уақытта t₁ басталады. Егер U =U₀ болса, салыстыру құрылғы t₂ уақытында сигнал береді. Осыдан кейін екі күйі бар триггер U_тр строб (тіректі) импульс жасайды, оның уақыт ұзындығы санайтын уақытқа тең

Т_си = t₂ – t₁.

Уақыттық диаграммадағы үшбұрыштан табатынымыз.

Т_си = U tga                                                 (5.16)

егер = const болса, онда tg = C₁, сондықтан

T_си = C₁ U.                                                (5.17)

Үшінші түрлендіргіш ТР₃ Тси уақыт аралығын N санды импульстерге түрлендіреді. Бұл үшін электрондық жүйелі әдіс қолданады. Бұл әдіс бойынша өзгеріп тұратын санайтын уақыт (Т_си) үлгілі генератордан G₂ алынған үлкен жиілікті төртбұрышты импульстермен толтырылады. (5.9 сурет).

 

5.9 Сурет – Кернеуді түрлендірудің жұмыс істеу сұлбасы

а) түрлендірудің жұмыс істеу сұлбасы;

б) кернеулердің уақыттық диаграммасы

ЦӨА 220В электр желісіне қосқанда жиілігі 1мГц үлгілі генератор жұмыс істей бастайды. Генератордың импульстері электрондық кілтке келеді, оның ашық уақыты Т_си. Импульсті санағыш ИС импульстерді санап, олардың бір-бірін қоса бастайды

N = Т_си / Т_го.                                              (5.18)

(5.17) өрнекті қолдансақ

U = NТ_го / С₁                                                                          (5.19)

егер Т_го = сonst, онда Т_го/С₁ = С₂

Сөйтіп, өлшейтін кернеу импульстің санына пропорционал болады. Бұл импульстердің ИС тағы жиынтығы кодтарды түрлендіргіште түрлендіріп эпидтық-кристалдық, алфавиттік-сандық индикаторға кіреді, сонда өлшеу нәтижесін сан жүзінде көреміз.