Амперметрлер 1 Амперметрдің түрлері 6
жүктеу/скачать 0.49 Mb.
|
МазмұныКіріспе 3 1 Амперметрлер 5 1.1 Амперметрдің түрлері 6 1.2 Конструктивтік ерекшеліктер және жұмыс істеу қызметі 7 1.3 Электромагнитті амперметр 8 1.4 Электродинамикалық амперметр 8 1.5 Ферродинамикалық амперметр 9 1.6 Сандық амперметр 9 2 Айнымалы және тұрақты токты өлшеу 10 2.1 Амперметрдің жалпы жұмыс принципі 10 2.2 Қолдану аясы 11 2.3 DP3,DP6 сандық ток амперметрі 12 3 Аналогты-сандық түрлендіру әдістері 12 3.1 Интегралдаушы АСТ 13 3.2 АСТ жіктемелері 14 3.3 АСТ параметрлері мен сипаттамалары 18 4 Принципиалды сұлба 18 5 Амперметрдің құрылымдық сұлбасын әзірлеу 20 6 Электрлік өлшеудегі сандық амперметр 21 Қорытынды 23 Пайдаланылған әдебиеттер тізімі: 24 Электр шамаларын өлшеуге арналған электрондық аспаптар арасында сандық құралдар бірқатар себептерге байланысты маңызды орын алады.Мұндай шексіз дәлдік ең басты себептердің бірі болды. Аналогтардан айырмашылығы сандық аспаптардағы өлшенетін шама одан әрі ұшырайтын сандық баламасы өлшеуіш түрлендірулер дискретті түрде, ал нәтиже дискретті емес түрде беріледі. Өлшеулер берілген қателікпен бейнелейтін санмен ұсынылады. Дискреттілік өлшенетін шаманың ең негізгі мәні. Негізгі сандық аспаптардың қателіктері кездейсоқ қателіктер және дискретизация қателіктері болып бөлінеді. Цифрлық өлшеу құрылғыларымен (ЦӨҚ) тек осындай өлшеу аспаптары мен түрлендіргіштерді, іс-қимыл принципі, өлшенетін деңгей бойынша шамаларды қабылдайды. Басқаша айтқанда-өлшеу аспаптары мен мүмкін болатын шексіз көпше бар түрлендіргіштер өлшенетін шама мәндерінің соңғы және мүмкін көрсеткіштер немесе шығыс кодтарының санағы болып табылады. Осыдан бұл сандық өлшеуіш құралдары бар барлық емес санақ цифрларға жатқызылуы тиіс. Мысалы, индукциялық электр энергиясын есептеуіштер, әдетте, сандық санауға ие, бірақ іс-әрекет принципі бойынша олар квантациялауды жүзеге асырмайды (бар айналымның кез келген бөлшегін есептеу үшін принципті мүмкіндік мұндай есептегіштің дискісі). Электрлік өлшеуіш аспаптары деп физикалық шамалардың мәндерін адамның қабылдауына қолайлы түсінікті информация түрінде бере алатын өлшеуіш құралдарын айтады. Мысалы, вольтметр, амперметр, ваттметр, санауыш тағы басқа. Токты және кернеуді өлшеу өлшеудің ең көп таралған түрі болып табылады. Ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында бұл өлшеулер жиіліктің кең диапазонында орындалады – тұрақты токтан және инфрақысқа жиіліктен бастап өте жоғары жиілікке (1 ГГц және одан да жоғары) дейін және де токтың, кернеудің өлшенетін мәндерінің жоғарғы диапазонында – сәйкесінше нановольттан жүздеген киловольтқа дейін және 10-нан жүздеген амперге дейін. Тұрақты токты және кернеуді өлшеу олардың мәнін және полярлығын табуда негізделген. Токты және кернеуді өлшеудің әдісі мен құралдарын таңдау өлшеудің талап етілетін дәлдігімен, өлшенентін сигналдың амплитудалық және жиіліктік диапазонымен, аспаптың өлшенетін тізбектен тұтынатын қуатымен негізделеді. Қазіргі кезде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды өлшеу жұмыстарының көпшілігі электр тоғын қолдануға негізделген. Ал электр тоғын пайдалану үшін әртүрлі электрлік құрал-жабдықтар керек. Магнитоэлектрлік өлшеу механизмінің негізгі компоненттері - магнитті жүйе және қозғалатын бөлік. Тұрақты магнит пен жылжымалы жүйенің катушкасының салыстырмалы орнына байланысты сыртқы магниті бар құрылғылар және ішкі магниті бар құрылғылар ерекшеленеді. Токты өлшеу үшін келесі негізгі өлшеу әдістері қолданылады: өлшенетін шаманың сандық мәні сол шаманың бірлігіне калибрленген есептегіш құрал арқылы анықталатын тікелей бағалау және өлшенетін шаманың мәні сол шаманың қандай да бір жүйеге әсерін салыстыру негізіндегі салыстыру әдісі. Токты және кернеуді өлшеуге арналған аспаптарда салыстыру әдісінің үш түрі қолданылады: нөлдік, дифференциалды және ауыстыру әдістері. ЦИУ аспаптарды 3-ке бөледі.Аралас аспаптар, аналогтық және цифрлық аспаптар кейде әмбебап деп аталады.Сандық өлшеуіштерді жобалау ерекшеліктері құрылғының құрылымы сол әдісті іске асыратын аналогтық құралдағы, принциптік схемадағы өлшеулер аналогтық және сандық элементтік базаны да пайдаланады. Жоғары дәлдіктегі сандық түрлендіргіштер дәлдігі бойынша жоғары талаптар қойылады. Өлшеу құралдарын, цифрлық оның ішінде, бірнеше кезеңдерді қамтиды. Осы курстық жобада біз айнымалы токпен жұмыс істейтін санды амперметрдің түрімен танысамыз. 1 Амперметрлер Кейбір электр тізбегіндегі ток күшін өлшеу үшін амперметрлер деп аталатын аспаптар бар. Олар тізбекке дәйекті схема бойынша қосылады. Амперметрдің ішкі кедергісі өте аз, сондықтан мұндай өлшеу құрылғысы өлшенетін тізбектің электр тогының параметрлеріне әсер етпейді. Ток күшін өлшеу бірлігі ампер болып табылады. 1 сурет- Амперметр Өлшеу шектерін кеңейту үшін, амперметрлерді трансформаторды қолдану арқылы тізбекке немесе шунтпен параллельде қосады. Бұл жағдайда токтың шағын бөлігі амперметр арқылы ағады, ал токтың негізгі бөлігі шунт арқылы өтеді. 2 сурет – Шунт арқылы жалғану Шунтты амперметрге бекіту үшін арнайы гайкалар қолданылады. Электр желісі қосылған кезде шунтты амперметрге қосуға тыйым салынады. Қосылу кезінде құралдың полярлығы да үлкен мәнге ие. Егер полярлықты шатастырса, аспаптың көрсеткі басқа жаққа кетеді,ал сандық амперметр теріс шаманы көрсетеді. 1.1 Амперметрдің түрлері Аспап көрсеткіштерінің дәлдігі Құрылғының әрекет ету принципі мен түріне байланысты. Амперметрдің екі негізгі түрі бар: Аналогты. Сандық. Бірінші түрі өз кезегінде келесі құрылғыларға бөлінеді: Магнитоэлектрлік. Электромагниттік. Электродинамикалық. Ферродинамикалық. Өлшенетін токтың түрі бойынша амперметрлер бөлінеді: Айнымалы ток үшін Тұрақты ток үшін Қысқа бағытталған салаларда қолданылатын токты өлшеуге арналған басқа да арнайы аспаптар бар және жоғарыда аталғандар сияқты кең таралған емес. 1.2 Конструктивтік ерекшеліктер және жұмыс істеу қызметі Магнитоэлектрлік амперметрлер - аспаптың осындай түрінің әрекет ету принципі аспаптың корпусындағы магниттің магнит өрісі мен жылжымалы катушканың өзара әрекеттесуіне негізделеді. 3 сурет – Магнитоэлектрлік амперметрлер Мұндай амперметрдің артықшылығы жұмыс істеу кезінде электр энергиясын төмен тұтыну, жоғары сезімталдық және өлшеу дәлдігі болып табылады. Барлық магнитоэлектрлік амперметрлер өлшеу шкалаларын біркелкі градуировкамен жабдықталған. Бұл өлшеуді жоғары дәлдікпен жүргізуге мүмкіндік береді. Магнитоэлектрлік амперметрдің кемшіліктеріне оның ішкі конструкциясының күрделілігі, қозғалатын катушканың болуы жатады. Мұндай аспап әмбебап емес, өйткені ол тек тұрақты ток үшін әрекет етеді. Кемшіліктерге қарамастан, аспаптың магнитоэлектрлік түрі өнеркәсіптің әр түрлі салаларында, зертханалық жағдайларда кеңінен қолданылады. 1.3 Электромагнитті амперметр Электромагниттік жұмыс принципі бар амперметрлерде магнитоэлектрлік үлгілерге қарағанда өз құрылғысында қозғалмалы катушкалар болмайды. Олардың құрылғысы айтарлықтай оңай. Корпуста арнайы құрылғы және оське орнатылған бір немесе бірнеше өзекшелер бар. 5 сурет – Электромагнитті амперметр Электромагниттік амперметр магнитоэлектрлік аспаптармен салыстырғанда аз сезімталдыққа ие. Демек, оның өлшеу дәлдігі төмен болады. Мұндай құралдардың артықшылығы жұмыстың әмбебаптығы болып табылады. Бұл дегеніміз, олар тұрақты және айнымалы ток тізбегіндегі ток күшін өлшей алады. Бұл оның қолданылу аясын айтарлықтай кеңейтеді. 1.4 Электродинамикалық амперметр Мұндай аспаптардың жұмыс әдісі электромагниттік катушкалар арқылы өтетін токтардың электр өрістерінің өзара әрекеттестігінде болады. Аспаптың конструкциясы жылжымалы және қозғалмайтын катушкадан тұрады. Тоқтың кез келген түрінде әмбебап жұмыс электродинамикалық амперметрдің негізгі артықшылығы болып табылады. 6 сурет – Электродинамикалық амперметр Кемшіліктерден үлкен сезімталдықты атап өту керек, өйткені олар тіпті оларға жақын орналасқан шағын магниттік өрістерге әсер етеді. Мұндай өрістер электродинамикалық аспаптар үшін үлкен кедергілер жасауға қабілетті, сондықтан мұндай амперметрлерді тек экраннан қорғалған жерде қолданады. 1.5 Ферродинамикалық амперметр Мұндай аспаптар өлшеудің ең тиімділігі мен дәлдігіне ие. Аспаптың жанында орналасқан магниттік өрістер оған елеулі әсер етпейді, сондықтан қосымша қорғаныс экрандарын орнатудың қажеті жоқ. Мұндай амперметрдің конструкциясы жабық ферромагниттік сым, сондай-ақ өзек пен қозғалмайтын катушканы қамтиды. Мұндай құрылғы аспаптың жұмыс сенімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Сондықтан Амперметрлердің ферродинамикалық түрлері көбінесе әскери өнеркәсіпте және қорғаныс мекемелерінде қолданылады. Оның артықшылықтарына сондай-ақ пайдаланудың қолайлылығы мен қарапайымдылығы, бұрын қаралған аспаптар түрлерімен салыстырғанда барлық өлшеулердің дәлдігі жатқызуға болады. 1.6 Сандық амперметр Қарастырылған аспаптардан басқа, амперметрдің сандық түрі бар. Қазіргі уақытта олар өндірістің түрлі салаларында, сондай-ақ тұрмыстық жағдайларда кеңінен қолданылады. Сандық аспаптардың мұндай танымалдығы пайдалану қолайлылығына, шағын өлшемдерге және дәл өлшемдерге байланысты. Аспаптың салмағы да өте аз. Сандық модификациялар түрлі жағдайларда қолданылады, ол механикалық аналогтық аспаптарға қарағанда дірілге сезімтал емес. 7 сурет – Сандық амперметр Сандық аспаптар, бірнеше жұмыс істеп тұрған құрал-жабдықтардан болуы мүмкін, шамалы механикалық соққыдан қорықпайды. Аспаптың тік немесе көлденең жазықтығында орналасуы оның жұмыс қабілеттілігіне, сондай-ақ температура мен қысымның өзгеруіне әсер етпейді. Сондықтан мұндай құралды сыртқы орта жағдайында қолданады. 2 Айнымалы және тұрақты токты өлшеу Барлық қарастырылған аспаптар тұрақты токты өлшеуге қабілетті. Алайда кейде айнымалы ток күшін өлшеу қажет. Егер сізде бұл үшін жеке амперметр болмаса, онда қарапайым схеманы жинауға болады. 8 сурет – Амперметрдің қарапайым сұлбасы Айнымалы токты өлшейтін арнайы аспаптар бар. Аспаптың оңтайлы таңдауы айнымалы токты өлшеу мүмкіндігі бар мультиметр болады. Дұрыс өлшеуді орындау үшін ток түрін, яғни желідегі айнымалы ток немесе тұрақты анықтау қажет. Әйтпесе, өлшеу қате болады. 2.1 Амперметрдің жалпы жұмыс принципі Егер амперметрдің классикалық жұмыс принципін қарастырсақ,онда оның әрекеті мынада. 9 сурет – Амперметрдің классикалық жұмыс принципі Кронштейннің осінде тұрақты магнитпен бірге оған бекітілген бағыттамасы бар болат зәкір орналасқан. Зәкірге әсер ете отырып, тұрақты магнит оған магниттік қасиеттерді береді. Бұл жағдайда зәкірдің позициясы магнит бойымен өтетін күш сызықтарының бойында болады. Зәкірдің мұндай позициясы градуирленген шкала бойынша көрсеткінің нөлдік орналасуын анықтайды. Генератордан немесе шина бойынша басқа көзден ток ағу кезінде оның жанында магниттік ағын пайда болады. Зәкірдің орналасу нүктесіндегі осы ағынның күштік желілері магниттің күштік сызықтарына тікелей бұрышпен бағытталған. Электр тогымен түзілген магниттік ағын 90 градусқа бұрылуға ұмтылатын зәкірге әсер етеді. Бұл тұрақты магнитте пайда болған магнит ағыны кедергі. Екі ағынның өзара әрекет ету күші шина бойынша өтетін электр тогының бағыты мен шамасына байланысты. Бұл шамаға аспап көрсеткісінің нөлден ауытқуы орын алады. 2.2 Қолдану аясы Сандық және аналогтық амперметрлер өнеркәсіп пен халық шаруашылығының әр түрлі салаларында қолданылады. Әсіресе, олар өнеркәсіптің энергетикалық саласында, радиоэлектроникада, электротехникада кеңінен қолданылады. Сондай-ақ оларды құрылыста, автомобиль және басқа да көлікте, ғылыми мақсаттарда пайдалана алады. Тұрмыстық жағдайда құралды жиі қарапайым адамдар пайдаланады. Жолда электр жабдықтарының ақаулықтары анықталған жағдайда амперметрді өзімен бірге автомобильде ұстау пайдалы. Аналогтық аспаптар әлі күнге дейін өмірдің түрлі салаларында қолданылады. Олардың артықшылығы жұмыс істеу үшін қоректендіруді қосу қажет емес, себебі олар өлшенетін тізбектен электрді пайдаланады. Сондай-ақ, олардың ыңғайлылығы деректерді бейнелеуден тұрады. Көптеген адамдарға көрсеткіні көру әдеті. Кейбір құрылғылар көрсеткіні нөлдік мәнге теңшеуге мүмкіндік беретін реттеу бұрандасымен жабдықталған. Аспап жұмысының инерттілігі оның қолданылуына теріс әсер етеді, өйткені стрелка үшін тұрақты позицияны табу үшін уақыт қажет. 2.3 DP3,DP6 сандық ток амперметрі D3, D6 цифрлық айнымалы ток амперметрлері 10 мкка-дан 2000А-ға дейінгі жиілікте 200гц-ке дейінгі жиіліктегі айнымалы токты өлшейді. Өлшеу диапазонына байланысты D3, D6 амперметрлерін тікелей немесе ток трансформаторы арқылы қосады. Айнымалы токтың сандық амперметрлерін өлшенетін тізбекке дәйекті түрде қосу қажет. DP6 аспаптарындағы өлшеу шектерін аспаптың ішіндегі ауыстырып қосқыштармен өзгертуге болады. P3, P6 - 0,5 цифрлық амперметрлерді өлшеу дәлдік класы. ATtiny13 микроконтроллерінде орындалған қолдан жасалған цифрлық амперметрдің принциптік сұлбасы және сипаттамасы, бағдарлама және баспа платасы. 1-кесте. Құрылғының сипаттамалары.
3 Аналогты-сандық түрлендіру әдістері Аналогты-сандық түрлендіргіш – үзіліссіз өзгеретін аналогты шаманы сандық кодқа автоматты түрде түрлендіруді жүзеге асыратын құрылғы. Аналогты-сандық түрлендіру процесі жалпы жағдайда кванттау және кодтау процедурасынан тұрады. Кванттау кезінде үзіліссіз шама оның көптеген мәнінің тізбектеріне жіктеледі. ПАСТ көмегі арқылы сигналдарды аналогты-сандық түрлендіру процедурасы, берілген функцияны сипаттайтын кейбір тіркелген уақыт моменттеріне жататын {U(tn)}, n=0, 1, 2.. сандар тізбегіндегі U(t) үзіліссіз функциясы түрінде болады, көптеген жағдайларда бұл процедураны екі өздік операцияға жіктеуге болады. Олардың біріншісі дискретизация деп аталады және U(t) үзіліссіз функциясын {U(tn)}, үзіліссіз тізбектерге түрлендіруден тұрады, екіншісі кванттау деп аталады және үзіліссіз тізбектерді дискретті {U^(tn)} тізбектерге түрлендіруден тұрады. Аналогты-сандық түрлендіру кезінде өзіне лайықты орын анықталмағандықты кванттау алады, ол кіші разрядтың салмағымен байланысты. (1)
3.1 Интегралдаушы АСТ
ТИГ – тактілі импульсті генератор Түрлендіру екі стада жүреді: интегралдау сатысы және санау сатысы. Бірінші сатының басында S1 кілт тұйықталады, ал S2 кілт ажыратылады. Интегратор И Uвх кірістік кернеуді интегралдайды. Кірістік кернеуді интегралдау уақыты t1 тұрақты; таймер ретінде Kсч санау коэфициенті бар санауыш қолданылады, сондықтан (2) Интегралдау аяқталу моментіне қарай интегратордың шығыс кернеуі мынаған тең: (3) мұндағы Uвх.ср. – t1 уақыттағы кірістік кернеудің ортасы 3.2 АСТ жіктемелері 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. Бұл АСТ жұмыс әрекеті тез, бірақ оларды құрастыруға көп элемент керек, ол көп разрядты түрлендіргіштерді жасауда қиындақ келтіреді. Тізбектей-параллельді АСТ-да параллельді және тізбектей түрленулер әдісі біріктірілген. Тізбектей және параллельді АСТ-ларды тұрақты және айнымалы кірісі бар түрлендіргіштерге бөледі. Бірінші жағдайда екі және одан көп параллель АСТ тізбектей уақытқа қатысты жұмыс жасайды. Бірінші АСТ n жоғары разрядты шығыс сигналдары өндіріледі.АСТ шығысында сандық информация САТ кірісіне түседі, түрлену нәтижесі кіріс сигналымен салыстырылады. Шыққан қалдық сан басқа АСТ кірісіне түседі, онда m кіші разрядты шығыс сигналдары алынады. Екінші жағдайда түрленудің әрбір разряды өзіне қатысты компараторды иемденеді. Кірісі бар кернеу батапқыда тұрақты және негіз кернеуінің жартысына тең (1/2Uоп). Екінші компаратордың кірістік мән беруі бір фазалы САТ арқылы өзгереді, ол бірінші компаратор арқылы басқарылады және 3/4 Uоп. Тең келеді. n-ді компаратордың кірістік мән беруі сәйкес келетін САТ арқылы өзгереді, ол алдыңғы компаратор арқылы басқарылады және (4) тең, мұнда n=1, 2, 3, ... Сандық ақпарат әрбір компаратордың шығысынан алынады. Қарапайым құрылымына қарамастан параллель-тізбектей АСТ-лардың түрлендіру дәлдігі мен жұмыс жылдамдығы жоғары. Бағдарламаланатын АСТ (ПАСТ) —жаңа клас түрлендіргіштерінің сапасы, көп функционалды түрлендіргіштерді ұсынады және құрылғыны иемденеді, ол бағдарламалау басқармасын режимді және үрдісті түрде келтіреді. Ақпараттар және тағы да басқа функцияларды қамтамасыз етеді. Қазіргі кезде ПАСТ бірнеше түрі белгілі: компенсациялық интегралдау, синхронды кванттау және т.б., олар өз құрамында аналогты және сандық бөлімдерді біріктіреді, барлығы бірлік алгоритмді жұмысқа бағынады. Бірақ та ПАСТ саны асарлықтар емес, және оларға қатысты міндеттер толығымен дайындалмаған. Сондықтан олардың классификациясы қиындық тудырады, микропроцессорлар мен микро-ЭВМ-лар кең қолданыс тапқанда біз оларды толығымен меңгере аламыз. Классификациясы әрбір кластың интерфейстік құрылғысына қатысты немесе МП және ПАСТ ерекшеліктерін ескере отырып жасалынады. Мысалға, ақпаратты жинау жүйесіне байланысты. Жылдам жұмыс істеуі АСТ түрлену уақтымен анықталады tпр. Шартты түрде АСТ түрлендіргішін төменгі (tпр ³ 500 мкс), орташа (1 мкс £ tпр < 500 мкс), жоғары (0,01 мкс £ tпр <1 мкс) және өте жоғары (tпр < 0,01 мкс) әрекет етуші түрлендіргіштерге бөледі. АСТ кіріс сигналының түрленудің дәлдігі n санды түрлендіргіш санына байланысты. Шартты түрде АСТ-ны төменгі (n£8), орташа (12 ³ n > 8), жоғары (n > 12) түрлендіргіштерге түрлену дәлдігіне қатысты бөлуге болады. Сандық сұлбалардағы сопряжение байланысты түлендіргіштерді тікелей сопряжение және буфер құрылғысы арқыла сопрежение бөлуге болады, оларды параллель кіріс-шығысты ақпаратты тезуақытты есте сақтау буфердік құрылғымен жалғастырады. Жұмыс бастау режиміне байланысты ырғақты емес және ырғақты болып бөледі. Біріншісінде түрлену аналогты сигналдық кіріске түсуінен, ал екіншісі-келесі ырғақты сигналдың келуінен басталады. Ырғақты АСТ-ларда түрлену уақыты кіріс сигналының мәніне байланысты болмайды. Сыртқы ортаның тұрақтылығына байланысты АСТ жалпы және арнайы болып бөлінеді. 3.3 АСТ параметрлері мен сипаттамалары АСТ негізгі параметрлерін әр түрлі жүйеде ақпаратты өңдеу ортасына байланысты оны үш топқа бөлуге болады. Бірінші топ АСТ статикалық дәлдігін, екіншісі- динамикалық, үшіншісі-ішкі жұмыс шарттарын анықтайды. Статикалық дәлдігін сипаттайтын параметрлері. Кванттаудың қателігі-әдістемелік қателік, кванттаудың соңғы қадамымен шақырылған, ол әдетте кіші разрядтың ± ½ бірлігіне тең. Нормалы жағдайдағы жалпы аппаратты қателік: - нөлдік жылжыту қателігі; - берілім коэффициентінің қателігі; -ұзындық өлшеусіз; - температуралық қателік; - уақытша тұрақсыздық; - біркелкілік; - қайталама немесе прецизионды; - қабілеттілікті рұқсат етуші. Динамикалық дәлдікті сипаттайтын параметрлер. - дискретизация жиілігі; - түрлендіру уақыты; - сұрыптау уаұыты; - беріліс коэфициентінің қателігі. 4 Принципиалды сұлба Осы амперметрде өлшеу нәтижелерін шығару үшін 7-сегментті LED-индикаторлардың жұбын пайдалану шешілді. Мұндай индикаторлар, 16хх типті жаңа LCD-модульдермен салыстырғанда өзінің кейбір архаикалығына қарамастан, сондай-ақ бірқатар даусыз артықшылықтарға да ие: олар әлдеқайда сенімді және берік; мұнай өнімдерімен жанасудан бұзылмайды және лайланбайды. Жарықдиодты матрицаның пайдасына соңғы дәлел - осы әзірлеудің контекстінде - ұзын 1602 жай ғана-ЗУ корпусындағы амперметр үшін (дөңгелек және өте шағын) штаттық тесікке өлшем бойынша үйлеспегені болды. Индикатордың түрін анықтағаннан кейін басқа мәселе - қандай микроконтроллерді осы құрылғы үшін негіз ретінде пайдалану. Бұл схеманы дәл МК салу керек, күмән жоқ- "КМОП-россып" амперметрін жасай отырып, ақылға қонымды болуы мүмкін. Бір қарағанда, ең айқын шешім ATtiny2313 "жұмыс жылқы" болып табылады-бұл mm жеткілікті дамыған архитектураға ие және LED-матрицаны қосу үшін өте қолайлы енгізу-шығару желілерінің саны. Алайда, мұнда бәрі де қарапайым емес-себебі ток өлшеу үшін МК құрамына міндетті түрде Аналогты-сандық түрлендіргіш кіруі керек, бірақ Atmel фирмасының инженерлері осы функцияны "2313-ші" жабдықтамады. Бал отбасы басқа мәселе: бұл чиптерде АСТ модулі міндетті түрде "бортта" болады. Бірақ, екінші жағынан, тіпті Atmega8 - " аға " отбасының ең қарапайым өкілі ретінде-қарапайым амперметрді құруды талап еткеннен әлдеқайда көп функционалдыққа ие. Ал бұл жобалауға классикалық көзқарас тұрғысынан ең жақсы шешім емес. "Жобалаудың классикалық тәсілі" деп Бұл жерде "қажетті минимум принципі" деп аталатын (ыстық жақтаушы, оның шыңында жаңа модалы "Ардуинам" осы жолдардың авторы да болып табылады) түсініледі, оған сәйкес кез келген жүйені ресурстардың ең аз ықтимал санын пайдалана отырып жобалау керек; ал түпкілікті нәтиже барынша аз іске қосылмаған элементтерді қамтуы тиіс. Сондықтан, осы қағидатқа сәйкес-қарапайым аспап-қарапайым микроконтроллер және басқаша. Рас, барлық қарапайым МК алға қойылған мақсат үшін қолайлы емес. Мысалы, ATtinyl3-онда АСТ бар, ол қарапайым және арзан; иә, тек енгізу-шығару желілері-екі "семисегментниктің" матрицасын қосу үшін-ол анық аз. Дегенмен, Егер аз фантазалау болса, онда бұл мәселе өте шешіледі - к176ие4 копеец есептегішінің және қарапайым алгоритмнің көмегімен, басқарушының осы есептегіші. Сонымен қатар, мұндай тәсілде оң жақтары бар - біріншіден, ток шектегіш резистор бойынша индикатордың әрбір сегментіне "ілу" қажеттілігі болмайды (ток генераторлары санауыштың Шығыс каскадында бар); екіншіден, бұл схемада жалпы катодты да, жалпы анодты да индикаторды пайдалануға болады-"жалпы анодқа" өту үшін Vt1 және VT2 транзисторларының қосылуын өзгерту қажет. 6 DD2 +9 В желіге 1 кОм резистор арқылы жалғайды, ал сол жақ R3 шығысы "жермен" жалғайды. 11 сурет – ATtiny13 микроконтроллеріндегі қолдан жасалған амперметр Сур. 11. ATtiny13 микроконтроллеріндегі қолдан жасалған амперметрдің принципиалдық схемасы (10А дейін). Mm көмегімен есептеуішті басқару үшін тек екі желіні іске қосу қажет: біреуі - есеп сигналы үшін (С), екіншісі-шығару сигналы үшін (R). Сонымен қатар, құрылғыны сынау барысында МК желілеріне тікелей қосылған К176ИЕ4 КМОП-микросхема оның ТТЛ-деңгейімен - қандай да бір қосымша келісусіз сенімді жұмыс істейді. 5 Амперметрдің құрылымдық сұлбасын әзірлеу 12 суретте жоғары жиілікті амперметрдің құрылымдық сұлбасы көрсетілген. Мұнда: ДТ-ток датчигі; Ал-қалыпты күшейткіш; Және-интегратор; АСТ-аналог-сандық түрлендіргіш; МП-микропроцессор; ОУ-есептеу құрылғысы (светодиод); ЭП-электрондық жады. 12 сурет -амперметрдің құрылымдық сұлбасы Ток датчигі - Роговский катушка (КР), жоғары жиілікті токтың Ток бойынша бірінші туындыға пропорционалды кернеуге түрлендіруді жүзеге асырады, ал нормаланған күшейткіш бұл кернеуді 10 есе күшейтеді. Бұдан әрі сигнал шығу кернеуі өлшенетін токтың сызықтық тәуелділігі бар интегратордың (И) кіруіне беріледі. Одан әрі интегратор шыққан кернеу сигналы АСТ сандық кодына түрлендіріледі. Барлық ақпарат микропроцессормен (МП) өңделеді, онда барлық қажетті математикалық түрлендірулер жүзеге асырылады. Өлшеу нәтижесі есептеу құрылғысына (ОУ) беріледі. 6 Электрлік өлшеудегі сандық амперметр Кейбір схемалар мен құрылғылар, мысалы, қуатты күшейткіштер, автокөлік зарядтау құрылғылары, зертханалық қоректену көздері 20 ампер және одан да көп жететін токтар болуы мүмкін. Ампер бірнеше қарапайым арзан мультиметрді оңай өзгертуге болады, ал 10, 15, 20 және одан да көп ампер болуы мүмкін. Өйткені, тіпті өте үлкен жүктемеде амперметрлерге салынған шунттаушы резисторлар ұзақ уақыт өлшеу кезінде, кейде тіпті сағат қызып кетуі мүмкін және нашар жағдайда балқуы мүмкін. 13 сурет – Сандық амперметрдің электрлік сұлбасы Бұл сұлба сіз көріп тұрғандай өте қарапайым. Оның жұмысы көптеген өндірушілер және көптеген өнеркәсіптік амперметрлермен қолданған. Жұмыс схемасы өте қарапайым болып табылғандықтан, ток өту кезінде белгілі бір кедергі арқылы R1 кернеудің төмендеуі байқалады, сол кезде оны өлшеу орындалады, ол үшін кернеуді күшейту операциялық күшейткіш OК1 түседі және әрі қарай шығыс арқылы байланыс 6 сыртқы вольтметр 2В шегіне қосылған. Параметрлер ток болмаған кезде амперметрдің шығуында нөлді орнату және калибрлеу кезінде, оны токты өлшеуге арналған үлгілі құралмен салыстырады. Амперметр тұрақты симметриялы кернеумен қоректенеді. Мысалы, 9В –ты 2 батареядан тұрады. Токты өлшеу үшін сенсорды 2В ауқымында желіге және мультиметрге қосыңыз-көрсетімдерді қараңыз. 2 вольт 20 ампер тогына сәйкес келуі қажет. Электр техникалық жұмыстарда, электр жабдықтарын жөндеуде кедергі, ток күші, кернеу сияқты электр шамаларын өлшеуді жүргізу қажеттілігі жиі туындайды. Өлшеу нәтижелері бойынша жабдықты жөндеу сапасы және электр аспаптарының дұрыс жұмыс істеуі туралы айтуға болады. Бұрын электр өлшеулерін жүргізу үшін сандық амперметрлер мен вольтметрлер, тестерлер қолданылды. Ал аналогтық құралдардың бір айтарлықтай нашар ерекшелігі болды – олар инерционды және санауды өлшеу аспабының стрелкасының ауытқуы бойынша жүргізеді. Сондықтан өлшеулерді тек жарықтандырылған жерлерде жүргізуге болады, сондай-ақ бағыттаманың жағдайына өлшеу құралының орналасуы әсер етуі мүмкін. Сондықтан қазіргі жағдайда сандық өлшеуіштерді жиі қолданады. Өлшеу жүргізу үшін сандық вольтметрлер, амперметрлер немесе құрама аспаптар мен тестерлер жиі қолданылады. Қорытынды Осы курстық жобада біз айнымалы токтың түрін өлшейтін санды амперметрдің түрімен таныстық. Ең жиі сандық амперметр тұрақты және айнымалы ток күшін өлшеу үшін қолданылады. Әдетте, оның құрылысына өлшенетін ток күшінің аралығы байланысты. Айнымалы ток үшін ол көп жағдайда 0 – 10 ампер құрайды. Егер тым жоғары дәлдік қажет болмаса, онда ток күшін өлшеу диапазоны 50-100 амперге дейін кеңейтілуі мүмкін. Бұл аспаптар жиі ток күшін шектегіш рөлінде болуы мүмкін. Сандық аспаптарда микроконтроллерлер мен кіріктірілген Аналогты-сандық түрлендіргіштер қолданылады, бұл олардың құрылымын айтарлықтай жеңілдетеді және жасауды арзандатады. Сандық амперметрде ток күшін өлшеу үшін бір сатылы интегралдау және шунттан алынатын кернеуді одан әрі түрлендірумен жиілікке түрлендіру әдісі қолданылады. Микроконтроллерді пайдалану өзінің теріс ерекшелігіне ие. Мысалы, ең жиі қолданылатын 10 биттік Аналогты-сандық түрлендіргіштер өлшенетін шаманың кең ауқымында жоғары рұқсат алуға мүмкіндік бермейді. Аспап жұмысының дәлдігі мен тұрақтылығын арттыруға стандартталған электрондық компоненттерді, конденсаторларды, кедергілерді, шунттарды пайдалану кезінде қол жеткізуге болады. Сандық аспапты таңдаған кезде, сондай-ақ ток күшін өлшеу диапазонына, ток жиілігіне, өлшеу қателігінің шамасына назар аудару керек. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі: Регулируемый регулятор мощности В.Тушнов Схемотехника 2003 №3 стр.4 Бондарь, И. М. Электротехника и электроника / И.М. Бондарь. - М.: МарТ, Феникс, жүктеу/скачать 0.49 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|