2.2 Дәрістік сабақтар даярламасы

1–дәріс. Физикалық шамаларды өлшеу техникасының негіздері. Өлшеу    құралдарының метрологиялық сипаттамалары

Өлшеу құралдары (ӨҚ) — белгілі уақыт аралығында өлшемі өзгермейтін физикалық шама бірлігін сақтайтын немес жаңартатын қалыпты метрологиялық сипатқа ие техникалық өлшеу құралы. Бұл анықтама біріншіден, физикалық шама бірлігін сақтайтын, екіншіден, сақталған бірлік өлшемінің өзгертпейтін өлшеу құралдарын көрсетеді. Бұл маңызды факторлар өлшеуге мүмкіндік береді. Егер бірлік өлшемі өлшеу кезінде нормаланған шамадан үлкейсе, мұндай құралмен қажетті нақтылықтағы нәтиже алу мүмкін емес. Бұл осы мақсаттағы техникалық құрал өлшемін өзгермейтпейтін бірлікті сақтай алатын кезде ғана өлшуге болатынын көрсетеді.

Барлық өлшеу құралдарының өзара салыстыратын жалпы қасиеттері жоқ: метрологиялық, эксплуатациялық, ақпаратттық және т.б. ӨҚ жеке түрлері өздерінше бөлек қасиеттерге ие, олар сәйкес нормативті-техникалық құжаттарда бейнеленеді. Сондықтан қолданылып отырған өлшеу құралдары енгізген қателік құраушыларын бөліп және бағалай алу өте маңызды.

Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасы — өлшеу нәтижесі мен қателігіне әсер ететін өлшеу құралдарының қасиеттерінің бірі. ӨҚ әр түрі үшін өздерінің метрологиялық сипаттамалары орнатылады. Нормативті-техникалық құжаттармен орнатылатын метроло­гиялық сипаттамалар метрологиялық сипаттамалармен қалыптастырылатын, ал тәжірибемен анықталатындар – негізгі метрологиялық сипаттамалар деп аталады.

Метрологиялық сипаттамаларға түрлену функциясы. өлшеу құралының қателігі, сезімталдығы, шкала бөлінуінің бағасы, сезімталдық табалдырығы, өлшеу диапазоны, көрсеткіш вариациясы және т.б. жатады. Жұмыс кезінде олар қаншалықты ұсталып, тұрақты болса, өлшеу құралының көмегімен алынатын нәтижелер нақтарқ болады.

Түрлену функциясы (түрленудің статикалық сипаттамасы) — өлшеу құралдарының кіріс және шығыс сигналдарының ақпараттық параметрлері арасындағы функционалдық тәуелділігі. Өлшеу құралы үшін алынатын және ғылыми-техникалық құжаттамада орнатылатын түрлену функциясын номиналды функция деп атайды. Түрленудің номинал статикалық сипаттамасы кіріс шама мәнін шығыс мәні бойынша есептеуге мүмкіндік береді. Олсалыстырмалы, кестелік немесе графиктік түрде берілуі мүмкін.

ӨҚ қателігі — өлшеу құралының көрсеткіші мен өлшенетін шаманың шын мәні арасындағы айырмасын анықтайтын маңызды метрологиялық сипаттама. өлшеу үшін көрсеткш ретінде оның номинал мәні алынады.

ӨҚ сезімталдығы — осы құралдың шығыс сигналының өзгерісінің өлшенетін шаманың өзгерісіне қатынасымен анықталатын қасиеті. Абсолюттік және салыстырмалы сезімталдық бар. Абсолют­тік сезімталдық мына формуламен анықталады

(1.1)

Салыстырмалы сезімталдық мына формуламен

,

Мұндағы Ү — шығыстағы сигналдың өзгеруі; Х —өлшенетін шаманың өзгеруі, X — өлшенетін шама.

Түрленудің бейсызық статикалық сипаттамасында сезімталдық X-тен тәуелді, ал сызықтықта – ол тұрақты.

Тұрақты сезімталдықтағы өлшеу құралдарында шкала тепе-тең, яғни шкаланың көрші бөлгіштерінің арсындағы қашықтық бірдей.

Шкаланың бөліну бағасы (аспап тұрақтысы) — ӨҚ шкаласының көрші көрсеткіштеріне сәйкес шамалардың айырымы. Тепе-тең шкалалы аспаптардың бөліну бағасы бірқалыпты болады. Тепе-тең емес аспаптарда көрсеткіштері әр түрлі болады, бұл жағдайда бөлудің минимал бағасы алында. Шкаланы бөлу бағасы аспап шкаласының бір бөлігіне келетін өлшенетін шама бірлігіне тең және абсолюттік сезімталдық арқылы да анықталады:

. (1.2)

Сезімталдық табалдырығы — физикалық шаманың берілген құралмен өлшене бастағанынан бастап өзгерген ең аз мәні. Сезімталдық табалдырығы кіріс шама бірлігімен өрнектейді.

Өлшеу диапазаоны — ӨҚ-нің қателіктер шегі қалыптасатын шамалар облысы. Өлшеуді жоғарыдан және төменнен шектейтін диапазон сәйкесінше өлшеудің жоғарғы және төменгі шектері деп атайды. Өлшеу нақтылығын жоғарылату үшін диапазонды бірнеше бөліктерге бөлуге болады. Біреуінен екіншісіне өткенде қателіктін негізгі құраушылары азаяды, бұл өлшеу нақтылығын жақсартады. Шкаланың бастапқы және соңғы мәндерімен шектелген мәндер облысы көрсеткіш диапазоны деп аталады.

Өлшеу құралдарының нәтижелерін сандық кодпен көрсететін құралдар үшін екілік шығыс код түрін және код разрядтары санын көрсетеді.

Зерттеу объектісінің жұмыс режиміне өлшеу құралдарының әсерін бағалау үшін кіріс толық кедергі Z_вх көрсетіледі. Бұл кедергі зерттеу объектісінің тұтынатын қуатына әсер етеді.

Өлшеу құраладарына жүктеме шығыс толық кедергісі Z_вых тәуелді болуы мүмкін. Шығыс кедергі аз болған сайын жүктеме кеңейе түседі.

Көрсеткіш вариациясы — өзгермейтін сыртқы жағдайларда аспаптың шығыс сигналының ең үлкен вариациясы. Ол үйкелу және аспап түйіндеріндегі лифттің, элеменнтердің механикалық және магниттік гистерезисі, т.б. нәтижесі болып табылады.

Шығыс сигналды вариациясы — кіріс шаманың алынған мәніне оң және сол жағынан баяу келгенде кіріс шаманың шын мәніне сәйкес келетін шығыс сигналдар мәнінінң айырымы.

Әдебиет: 1 нег. [17-25], 6 қос [9-15]

Бақылау сұрақтары:

1. Негізгі өлшеу түрелрі мен әдістерін атаңыз.

2. «Өлшеудің» «бақылау» операциясынан негізгі айырмашылығын көрсетіңіз

3. Өлшемнің эталоннан айырмашылығы?

4. Қандай физикалық шамалардың эталондарын білесіздер?

5. Өлшеу кезінде қандай негізгі өлшеу операциялары жүргізіледі?

6. Өлшеу әдісіне анықтама беріңіз.

7. Өлшеу қателігін жіктеңіз.

8. Өлшеу құралдарының жіктелуі

2–дәріс. Өлшеу жүйелері. Өлшеу жүйесінің негізгі бөліктері

Негізінен өлшеу жүйелері үш элементтерден тұрады:

Сезімтал элемент, көбінесе датчик деп аталады, — өлшенетін шамамен сандық байланысқан сигнал беретін элемент. Мұндай элементтен өлшенетін объекттен ақпарат алады да өлшенетін шаманың сандық мәнін алу мақсатымен өлшенетін жүйенің басқа бөліктеріне баратындай түрге түрлендіреді.

Сигнал түрлендіргіші, сезімтал элементтен сигнал алады да өлшеу жүйесінің немесе басқару жүйесіне ақпаратты бейнелеу блогына сәйкес түрлендіреді. Сигнал түрлендіргіштері өз кезегінде 3 элементтен тұрады: сигнал құраушы, сезімтал элементтен сигналды бейнелеуге ыңғайлы физикалық түрге түрлендіреді; сигналдық процессор, сигнал сапасын жақсартады, мысалы, күшейтеді, және сигнал беруші осы сигналды бейнелеу құрылығысына дейінгі бір қашықтыққа беруге арналған.

Бейнелеу құрылғысы — өлшеу жүйесінің шығыс ақпараты бейнеленді. Бұл элемент сигнал түрлендіргіштен ақпарат алады да шкала бойынша орын ауыстыратын көрсеткіш түрінде көрсетеді.

Сонымен, өлшеу жүйесі бейнелеу құрылығысымен байланысқан сигнал түрлендіргіштеріне қосылған датчиктен тұрады. Ол 1-суретте көрсетілген блок-схема түрінде келтірілуі мүмкін

1 – сурет. Өлшеу жүйесінің жалпы түрі

Жүйенің беріліс функциясы

Стационар жағдайларда жүйенің беріліс функциясы — бұл шығыс сигналдың θ₀ кіріс сигналға θ_i қатынасы

Беріліс функциясы:

.

Өлшеу жүйесі датчиктен, сигнал түрлендіргішіне және бейнелеу құрылғысына тұруы мүмкін (2-сурет). Бұл элементтердің әрқайсысының беріліс функциясы бар.

2-сурет. Өлшеу жүйесінің беріліс функциясы

Сонымен, датчик үшін — бұл беріліс функциясы G₁, кіріс сигналы θ_i және шығыс сигналы θ₁ сигнал түрлендіргіші үшін кіріс болып табылады:

,

Сигнал құраушысы үшін — беріліс функциясы G₂ кіріс сигналы θ₁ шығыс θ₂ :

,

Ал бейнелеу құрылғысы үшін — беріліс функция G₃ кіріс сигналы θ ₂ және шығыс θ₀:

.

Сонда барлық өлшеу жүйесі үшін беріліс функциясы мына түрде жазылуы мүмкін:

,

.

Өлшеу жүйелеріне қолданылатын «бағдарланатын» термині жүйеге микропроцессор немесе компьютер қосылған дегенді білдіреді. «жай» (бағдарланбайтын) термині жүйеде ешқандай микропоцессор жоқ кезде қолданылады. Жай аспаптарда жүйе тек шамаларлы өлшейді ал адам алынған деректерді өңдейді. Бағдарламаланатын аспаптарда тек өлшеу ғана емес, сондай-ақ өңдеу жұмыстары да жүреді.

Калибрлеу — бұл бейнелеу құрылғысының шкаласына белгі қою немесе датчик беогілі бір жағдайда тұрғанда бүрын калибрленген (стандарт) жүйеге сәйкес өлшеу жүйесін тексеру процесі.

Барлық басқа стандарттар туындайтын негізгі стандарттар біріншілік эталондар болып табылады. Олар халықаралық келісіммен анықталған және ұлттық мемелекеттік мекемелерде сақталады. 7 біріншілік және 2 қосымша эталондар бар.7 біріншілік эталондар:

1. Масса. Килограмм биіктігі мен диаметрі бірдей платина (90%) және иридий (10%) балқымасынан жасалған цилиндр массасы ретінде анықталады және Севрде (Франция) Халықаралық Өлшем және Салмақ Бюросымен сақталады.

2. Ұзындық. Метр 1/299792458 доли секундқа тең уақытта вакуумде жарықтың жүріп өткен жолының ұзындығы ретінде анықталады.

3. Уақыт. Секунд белгілі резонанс кезінде Цезий 133 атомының

шығаратын сәулелену периодының 9192631 ұзақтығы ретінде нықталады.

4. Ток. Ампер вакуумде бір бірінен 1 метр қашықтықта орналасқан өте аз дөңгелек қима мен 2 параллель өткізгіштерден өтетін электрлік ток туғызатын күш ретінде анықталады, ол өткізгіштер арасында әр 1 метр сайын 2·10^-7 Н-ға тең күш туғызады.

5. Температура. Кельвин (К) 273.16 К-ге тең үштік су нүктесінің температурасымен анықталады (барлық судың 3 фазасы — сұйық, бу тәрізді және қатты тепе-теңдікте болғанда.

6. Жарық күші. Кандела (свеча) 1 стерадианға 540·10¹² жиілікпен және 1/683 Вт қуатпен монохроматты сәулелену жіберетін бағыттағы жарық күшімен анықталады.

7. Зат саны. Заттың санының өлшемі - моль. 1 мольде 12-көміртегінің 0.012 кг изотобы бар элементар бөлшектер бар.

«Элементар компоненттер» термині атом, молекула, иона, электрон және басқа бөлшектерге қатысты айтылады.

2 қосымша эталондар:

1. Жазық бұрыш. Радиан — бұл доғасы радиус ұзындығы бойынша тең шеңберлердің 2 радиусы арасындағы жазық бұрыш.

2. Денелік бұрыш. Стерадиан — сфераның радиусы ұзындығы бойынша тең қабырғасымен квадрат ауданына тең аудан қиятын сфера ортасында ұшымен конустың денелік бұрышы.

Бұл біріншілік эталондар ұлттық эталондарды тек эталондық өлшеу бірліктерінде ғана емес, олардын туындаған бірліктерде де қолданылады. Мысалы, манганиннен жасалған сым орамының кедергі эталоны ұзындық, масса, уақыт және токты өлшеу эталондық бірліктеріне негізделген. Әдетте бұл ұлттық эталондар өз кезегінде метрологиялық орталықтарда сақталып, өндірісте калибрлік жұмысарға қолданылатын үлгілік өлшемдерлі анықтауға қолданылады. Мұндай калибрлік эталондар аспаптарды үзбей калибрлеу үшін тікелей өндірісте кездеседі.

Әдебиет: 6 қос. [14-30].

Бақылау сұрақтары:

1. Аспап шкаласының бөліну бағасы қалай анықталады?

2. Түрлі өлшеу құралдары үшін дәлдік класы қалай белгіленеді?

3. Аспаптың дәлдік класын не сипаттайды?

3–дәріс. Қателіктерді жіктеу. Жүйелі қателіктер

Өлшеу әрекеті келесі кезеңдерден тұрады: Өлшеу нысанының моделін қабылдау, өлшеу әдісін таңдау және нәтиже алу мақсатында сынақ жүргізу. Өлшеу нәтижесі өлшенетін шаманың ақиқат мәнінен өзге өлшеу қателігі деп аталатын мәнді береді. Өлшеуді өлшенуші шама мен оның ақиқат мәннен мүмкін болатын ауытқу дәрежесі анықталған жағдайда аяқталды деп есептеуге болады.

Абсолют қателік - ӨҚ қателік, өлшенуші физикалық шаманың бірлігімен өрнектелген.

Δ = Х_өлш – Х_д . (3.1)

Салыстырмалы қателік - ӨҚ–гі қателік. Абсолют өлшей құралдарының өлшеу нәтижесіне немесе өлшенген физикалық шаманың нақты мәніне қатысымен өрнектеледі.

γ_салыс = (Δ/Х_д)100. (3.2)

Өлшеу құрылғысы үшін γ_салыс құрылғы бағамының аяғындағы ең кіші мәнге ие және өлшенуші шаманың мәніне тәуелді берілген бағам нүктесіндегі қателікті сипаттайды.

Көптеген өлшеу құралдарының нақтылығын сипаттау үшін келтірілген қателік қолданылады.

Келтірілген қателік – салыстырмалы қателік, ӨҚ-ң абсолют қателігінің барлық өлшеу диапазоны немесе диапазон бөлігінде тұрақты шаманың шартты қабылданған мәніне қатынасымен өрнектеледі.

γ_келт = (Δ/Х_қалып)100, (3.3)

мұндағы, Х_қалып – қалыптастырушы мән, яғни қателікті есептеуге қатысты қолданылатын қандайда бір белгіленген мән.

Қалыптастырушы мәнді таңдау МЕСТ8.009 84–ке сәйкес таңдалынады. Ол ӨҚ жоғарғы өлшеу шегі, өлшеу диапазоны, бағам ұзындығы және т.б. болуы мүмкін. Көптеген өлшеу құралдары үшін келтірілген қателіктің құрылғы дәлдігінің класы орнатылады.

Өлшеу құралдарының қателіктері өзгеру сипаттамасы бойынша жүйелі, кездейсоқ және ауытқулар болып бөлінеді.

Жүйелі қателік – тұрақты немесе заңды өзгермелі ретінде қабылданатын өлшеу құралы қателігінің құрамдас бөлігі. Әдетте берілген ӨҚ-нің жүйелі қателігі осы үлгідегі басқа ӨҚ-нің жүйелі қателігінен өзгеше болады, нәтижесінде бір үлгідегі ӨҚ бар топтары үшін жүйелі қателік кей жағдайда кездейсоқ қателік ретінде қарастырылуы мүмкін.

Жүйелі қателіктеріне өлшеу барысында ескерілетін және мүмкіндігінше жойылатын әдістемелік, аспаптық, субъективті және басқа да қателіктер жатады.

Кездейсоқ қателік – кездейсоқ түрде өзгеретін ӨҚ қателігінің құрамдас бөлігі. Ол көрсеткіштің біртекті еместігіне әкеліп соғады және нақты болжауға және ескеруге келмейтін себептерге байланысты. Алайда сынақты қайталап бірнеше рет жүргізгеннен кейін ықтималдық теориясы мен математикалық статистика өлшеу нәтижесін нақтылауға мүмкіндік береді, яғни бір өлшем нәтижесіне қарағанда нақтырақ негізгі мәнге жуық өлшенетін шама мәнін аламыз.

Ауытқулар – оператор қателігі немесе ескерілмеген сыртқы қателіктерге байланысты дөрекі қателік. Қалыпты жағдайда оларды өлшем нәтижесінен алып тастайды.

Өлшенетін шама мәніне байланысты өлшеу қателіктері кіріс шама Х мәніне тәуелсіз аддитивті және Х – ке пропорционалды – мультипликативті деп бөлінеді.

Өзгеру сатысына байланысты жүйелі қателіктер тұрақты (шамасы мен таңбасын сақтайтын) және айнымалы (белгілі заңдылықпен өзгеретін) болып ажыратылады.

ӨҚ-нің тұрақты жүйелі қателіктері – аналогты аспаптардың бағамын бөліктеу қателіктері; шунтты тықсыру, қосымша кедергісінің ауытқулары, аспап элементтері параметрлерінің температуралық өзгерістері т.б. негізделген.

Айнымалы жүйелі қателік – қорек көзінің кернеу тұрақсыздығы, сыртқы магнит өрістерінің әсері және басқа да ықпал ететін шамаларға негізделген қателік. Пайда болу себебіне байланысты оларды әдістемелік, жабдықтық (аспаптық) және субъективті деп бөледі.

Әдістемелік қателіктер мүлтіксіз орындалмау нәтижесі, қабылданған өлшеу әдісінің теориялық негізде толық болмауы, жеңілдететін болжауларды пайдалану және өлшенетін шамасы дұрыс таңдалмаған формула енгізу барысында пайда болады. Мысалы, температураны термопар арқылы өлшеуде зерттелетін нысанның температуралық режимінің бұзылуынан болған әдістемелік қателік табылуы мүмкін. Техникалық сынақта ең бастысы – көзін тауып әдістемелік қателіктерді болдырмау.

Бұл есепті шығару деңгейі әдістемелік дайындық пен сынақшының тәжірибелілігімен анықталады. Көп жағдайда әдістемелік қателіктер жүйелі сипатта, кейде кездейсоқ болады.

Мысалға өлшеу әдісінің жұмыс теңдеуі коэффициенті кездейсоқ түрде өзгеретін өлшеу шарттарына тәуелді болған жағдайда.

Аспаптық қателіктер (өлшеу қателіктерінің аспаптық құрам бөлігі) қолданылатын ӨҚ (тұрақтылық, сыртқы әсерлерге деген сезімталдық және т.б.) қасиеттерімен, олардың өлшенуші нысанға әсерімен, әзірлеу сапасы мен технологиясына [мысалға бөліктеу ауытқулары, конструктивті (құрылыстық) ауытқулар, пайдалану үрдісіндегі аспап сипаттамаларының өзгерісі және т.б.] негізделген. Бұл қателік өз кезегінде негізгі және қосымша деп бөлінеді.

Әдебиет: 1 нег.[26-36], 6 қос. [25-30].

Бақылау сұрақтары:

1. Жүйелі қателіктердің пайда болу себебін атаңыз.

2. Таралу заңдарының сандық сипаттамаларын атаңыз.

3. Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасы бойынша өлшеу нәтижесі қалай бағаланады?

4–дәріс. Өлшеудің кездейсоқ қателіктерінің статистикалық моделі

Жуықтау теориясы. Ықтималдық теориясының математикалық аппаратын қолданатын кездейсоқ оқиғалар мен көп қайталанған өлшеулерде кездейсоқ нәтижелердің пайда болуы арасындағы ұқсастықтарға негізделеді.

Ықтималдық теориясынан белгілі, кездейсоқ шаманы сипаттауды оның үлестіру заңы қолданылады.

Кездейсоқ шаманы үлестіру заңы кездейсоқ шаманың мүмкін мәні Х пен оған сәйкес ықтималдықтың қатынасын белгілейді. Үлестіру заңы таблица, формула, графика түрінде берілуі мүмкін. Ол кездейсоқ шаманың қасиеттері туралы толық ақпарат береді, оның мәнін бағалауға мүмкіндік туғызады және берілген шектерде оның мәнінің болу ықтималдығын анықтайды.

Дискретті үзідіксіз кездейсоқ шама тәжірибеде үлестіру заңын үлестірудің интеграл функциясы F(x) түрінде жиі қолданылады. Бұл функция кездейсоқ шама Х_і і-де тәжірибеде х-тің кейбір мәндерінен кіші мән қабылдау ықтималдығын анықтайды.

F(x)=P(X¡<x) = P(-∞<X¡≤ x).

Кездейсоқ шаманың статистикалық сипаттамасының үлестіру заңы әжептеуір күрделі. Тәжірибеде кездейсоқ шаманың үлестіру заңы осы үлестіру заңының кейбір қасиеттерін сипаттайтын сандық сипаттамалармен шектеледі. Кездейсоқ шаманың сандық сипаттамасы арасында математикалық күту, сан мен медиана кездейсоқ шаманың сан түзуіндегі жағдайының сипаттамасы болып табылады.

Кездейсоқ шаманы оның орташа мәнін математикалық күту дискретті кездейсоқ шама Х–тің барлық мүмкін мәндерінің қосындысы мен осы мәндердің ықтималдығы Р арқылы анықталады:

(4.1)

Үзіліссіз кездейсоқ шаманың математикалық күтуі

(4.2)

мұндағы Р(х) – кездейсоқ шама Х–тің ықтималдық үлестіру тығыздығы.

Мода М₀[Х] — күмәнді шамада ең үлкен ықтималдығы бар кездейсоқ шаманың мәні Х, ал үзіліссіздікке ол ықтималдықтың ең үлкен тығыздығына тең бір ғана максимумы бар қисық сызықты бөлінуді – бір модальді, екі максимумы барды – екі модальді деп атайды.

Медиана М_е[Х] – бірдей ықтималдықтағы кездейсоқ шаманың М_е[Х] – тен кіші немесе үлкен болғандағы кездейсоқ шама Х – ті сипаттайды. Симметриялы модальді бөліну жағдайында, медиана математикалық болжам мен санға сәйкес келеді.

Кездейсоқ шама Х–тің шашыраңқылығы – кездейсоқ шаманың өзінің математикалық болжамынан ауытқуы екінші дәрежесінің математикалық болжамы. Күмәнді кездейсоқ шама шашыраңқылығы

, (4.3)

ол үздіксіз кездейсоқ шама

(4.4)

Кездейсоқ шаманың орташа квадрат ауытқуы – шашыраңқылықтың квадрат түбірі:

(4.5)

Ықтималдық тығыздығының біркелкі азаюы мен симметриялық қасиеті бар жуықтап өлшеудің теориялық заңы метрологиялық тәжірибеде өте жиі қолданылатын қалыпты заң болып табылады:

• абсолюттік мәні бойынша теі, бірақ таңбасы қарама – қарсы;

• жуықтау бірдей жиілікте кездеседі; (симметрия аксиомасы);

• үлкеннен гөрі шағын жуықтау жиі кездеседі, үлкен жуықтау кездеспейді.

Ортаға келтірілген кездейсоқ шаманың (жуықтау) қалыпты бөлінуі

М(Δ) = 0 бірмодульді болып табылады және мына түрде сипаттап жазылады.

(4.6)

Ықтималдықты бөлудің қалыпты заңы үшін жуықтаудың Х₁ мен Х₂ мәндері арасында орналасуы болу қызметі сәйкес мәндердің арасындағы айырмашылықты айқындады.

(4.7)

Бұл ықтималдық сызбада ықтималдық тығыздығының Х₁ мен Х₂ абсциссаларына сәйкес ординаталардың арасындағы қисық сызықтың ауданы түрінде беріледі.

σ – дің әртүрлі мәндеріндегі жуықтауды қалыпты бөлудің тығыздығы сызбасы 3 - суретте келтірілген. 3 - суретте көрініп тұрғандай σ неғұрлым аз болған сайын ∆ осіне қисық сызық тік түседі, осыдан ол үшкір ұштанады (σ₁ < σ₂ <σ₃).

Қалыпты заңдылық тек сол жағдайда жүзеге асады: егер өлшеудегі жуықтау кездейсоқ фактор саны көп (4 – тен артық) болу шарты сақталып, олардың әрқайсысы жалпы жуықтауға мөлшерлеп алғанда тең өз жуықтау үлесін қосқан жағдайда. Мұндайда жуықтаулар құрамының бөлу заңы алуан түрлі (біртегіс, үшбұрыштық, трапеция түрінде, экспоненциалды, т.б.).

3 – сурет σ-нің әртүрлі мәніндегі қателіктің қалыпты таралуының тығыздық графиктері

Егер x₁ = -∞, ал х₂ = + ∞, х₂ = + ∞, онда (4.7), анықталатын ықтималдық қисық бойынша ауданға сәйкес келетін бірлікке айналады (3-сур.қарау).

Тәжірибеде есептеулерді жүзеге асыру үшін ықтималдықтар интегралы деп аталатын қалыптанған Лаплас қызметі қолданылады

(4.8)

мұндағы t=x/σ.

Сонда Лаплас функциясы аргументінің таблицадағы мәнін пайдалана отырып берілген (Х₁, Х₂) шектеріндегі кездесетін жуықтаулардың есептеу ықтималдығын табуға болады:

(4.9)

Өлшенетін Х шаманың нақты мәні (-х₂, +х₁) сенім интервалының ішінде болу ықтималдығы – берілген дәлдіктегі β – ның сенімділігі деп аталады.

Өлшеу практикасында сенім ықтималдығың әртүрлі мәні пайдаланылады, мысалы: 0,90; 0,95; 0,98; 0,99; 0,9973 және 0,999. Сенім интервалы мен сенім ықтималдығын өлшеу нақты жағдайына байланысты таңдап алынады. Мысалы, кездейсоқ жуықтаудың қалыпты бөліну заңында ортаквадраттық ауытқу σ сенім интервалының +3σ – тен -3σ – ге дейін жиі қолданылады, сенім ықтималдығы (Лаплас функциясының тұрақты мәндер таблицасы бойынша) 0,9973 – ке тең. Мұндай сенім ықтималдығы орташа 370 кездейсоқ жуықтаудан тек бір жуықтау ғана абсолшютті мәннен 3σ көп болатынын білдіреді. Осылайша тәжірибеде жекелеген өлшеулер саны бірнеше ондықтан асуы сирек, әуелі бірғана кездейсоқ 3σ – тен артық қателік мүмкіндігі аз жағдай, ал екі осындай қателік кездесуі тіпті мүмкін емес. Бұл жеткілікті негізде былай деп түйін жасауға мүмкіндік береді, өлшеудің барлық мүмкін болатын кездейсоқ жуықтаулары қалыпты заңмен бөлінгенде, практикалық жағынан 3σ – дің абсолютті мәнінен артық болмайды («үш сигм» ережесі). Егер жуықтау 3σ мәнінен артып кеткен жағдайда оны «мүлт кету» деп есептеу керек. «Мүлт кетуді» есептеу үшін «үш сигм» критерилері – Смирнов, Дайт, Романовский, Шовэнэ және басқалардікін пайдаланады.

Өлшеу нәтижесі ары қарай пайдалануға тек сонда ғана жарамды, егер физикалық шаманың өлшенген мәні онда жуықтау мәні көрсетілгенде ғана. Өндірістік өлшеу негізінде бір – ақ рет орындалады және алынған нәтиженің дәлдігі пайдаланылған өлшеу құралының нормаланған метрологиялық сипаттамасы бойынша бағаланады.

Өлшеу нәтижесінің абсолютті және салыстырмалы жуықтауы мәні есепке алынуы керек, өйткені олардың біріншісі нәтижені дөңгелектеуге, оның дұрыс жазылуына, ал екіншісі – дәлдігінің бірмәнді салыстырмалы сипаттамасы үшін.

Жалпы жағдайда жүйелік және кездейсоқ өлшеудің жуықтау қосындысының құрамы:

Δ=Δ_с+ .                         (5)

Әдебиеттер: : 1 нег. [36-51], 2 нег.[15-25].

Бақылау сұрақтары:

1. Кездейсоқ шама бөлінуінің қалыпты заңы.

2. Өлшеу нәтижесін жазудың нысандары.

3. «Үш сигм» критериі.

      5 -дәріс. Электрлік емес шамаларды өлшеу. Өлшеуді түрлендірушілерді  қосудың сызбасы.

Кез келген электрлік емес Х шаманы (температура, қысым, сұйықтың шығыны, жылдамдық, орын ауыстыру, деформацияның жылдамдатылуы, діріл, т.б.) өлшеу үшін оны алғашқы өлшем түрлендіргіші немесе датчик көмегі арқылы шығатын электрлік шама Y-ке түрлендіреді. Ары қарай Y – тің сигналы аспаптың өлшем түрлендіру тізбегі арқылы соларда ол спектрі мен деңгейі өзгеріске түсіп және энергияның бір түрінен екінші түріне өзгеріп түрленеді. Осылайша, электрлік емес шамаларды өлшеу аспаптарын жалпы түрде өлшенетін Х шаманы және басқа шамаларды кезегімен түрлендіретін ең соңында өлшенетін шаманың белгілі бір өлшем бірлігіндегі мәнін сан (код) түрінде анықтайтын өлшем түрлендіргіштерінің тізбегі түрінде елестетуге болады.

Электрлік шаманы алу үшін түрлендіргіштерді тізбектей қосу сызбасы көбінесе электрлік емес шаманы өлшеу аспабының өзіне тән метрологиялық қасиеттерін анықтайды. Бұл аспаптарды тура және теңгермелі аспаптар түрлеріне жіктеуге болады.

Тура түрлендіру әдісі. Тура түрлдендіру әдісін қолданатын аспаптарда (4-сурет) өлшеу нәтижесі кезектескен бірнеше түрлендірулерден кейін өлшегіштің жылжымалы бөлігінің ауытқуынан барып алынады. Бұл аспаптар өте қарапайым, сенімді, олардың метрологиялық сипаттамасы да жоғары емес.

Пр өлшеу түрлендіргішінде өлшенетін электрлік емес Х шаманың электрлік Э шамаға түрленуі жүзеге асырылады.

4-сурет. Тура түрлендіру аспабының құрылымдық сызбасы

Жалпы бұл шаманы өлшеу тізбегінде әлі бірнеше рет түрлендіруге болады. Одан кейін Э_i =f(Э) шама қажет болған жағдайда К күшейткішінде күшейтіліп, Х шаманың шығу мәнін тіркейтін есептеу құрылғысына ЕҚ түседі.

Өлшеу аспабының түрлендіру қызметі өлшенетін электрлік емес шаманың әр түрлену буынының түрлену қызметін атқарып келіп, соңғы буын α=f() түрінде көрінуі жолымен жүзеге асады және аспаптың түрлендіру қызметіндегі барлық құрылымдық параметрлердің тигізген әсерлерін ескеруге мүмкіндік береді.

Аспапта түрлендіргіштерді жалғаудың дифференциалды сызбасын пайдалану (5-сурет) анық метрологиялық сипаттамасы елеулі дәрежеде жақсартуға мүмкіндік береді. Мұндай сызбаның негізін есептегіш түрлендіргіш (шығу шамасы бір аттас екі кіру сигналдарының Э = F(Э₁ - Э₂) тақ саны қызметі түрінде берілген екі кіруі бар түрлендіргіш) құрайды. Оның екі дербес – бір жұмыс режимінде бірі жалғанып жұмыс істеп тұрған Т₁, екіншісі – жұмыс істемей тұрған Т₂ түрлендіргіш каналдары болады. Түрлендіргіш Т₁ мен Т₂ –нің кіру жолдарына енген X₁ мен X₂ электрлік емес Э₁ мен Э₂ электр сигналдарына айналдырылады да одан әрі есептегіш Т₃ түрлендіргішіне жеткізіледі. Есептегіш түрлендіргіштен шыққан Э = Э1- Э2 одан әрі тура түрлендіру тізбегімен жүреді.

5-сурет. Дифференциалды түрлендіргіш аспаптың құрылымдық сызбасы

Оңай болу үшін Т₁ мен Т₂ түрлендіргіштерінің қызметі (5.1) – түрінде деп есептеп дифференциалды сызбаның қасиеттерін жалпы түрде қарастырайық.

Υ₁ =SX₁ +Y₀; Y₂=SX₂ + Y₀. (5.1)

Сонда дифференциал түрлендіргіштің қызметі мына түрде жазылады.

Y = Y₁ -Y₂ = S(X₁ -X₂).                      (5.2)

Теңдестірілген түрлендіру әдісі. Теңдестірілген түрлендіру әдісін пайдаланатын аспаптарда (жағымсыз кері байланысты қолданумен) аддитивті, сондай – ақ мультипликативті жуықтауларда елеулі түрде келтіруге мүмкіндік болады. Кері байланысты пайдалану – тұрақты және өзгермелі жуықтаулары шағын, шығу қуаты үлкен аспаптар жасауға мүмкіндік туғызады.

6-суретте өлшенетін электрлік шамасы шығуда теңдестірілген аспаптың құрылымдық сызбасы берілген. Енгізілетін электрлік емес шама Х түрленуден соң есептегіш түрлендіргіштің бір кіру жолынан Uх электр сигналы түрінде енсе, екінші кіру жолынан теңдестірілген тізбектен (КЦ) шыққан Uк кернеуі беріледі.

6-сурет. Теңдестірілген түрлендіргіші бар аспаптың құрылымдық сызбасы

Теңдестірілген тізбек кернеулер айырмасы ΔU аз шамада болуына есептеліп К күшейткіштен шыққан кернеу арқылы қозғалысқа келтіріледі. Өлшенетін электрлік емес шаманың өлшеуіші болып теңдестірілген тізбекке (КЦ) әсер ететін У_шығу – шамасы алынады. ОУ өлшегіші бұл жағдайда механикалық құрылғы болады, мысалы теңдестірушіге немесе көпір тізбегіне жалғанған реохорд. Өлшеудің жалпы жуықтауы өлшеу түрлендіргіш Т – ның жуықтауы мен өлшегіш және теңдестіргіш тізбектің жуықтауларының қосындысынан құралады.

Түрлендіргіштерді жалғаудың көпірлік сызбасы. Көпірлік сызбасын сезімталдығы мен қызметінің сызықтық болуына байланысты түрлендіргіштерді қосуды үш түрге бөлуге болады. (7-сурет).

Түрлендіргіші бар көпір, көпірдің бір иініне (R_пр= R_1, ) жалғанған. (7-сурет.а). Мұндай жағдайда R₁= R₂, R₃= R₄ симметриясында және көпірдің тиімді жұмыс режимі сақталғанда гальванометрдегі ток

(5.3)

7-сурет. Көпірлік сызбадағы түрлендіргіштердің қосылу тәсілі: а - көпірдің бір иініне; б - қарсы жақтағы иініне; в - екі көрші иініне

Бұл теңдеу түрлендіргіштің мұндай қосылуында түрлендіру қызметінің қисық сызықтылығының үлкен дәрежесі, 2...3 % жеткен болады.

Екі қозғалыстағы түрлендіргіші бар көпір, қарама қарсы иіндерге жалғанған (R_пр= R₁ = R₄,) (7, б суретті қара). Мұндай жалғануды егер сызбаның сезімталдығын арттыру үшін қолданады. Шындығында, гальванометр стрелкасының ауытқуы R₁R₄ – R₂R₃ айырмасына пропорционал болатыны белгілі.

Егер R₁ және R₄ кедергілері белгілі шамаға ұлғайса (немесе азайса) онда сезімталдық сызбасы бір жұмыс түрлендіргішімен салыстырғанда екі есе өседі. Түрлендіргіштердің мұндай жалғануында температурадағы жуықтауды толықтыру үшін R₁ мен R₄ – ке сәйкес келетін екі иінде жұмыс істемей тұрған қалған екі түрлендіргішті де қосу қажет болады. Жұмысшы түрлендіргішті қосудағы кемшілік түрлендіру қызметіндегі түзуліктен көп ауытқушылық болып табылады. Шындығында, R₁R₄ = R₂R₃, R₁ = R₂ = R₃ = R₄= R мен ΔR₁=ΔR₄ кезіндегі гальванометрдегі ток мына формуламен анықталады.

(5.4)

Осы теңдеуден бұл жағдайда шкаланың түзуден ауытқуы алдыңғы жағдайдағыдан (7 ... 10 %) әлде қайда көп екені көрініп тұр.

Әдебиеттер: 1 нег. [36-51], 2 нег.[15-25].

Бақылау сұрақтары:

1. Электрлік емес шамаларды электрлік әдіспен өлшеудің артықшылықтарын ата.

2. Құрылысмдық сызбаны графикалық түрде бейнеле.

а) тура түрлендіру аспабы;

б) теңестіре түрлендіру аспабы;

в) жағымсыз кері байланыс аспабы;

3. Теңгермелі көпір сызбасының артықшылықтарын түсіндір.

4. Көпірлік сызбадағы түрлендіргіштерді жалғау тәсілдерін көрсет.

6-дәріс. Өлшеу түрлендіргіштерінің динамикалық қасиеттері. Өлшеу түрлендіргіштерін жіктеу

Уақыт бойынша айнымалы шамаларды (қысым, жылдамдату т.б.) өлшеуде түрлендірушілерді таңдауда түрлендіргіштердің динамикалық жұмыс режимі мен және оларды есте ұстау керек. 8-суретте өлшеу түрлендіргішінің жалпы моделі берілген.

8-сурет. Өлшеу түрлендіргіштің физикалық моделі:

F(t)— сыртқы ауыпалы күш; Р – демпфер (тыныштандырғыш)

Сыртқы ауыспалы күш F(t) серіппелі элементпен (мысалы серіппе W) байланысқан қозғалмайтын А денеге әсер етеді. Мұндай түрлендіргіштерде екі түрлі: амплитудалық және фазалық жуықтау орын алады.

Амплитудалық жуықтау. Егер m массаға F(t) ауыспалы күш жұмсалса, онда оның әсерінен болған m массаның тербеліс амплитудасы күштердің жекелеген әсеріндегі ауыстыру амплитудасымен салыстырғанда үлкен боп шығады.

Динамикалық режимдегі түрлендіргіштің жылжымалы бөлігінің қозғалыс теңдеуін зерттеу, күш өзгерісінің синусойдалы заңында, Δ=f(λ) (9 – сурет) қисық байланысын береді.

Мәжбүрлі тербелудің амплитудалық қателігі – жекелеген күштер әсерінен жылжымалы бөліктің ауысу амплитудасындағы динамикалық режимдегі (еріксіз тербеліс) тербеліс амплитудасының ең үлкен ауытқуы:

Синусойдалы тербелістегі жылжымалы бөліктің қателігі:

мұндағы λ=ω/ω₀ — жылжымалы бөліктің өз тербеліс жиілігінің ω₀ еріксіз тербелістің бұрыштық жиілігіне қатынасы; β = Р/Р_кр— жылжымалы бөліктің тыныштану дәрежесі; Р_кр- дағдарыс режиміндегі масса қозғалысының тыныштану коэффициенті, яғни тыныштанудың ең аз уақытындағы.

9-суреттегі қисық сызықтардан көрінгеніндей β – ның азғантай мәнінде λ= 1 – де, яғни (ω=ω₀) резонансында ең үлкен амплитудалық қателік орын алады. Сондықтан динамикалық режимде жұмыс атқарушы орын ауысу мен күштің түрлендірушісінде λ= ω/ω₀ көп кіші бірлік, яғни өлшеу процесінің жиілігінен ω үлкен өз жиілігі ω₀ болу керек.

9 — сурет. Түрлендіргіштің амплитудалы қателігі

Егер түрлендіргіштің өз жиілігі ω₀ өлшеу процесінің жиілігі ω – ден кіші болса зат (m масса) F күшпен жанасудан шығып кетеді де өлшеу дұрыс болмайды.

9 — суреттегі қисықтан көрінгеніндей амплитудалық қателік Δ сондай — ақ түрлендіргіштің жылжымалы бөлігінің тыныштану дәрежесіне де байланысты және β= 0,6...0,7 болып ең кіші мән қабылдайды.

Физикалық қателік. Түрлендіргіштің физикалық қателігі жылжымалы бөліктің еріксіз тербелісінің өлшенетін шама тербелісінен қалып қоюы арқылы көрінеді. (10-сурет). Суреттен көрінір тұр, β = 0,7 болғанда фазалық қателік λ – ға тура сызықтық тәуелдікке ие, ал кіші λ – да ψ – да кіші. Фазалық қателікті мына формуламен есептеуге болады.

Осылайша, уақытқа байланысты өзгермелі механикалық шаманы өлшеуде үлкен амплитудалық және фазалық қателіктерді болдырмас үшін түрлендіргіштің параметрлерін оның өз тербеліс жиілімен өлшенетін құбылыс (еріксіз тербеліс) жиілігінің қатынасы сәйкес келетіндей және түрлендіргіштің жылжымалы бөлігінің тыныштану дәрежесі β = 0,6...0,7 аралығында болатындай етіп алу керек.

10-сурет. Түрлендіргіштердің фазалық қателігі

Түрлендіргіштерді жалпы жұмыс принципіне немесе практикалық қолданылуына байланысты түрге бөледі.

Өлшеу түрлендіргіштері неге арналғанына байланысты алғашқы түрлендіргіштер (датчик) үйлестірілген және аралық болып бөлінеді.

Алғашқы түрлендіргіштер өлшеуіштер тізбегінде бірінші тұрады және құрамында (зонд, мембранамсияқты) сезімтал элементтер мен енгізілген электрлік емес шаманы электрлік шамаға түрлендіріп шығаруға қатысатын басқа да элементтері болады. Датчик жеке немесе біреу етіп тұтастырып құрастырылған біренше өлшем түрлендіргішінен тұрады. Өлшенетін электрлік емес шамалар (күш, қысым, температура) датчикке тікелей әсер етеді.

Үйлестірілген түрлендіргіш датчик пен келісу сызбасынан тұрады, өлшенетін физикалық шама нормаланған шығу шамасы бар энергия көзін пайдалану арқылы түрленеді. Тұрақты тоқтың нормаланған сигналы 0 ...± 5 мА немесе 0...± 20 мА диапазоны аралығында болады. Нөлдік құрылғыда ток диапазоны ±1...± 5 мА немесе ±4...±20мА – ға дейін таратылған.

Шектерін реттеу үшін ток сигналдары диапазондары төменгісі 0...5 мА, жоғарғысы 25 мА аралығында жатады. Ток сигналдары нормаланған құрылғыларда ішкі кедергісі 1 кОм – нан аспайтын әртүрлі өлшеу аспаптарына рұқсат етіледі. Кернеу сигналдары нормаланған диапазондары мәні О...±Ц 0...+10 В – ны құрайды. Жиілікті шығу шамасы ретінде қолданғанда ұмынылатын өзгеріс диапазоны 5... 25 Гц – ті құрайды. Пневматикалық жүйеде газ қысымы нормаланған. Олар 0,02. ..0,1 МПа диапазонында болу керек. Аралық түрлендіргіш алдыңғы түрлендіргіштен өлшеу кезеңінің сигналын алып түрлендіргеннен кейін келесі түрлендіргішке жібереді.

Енгізілген шаманы түрлендіру сипатына қарай өлшеу түрлендіргіштері сызықтық және сызықтық емес болып бөлінеді. Сызықтық түрлендіргіште кіру және шығу шамаларының функционалдық тәуелділігі сызықтық, ал сызықтық емес түрлендіргіште сызықтық емес.

Әрекет ету принципіне байланысты датчиктер генераторлық және параметрлік болып бөлінеді. Генераторлық датчиктің өлшенетін шамамен функциональдық байланыста болады, мысалы ЭДС термопары. Параметрлік датчикте өлшенетін шама электрлік тізбек параметрлерінің {R, L, С) пропорционалды өзгеруін талап етеді, мысалы реостатты датчиктің кедергісі. Генераторлыға жататындар мыналар: индукциялық, пьезоэлектрлік, термоэлектрлік және электрохимиялық датчиктердің бірнеше түрі. Қалған датчиктер параметрлік болып табылады.

Әрекет ету принциптеріне орай олар да мынадай топтарға жатады:

резистивті – өлшенетін шама оның кедергісінің өзгеруіне байланысты түрленеді;

электромагнитті – өлшенетін шама индуктивті және өзара индуктивтілік арқылы түрленеді;

сиымдылықты – өлшенетін шама сиымдылықтың өзгеруіне байланысты түрленеді;

пьезоэлектрлік – динамикалық күш түсіру электр зарядына түрленеді;

гальваномагниттік – Холл эффектісіне негізделген және әсер етіп тұрған магнит өрісін ЭДС – ке түрлендіретін;

жылулық – өлшенетін температураға ЭДС – ке жылу кедергісі шамасына түрленетін;

жарықэлектрондық – жарық сигналдары электрлікке түрленетін.

6.1 – кесте

Датчиктердің қолданылатын орындары

Түрлендіргіш түрі	Қолданылуы
	Қысым (күш)	Орнынан жылжу	Орналасу	Жылдамдық	Үдеу	Діріл	Тем­пера –тура	Магнит ағыны	Жарық өлшеу
Тензодатчик	•	•	•	•	•	•
Потенио-метрикалық	•	•	•	•	•
Сызықтық дифференциалдытрансформатор	•	•	•	•	•
Айнымалы индуктивті		•	•	•	•	•
Холл эффектісі		•	•					•
Шашақты тоқ		•	•	•
Магнитті резистивті		•	•					•
Сиымдылықдатчигі	•	•	•		•	•
Пьезоэлектрлік	•	•		•	•	•
Кедергі термометрі							•
Термистор							•
Термопара*							•
Фотоэлемент									•
Фотокедергі									•
Фотогальваниклық элемент*									•

** Автогенерлік немесе белсенділігі жоғары аспаптар

Әдебиеттер: 1 нег. [122-130], 7 қос. [30-54].

Бақылау сұрақтары:

1. Бастапқы түрлендіргіштердің топтастырылуын атаңыз.

2. Қандай түрлендіргіштер генераторлыққа жатады?

3. Қандай түрлендіргіштер параметрлікке жатады?

4. Динамикалық режимдегі жұмыс кезіндегі қателіктерді атаңыз.

5. Өлшеу түрлендіргішінің физикалық моделін келтіріңіз.

7-дәріс. Фотоэлектрлік түрлендіргіштер. Сыйымдылықты түрлендіргіштер. Түрлендіру функциясы. Өлшеу қателіктері

Фотоэлектрлік түрлендіргіштер немесе фотоэлементтер үш түрге бөлінеді: сыртқы фотоэффектілі фотоэлементтер, ішкі фотоэффектілі фотоэлементтер және фотогальваникалық түрлендіргіштер.

Сыртқы фотоэффектілі фотоэлементтер. Олар ішкі бөлігіне катод түзетін фотосезімтал материал жағылған вакуумды немесе газтолтырылған сфералық шыны түрінде жасалады. Анод никель сымнан тор немесе фотоэлектронды эмиссия (10^-12А) және электродтар арасындағы шығын (10^-10... 10^-7А) нәтижесінде фотоэлемент арқылы қараңғы ток жүреді. Жарықтандыру кезінде фотокатод жарық фотондарының әсерінен электрондар түзеді. Егер анод пен катод арасына кернеу берілген болса, онда электрондар электр тогын түзеді. Электр тізбегіне қосылған фотоэлементтің жарықтандырылуы өзгерген кезде сәйкесінше тізбектің фототогы да өзгереді. Вакуумдық фотоэлементтің шығыс тоқтары бірнеше микроамперден аспайды. Фотоэмиссия тоғының біршама күшеюін (1 мА) фотоұлғайтқыштардан алады.

Түрлі фотоэлементтердің жарықтық сипаттамаларынан байқағандай (11-сурет) фототоқ пен жарық ағымының арасындағы пропорционалдық барлық 1-3 қисықтарда сақталмайды. Мұны өлшегіш прибордың сызықтық шкаласын алғанда ескеру маңызды.

Бірінші фототокқа қатысты ионизация арқылы күшейтілген ток қатынасы газдық күшею коэффициенті деп аталады, шамасы 6...7 дейін жетуі мүмкін.

Газтолтырылған фотоэлементтердің вакуумдікке қарағанда сезімталдығы жоғары шамамен 100...250 мкА/лм.

11 —сурет. Фотоэлементтің жарықтық сипаттамасы:

1 — оттегілі-цезиелік түр ЦГ;

2 — сурьмянды-цезиелік түр СЦВ;

3 — вакуумді түр ЦВ

Ішкі фотоэффектілі фотоэлементтер. (Фоторезисторлар). Олар біртекті жартылайөткізгіш контактілі пластинка түрінде, мысалы жарық әсерінен өз кедергісін өзгертетін селенид кадмииден жасалған. Ішкі фотоэффект заттың ішінде еркін қалған атомдардың электрондық орбитасынан жарық кванттарымен соғылған еркін электрондардың пайда болуымен түсіндіріледі. Материалда мысалы жартылай өткізгіштерде еркін электрондардың пайда болуы, электр кедергілерінің пайда болуымен парапар. Фоторезисторлар жоғары сезімталдық пен сызықты вольт – амперлік сипаттамаға ие, яғни олардың кедергісі берілген кернеуге тәуелді емес. Қараңғылық кедергі, сезімталдық, инерциондық температураға тәуелді. Температуралық қателікті азайту үшін эра фоторезисторларын көмірдің шектік иығына қосу ұсынылады.

Вентильді элементті қосудың қарапайым принципиалды сұлбасы 12-суретте көрсетілген. Мұнда өлшегіш Ө, Ф – фотоэлемент қысқыштарына қосылады, жарық әсерінен ток көзі болып табылады.

12 — сурет. Вентильді элементті қосу сұлбасы

Фотодиодты режимде фотоэлементтердің принципиалдық сұлбасы 13-суретте көрсетілген.

13 — сурет. Фотоэлементтің қосылу сұлбасы

Фотоэлементтің жарықтану дәрежесіне байланысты вольтметр V көрсеткіші өзгереді. Тұрақты ток күшейткіштері бар сұлбалар ауытқулар мен қорек көзінің кернеуінің тұрақсыздығына өте сезімтал. Бұл өлшеуге үлкен қателіктер әкеледі, сондықтан фототоктарды күшейту үшін көп жағдайда ауытқулар мен қореккөзі кернеуінің тұрақсыздығына сезімталдығы аз айнымалы ток күшейткіштерін қолданылады.

Сыйымдылықты түрлендіргіштер

Сыйымдылықты түрлендіргіш дегеніміз сыйымдылығы өлшенетін электрлік емес шаманың әсерімен өзгеретін конденсатор.

Сыйымдылықта түрлендіргіш ретінде жазық конденсатор қолданылады, сыйымдылығы келесі формула бойынша анықталады.

,                                                           (7.1)

мұндағы ε₀ — ауаның диэлектриктік тұрақтысы (ε_о= 8,85 • 10^-12 Ф/м; ε — конденсатор қабаттамаларының арасындағы салыстырмалы диэлектриктік өтімділік; S— қабаттаманың ауданы; δ — қабаттамалар арасындағы ұзындық. өлшенетін электрлік емес шама осы параметрлердің барлығымен функциональды байланысты болуы мүмкін болғандықтан, сыйымдылықты түрлендіргіштердің құрылымы пайдалану облысына байланысты әртүрлі болады. Сұйық немесе құйылмалы денелердің деңгейін өлшеу үшін цилиндрлік немесе жазық конденсаторлар қолданылады. Аз орын ауыстыратын, тез өзгеретін күштер мен қысымды өлшеу үшін — қабаттамаларының арасында айнымалы аралығы бар дифференциалдық сыйымдылықты түрлендіргіштер қолданылады. Сыйымдылықты түрлендіргіштердің түрлі электрлік емес өлшеулердегі қолдану қағидаларын қарастырайық.

Сыйымдылықтың деңгейөлшегіш. 14 — суретте деңгей өлшеуге арналған сыйымдылықты түрлендіргіштің құрылымы көрсетілген коаксиальды конденсатор негізінде.

14 —сурет. Сыйымдылықты деңгейөлшегіш:

1,2— электродтар

Сыйымдылықты түрлендіргіші бар өлшегіш тізбек. Көп жағдайда сыйымдылық түрлендіргіштер айнымалы ток көпірлік тізбегіне жалғанады. Дәлдік пен сезімталдықты арттыру үшін сыйымдылықты түрлендіргіш дифференциалды етіліп жасалып көпірдің көшірме иығына қосылады. (15 — сурет).

15 — сурет. Сыйымдылықты түрлендіргіштің дифференциалды қосылу сұлбасы

Сыйымдылықты түрлендіргіштің артықшылықтарын іске асыру үшін өлшегіш тізбегіне бірқатар талаптар ендіру керек.

Әдетте сыйымдылықты түрлендіргіштер аз сыйымдылыққа ие (ондаған — жүздеген пикофарад) сондықтан өндірістік жиілікте аз қуатқа ие.

Мысалы, егер түрлендіргіш сыйымдылығы С= 100 пФ жиілік f= 50 Гц және қорек көзі кернеуі U= 50 В болғанда

Р_Пр = U² ωC = 50² · 2π50 · 100 · 10^-12 = 80·10^-16 В·А.

Өлшегіштің қуаты түрлендіргіш қуатынан төмен болуы шарт болғандықтан, өлшегіш ретінде тек электронды аспап қолдану қажет болады. Сыйымдылықты түрлендіргіштің кедергісі өте үлкен. Жоғарыда келтірілген түрлендіргішке келесі мән сәйкес:

Мұндай кедергі көпірдің шығыс диагоналынан үлкен кедергіні талап етеді.

Бұл шартты кіріс кедергісі үлкен электронды аспаптар қанағаттандырады. Сонымен қатар түрлендіргіште үлкен кедергі болғанда, өлшегіш тізбегінің және өлшегіштің изоляциясына да талап жоғарылайды. Егер түрлендіргіш кедергісі өлшегіш тізбегінің изоляциясы кедергісіне тең болса, онда шығын токтар түрлендіргіш тоқтарына тең болады. Сондықтан сыйымдылықты түрлендіргіш көбіне жоғары жиілікті тізбектерде қолданылады, бұл оның қуатын жоғарылатып, кедергісін азайтады.

Әдебиет: 1 нег. [141-143], 6 қос. [199-206]

Бақылау сұрақтары:

1. Құрылғылардың құрылымы, жұмыс қағидасы қолданыс аясы қандай?

а) Фотоэлектрлік түрлендіргіштер;

б) Сыйымдылықты түрлендіргіштер

8-дәріс. Жылулық түрлендіргіштер (ЖТ). Ионизациялық түрлендіргіштер (ИТ). Түрлену функциясы. Өлшем қателіктері

          Түрлендіргіш материалда. Жылулық түрлендіргіштер  ретінде жоғары және тұрақты температуралық электр кедергісі коэффициентіне ие өткізгіш қолданылады. Бұл талаптарды негізінен химиялық таза металдардан жасалған өткізгіштер қанағаттандырады, себебі олардың көбінің оң температуралық коэффициенті бар. (0... 100 ◦С) 0,35 тен 0,68 % - ке дейін 1 °С –де.

Түрлендіргіш ретінде платина, мыс және никель кең таралған. Түрлендіргішке материал таңдау негізінен металдың өлшенетін ортада химиялық инерттілігімен және температурада өзгерісінің шектілігімен іске асырылады. Мыс түрлендіргішін -50...+180°С температурада газдан тазартылған атмосферада қолдануға болады. Бұдан жоғары температурада мыс тотығады. Мыс үшін изоляция ретінде эмаль, винифлекс, жібек қолданылады. Мыстың кемшілігі болып оның аз меншікті кедергісі болып табылады.

Никельді изоляциясы жақсы болған жағдайда 250... 300 ◦С – ге дейін қолдануға болады, ал одан жоғары температурада R=f(t) тәуелдігі ол үшін біркелкі емес. R=f(t) сызықты тәуелдігі никель үшін 100°С – ден жоғары емес температурада ғана іске асады. Никель түрлендіргіштердің кемшілігі болып никельдің әртүрлі маркасы үшін температуралық коэффициентінің әртүрлілігі болып табылады (0,51...0,58% немесе 1°С ). Сондықтан никель сымдарына тізбектегі әдетте температуралық коэффициенті есептелген деңгейге төмендететін және тұрақтандыратын манганиндік кедергі қосады. Никельдің артықшылығы болып оның үлкен меншікті кедергісі болып табылады (= 0,075...0,085 Ом·мм²/м).

Ең жоғары қасиетке платина ие себебі ол біріншіден химиялық инертті, екіншіден -200... +650°С температуралық диапазонда қолданылады. Бірақ платинаны қалпына келетін ортада қолдануға болмайды (көмірсутек, кремний буы, калий, натрий тағы басқалар). Қазіргі таңда көп жағдайда түрлі металдар оксидінен жасалған. Мыс, кобальт, магний, марганец тағы басқалар жартылай өткізгіш терморезисторлар қолданылады. Оксидтерді күйдіргенде шар, бағана немесе шайба тәрізді тығыз массса түзеді, оған электродтар түзіліп, мыс сым шығыстары жалғанады. Сыртқы ортадан қорғау үшін термистордың сезімтал элементі бояумен сырланып герметикалық металл корпусқа немесе шыныға орналастырады.

Температура ұлғайған сайын термистор кедергісі азаяды. Кедергінің температураға тәуелділігі мына формуламен өрнектеледі.

мұндағы А – материалдан, оның өлшемі мен кейпіне тәуелді тұрақты шама. В – жартылай өткізгіштің физикалық қасиеттеріне тәуелді, тұрақты шама. Т– түрлендіргіштің абсолют шкала градусы бойынша температурасы.

Өндірісте түрлі конструктивті орындаулардағы кедергі терморезисторларды шығарады: ММТ, КМТ-4, МКМТ.

Артықшылықтары: Өте жоғары (теріс) кедергісінің температуралық коэффициенті (2,5...4%  на 1°С–те) сезімталдығы металл терморезистормен салыстырғанда 6…10 рет жоғары, аз жылусыйымдылық және инерттілік.

Кемшіліктері: Кедергісінің температурадан сызықты емес тәуелділігі (16-сурет) сынақтан сынаққа сипаттамасының тұрақсыздығы мен әрауандағы. Бұл аспаптың сызықты шкаласын алуға және істен шыққан жартылай өткізгішті ауыстыруды қиындатады. Сонымен қатар оның температуралық диапазоны төмен (-100... +120 °С).

16 — сурет. Терморезистордың түрлендіру функциясы:

1 — ММТ типті; 2 – мыс

Кедергі термометрлері. Бұл аспаптарды температура өлшеуде датчиктер ретінде қолданылады. Сезімтал элементінің материалына байланысты оларды платина кедергі термометрлері (ТСП) және мыс кедергі термометрлері (ТСМ) деп ажыратылады. Мысал ретінде платиналық өткізгіш түрлендіргішін ала отырып кедергі термометрлерінің құрылымын қарастырамыз (17-сурет).

17 — сурет. Кедергі термометрінің құрылымы

Түрлендіргіш өлшемі 100 х 10 мм каркасқа оралған диаметрі 0,05...0,07 мм 2 жалаңаш платина сымнан тұрады. Орама каркас шеттеріндегі тісті қималарға орнатылады. Каркас ретінде термотұрақты және жоғары электро изоляциялық қасиеттерге ие материалдар пайдаланылады: слюда, кварц, фарфор. Температура өлшеу барысында термометрдің электрлік кедергісі бөлшектелген мәліметтер және жуықталған формула бойынша анықталады:

R_t=R₀(1+ αt),

мұндағы R_t — t °C қыздырылғандағы термометрдің кедергісі, R₀ - 0°С – гі термометр кедергісі, α— температуралық коэффициент (мыс үшін α = 4,3 ·10^-3). Технологиялық нысандардағы температура өлшеудегі қателікке әкелетін негізгі факторлар:термодатчиктердің инерциондығы, дұрыс орнатылмау, монтаждау шарттарының бұзылуы және аспаптарды пайдаланғандағы қателітер.

Термодатчиктердің инерциондығынан температурасының өзгеру жылдамдығы өскенде пайда болады, сондықтан нысанның нақты температурасы мен аспап көрсеткіштерінің арасында айырмашылық пайда болады.

Термодатчиктерді қатал ортада және жоғары қысымда пайдаланғанда сақтандырғыш гильзілерді пайдалану әсерінен инерциондығы ұлғаяды. Инерциондықты азайту үшін датчик пен орнатылған гильза арасындағы саңылауды ұзыннан бойы жоғары жылуөткізгішті ортамен толтырады. Жұмыс температурасы 0...200°С кезінде компрессиялық майды, 200 °С жоғары температурада шойын немесе қола ұнтақтарын пайдаланылады. Кедергі термометрлері дәлдік бойынша үш класқа бөлінеді: инерциондық бойынша — аз инерциондық (9 с дейін), орташа инерциондық (10...80 с), жоғары инерциондық ( 4 мин дейін).

Өндіріс талаптары бойынша температура датчиктері 60...3200 мм интервал аралығындағы түрлі монтаждық ұзындыққа ие болады.

Ионизациялық түрлендіргіштер

Ионизациялық түрлендіргіштер дегеніміз өлшенетін электрлік емес шама газдық ортаның иондық өткізгіштігі мен электрондық тоғымен функционалды байланыста болатын түрлендіргіштер.

Ионизациялық түрлендіргіштерде электрондар мен иондар ағымы иондаушы агенттер әсерінен газды ортаны иондау арқылы немесе термоэлектронды эмиссия болмаса газдық орта молекулаларын электрондармен соққылау тағы басқа жолдармен іске асырылады. әрбәр ионизациялық түрлендіргіштердің міндетті элементтері — қорек көзі және сәулеленуде қабылдағыш.

Ионизациялық камера. Ионизация әдісінің радиоактивті заттар сәулесімен немесе рентген сәулесін қолданатын түрлендіргіштер ионизациялық камера және есептегіш деп аталады (18-сурет).

18 — сурет. Ионизациялық камера сұлбасы:

1— камера; 2 — иондаушы агент; 3 — дене; 4 – электродтар

1 камерадағы газдық орта 2 иондаушы агент әсерінен ионизацияға ұшырайды. Камерада екі электрод 4 орнатылған оған U кернеу беріледі. Газды ионизациялағанда камерада электрондар мен газдың оң иондарының реттелген қозғалысы пайда болады, яғни ионизациялық ток берілген кернеу мен иондаушы агент қасиеттері, иондалушы орта, камера қабырғалары және де иондаушы агентпен жасалған сәулелену жолындағы басқа да 3 денелердің функциясы болып табылады.

Ионизациялық түрлендіргіштерді ионизациялық токтың басқа факторлар тәуелдігін пайдалана отырып түрлі физикалық немесе геометриялық материалдарды өлшеуде қолдануға болады.

Әдебиет: 1 нег. [141-160], 6 қос. [320-335].

Бақылау сұрақтары:

1. Құрылымы, жұмыс қағидасы және қолдану аясы қандай?

а) Жылулық түрлендіргіш.

б) Ионизациялық түрлендіргіш.

9 – дәріс. Реостаты түрлендіргіштер. Тензорезисторлы түрлендіргіштер. Түрлендіру функциясы. Өлшеу қателіктері

Реостатты түрлендіргіш (РТ) дегеніміз - өлшенетін электрлік емес шама әсерінен қозғалтқыш орын ауыстыратын реостаты атайды. Реостатты түрлендіргіштің кіріс шамасы болып келетін өлшенетін электрлік емес шамамен механикалық байланысқан реостат қозғалғышының орын ауыстыруы, ал шығыс шама болып белсенді кедергісі табылады.

Реостатты деңгей өлшегіш. Реостатты түрлендіргіш деңгей өлшегіш аспаптар – реостатты деңгей өлшегіш кезеңінен қолданылады (ұшақтарда, автомобильдерде т.б.) 19 - суретте реостаты деңгей өлшегіш – бензин өлшегіштің өлшеу тізбегі көрсетілген.

Мұндағы өлшегіш қызметін – қаңқасы реостатты түрлендіргіш R₃ және R₄ кедергілеріне тізбектей жалғанған магнитэлектрлік логометр болып атқарады. 1 қалытқымен байланысқан қозғалғыштың орны ауысқан кезде екі қаңқадағы токтарда әртүрлі белгіде өзгереді бұдан токтардың қатынасы өзгеріп, көрсеткіш бағыты ауытқиды. R₁ және R₂ кедергілері берілген өлшеу шектерінде реттеу үшін қолданылады. Көрсеткіш шкаласы литрмен бөлшектелген.

19 — сурет. Реостатты деңгей өлшегіш сұлбасы:

1 – қалытқы

Серіппелі акселерометр. 20-суретте реостаты түрлендіргіші бар серіппелі үдеу датчигі (акселерометрдің ) принципиалдық сұлбасы берілген.

m масса С серіппеге ілінген. Тік бағыттағы үдеу пайда болғанда F=mx инерция күші әсерінен D қозғалғыш (массамен байланысқан ) R реостан бойымен орын ауыстырады. Шығыс кернеу әсер етуші үдеуге пропорционал. Аспаптың өлшеу шектегі С серіппенің қатаңдығы және масса шамасымен анықталады.

20-сурет. Реостатты түрлендіргіш бар серіппелі үдеу датчигінің сұлбасы

Реостатты түрлендіргіштер дірілүдеуді және шектелген жиілікті диапазондағы виброорынауыстыруды өлшеуде қолданылады.

Температураның өзгерумен түрлендіргіштің кедерсі қоса өзгереді, бұл сымның меншікті кедергісінің температуралық өзгерісіне негізделген. Бос жүріс режимінде потенциометрлік сұлбада түрлендіргішті қосқанда температураның өзгерісі кернеу таралуын өзгертпейді және температуралық қателік болмайды.

Реостатты түрлендіргіштер баспалдақты (дискретті) б.т. реохордты типтен басқасы. Себебі өлшегіш электрлік емес шаманың үздіксіз өзгерісі бір түйіннен екіншісіне орын ауыстырғандағы ΔR кедергісінің баспалдақты өзгерісіне сәйкес келеді.

Дискретті қателік бұл жағдайда мынаған тең

γ_R = ±ΔR/(2R_р)

мұндағы R_p-түрлендіргіштің толық кедергісі.

Егер түрлендіргіш пропорционал түрлендіру функциясына ие болса, онда кедергісінің «секірісі» қолғалғыш орын ауыстыру диапазонында бірдей болады. Бұл жағдайда

R_р=nΔR; γ_R = ±1/2n,

мұндағы n-реостатты түрлендіргіш орамдарындағы айналым саны, әдетте n=100…200

Тензорезисторлық түрлендіргіш жұмысының негізінде тензоэффект құбылысы жатыр, ол созылу-сығу деформациясы кезінде өткізгіштердің белсенді кедергілерінің өзгерісіне негізделген. Өткізгіштің деформациясы кезінде оның ұзындығы l, көлденең қимасының ауданы Q; кристалл тордың деформациясы кезінде меншікті кедергі ρ. Бұл өзгерістер өткізгіш кедергісінің өзгерісіне әкеледі.

R= ρl/Q.

Тензоэффекті материалдың негізгі сипаттамасы – салыстырмалы сезімталдық коэффициенті.S_салыст , өткізгіш ұзындығының өзгерісіне қатысты кедергінің өзгеріс қатынасыарқылы анықталады: S_салыст=ε_R/ε_l. мұндағы ε_R =ΔR/R сымның кедергісінің салыстырмалы өзгерісі. ε_l=Δl/l — өткізгіш ұзындығының салыстырмалы өзгерісі. Тензотүрлендіргіш материалға негізгі талап болып S_салыс салыстырмалы сезімталдық коэффициентінің үлкен мәні табылады. Бұл көптеген терморезисторларда S_салыс — салыстырмалы сезімталдық коэффициентінің мәні аз болатындығымен түсіндіріледі, шамамен (5...7)10^-3. түрлендіргіштің қызып кетуі жұмыс өзгеруімін парапар оның кедергісінің өзгерісінен туындауы мүмкін. Басқа талаптарға түрлендіргіштің температуралық қателігін анықтайтын, материал кедергісінің температуралық коэффициентінің кішкене мәні болып табылуы мүмкін. Үшінші талапқа түрлендіргіш жасалатын материалдардың жоғары меншікті кедергісі болып табылады, бұл түрлендіргіш габариттік өлшемнің азаюы үшін қажет. Тензорезистор жасауда қолданылатын негізгі материалдар: константан, нихром, манганин, никель, хромель, висмут, питано, алюминий құймасы және жартылай өткізгіш материалдар (германий, кремний қоспалары т.б.). бүгінде көп жағдайда кеңінен сымдық, фольгалық, пленкалық және жартылай өткізгіш тензорезисторлар қолданылады.

Сымдық тензотүрлендіргіштер. Сымдық тензотүрлендіргіштер мыналарды өлшеуге қолданылады:

       •  өткізгіштің көлемдік сығымда тұрған тензоэффектісі түрлендіргіштің табиғи кіріс шамасы қысым (газ немесе сұйықтық) ал шығысы белсенді кедергінің өзгеруі болған жағдайда. Осы принципте жоғары және өте жоғары қысымдарды өлшеуге арналған монометрлер жасалады;

•  тензосезімтал материалдан жасалған созылмалы сымдардың тензоэффектісі.

Сонымен қатар тензорезисторлар бір-біріне қозғалмалы және қозғалмайтын жабдықтармен орнықтаралған бір немесе бірнеше сымдар түрінде жасалады, сонымен қатар ол серпінді элемент ролін атқарады. Табиғи кіріс шамасы болып қозғалмалы бөлшегінің аз орын ауыстыру ал түрлендіргіштің шығыс кедергісі болып оның кедергісінің өзгеруі болып табылады. Түрлендіргіштің құрылымы 21-суретте келтірілген. 1 жұқа қағаз немесе лак пленка жолаққа жұқа зигзаг тәрізді диаметрі 0,02...0,05 мм 2 сым жабыстырылады. Сымдардың ұшына (дәнекерлеу арқылы) түрлендіргішті өлшегіш тізбекке қосатын шығыс мыс өткізгіштер жалғанады. Түрлендіргіш үстінен лак қабатымен қапталады немесе 3 қағазбен немесе фетрмен жабыстырылады. Мұндай түрлендіргіш сыналатын жабдыққа сым сыналатын жабдықтың беткі қабатының деформациясын қабылдщайтындай етіп жабыстырылады, нәтижесінде сымның кедергісі өзгереді. Осылайша табиғи кіріс шама болып сыналатын жабдықты сыртқы бетінің деформациясы ал шығысы осы деформацияға пропорционал түрлендіргіштің кедергісінің өзгеруі болып табылады.

21 — сурет. Жабыстырылатын сымдық терморезистордың құрылымы:

1 — лак пленка; 2 — сым; 3 — қағаз; 4 — мыс өткізгіштер

Әдебиеттер: 1 нег. [160 -170], 6 қос. [63-70].

Бақылау сұрақтары:

1. Құрылысы, жұмыс принципі, қолданылуы қандай:

а) реостатты түрлендіргіштердің;

в) тензорезисторлы түрлендіргіштердің;

10 – дәріс. Индуктивті түрлендіргіштер. Магнитті серпімді түрлендіргіштер. Түрлендіру функциясы, өлшеу қателіктері

Индуктивті түрлендіргіш (ИТ) дегеніміз өлшенетін (механикалық) шаманың мәнін индуктивті мәнге түрлендіретін түрлендіргіш. Ол магнитсымдардың элементтерінің қатысты салыстырмалы орын ауыстыруларында толық кедергісін өзгертетін индуктивті катушкадан тұрады. 22-суретте аз ауа саңылауға ие, ұзындығы өлшенетін шаманың Р әсерімен (бағытталған күш, қысым, сызықтық орын ауытыру) өзгеретін кең таралған түрлендіргіш көрсетілген, мұның нәтижесі жүрекшеге кигізілген айнымалы ток тізбегіне қосылған магнитті тізбектің магнитті кедергісі және катушканың индуктивтілігі.

22 — сурет. Индуктивті түрлендіргіштің құрылысы:

1 – жүрекше; 2 – орама

Катушканың L индуктивтілігі:

немесе

мұндағы  ω — катушка орамдарының саны; R_м — магнитті тізбектің толық кедергісі; R_M.CT — болаттан жасалған бөліктің магнитті кедергісі; — ауа саңылауларының магниттік кедергісі; δ — ауа саңылау; μ₀= 1,26·10^-6 Гн/м — ауа саңылауының магнит өткізгіштігі; Q — ауа саңылауының ауданы. Осылайша бұл түрлендіргіштің табиғи кіріс шамасы 1 жүрекшенің орын ауыстыруы шығыс 2 орамның индуктивтілігінің өзгерісі болып табылады. Катушканың индуктивті кедергісінің өзгерісі оның Z толық кедергісінің өзгеруіне алып келеді. Осыған байланысты өлшенетін Р механикалық шама мен түрлендіргіштің Z электрлік кедергісі арасында функциялық тәуелділік пайда болады.

Z=f(P) и ΔZ=f(ΔP).

Трансформаторлық түрлендіргіштер. Екі жақты индуктивті немесе трансформаторлық түрлендіргіш дегеніміз өлшенетін шама мәнін екі жақты индуктивті мәнге айналдыратын түрлендіргіш.

Магнитті түрлендіргіштің екі орамасы болған жағдайда R_м магнитті кедергі өзгергенде катушка орамдары арасындағы М екі жақты индуктивтілік өзгереді.

M = ω₁ ω₂/l_м.

Трансформаторлық түрлендіргіштердің екі түрі болады: өзгермелі магниттік кедергісі бар (23, а сурет) және қозғалмалы орамалы (23, б, в сурет).

23, а суретте, қозғалмалы жүрекшесі бар трансформаторлық түрлендіргіш берілген. w_x орамасы айнымалы токпен (жиілігі ω) қоректенеді.

Егер МЭҚК (МДС) яғни I₁ тоғын тұрақты ұстасақ, онда Ф ағымы және екінші орамда индукцияланған ЭҚК ауа алмасуы ұзындығының функциясы болып табылады. Р күшімен мына қатынас арқылы байланысады:

23, б суретте көрсетілген түрлендіргіште өлшенетін шама әсерімен ағымның белгілі бөлігі жалғасқан қысқаша тұйықталған орам орын ауыстырады. Ораммен жалғанған ағым орамның ауа саңылауының жағдайына тәуелді токтар индукциялайды, белсенді шығындар жасайды яғни қосымша магнитті реактивті кедергі қосады. Сонымен бірге 1 және 2 орамалардың жалғану ағымы өзгереді және екінші орамадағы ЭҚК - ті өзгертеді.

Түрлендіргіш (23 в сурет) үлкен Δl сызықты орын ауыстыруларды өлшеуге арналған екі параллель жолақ түріндегі жұмыс бөлігінен тұратын 2 магнитсымнан, 1 қозу орамасы және 3 қозғалмалы орамадан тұрады. 3 орама а жағдайынан b жағдайына орын ауыстырғанда 3 орамада ЭҚК артады.

23 — Трансформаторлық түрлендіргіштердің әртүрлілігі:

а – жылжымалы жүрекшелі; б – жылжымалы катушкасы бар (1 және 2 –трансформатор орамдары); в – сызықты үлкен орын ауыстыруларды өлшеуге арналған (1 – қозу орамы; 2 – магнитсымдар; 3 – жылжымалы орам); г – үлкен бұрыштық орын ауыстыруларды өлшеуге арналған (1,3,4 – орамдар; 2 – магнитті тізбек)

23, г суреттегі түрдегі түрлендіргіштерді үлкен бұрыштық орын ауыстыруларды өлшеуге, қолдануға бролады. w₁ орама айнымалы ток тізбегіне қосылып магнит ағымын тудырады. Бұл оның бөлігі 4 орама арқылы өтіп онда Е₂ тудырады. Мұндай түрлендіргіште 4 орама 2 магнитті тізбектің сақина тәрізді саңылауында бұрыла алатын қаңқа түрінде жасалынған. Қаңқаның шеткі жақтарында (а₁ және а₂) онда индукцияланған Е₂ ЭҚК – і ең үлкен мәнге ие. Қаңқа көлденең жағдайға бұрылған сайын Е₂ ЭҚК – і сызықты көлге дейін азаяды. Қаңқа көлденең жағдайдан өту кезінде Е₂ фазасы 180° – ке өзгереді. 3 орама 4 орамамен тізбекті жалғану себебі қаңқаның а₁ – ден а₂ – ге бұрылғанда түрлендіргіштің ЭҚК – ң 0 – ден максимумға дейін өзгеруін алу үшін.

Индуктивті манометр (24 – сурет). Оны жиілігі 800 Гц – ке дейін өзгеретін ауа қысымының аз мәндерін өлшем үшін қолданады. (15 Н/м², яғни 1,5 мм). Өлшенетін қысым 3 түтік арқылы түрлендіргіштің корпусына жалғанған 2 жұқа гафриленген мембранаға әсер етеді. 1 катушка жасайтын магнит ағымы 5 жүрекше, 6 стакандар, 2 мембрана арқылы тұйықталады. Өлшенетін қысымның мембранаға әсерінен ол бір жағына қисаяды, бір катушканың ағымы үшін магнит кедергі азаяды, басқа катушка үшін артады. Түрлендіргіштің катушкалары көпірдің көршілес иықтарына жалғанады, соның әсерінен қоршаған орта температурасының өзгерісіне байланысты қателіктен жойылады.

Индуктивті деңгейөлшегіштер, виброметрлер, акселерометрлер және т.б. болады.

24 — сурет. Манометр индуктивті датчигінің құрылысы:

1 – катушка; 2 – мембрана; 3 – түтікше; 4 –түрлендіргіш корпусы;

5 – жүрекше; 6 – стакан

Магниттісерпімді түрлендіргіш (МТ).

Магниттісерпімді түрлендіргіш электромагнитті түрлендіргіштердің бір түрі болып табылады. Олар бойында болып  механикалық кернеуге тәуелді ферромагниттік денелердің µ магниттік өткізгіштігінің өзгеруіне негізделген, ол өз кезегінде ферромагнитті денелерде әсер ететін Р механикалық күшіне (созылу, жиырылу, майысу, айналу) байланысты. Ферромагнитті жүрекшенің магнит өткізгіштігінің өзгеруі R_м жүрекшесінің магнит кедергісінің өзгерісіне әкеледі. Ал R_м — нің өзгеруі жүрекшеде орналасқан L катушкасының индуктивтілігінің өзгерісіне әкеледі. Осылайша магниттісерпімді түрлендіргіште келесі түрлену тізбегіне ие екенін білеміз:

P→σ→μ→R_м→L.

Магниттісерпімді түрлендіргіштер екі орамалы болады (трансформатор сияқты). Күш әсерінен магнит өткізгіштік өзгергенде орамалар арасындағы М екі жақты индуктивтілігі мен Е екінші ораманың келтірілген ЭҚК өзгереді. Бұл жағдайда түрлену тізбегі келесідей:

P→σ→μ→R_м→ M→E.

Ферромагнит материалдардың магнит қасиеттерінің механикалық деформация әсерінен өзгеруі көрінісін магнитті серпімді эффект деп атаймыз.

Магниттісерпімді түрлендіргіштің қолданылуы. Магниттісерпімді түрлендіргіштің қолданылады:

•  үлкен қысымды өлшеуде (10 Н/мм², немесе 100 кГ/см² алатын), себебі олар қысымды тікелей қабылдайды, басқа түрлендіргіштің қажеті жоқ;

• күштерді өлшеу. Бұл жағдайда аспап өзгерісі шегі магниттісерпімді түрлендіргіш ауданымен анықталады. Берілген түрлендіргіштер күш әсерінен аз ғана деформацияланады. l = 50 мм тең болғанда, Δl ≤ 10 мкм жоғарғы қатаңдықпен 20... 50 кГц дейінгі өзіндік жиілікке ие. Магниттісерпімді түрлендіргіш материалындағы жіберілетін кернеу 40 Н/мм² аспауы қажет.

Әдебиет: 1 нег. [171 -186], 6 қос. [313-318].

Бақылау сұрақтары:

1. Құрылысы, жұмыс істеу принципі, қолданылуы қандай:

а) Индуктивті түрлендіргіштердің (ИТ);

в) Магнитсерпімді түрлендіргіштердің (МТ).

11-дәрiс. Кедергiнiң электролиттiк түрлендiргiштерi. Полярографилық түрлендiргiштер. Өзгеру функциясы. Өлшеу қателiгi

Электролиттiк түрлендiргiштер түрлендiргiштердiң электрохимиялық түріне жатады. Жалпы жағдайда электрохимиялық түрлендіргіш түрлендіргішті өлшеу тізбегіне қосатын электродтары бар ерітіндіге толтырылған электролиттік ұяшық түрінде болады. Электрлік тізбектің элементі ретінде электролиттік ұяшық ЭҚГ, ток арқылы өтетін кернеу түсуімен, кедергiмен, сыйымдылықпен және индуктивтілікпен бейнеленеді. Осы электрлік параметрлер мен өлшенетін электрлік емес шаманың тәуелділігін ала отырып, сұйық және газ тәрізді ортаның құрамы мен концентрациясын, қысымын, жылдамдығы және басқа да шамаларды өлшейтін түрлендіргіштер алуға болады.

Кедергiнiң электролиттiк түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі және қателiктерi. электролиттiк түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі электролиттік ұяшықтың кедергісінің Электролиттің құрамы мен концентрациясынан, сонымен бiрге ұяшықтың геометриялық өлшемдерiнен тәуелділігіне негiзделген. Электролиттiк түрлендiргiш сұықтығының бағанасының кедергiсi

                                                (11.1)

мұндағы γ = 1/р - электролиттiң меншiктi өткiзгiштiгi; k-шы тұрақты түрлендiргiш, оның геометриялық өлшемдерiнiң әдетте эксперименталдi анықталады.

Iс жүзiнде кедергiнi өлшеудің бұл жерде кез-келген әдiсті қолдануға болады. Өлшем әдеттә айнымалы токта алынады. Тұрақты ток желісіндегі құралды қосқанда тізбектің қоректену көзі поляризация ЭҚГ-і үлкен ауытқу тудырмау үшін өте жоғары болуы керек.

Ерітінді концентрациясын өлшейтін құралдардың бөлiктеуiн екi әдiстермен өндiрiп алады:

• үлгілік ерiтiндiлер көмегiмен;

• берілген концентрацияларға алдын ала есептелетін кедергілердің үлгілі жиынтығымен.

Ерiтiндiнiң электр өткiзгiштiгi температурадан едәуiр дәрежеде тәуелдi болады. Бөлме температурасында температура коэффициенті қышқылдар үшiн

β = 0,016°С-1, β = 0,024°С^-1- тұздар үшiн, β = 0,019°С^-1- негiздер үшiн. температура үлкейген сайын β азаяды. Температуралық қателiктiң өтемiнiң көп түрлi әдiстерi бар, алайда олар бул әдістер жетілмеген температуралық концентрацияны береді.

25-шi суретте температуралық өтемi бар түрлендiргiштiң сұлбасы келтiрiлген. Қателiк орнын толтыратын кедергiнiң қосылуымен толтырылады.

25- сурет. Температуралық өтемi бар түрлендiргiштiң сұлбасы

Негiзiнде электролиттiк түрлендiргiштер ерітінді концентрациясын, сонымен қатар орын ауытыру, жылдамдық, механикалық деформация, температура және басқа да физикалық шамаларды өлшеу үшін қолданылады. Электролиттік түрлендіргіштерді әр түрлі электрлік емес шамаларды өлшеуге қолдану принципін қарастырайық.

Бiрiгетiн үдеу өлшегiш. Электролиттiк түрлендіргштер бірігетін үдеу өлшегіштерде зымырандардың жылдамдығын өлшеу үшiн қолданылады. 26-шы суретте инерция массасының гидродинамикалық аспасы бар бiрiгетiн үдеу өлшегiшiнiң жұмыс ітеу принципінің схемасы келтiрiлген.

26 —сурет. Интегралдаушы акселометр:

1 - тығыз бекiтiлген камера; 2 - қалтқы; 3-шi электродтар

Бұл құрал 2-қалтқы жүзетiн электролитпен толтырылған тығыз бекiтiлген

камера 1 түрінде болады. Камера қосымша двигатель Д көмегімен тұрақты айналма жылдамдықпен айналады. Сұйық айналғанда пайда болатын центрге тартқыш күштердің әсерінен қалтқы камера осіне симметриялы орнатылады. X’X" айналу осі бағытымен Х үдеу құраушы болғанда қалтқыға инерциялық күштер әсер етеді. X X" қалтқыға айналу өстерi жалқаулықтың направқа болған жағдайда құрайтын X үдеуi инерция күштейдi

F_и=(P_ж – P_п)V_п X",

мұнда Р_ж - сұйықтың тығыздығы; Р_п - қалтқының тығыздығы; V_п - қалтқының көлемi; X" - үдеу.

Үдеуге қарама-қарсы бағытталған күштер қалтқыны қозғалысқа келтіреді және қалтқы жылдамдығына прорпорционал сұйықтың гидродинамикалық кедергiсiнiң күшімен теңгеріледi:

F_r = kХ´,

мұндағы k - пропорционалдық коэффициентi; Х - қалтқының қозғалыс жылдамдығы.

Өрнектердiң оң бөлiктерiн теңестiргенде мынаны аламыз:

X´ = k X",

мұндағы

k=(Р_ж-P_п)V_п /k.

Сайып келгенде, қалтқының орын ауыстыруы Х өлшенетiн үдеудің уақыт боыйнша интеграылна пропорционал болады.

Камераның ішінде 3-5 үш электрод орналасқан, сырғымалы түйінді көмегімен сыртқа шығарылатын шығыстар жасалады. Өлшенетін тізбек екі иығы R₁ және R₂ электролит кедергілерінен, қалған екі иығы екі орта және бүйір электродтар арасындағы электролит кедергілерінен құралған. Негiзiнде мұндай құралдың қателiгiтемпературамен анықталатын сұйықтың тұтқырлығының тұрақсыздығының қателiгіен анықталады.

Полярографиялық түрлендiргiштер

Полярографиялық түрлендiргiштер түрлендiргiштердiң электрохимиялық түріне жатады. Электр тогiнiң өтуi электролит арқылы электролизбен – ерiтiндiден шығатын затпен және химиялық айналымымен бірге жүреді өте аз көлемдегі электрлік кезінде электролиттің өтуі белгілі бір мөлшердегі заттың электродында еруімен және басқасында бөлінуімен бірге жүреді. Нәтижесінде электрод жанында иондар концентрациясы басқа ерітіндегіге қарағанда басқа болады. Теңсіз шоғырландырулар теңесуге тырысады, бiрақ диффузияның жылдамдығы шектелген, сондықтан электродтағы ток тығыздығы улкен болған сайын шоғырландыруларды айырмашылығы да үлкен болады. поляризация құбылысы электродтық потенциалдардың өзгеруі болып табылады, нәтижесінде сыртқы көзден электр тогiнiң электролиттiк ұяшығы арқылы ағудың нәтижесiнде электрод потенциалдары өзгереді. Электролиз процесінде пайда болатын негізгі иондар массасының потенциалы берілген ионның бөліну потенциалы деп аталады. Бөліну потенциалы барлық иондарға әртүрлі. Мұндай құбылыс ерітіндінің сапалық және сандық химиялық талдауының поляризациялық немесе полярографиялық әдісіне негізделген.

(3.37-шi сурет) полярографиялық түрлендiргiш сыртқы қоректену көзiнен кернеумен тұжырымдалатын екi электродтары бар ерiтiндiмен толтырылған электролиттiк ұяшықты болып табылады.

Ұяшық арқылы өтетiн тоқ күшi ( тең 10-6 сайланады):

мұндағы е_А - анодты потенциал; е_к - катодтың потенциалы; R - (1000 Омнан аспайтын ) ұяшық кедергісі.

27 — сурет Полярографиялық түрлендіргіш

Бір ғана электродта поляризация болу үшiн, поляризацияланатын электродтың ауданы басқа электродтың ауданынан бiрнеше жүзiншi ретке аз болуы керек. Поляризацияланбайтын электродтың потенциалын 0-ге жуықтап, ал IR кернеу түсуін өте аз етіп алсақ, әртүрлі токтар үшін е_к потенциалдарды анықтауға болады е_к ≈ U.

Әдебиет: 1нег. [186 -201], 6 қос. [166-176].

Бақылау сұрақтары:

Құралдар, жұмыс принципі және қолдануы қандай:

а) Электролиттiк түрлендiргiштердiң кедергiлерi;

б) Полярографиялық түрлендiргiштер ме?

12-дәрiс. Пьезоэлектриялық түрлендiргiштер. Индукция           түрлендiргiштерi. Өзгеру функциясы. Өлшеу қателiгi

Пьезоэлектриялық түрлендiргiштер

Пьезоэлектриялық түрлендiргiштер пьезэлектрлік әсері тура және кері болатын  материалдарда орындалады.

Тура пьезоэффект материалда кернеу туғызатын механикалық күш әсер еткенде пьезоэлектрик шектерінде электрлік зарядтарда пайда болады. Күштер жоғалғанда зарядтар жойылады.

Керi пьезоэффект электр өрiсте орналастырылған пьезоэлектрик өзінің геометриялық өлшемдерін өзгерткенде болады. Көбінесе пьезоэлектрик ретiнде кварц қолданылады, оны пьезоэлектрлік түрлендіргіштің жұмыс ітеу принципін қарастырғанда мысал ретінде көрсетеміз.

Кварц кристаллдарында электрлік X, механикалық Y және оптикалық (4.1-шi сурет) Z басты 3 осьтерді ажыратып көрсетуге болады. Басты осьтерге қабырғалары параллель орналасқан кварц кристаллдарынан қиылып алынған параллепипед мынадай қасиеттерге ие:

28 — сурет. Кварц кристаллдары

Пьезоэлектриялық түрлендiргiштiң құрылымы 29-шы суретте схемалы көрсетiлген. Мұнда Р өлшелетiн қысым түрлендіргіш корпусының түбі болып табылатын мембранаға 2 әсер етеді. кварц пластиналары 4 параллель тұйықтаған. Кварц пластиналарының сыртқы мұқабаларын жерге қосады, (3-шi жез фольга) орташа мұқба корпусқа катысты кварцтын өзімен оқшауланады, оның меншікті кедергісі үлкен болғанда (20 °Стемпературада р= 1·10¹² Ом·мм²/м)

29-сурет. Пьезоэлектриялық түрлендiргiштiң құрылымы:

1 - кабел; 2 - мембрана; 3-жез фольга;

4-кварц пластиналары; 5 – тығын

Сигнал жез фольга 3 көмегiмен кварц пластиналарынан туседі және кабель 1 бойынша өлшеу күшейткішінің кірісіне беріледі. Түрлендіргіш корпусындағы ішкі экрандалған сыммен фольга шығысын қосу үшін тығынмен 5 жабылатын тесік қарастырылған.

Пьезэлемент қабырғаларындағы заряд ағып кету болмаған жағдайда ғана Р күшінің әсерінен сақталады, яғни өлшенетін тізбектің кіріс кедергісі шексіз үлкен болса. Тәжірибе жүзінде бұл жағдай мүмкін емес, сондықтан пьезоэлектрлік түрлендіргіштер статикалық күштерді өлшеу үшін қолданылмайды. Уақытқа қатысты айнымалы, динамикалық күштер әсер еткенде электр жарығының көлемі толып отырады және өлшеу тізбегінің қолданылатын тогына айналады.

Әйтсе де, өлшегiш тізбектің кіріс кедергісінің шамасына талап өте қатал, өйткені пьезэлектрлік түрлендіргіштердің шығыс қуаты өте аз, түрлендіргіштің шығысына өте үлкен кіріс кедергісі бар (10¹⁰... 10¹³ Ом) күшейткіш қосылуы тиіс. Мысалы, бұл талапты электрометриялық шамдар қанағаттандырады.

Алмаз тебен инелер 1 тік бағытта қозғалғанда пластинкалардың бос ұштары 6 да қозғалады, пластинкалар майысады және пластиналардың беттерiнде заряд пайда болады. 7-шi солқылдақ қалқаланған кабель пьеза түрлендiргiштi өлшеу тізбегімен жалғастырады

Индукция түрлендiргiштерi

Өлшенетін шаманың өзгеру жылдамдығы индуцияланатын ЭҚК-не айналатын турлендіргіштерді индукциялық деп атайды. Олар электромагниттi түрлендiргiштердiң бiр түрлерi болып табылады. Осы түрлендiргiштерде табиғи кiру шамасы (және сондықтан олар тiкелей сызықты және бұрыштық орын ауыстыруларды жылдамдықты өлшеу үшiн тек қана қолданыла алады) механикалық орын ауыстыру жылдамдығы, ал шығу шамасы - индукциялалған эққ болып табылады.

Индукция түрлендiргiштерi әрекет ету қағидаттары бойынша екi топқа бөлуге болады. 1-топтағы түрлендіргіштерде индукцияланатын ЭҚК магнит саңылауындағы катушканың сызықты немесе бұрыштық ауытқуларының арқасында жүреді. (рис. 30, а, б)

30 — сурет. Катушканың сызықтық (a) және бұрыштық (б) орын ауыстырулары бар турлендіргіштер

Айналу кезінде катушка орамалары магнит өрісімен тік бұрышпен қиылысады, оларда ЭҚК индуцияланады. Сызықтық емес орын ауыстыру Δ l уақыт функциясы болып табылады Δ l = f(t)

(12.1)

мұндағы w — катушка орамы саны; В — саңылаудағы индукция, l_а— орамның активті ұзындығы.

Индукция түрлендiргiштерiнiң қолданылуы. Индукция түрлендiргiшiнiң шығыс кернеуiнің қасиеті қозғалмалы бөліктің жылдамдығына пропорционал өзгереді, олар әмбебап діріл өлшеу құрылғыларында қолданылады, 31-суретте орын ауыстыру, жылдамдық және үдеуді өлшеуге мүмкіндік беретін өндірстік әмбебап діріл өлшеуіш құрылғының құрылымдық сызбасы келтірілген.

31-сурет. Әмбебап вибро өлшеу құрылымның құрылымдық схемасы

Индукциялық түрлендіргіші бар сейсмикалық вибродатчиктің сиганлы интегралданатын немесе диференциал тізбек арқылы өтеді, олардың шығысына осциилограф дірілдеткіші қосылған. өлшенетін парамтерді ауыстырып-қосқыш П көмегімен таңдалады. Құрал 10,,,500Гц жиілік аралығында жұмыс істейтин 3 каналдан тұрады, сигнал бойынша турлендіру коэффициенті 70 мА/В, кіріс сигналының интегралы бойынша 24-10^-3 мА/В

Әдебиет: 1 нег. [202 -223], 6 қос. [315-320].

Бақылау сұрақтары:

1. Жасаушылар әрекет ету қағидаты және құрылым пьезоэлектриялық өте түсiндiрiңiз.

2. Қолдану және иондаған түрлендiргiштердiң қателiктерiнiң көздерi түсiндiрiңiз.

13-дәрiс. Термоэлектрлік түрлендiргiштер. Термоэлектрлік          пирометрлер. Өзгеру функциясы. Өлшеу қателiгi

Егер А және В екі түрлі өткізгіштер (немесе жартылай өткізгіштер) тізбегін алсақ, олардың температураларын бір жерінде басқа жеріне қарағанда өзгеше етіп алсақ тізбекте термо электр қозғаушы күші (термо ЭҚК) деп аталатын ЭҚК пайда болады. Ол өткізгіштерді қосқан жерлеріндегі температуралар функциясының айырмасы болып табылады.

Е_АВ(t₁,t₀) = f (t₁) - f (t₀) (13.1)

Бұл тізбек термоэлектрлік түрлендіргіш немесе терможұп; терможұпты құраушы өткізгіштер – жылуэлектродар, оларды қосылған жері – түйін деп аталады.

Терможұпты температураны өлшеу үшін қолдануға болады. Егер терможұптың бір дәнекерленген жерін t1 температуралық ортаға орналастырса, ал басқа дәнекерленген жердің температурасын f(t₀) = const тұрақты ұстасақ, онда

Е_АВ = (t₁, t₀)=f(t₁) - f(t₀)= f₁(t₁). (13.2)

Соңғы өрнек жылужұптардың көмегімен температураны өлшеуге негізделген.

Сайып келгенде, жылу жұптың кiріс шамасы жұмыс дәнекерленген жерiнiң t₁ дiң температурасы, ал шығыс шамасы – термоЭҚК болып табылады.

Температураны өлшеуге арналған терможұп пен өлшеуіштің қосындысынан тұратын құрал термометрлік пирометрлер деп аталады.

Өлшеуішті терможұп тізбегіне 2 схема бойынша қосуға болады (32-шi сурет,б және в), ал терможуп тізбегінің қөрсеткішке қосқанда термоЭҚК-ні өзгертпеу үшін қосқан жерлердің температуралары бірдей болуы керек.

32-сурет. Термоэлектрлік түрлендiргiштер

1100 ˚С-қа дейінгі температураны өлшеу үшін бағалы емес металлдардан жасалған жылу жұпты пайдаланады, 1100... 1600-ден жоғары температураларды - платина тобының бағалы металлдарынан жасалған жылу жұптары, 1600-ден жоғары температуралардың өлшемi үшiн - (вольфрам - молибден) ыстыққа табанды материалдардан жылу жұбы қолданылады. Термоэдс бағыты жылу электродтар ретiнде қолданылатын материалдардың қасиетінен тәуелдi болады. Терможұптың жұмыс дәнекерленген жері бойынша өтетін токпен бағытталса оң деп аталады.

Термжұптарды құрастырғанда платинамен оң, ал басқасымен теріс термоЭҚК-ін пайдаланіға тырысады Сонымен бiрге (орта, температураның жылу электроды және тағы басқа да әсерлер) өлшемнiң осы шарттарына қолдану үшiн электродтың пайдаға асу-аспауын да ескеру қажет.

Термоэлектрлік түрлендiргiштердiң қателiгi және оларды түзету әдiстерi. Терможұптың жұмыс істемейтін дәнекерінің температурасының өзгеруімен шартталған қателiк. Мұндай температурада терможұптардың градуировкасы 0-ге тең болады. Егер жұмыс жасамайтын дәнекерленген жерлердiң температурасы 0-ден айырмашылығы болса, бұл өлшеу қателiгiнiң пайда болуын шақырады. Мұны болдырмас үшін жұмыс жасамайтын дәнекерленген жерлер еритiн мұзы бар ванналарда термостатирлейдi, яғни t= 0 С.мұндай әдiс жиі қолданылмайды. Ол үшін температура уақыт бойынша тұрақты болуы керек немесе айналадағы орта температурасымен бірге баяу өзгеріп отыруы тиіс. Термостаттау кейде жыл бойы температура тұрақтылығын сақтайтын жерде жеткілікті тереңдікте немесе сынаптық термометрі және ұзартқыш және мыс сымдар енгізетін 2 штуцермен жаьдықталған жылулық оқшауланған шомбал қорабына орналастырылу арқылы жүзеге асырылады. Үлкен жылу инерциясы бар қорап сыртқы температураның өзгерісіне өте баяу әсер етеді.

Жұмыс істемейтін дәнекерленген жердің температурасын тұрақтандыратын ең тиімді әдіс – электрлік қыздыру арқылы термостаттау болып табылады.

Жасауда да, сымды жасауда да жылу жұп электродтарындағы бiртектi еместiктер оның деформациясы жылу жұп салдарынан пайда бола алады. Паразиттiк термоэдстар, Ки және жылу жұптың проволосы жасау пайда болған бiртектi еместiктермен ные шартталған бөлiктеудiң жанында есепке алынады. Жылу жұпта бөлiктеуден кейiн пайда болған бiртектi еместiктер сти өлшемде қатерек шақырады.

Термоэлектрлік пирометрлер

Температураны өлшеуде сәулелік қыздырылған денлерді қолданатын пирометрлер көп қолданылады. Мұндай пирометрлерге радиациялық, оптикалық және гул жапырақшалық пирометрлер жатады.

Радиациялық пирометрлер. Радиациялық пирометрдiң құрылымы 33-шi сурет көрсетілген.

Зерттелетiн объекттiң сәуле шығаруы платина күйесімен южабылған платина жапырқашаларына 3 дәнекрленген жылубатареяларының S жұмыс аяқтарындағы диафрагма 2 арқылы объективпен шоғырланады. (33-шi сурет қара) сәулелерді жақсы жұтуына оған түскен сәулелердің 98-99% пайызының жапырақшамен жұтылғанын айтуға болады. Жапырақшалы жылубатареясы әйнек қорапқа салынады. Экран 4 жылубатареясын механикалық зақымдаулардан және жұмыс жағдайна қарай температурасы өзгеретін телескоп қабырғаларынан таралатын сәулеленуден қорғайды.

33-сурет. Радиациалық пирометр (а) және жапырақша (б)

1 — объектив; 2 — диафрагма; 3 — жапырақша; 4 — экран;

5 — қызыл әйнек; 6-окуляр

Жоғары температураларды өлшегенде көзді қорғау үшін көру өрісінде окулярдың алдына қызыл әйнек 3 орнатылады. Сілтеу жапырақша өлшеу объектісінің бейнесімен толық жабылғанда жүзеге асады, сол кезде окулярда шашыраған беттің жарқырауымен қоршалған жапырақша көрінеді (33-шi сурет қарар едi). Дұрыс орнату үшін сәулелену көзінің диаметрінің телескоп пен сәулеленуші арасындағы қашықтыққа қатынасы шамамен 1/15-ке тең болу керек.

Жапырқшаның ең жоғары қыздыру температурасы 250 °С-ке тең болуы керек, өйткені өте жоғары температурада қарасы коагулирленеді де сұрланады. Мұндай пирометрді өошеу шегі 900... 1800 °С құрайды.

Радиациялық пирометрлер келесi қателіктерге ие болады:

• сәулеленудің толықсыздығынан қателiк, өйткені пирометрлер әдетте абсолюттi қара дененiң сәулеленуі бөлiктейдi, сондықтан олардың көрсеткіштері өлшеу объектісінің шынайы температурасынынан аз болады. Демек, радиациялық пирометрлер бір температурада объектінің сәулелену қуаты абсолютті қара дененің сәулелену қуатынан айырмашылығы аз болған кезде ғана мүмкін. саңылаулары мен терезелері шағын пештердің көпшілігі осы шартты қанағаттандырады;

• пирометрдiң телескобы және сәуле таратқыштың аралығында аралық ортада мерзiмдi жұтуымен шартталған қателік. Бұл қателік өте үлкен шамаға ие болады, әсіресе ауа аралық ортада ластанса (шаң-тозаң, түтін , көмiрқышқыл газ және тағы басқалар). Қателік есептеуге келмейдi;

• пирометр мен сәуле таратқыш арасындағы қашықтықтың өзгерунің қателігі

Әдебиет: 1 нег. [223 -235], 6 қос. [320-330].

Бақылау сұрақтары:

1. Термоэлектрлік түрлендiргiштердiң әрекет ету қағидаты және құрылымын түсiндiрiңiз.

2. Термоэлектриялық түрлендiргiштердiң қателiктерiнiң көзi және олардың кiшiрейтуi жолдарын атаңыз.

 3. Радиациялық пирометрлердiң әрекет ету қағидаты және құрылымын түсiндiрiңiз.

4. Радиациялық пирометрлердiң қателiк көздерiн атаңыз

14-дәрiс. Құралдардағы микропроцессорлар. Программалалатын            құралдар

«Программалалатын» деген термин алынатын сигналды өңдеу кезіндегі негізгі операцияларды оындау үшін қажетті микропроцессоры бар өлшеу жүйелерінде қолданылады. Жай құралдарда өлшеу жүйесі әрқайсысы сигнал турлендіргішке қосылған бірнеше датчиктерден тұрады. Оператор әр датчиктен көрсеткішті алады, кейін өлшенетін шаманың мәнін алу үшін оны өңдейді. Мысалы, температураны «құрғақ» және «ылғал» термометрмен өлшеу нәтижесінде оператор салыстырмалы ылғалдылықты есептейді. Басқа мысал: оператор бейсызықтығын ескеріп алынған деректерді түзетеді. Мысалы, жай құралдарды пайдаланып өлшенетін шаманы алу процесі арифметикалық өлшеу операцияларынан, калибрлік коэффициенттерді қолданудан, арнайы факторларды ескеріп нәтижелерді анықтаудан тұрады.. Оператор осы жағдайда өлшенетін шаманың мәнін алуға қажетті сигналдарды өңдеу жүйесінің элементі болып саналады. Микропроцессорлық жүйелер адамды сигналдарды өңдеу процесінен шығарып тастау жұмысын атқарады, себебі олар бір мезгілде бірнеше датчиктен көрсеткіштерлі алып, алынған шамаларлы өңдеп, оларды жүйенің шығысына бірден бере алмайды. Сонымен қатар, микропроцессорлық жүйелер тағы да мынадай жұмыстар атқара алады – мәліметтерді әр түрлі форматқа түрлендіру, нәтижелерді орташалау, максимал және минимал мәндерін табу, түрлі датчиктердің мәліметтерін өңдеу, жүйені басқару бойынша шешім қабылдау, т.б.

Жоғарыда айтылғандарлы түсіндіру үшін тауарлық таразылардың сұлбасы көрсетілген, мұнда сезгіш элемент ретінде динамометрлік элемент алынған (34-шi сурет). Бұл таразылар алмалар немесе кез келген басқа тауарлардың кәрзеңкенiң бағасының анықтауы үшiн супермаркеттердегi бақылауда қолдана алады. Сатылған тауардың саны туралы мәлiмет қоймаға түседі, сонда мұндай керi байланыс көмегімен тауар санының барлауын өткізуге болады.

34 – сурет. Микропроцессорлық тауарлық таразылар

Осы таразыларды басқаратын микропроцессорлардың калибровкасында ішкі жүйесі бар. Калибрлеу деген команда берілгенде, динамометриялық элементке жүк жайғастырылады және оның салмағы анықталады. Алынған мән содан соң жүйе жадысында сақталған дәл салмақтың мәнiмен салысытырылады, және осы мәндер арасында айырмашылықтар болған жағдайда ол келесі өлшеуді түзетуде ескеріледі.

Тағы бір мысал – ауаның салыстырмалы ылғалдылығын өлшеу. Мұнда температураны бір мезгілде құрғақ және ылғал термометрмен өлшеу өте маңызды. Егер алынған мәліметтер қолмен өңделсе, онда өлшеу аяқталған соң оператор салыстырмалы ылғалдылық мәні есептелетін екі сәйкес мәнді кестеден тауып алады. Салыстырмалы ылғалдылық мәнін бирден беретін құрал микропроцессорлық болуы тиіс. 35-суретте осындай құралдардың біреуі көрсетілген. Температура датчигі пьезоэлектрлік, мысалы, кварцтық болуы мүмкін, олардың жиілігі температураға тәуелді. Микропроцессор мұндай жүйеде стандарт кесте бойынша алынатын 2 сигнал алынады. Бейнеленетін құрылғыға екі температура және салыстырмалы ылғалдылық мәндері алынады.

35- сурет. Салыстырмалы ылғалдықты өлшемнiң

микропроцессорлық жүйесi

Микропроцессорлық жүйенiң негiзгi элементтерi (36-шы сурет)- бұл (Цпу ) орталық процессорлық құрылым, (жад) есте сақтайтын құрал, кiрiс және шығыс интерфейстер.

Микропроцессор - арифметикалық және екiлiк мәлiметтермен логикалық операцияларының орындалуына жауапты орталық процессорлық құрылым, сонымен бiрге операциялардың барлық өлшеу жүйесiндегi орындалуын басқарады. Есте сақтайтын құралдардың екi түрi бар:

- (ТСҚ ) тұрақты есте сақтайтын құрал зауыттан жасалғанда жазылатын тұрақты мәліметтерді сақтау үшін арналған. ОПҚ ТЕҚ-нан мәліметтерді оқи алады, бірақ оған енгізе алмайды. ТЕҚ микропроцессордың операциялық жүйесін және стандартты программаларды сақтауға қолданылады.

36-сурет. Микропроцессорлық жүйе

- кез келген iрiктеумен есте сақтайтын құрал немесе (ЕСҚ) жедел есте сақтайтын құрал мәлiметтi уақытша сақтау үшiн қолданылады. ЕСҚ-дан мәлiметтi оқу ғана емес, жаңа мәлiметтер сонда жаза да алады. Егер ЕСҚ - лар қоректену үшiн резервтегi батарея болмаса, онда электрлік қорек көзі сөнген жағдайда мәлiметтер жоғалып кетеді.ОЗУ қолданбалы бағдарламаларды сақтайды.

Кiрiс және шығыс интерфейстер микропроцессордың сыртқы құрылымдармен келiсуi үшiн қолданылады. Бұл интерфейстерді белгiлу үшiн «кiрiс және шығыс порт» деген терминдер жиi қолданылады. Кiріс порт ЦПУ үшін екілік кодқа міндетті түрде түрлендіретін сыртқы құрылымдардан сигнал алады. Шығыс порт сыртқы құрылымға беру үшін Цпуден екiлiк мәлiметтерді алады.

Әдебиет: 1 нег. [246 -275], 6 қос. [340-344].

Бақылау сұрақтары:

1. Микропроцессорлық жүйенiң негiзгi компоненттерi

2. Микропроцессорлық өлшеу жүйелерiнiң мысалдары

15-дәріс. Микропроцессорлық жүйенің негізгі элементтері.            Микропроцессорлар. Мәліметтерді жинау жүйесі. Микропроцессор

Микропроцессордың негiзгi компоненттерi немесе (37-шi сурет) Цпу - бұл арифметика-логикалық құрылым, басқару құрылғысы және регистрлер. Регистрлер - бұл атқарылатын бағдарлама қолданатын мәлiмет сақтайтын жады облысы.

1. Арифметика-логикалық құрылым (АЛҚ) кіріс-шығыс порттары арқылы сыртқы құрылыммен мәліметтер алмастыра отырып жүйенің басқа элементтерiмен әрекеттеседi. Сондай-ақ АЛҚ жадыда сақталатын бағдарламардың командалар тобына сәйкес операциялар орындайды.

2. Жүйедегi барлық процесстер барлық командалар мен мәліметтер ағымының уақыт бойынша таралуына жауап беретін басқару құрылғысымен синхронизацияланады. Регистрлер саны және олардың түрi микропроцессордың түрiне байланысты өзгередi.

3. Негiзгi регистрлерге мыналар жатады: аккумулятор- АЛҚ-ға енгізілген мәліметтер уақытша сақталады, байрақтар регистрі- АЛҚ-ғы соңғы команданың орындалу нәтижесін көрсететін ақпарат сақталады, командалар есептеуіші – осының көмегімен микропроцессор бағдарламадағы орындалып жатқан команданың номерін бақылап отырады, стек нұсқағышы – белгілі бағдарлама орындалып болған соң қайтып келетін орынды есте сақтау үшін қажет команда есептегішінің мәні орналасады. Командалар регистрі және дешифратор мұнда қажетті түрге түрленеді. Микропроцессордың перифериялық құлығылырмен қосу үшін кіріс және шығыстарының арасында интерфейстер болуы қажет. Интерфейстер перифериялық құрылғылардын келетін сигналдар барлық кезде қанағаттандырмағандықтан қажет, перифериялық құрылғылардың кіріс сигналдарға қоятын талабы микропроцессордың шығыс сигналдарына, мысалы, сигналдар деңгейі немесе берілу жылдамдығына сәйкес келмейді.

Микроконтроллерлер

Микроконтроллерлер – құрамында жадысы және кіріс/шығыс интерфейстері бар бір кристалдағы интергалданған сұлбалар.

5.7-шi суретте микроконтроллердің жалпы блок-схемасы көрсетiлген. Әдетте микроконтроллерлер бірнеше кіріс-шіғіс порттардан тұрады, олардың кейбірі сигналдарды не қабылдау, не беру үшін бағдарламаланды. Кіріс порттардың біреуінің өзінің аналогтық-сандық түрлендіргіші болады, сондықтан оған аналогтық сигналдар тікелей қосыла алады. Порт каналдарының біреуі көбінесе сигналдарды қабылдау немесе беру үшін бағдарламаланады. Микроконтролер құрамына сондай-ақ таймерлер сияқты құрылғылар да кіреді.

37 – сурет. Микропроцессордың негізгі элементтері

38-сурет. Микроконтроллердің негізгі элементтері

Микропроцессорлар негiзiндегі құралдардың негiзгi элементтерi

39-шы суретте сандық термометрдiң негiзгi элементтерi көрсетiлген. Термометрдiң сезгiш элементi ретінде термотранзистор болып табылады, ол өлшенетін температураға пропорционал сигнал беретін шығыстағы сигнал түрлендіргішімен бірге бөлек корпуска орнатылған. (мысалы, LM35термотранзис­торы диапазоне -40...110°С диапазонда 10 мВ/°С сигнал береді). Бұл сигнал микроконтроллердің кіріс аналогтық портқа беріледі. Шығыс сигнал тізбектеп берілудің сызығымен декодтаушы құрылғыға беріледі.

39-сурет. Сандық термометр

Мәлiметтердiң жиын жүйесi

Бір мезгілде бірнеше айнымалылардың мәнін анықтау керек болатын жағдайлар жиі кездеседі. Мысалы, химиялық өндірістің әр жеріндегі ағым жылдамдығын, температура, қысымды және т.б. өлшеуді айтуға болады. Кешенді жүйе жүздеген датчиктерден мәліметтерді бір уақытта ала алады. әр өлшеу үшін жеке жүйелер алудың орнына мәліметтерді жинау жүйесін қолдануға болады. 40-суретте құрылымы көрсетілген.

Әрбiр датчиктің шығыс сигналдары сигнал құрастырғыштарына түседi, мұнда олар кернеуге түрленуі, кушейтілуі, сызықтануы мүмкін, әдетте 0,,5В қабылданатын сигналдар диапазонына сәйкес болуы керек. Құрастырылған сигналдар мультиплексорге түседі. Мультиплексор микропроцессорды басқарады. Сайып келгенде, кіріс сигналдың кез-келген түрін таңдай алады. Таңдап алынған сигнал таңдау және сақтау құрылғысы арқылы аналогтық-сандық құрылғыға түседі, мұнда микропроцессорге енгізу үшін жарыспалы сөзге айналады. өңдеу нәтижесі не микропроцессор бетінде көрсетіледі, не жойылған дисплейге беріледі, не басқару жүйесімен пайдаланылады, не жадыда сақталады.

40-сурет. Мәлiметтердiң жиын жүйесiнің негізгі элменттері

Әдебинт: 1 нег. [246 -275], 6 қос. [344-360].

Бақылау сұрақтары:

1. Микроконтроллерлер

2. Мәлiметтердiң жиын жүйесi

3. Мультиплексорлар