8.3 Сандық вольтметрлер

Сандық өлшеу аспаптарының ішінен аналогты-сандық түрлендіру әдістерін қолданатын электромеханикалық және электронды топтардағы вольтметрлер ерекше орынды алады.

Кодты-импульсті түрлендіретін электромеханикалық вольтметрлер (разрядты кодтау). Разрядты кодтау вольтметрлерін компенсаторл мен декадалы есептелген қолмен әрекет ету көпірінде пайдаланылатын теңестіру принципінде құрылған. Декада ішіндегі үлгілі (компенсациялаушы) кернеулердің шамаларын кернеудің барлық мәндерін нақты бір комбинацияда алуға болатындай етіп (мысалы,шамалары нақты 2 : 4 : 2 : 1 қатынасында орналасқан төрт кернеу) таңдап алынады. Кернеудің таңдап алынған тізбегі код деп аталады. Үлгілі кернеулерді реле, қадамды іздеуші,электрқозғағыш түріндегі әртүрлі электрмеханикалық коммутациялы және қайта қосқыш құрылғыларының көмегімен реттейді. Электромеханикалық вольтметрдің құрылымдық схемасы 8.4 суретте берілген.

Өлшенетін U_х кернеу өзінше аттенюатор – кернеудің қолмен немесе автоматты қосылған жоғарыомды бөлгіші болып табылатын кіріс құрылғысына түседі. Кір.Қ шығысынан U_х кернеуі тікелей немесе тұрақты токтың тұрақтығы жоғары күшейткіші арқылы СС (ноль-орган) салыстыру схемасына келеді.

СС-тің екінші кірісіне ТКҚ (ИОН) тіректі кернеу қореқ көзі U₀ кернеумен қоректенетін сандық потенциометрінен СП компенсацияланатын U_K кернеуі беріледі. Тіректі кернеудің қорек көзі ретінде тұрақты кернеудің тұрақтығы жоғары электронды стабилизатор қолданылады. СП 2: 4: 2: 1 “салмақты” төрт резистордан тұратын үш декададан және 1 “салмақты” бір резистордан тұратын қосымша декададан тұрады. Әр декаданың резисторлардың шамасы келесі декаданың резисторларынан 10 есеге ерекшеленеді.

Өлшенетін және компенсацияланатын кернеулер арасындағы аралық РКҚ релелі коммутациялы құрылғыға беріледі, олар Кір.Қ (өлшеу мен полярлығын таңдап алу шектері қайта қосу блогы) мен СП-ке берілетін сәйкес сигналдарды өңдеп шығарады. .Потенциометрдің дискретті қадамдарын РКҚ-ны теңестіру процесінде қайта қосумен біруақытта СИ сандық индикатор мен ШСҚ шығыс санды жазыпшығарушы құрылғы үшін кодтар түрлендіреді. U = U_K – U_X СП-дің кіші разрядының бірлігінен аз болғанда, өлшенетін кернеуді компенсауиялағаннан кейін, РКҚ теңестіруді доғарады да, СИ өлшенетін кернеуді ондық жүйеге тіркейді.

Уақытты-импульсті түрлендіретін электронды вольтметрлер. Осы түрдегі сандық вольтметрдің құрылымдық схемасы 8.5-суретте келтірілген. Өлшенетін тұрақты U_х кернеуі АКГ аратәріздес кернеу генераторының көмегімен t уақыт интервалына түрленеді. Осы интервал аралығында тұрақты жиілікктерінің импульстерін есептеу жүзеге асады.

Кір.Қ кіріс құрылғысындағы өлшенетін кернеу кернеу бөлгіштерінің көмегімен мөлшерленген мәнге келтіріледі, содан кейін тұрақты ток күшейткіші СС салыстыру схемасына (компаратор) беріледі. СС-ке АКГ-нен сонымен қатар “ара” заңы бойынша сызықты түрде өзгеретін компенсацияланатын U_К кернеу түседі. Уақыт моменті t₁-де (сур.8.5) ББ басқару блогы АКГ жібереді де, есептеу импульстерінің генераторынан ГСч.И ”пуск” тұрақты жиіліктегі (әдетте 1 МГц) импульстер есептегішке осы арқылы түсетін, ЭК электронды кілтті ашып береді. Уақыт t₂ , U_К кернеуі өлшенетін U_х кернеуіне тең болған кезде, ЭК жабылады да, импульс санағыштарының импульстерін қайта санау “Сброс” тоқтатылады.

Саналған импульстердің N саны t = t₂ – t₁ уақытында U_х кернеудің мәніне пропорционалды. Вольтметрдегі ішкі калибрлену кернеудің қатарланған қорек көзінің көмегімен алдын ала қарастырылады. Аспаптың қателігі АКГ-ның сызықтығынан, ГСчИ тұрақтығынан, СС сезімталдығынан, нольді орнату дәлдігі мен тіректі кернеуге тәуелді.

Әдебиеті: 1 нег.[152-157, 284-286]; 2 нег.[212, 213, 240-244]; 1 қос.[95-97, 99-101]; 7 қос.[76-79, 88-90].

Бақылау сұрақтары:

1. Электронды вольтметр қандай болады?

2. Электронды вольтметрдің кеңінен пайдалануы немен дәлелденген?

3. Электронды вольтметрлерді қандай белгілермен ажыратады?

4. Тұрақты және айнымалы электронды вольтметрлердің қандай айырмашылықтары бар?

5. Қандай өлшеу аспаптары сандық деп аталады?

6. Қандай өлшеу диапазоны негізгі деп аталады?

7. Масштабты өлшеу түрлендіргіші не үшін қажет?

8. Аналогты өлшенетін шаманы оның сандық эквивалентіне қандай құрылғы түрлендіреді?

9. Кодты-импульсті вольтметрлердің уақытты-импульстіден айырмашылығы неде?

9-дәрістің тақырыбы: Температураны өлшеу. Термоэлектрлі термометрлер

9.1 Жалпы мағлұматтар

Температура деп дененің қызу дәрежесін сипаттайтын физикалық шаманы айтады. Жалпы алғанда барлық технологиялық процестер мен заттың әртүрлі қасиеттері температураға тәуелді.

Температураның ұзындық, масса және т.б. физикалық шамалардан айырмашылығы, ол экстенсивті (параметрлі) емес, интенсивті (активті) шама болып табылады. Сонда, егер гомогенді денені екі түрлі бөлікке бөлсек, онда масса теңдей бөлінеді. Интенсивті шама болып табылатын температура мұндай аддитивті қасиетке ие болмайды, яғни термикалық тепе-теңдікте орналасқан жүйенің кез-келген микроскопикалық бөлігінің температуралары бірдей болады. Сондықтан экстенсивті шамалардың эталондарын құруға ұқсас температураның эталондарын құру мүмкін емес.

Темпертураны тікелей өлшеуге жүгінетін дененің физикалық қасиеттерінің температурасына тәуелділігіне негізделе отырып, тек жанама жолмен өлшейді. Дененің мұндай қасиеттері термометриялық деп аталады. Оларға ұзындықты, көлемді, тығыздықты, термоЭҚК-ні, электр кедергісін және т.б. жатқызамыз. Термометриялық қасиеттермен сипатталатын заттар термометриялық заттар деп аталады. Температураны өлшеу құралдарын термометрлер деп атайды. Термометрді құру үшін температуралық шкала қажет.

Температуралық шкала деп температураның өлшенетін термометриялық қасиеттердің мәндерімен нақты функционалды санды байланысын айтады. Бұл байланыста температуралық шкаланы кез-келген термометриялық қасиетті таңдап алу негізінде құру мүмкіндігі беріледі. Сол уақытта температураны өзгертумен сызықты түрде өзгеретін және темпратураны өлшеудің кең аралығындағы басқа факторларға тәуелдіе мес бір де бір термометриялық қасиет болмайды.

Қазіргі кезде екі термометриялық шкала қолданылып келеді: абсолютті термодинамикалық және халықаралық тәжірибелік. Термодинамикалық шкаланың санау басы болып абсолютті ноль нүктесі таңдап алынған, ал жалғыз реперлі нүкте ретінде 273,16 К-ге тең судың үштік нүктесі қабылданған. Дегенмен термодинамикалық шкала газды термометрлердің көмегімен пайдалану қиындығына байланысты тәжірибеде кеңінен қолданылмайды.

Өлшеу кезінде ең қолайлы болып халықаралық тәжірибелік температуралық шкала (ХТТШ) жатады, ол заттың (негізгі реперлі нүктелер) фазалы тепе-теңдігінде көрсетілген температуралар қатарына негізделген. Негізгі реперлі нүктелер арасындағы аралықтың температурасы эталонды аспаптар мен халықаралық тәжірибелі температуралық шкала мәндері арасындағы байланысты орнататын интерполяциялы формуламен анықталады.

Негізгі реперлі нүктелер –259,34-тен (судық тепе-теңдігінің үштік нүктесі) 1064,43 (алтынның бекітілу нүктесі) ⁰С-ға дейінгі температура диапазонында орналасқан. Температура аралығы ХТТШ-да –259,34-тен 630,74 ⁰С-ға дейін эталонды платиналы кедергі термометрімен, ал 630,74-тен 1064,43 ⁰С-ға дейінгі аралық – эталонды платинародиелі-платинді термобумен көрсетіледі.

1064,43 ⁰С-тан жоғары температура ХТТШ-да Планканың сәулелену заңдылығымен анықталады. ХТТШ бойынша температура t арқылы, ал оның сандық мәндері ⁰С белгісімен беріледі. Абсолютті термодинамикалық температура Т мен халықаралық тәжірибелі шкала t арасында T = t + 273,15 К қатынасы болады.

Температура мен өлшеу әдістерінің байланысты(контакталы) және байланыссыз (контакталы емес) түрлері болады. Бірінші жағдайда аспаптың сезімтал элементінің өлшеу объектісімен сенімді жылу байланысы болу тиіс: мұнда температураны өлшеудің жоғарғы шегі қолданылатын сезімтал элементтердің ыстыққа беріктігі мен химиялық төзімділігімен шектелген. Егер аспаптың сезімтал элементінің өлшеу объектісімен сенімді жылу байланысын жүзеге асыру қиын болса, байланыссыз өлшеу әдәсін пайдаланады.

Термометр деп температураны оның белгілі функциясы болып табылатын сигналға түрлендіру жолымен өлшеу құрылғысын (аспап) айтамыз.