Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по метрологии - файл ассимиляция.doc


Лекции по метрологии
скачать (347.8 kb.)

Доступные файлы (1):

ассимиляция.doc1195kb.19.01.2003 16:01скачать

содержание
Загрузка...

ассимиляция.doc

1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

5.3.3. Измерительные механизмы электродинамической системы.


Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек с током.

На рисунке показана принципиальная схема

электродинамического измерительного прибора.

(1и 2 – подвижная и неподвижная катушки.)
Вращающий момент всегда будет направлен так, чтобы направления магнитных потоков совпадали. Общая энергия системы равна:





– уравнение магнитной шкалы.( Шкала неравномерная, а квадратичная).

Если ток переменный, то мы имеем:


где и – действующие значения
Механизм без стального сердечника обеспечивает показания, в основном не зависящие от частоты; однако он в значительной мере подвержен влиянию внешнего магнитного поля, если в нем не предусмотрено магнитное экранирование.

Измерительные механизмы электродинамической системы получили широкое применение, на их основе строятся амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры.

К достоинствам этих приборов относятся: высокий класс точности, независимость показаний от формы кривой тока, использование на постоянном и переменном токах.

Однако имеется ряд недостатков таких, как сложность конструкции, повышенное собственное потребление энергии из измерительной цепи, влияние внешних магнитных полей.

^

5.3.4. Измерительный механизм ферродинамической системы.


Отличием ферродинамического измерительного механизма является размещение неподвижной катушки на магнитопроводе. Замкнутый через железо (ферродинамический) механизм, в котором магнитный поток, созданный током, проходит по замкнутой шихтованной (выполненной из набора листов) магнитной цепи. Эти механизмы очень прочны, однако они уступают по точности измерительным механизмам электродинамической системы. В частности, они не могут быть применены для измерений постоянного тока.

– за счет равномерного зазора.



Измерительные механизмы ферродинамической системы обладают значительным вращающим моментом, за счет равномерного узкого зазора при значительной магнитной индукции, что позволяет использовать эти измерительные механизмы в самопишущих приборах, а также приборах, работающих в условиях тряски и вибрации.



Достоинствами этого механизма являются малые габариты, высокая точность.

Недостатки: неравномерная шкала, зависимость от показаний частоты, узкий частотный диапазон (до 60 Гц, расширенный до 300).

^

5.3.5. Измерительный механизм электростатической системы.


Принцип действия основан на взаимодействии двух заряженных электродов, один из которых является подвижным. В электростатическом приборе измеряются силы, возникающие в электрическом поле, пропорциональные квадрату напряженности поля Е. Так как упомянутые силы очень малы, необходимо работать при высоких напряженностях поля; поэтому электростатические приборы пригодны для измерения только высоких напряжений.

Собственное потребление мощности электростатическими приборами чрезвычайно мало и практически обусловлено только емкостными токами. Вследствие малости отклоняющих сил эти приборы очень чувствительны к механическим воздействиям.




1) каркас

2) постоянный магнит

3) подвижный электрод

4) неподвижный электрод

5) изолятор

6) осветитель

7) шкала

8) зеркало

(Постоянный магнит играет роль магнитоиндукционного успокоителя).



Если , то:

действительное значение

напряжения.

Эти приборы могут измерять только напряжение. На их основе могут быть получены только вольтметры.

Технические характеристики:



Его показания практически не зависят от частоты. При измерении от 0 до 20 Гц прибор превращается прибор, измеряющий мгновенные значения , от 20 и выше -действующие. Прибор имеет малую чувствительность из-за малого вращательного момента, поэтому измерения до 10 В не производятся.
В зависимости от способа преобразования электро-магнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма АЭМИП делят на: Магнитно-электрический. Электродинамический. Электромагнитный. Ферродинамический. и т.д.

^ Отсчетное устройство – состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и неподвижной шкалы. Указатели могут быть стрелочными или световые. Шкала- это совокупность отметок последовательно расположенных вдоль какой либо линии и отображающих ряд последовательных чисел, отображающих значение измеряемой величины. Шкалы бывают: прямолинейные, дуговые (при дуге не более 1800 ), и круговые (при дуге более 1800 ). По характеру расположения отметок бывают: равномерные, неравномерные; односторонние, двусторонние и безнулевые. Классы точности от 0,05 до 4 в ЭМИП.
Узлы и детали в ЭМИП.
Общие узлы и детали: устройство для установки подвижной части измерительного механизма, устройства для создания противодействующего момента, для уравновещивания и успокоения.

Подвижная часть устанавливается на опорах, на растяжках или на подвесе.

  • подшипники; ось; стрелка; корректор; спиральные пружины для создания противодействующего момента; вилка; палец, эксцентрично расположенный; винт; грузки для уравновешивания подвижной части.

ИМ считается уравновешенным, когда центр тяжести подвижной части совпадает с осью вращения. Для создания ускорения служат ускорители, развивающие момент, направленный навстречу движения. Время успокоения <=4 с. Успокоители бывают магнито-индукционные, воздушные и жидкостные, когда требуется большое ускорение.
Магнито-электрические приборы.
Работа основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока с постоянным магнитом. Один из взаимодействующих элементов подвижный. Наиболее распространенный с подвижной рамкой и внешним магнитом. При протекании по обмотке рамки постоянного тока i на активные стороны обмотки рамки действует поле силы F, создавая вращательный момент.



- энергия магнитного поля системы;

F- поток постоянного магнита, сцепленного с обмоткой рамки;

B- магнитная индукция в воздушном зазоре;

l- активная длина рамки;

a- ширина рамки;

al=s- активная площадь рамки.



- потокосцепление обмотки рамки при повороте ее на угол

При отклонении рамки на угол вращающий и противодействующий моменты станут равными.



- приводной момент пружины.



Si- чувствительность.

Шкала у таких приборов равномерная.

  • высокая чувствительность;большая точность; не значительное влияние на режим рабочей цепи;хорошее ускорение; равномерная шкала; сложность изготовления;плохая перегрузочная способность; температурное влияние на точность измерений.


Электродинамические измерительные приборы.
Работает на принципе взаимодействия двух катушек, по которым протекают токи. Измерительный механизм состоит из пары неподвижных катушек, включенные последовательно. Внутри находится подвижная бескаркасная катушка которая называется рамкой.

Угол отклонения

  1. противодействующий момент;

I1,I2- токи в катушках;

М- взаимная индуктивность.

Для переменного тока.

Электродинамические приборы обладают фазочувствительностью, поэтому мы можем мерить мощность.

  • высокая точность; возможность использования в цепях постоянного и переменного тока;

  • малая чувствительность; влияние внешних МП; большая мощность потребления;ограниченный частотный диапазон.


Электромагнитные измерительные приборы.
Для создания вращающего момента используется действие МП катушки с током на неподвижный лепесток, эксцентрично положенный на ось прибора.

Угол отклонения подвижной части

Шкала квадратичная . Измеряет постоянный и переменный ток.

  • простота и надежность;хорошая перегрузочная способность; большое потребление энергии;невысокая точность; малая чувствительность; влияние внешних МП.


Электростатические измерительные приборы.
Принцип основан на взаимодействии электрических заряженных электродов, разделенных диэлектриком. Конструктивно прибор представляет собой разновидность плоского конденсатора. Измеряемое напряжение прикладывается к подвижному и неподвижному электродам и создает электростатическое поле. Угол отклонения.



С- емкость между электродами.

Шкала квадратичная. высокое входное сопротивление. малая но переменная емкость; малая мощность потребления; использование в цепях постоянного и переменного тока; широкий частотный диапазон; независимость показаний от формы кривой суммиркющей напряжений. квадратичная шкала; малая чувствительность; низкая точность; возможность пробоя между электродами;необходимость экранирования.


Цифровые вольтметры.

^ Непрерывная величина – это величина, которая может иметь в заданном интервале времени при бесконечно большом числе моментов времени бесконечно большое число значений.

Дискретизация – это операция преобразования непрерывной величины в дискретную, при которой сохраняется ее мгновенные значения только в определенные моменты времени (моменты дискретизации).

^ Шаг дискретизаци – это промежуток времени между двумя ближайшими моментами дискретизации. Шаг дискретизации может быть постоянным или переменным.

Квантование – это операция преобразования непрерывной величины квантами, т.е. замена ее мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями.

^ Шаг квантования – это разность между двумя соседними значениями .

Цифровое кодирование – это операция условного представления числового значения величины цифровым кодом, т.е. последовательностью цифр, подчиняющихся определенному закону. Причем с помощью этого закона условно отображают числовые значения измеряемой величины.

Цифровые измерительные приборы автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину или ее аналог к дискретным формам, подвергая цифровому кодированию, и выдают результат измерений в виде цифр. Кроме этого, они осуществляют автоматическое преобразование значений непрерывной измеряемой величины Н в ограниченное количество дискретных значений. Фиксированным значением Д ставятся в соответствие числа, выражаемые тем или иным кодом К.
Достоинства:

  • объективность; удобство отсчета и регистрации результатов измерения; высокая точность (до 0.001%); широкий диапазон измерения (10–7 – 103 В); высокое быстродействие (до 106 измерений в секунду); полная автоматизация процессов измерения; возможность связи с ЭВМ;

  • Недостатки: относительная сложность и большая стоимость.


Классификация цифровых вольтметров (ЦВ).

  1. По способу преобразования непрерывной величины в дискретную:

  2. По структуре АЦП.

  3. По способу уравновешивания.




  1. Вольтметры с кодоимпульсным, времяимпульсным и частотным преобразованием.

Кодоимпульсное преобразование – это последовательное сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону.

^ Времяимпульсное преобразование – измеряемая величина преобразуется во временной интервал с последующим заполнением каждого интервала импульсами образцовой частоты.

^ Частотоимпульсное преобразование – измеряемая величина преобразуется в частоту следования импульсов, которые подсчитываются за определенный интервал времени цифровым счетчиком.

  1. Вольтметры прямого и уравновешивающего преобразования.

  2. Вольтметры со следящим и развертывающим уравновешиванием.


Основные технические характеристики:

  1. Точность преобразования. Время преобразования. Пределы изменения входной величиною Порог чувствительности или разрешающая способность.

  2. Формы представления входной и выходной величины.

  3. Помехоустойчивость.


Цифровые вольтметры постоянного тока с кодоимпульсными преобразованиями.


УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отображения.

Достоинства:

  • высокое быстродействие;

  • возможность измерения напряжения с высокой точностью;


ЦВ постоянного тока с времяимпульсным преобразованием.






ЦВ постоянного тока с частотно-импульсным преобразованием.
Интегратор –это устройство, выходное напряжение которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения. .



Входное напряжение интегрируется и подается на устройство сравнения, туда также подается опорное напряжение с источника опорного напряжения. Когда напряжение на выходе интегратора станет равным опорному устройство сравнения формирует в течении времени импульсы с амплитудой постоянной площади , которые не зависят от входного напряжения. Период следования этих импульсов и будет зависеть от входного напряжения. Для процесса заряда-разряда интегратора:





Для прямоугольного импульса с амплитудой :





.
ЦВ постоянного тока с двухтактным интегрированием.
Метод времяимпульсного преобразования в сочетании с двухтактным интегрированием позволяет ослабить влияние помех, измерять напряжение обоих полярностей, получить большое входное сопротивление (до 10 ГОм) и малые погрешности измерения.





ИОН – источник опорного напряжения.

ГСИ – генератор счетных импульсов.

УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отсчета.


На вход интегратора подается или , неизвестное напряжение измеряется в 2 такта: на первом такте (называемом интегрированием вверх) интегральное напряжение запоминается на выходе интегратора, на втором такте (интегрировании вниз) преобразуется во временной интервал , в течении которого на счетчик от ГСИ поступают импульсы образцовой частоты . Число импульсов эквивалентно , т.е. .

В исходном состоянии все ключи разомкнуты. В начале первого такта устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутыми фронтами. В момент появления фронта импульса ключи и замыкаются, следовательно на вход интегратора поступает измеряемое напряжение . Импульсы с частотой следования начинают поступать с генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону, пропорциональному :

.

где – постоянная интегрирования на первом такте.

Когда на счетчик поступит импульсов, то счетчик будет заполнен и импульс с индексом в момент времени сбросит счетчик в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ , в результате на вход интегратора подается напряжение , его полярность обратна полярности . В момент заканчивается интегрирование вверх и начинается интегрирование вниз. Напряжение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону:

.

где – постоянная интегрирования на втором такте.

Импульсы от ГСИ продолжают поступать на счетчик. Устройство сравнения срабатывает в момент времени , когда напряжение на выходе интегратора равно 0, так как второй его вход соединен с "землей". При этом размыкается ключ . Для момента времени справедливо соотношение:

,

где – длительность второго такта интегрирования.

За время на счетчик поступило N импульсов, код числа N через дешифратор подается в устройство цифрового отсчета.



где – постоянные интегрирования.

Интервал времени пропорционален напряжению и не зависит от . Таким образом, для этого метода не требуется цепи с высокостабильными элементами. Число импульсов равно:

.

и могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, следовательно погрешность преобразования напряжения во временной интервал незначительна. После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям.
Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО).
ЭЛО – прибор, предназначенный для наблюдений формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов в диапазоне частот постоянного тока до 10 МГц. Для получения на экране ЭЛО изображения мгновенных значений сигналов, т.е. осциллограммы изменения сигнала во времени исследуемый сигнал подается на вертикально отклоняющие пластины, одновременно электронный луч отклоняется в горизонтальном направлении с постоянной скоростью с помощью линейно изменяющегося напряжения (пилообразного), приложенного к горизонтально отклоняющим пластинам (это напряжение называется развертывающим). По окончании цикла развертки, это напряжение принимает первоначальное значение, луч возвращается в исходное положение и цикл повторяется.

Типы ЭЛО:

По назначению и принципу действия

  1. Универсальный.

  2. Стробоскопический.

  3. Запоминающий.

  4. Специальный.

Универсальный ЭЛО – сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему ЭЛТ, горизонтальное отклонение осуществляется генератором развертки.

^ Стробоскопический ЭЛО – для изображения формы сигнала используется упорядоченный или случайный отбор мгновенных значений сигнала и осуществляется временное преобразование сигнала.

^ Запоминающий ЭЛО – в таких ЭЛО при помощи специального устройства (ЭЛТ с памятью или электронное запоминающее устройство) сохраняется на определенное время исследуемый сигнал и, при необходимости, он может быть представлен для однократного или многократного наблюдения.

^ Специальные ЭЛО – содержат специфические узлы и предназначены для целевого использования.
Также ЭЛО можно классифицировать по числу одновременно регистрируемых сигналов.

^ Многолучевые ЭЛО – в ЭЛТ имеется 2 или больше электронных луча, управляемых отдельно или совместно.

Многоканальные ЭЛО – имеется специальное устройство, позволяющее наблюдать 2 и более сигнала, поступающих по нескольким каналам.
Универсальные ЭЛО.

Требования:

  • высокое входное сопротивление;

  • малая входная емкость;

  • высокий регулируемый коэффициент усиления;

  • широкая полоса пропускания.


Структура универсального ЭЛО.
Входной сигнал подается на аттенюатор канала ВО (вертикального отклонения), который обеспечивает необходимое ослабление сигнала. Сигнал задерживается ЛЗ (линия задержки) на время, необходимое для срабатывания канала горизонтального отклонения. Устойчивость изображения достигается синхронизацией частоты сигнала развертки частотой исследуемого сигнала.

Режим работы генератора развертки.


  1. Автоколебательная периодическая развертка – работает постоянно, вырабатывает пилообразное напряжение.

  2. Ждущая развертка – запускается при наличии сигнала.

  3. Однократная развертка.







Цифровой частотомер.
В схеме частотомера подсчитывается число импульсов , соответствующее числу периодов неизвестной частоты за известные высокоточные интервалы времени, называемые временим измерения. .







Входное устройство состоит из широкополосного усилителя и аттенюатора, которые служат для согласования частотомера с источником сигнала.

Формирователь преобразует входной сигнал в последовательность импульсов большой амплитуды с большой крутизной фронтов, частота следования которых равна частоте измеряемого сигнала.

Временной селектор – фактически, это электронный ключ с двумя входами, который открывается стробирующим импульсом, вырабатываемым устройством управления, на высокоточное время измерений и пропускает эти импульсы на электронный счетчик. Цифровой индикатор выдает результаты измерения в герцах.

Генератор меток времени состоит из кварцевого генератора и делителя частоты. Кварцевый генератор – высокоточный генератор, который может вырабатывать импульсы частотой 1 МГц. Делитель частоты делит частоту кварцевого генератора декадными ступенями до 0.01 Гц.

УУ обеспечивает регулируемое время индикации на цифровом индикаторе, сброс с четных декад и др. схем в ноль перед каждым измерением, а также обеспечивает режим ручного, автоматического и внешнего запуска.

Электронный счетчик состоит из нескольких, последовательно соединенных счетных декад.

Основной особенностью частотомера является увеличение погрешности измерения при уменьшении частоты.

.


Измерения периодов .

Входной сигнал через входное формирующее устройство и делитель частоты поступает на УУ, формирующее стробирующий импульс, длительность которого равна периоду измеряемого сигнала. На вход электронного счетчика поступают импульсы с генератора меток времени.


^ Электронно-лучевые осциллографы.

Электронно-лучевые осциллографы – приборы, предназначенные для визуального наблюдения форм исследуемых электрических сигналов. Кроме того, осциллографы могут применяться для измерения частоты, периода и амплитуды.

Основная деталь электронного осциллографа - электронно-лучевая трубка (смотри рисунок), напоминающая по форме телевизионный кинескоп.

Экран трубки (8) покрыт изнутри люминофором - веществом, способным светиться под ударами электронов. Чем больше поток электронов, тем ярче свечение той части экрана, куда они попадают. Испускаются же электроны так называемой электронной пушкой, размещенной на противоположном от экрана конце трубки. Она состоит из подогревателя (нити накала) (1) и катода (2). Между “пушкой” и экраном размещены модулятор (3), регулирующий поток летящих к экрану электронов, два анода (4 и5), создающих нужное ускорение пучку электронов и его фокусировку, и две пары пластин, с помощью которых электроны можно отклонять по горизонтальной Y (6) и вертикальной X (7) осям.

Работает электроннолучевая трубка следующим образом:

На нить накала подают переменное напряжение, на модулятор постоянное, отрицательной полярности по отношению к катоду на аноды - положительное, причем на первом аноде (фокусирующем) напряжение значительно меньше, чем на втором (ускоряющем). На отклоняющие пластины подается как постоянное напряжение, позволяющее смещать пучок электронов в любую сторону, относительно центра экрана, так и переменное, создающее линию развертки той или иной длины (пластины Пх), а также ”рисующей” на экране форму исследуемых колебаний (пластины Пу).

Чтобы представить, как получается на экране изображение, экран трубки представим в виде окружности (хотя у трубки он может быть и прямоугольный) и поместим внутри нее отклоняющие пластины (см. рисунок). Если подвести к горизонтальным пластинам Пх пилообразное напряжение, на экране появится светящаяся горизонтальная линия - ее называют линией развертки или просто разверткой. Длина ее зависит от амплитуды пилообразного напряжения.

Е
1   2   3   4   5   6



Скачать файл (347.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации