10. Бинарлы бергіштер

Басқарылатын объекті мен өлшеуіш жүйелердің шығыстық құрылғылары арасында әрқашан физикалық шама - электр сигналы тектес өлшеуіш түрлендіргіштер болады. Осындай түрлендіргіштерді түрлендіріп бергіш (датчик) деп атайды. Өлшеуіш түрлендіргіштер - түрлендіріп бергіштер - түрлендіргіштердің дербес түрі болып саналады.

ЭЕМ-ді пайдаланатын автоматты жүйелерде ақпаратты беру және өндеу негізінен “1” және “0” электр сигналдарының комбинациясының дискретті жиынтығы түрінде өтеді. Бұл жағдайда алдымен физикалық шама электр кернеуіне, содан кейінгі кезенде сигналдардың дискретті жиынтығына түрленеді.

Түрлендіріп бергіштерді тікелей және жанама түрлендіретін деп екі топқа бөлуге болады. Тікелей түрлендіретін түрлендіріп бергіштер өлшенбекші шаманы электр сигналына тікелей түрлендіреді, ал жанама түрлендіретін түрлендіріп бергіштер тікелей түрлендіретін және қайсыбір салыстырмалы не “есептеуші құрылғылы” түрлендіріп бергіштер тобынан құралады. Мұның соңғысы түрлендіріп бергіштің көрсету шамасын физикалық шамамен бірмәнді байланысқан электр (не басқа) сигналына түрлендіреді. Өзара әрекеттің мынадай түрлері болады:

1)механикалық (күштік, сығу-созу); 2)электрлік; 3)магниттік; 4)электромагниттік (сәулелену); 5)гравитациялық; 6)жылулық. Өзара әрекеттесудің әрбір түрімен түрлендіріп бергіштердің белгілі бір тобы байланысты, яғни сәйкес физикалық шаманы электрліктің бір түріне, көбінесі электр кернеуіне түрлендіріп тұрады.

Барлық түрлендіріп бергіштер қызмет принципі бойынша параметрлік және генераторлық болып екі топқа ажыратылады. Бірінші топқа өлшенетін шаманың мәні электр тізбегінің параметрлеріне, яғни кедергіге, индуктивтікке, сыйымдылыққа, өзара индуктивтікке түрленетін түрлендіріп бергіштер жатады; бұл кезде қосымша қоректендіру көзі қажет. Генераторлық түрлендіріп бергіштерде әртүрлі энергия тікелей электр энергиясына түрленеді. Екі топтың да қолданылатын түрлендіріп бергіштері мен олардың параметрлері белгілі оқулықтарда жан-жақты қарастырылған, сол себепті мұнда кең тараған түрлендіргіштерді ғана қарастырумен шектелеміз.

Түрлендіріп бергіштің статикалық сипаттамасы деп, өлшенетін (х) шамамен түрлендіріп бергіштің шығысындағы сигналдың (у) арасындағы у = (х) функционалдық тәуелділікті айтады. (х) функциясын түрлендіру функциясы деп те атайды. Шығыстық у шамасының аз өсімшесінің кірістік х шамасының аз өсімшесіне қатынасын түрлендіріп бергіштің сезімталдығы деп атайды

.

Түрлендіріп бергіштің сезгіштік деңгейі деп, оның шығысында сигналдың өзгерісі (∆у) пайда болуына сәйкес келетін түрлендіріп бергіштің кірісіндегі шаманың (∆х_дең) аздаған өзгерісін айтады.

Сигналдың деңгейлік өзгерісі (∆у_дең) деп, шығыстық сигналдың керекті аспаптар арқылы тіркеуге жарайтын ең кіші мәнін айтады.

Осылайша, түрлендіріп бергіштің деңгейлік сезімталдығы белгілі бір дәрежеде сигналды өңдейтін басқа электр түрлендіргіштердің не тіркеуіш аппараттардың сипаттамасымен байланысты болуы мүмкін. Егер ұзақ мерзім арасында ақпаратты когеренті жинақтау мүмкіндігі болса, түрлендіріп бергіштің деңгейлік сезімталдығын төмендетуге болады. Мысалы, нақты сигналдар уақыт бойынша қатаң корреляцияланған болса, бір түрлендіріп бергіштен мәліметтерді бірнеше мәрте жазуға болады. Кайсыбір физикалық шаманы түрлендіруге арналған түрлендіріп бергіш басқа g_i шаманың әсерінен өзінің сипаттамасын барынша аз өзгертуі тиіс. Түрлендіріп бергіштің шығыстық сигналы (у) бір ғана х шамасына тәуелді болуы керек, ал сыртқы g_i параметрлердің өзгерісі тудыратын шығыстық сигналының барлық өсімшелері түрлендіріп бергіштің деңгейлік сезімталдығымен салыстырғанда едәуір аз болуы тиіс:

.

∆у_gi, (∂у/∂_gi) ∆g_i шамаларын түрлендіріп бергіштің қосалқы қателіктері дейді. әдетте, қосалқы қателіктер сыртқы параметрдің өзгеру шамасына сәйкестендірілген түрлендіріп бергіштің шығысындағы шаманың өзгерісінің процентімен өрнектеледі. Мысалы, магнит өрісінің түрлендіріп бергішінің температура тұрақсыздығына байланысты туатын қосалқы қателігі: 1^оС-қа шаққанда 0,5% деп өрнектелуі ықтимал.

Бинар түріндегі түрлендіріп бергіштер. Физикалық шаманың белгілі бір деңгейлік мәнін ғана тіркейтін түрлендіріп бергіштерді бинарлы деп атайды. Мұндай түрлендіріп бергіштердің қатарына бейметалды қайта қосқыштар және ұштық айырып қосқыштар негізіндегі күй (положения) түрлендіріп бергіштері жатады. Бұларды бинарлы дейтін себебі: олардың шығыстық сигналы тек “қосылған” не “ажыратылған” деген екі күйдің бірінде ғана болады.

Әрекет принципі бойынша бинарлы түрлендіріп бергіштер жанаспалы және жанаспасыз болып ажыратылады. Алғашқысында электромеханикалық жанаспа қолданылады. Көп жағдайда жанаспаны басқару үшін түрлендіріп бергіштің өзінің қайта қосқыштық мүмкіндігі пайдаланылады. Жанаспа түрлендіріп бергіштерге су деңгейін өлшеу үшін қолданылатын қалқыма мен микроайырып қосқыштардан тұратын аралас түрлендіріп бергіштер де жатады. Жанаспа бинарлы түрлендіріп бергіштердің шығыстық сигналы микроЭЕМ-ге оңай енгізіледі. Бұл кезде 2.8 -суретте көрсетілгендей схемалар пайдаланылады.

U_көз

R

Жою

схемасы

Енгізу

порты

Енгізу

порты

Дірілді аппарат арқылы жою

Дірілді программа арқылы

жою

2.8 - сурет

Мұндай түрлендіріп бергіштерде жанаспа тұйықталғанда небір діріл пайда болады, сондықтан оны болдырмас үшін арнайы аппараттық не программалық құралдарды қарастыру қажет. Бинарлы түрлендіріп бергіштердің жанаспасыз түріне оптикалық үзгіш не Холл элементі негізінде жасалған күй түрлендіріп бергіштері жатады. Мұндай түрлендіріп бергіштерде “қосылған” не “ажыратылған” күйін сипаттайтын шығыстық сигналы цифрлық емес аналогтық болып келетін электр сигналының өзгерісі түрінде бейнеленеді. әдетте, жанаспасыз түрлендіріп бергіштің шығыстық сигналының сапасын жақсарту үшін 2.9-суретте көрсетілгендей компаратор пайдаланылады.

U_{к өз}

Компаратор

Енгізу

порты

Микро

ЭЕМ

R₁ U_n

R₂

R_ж

2.9 - сурет.

Ол түрлендіріп бергіштің шығыстық сигналын қайсыбір берілген деңгейлік шамамен U_дең салыстырып, сол негізде түрлендіріп бергіштің «қосылған» не «ажыратылған» күйін бағалайды. Түрлендіріп бергіштің шығыстық сигналы салыстыру деңгейіне жуықтағанда, шұлық құраушылардың әсерінен компаратордың бірнеше рет іске қайталап қосылуы ықтимал. Осы кемшілікті болдырмас үшін, компаратор схемасы қажетті сезімтал емес аймақты қамтамасыз ететін қайсыбір гистерезиске ие болуы тиіс. Бұл орайда гистерезис ұлғайған сайын қосылу тұрақтылығы жақсаратынын, бірақ іздеп табу дәлдігінің төмендейтінін ескеру қажет. (Гистерезис тұзағының жалпақтығы R₁ және R₂ қатынасымен анықталады).

Қең тұрғыдан қарағанда, жанаспасыз бинарлы түрлендіріп бергіш дегеніміз компараторлы аналогтық шығыстық сигналы бар түрлендіріп бергіштің жиынтығы, ал жанаспалы бинарлы түрлендіріп бергіш - релелі схемалы жиынтық.