Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электроника кафедрасы

 


LabVIEW негізіндегі МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТТАУ ЖӘНЕ СЕРТИФИКАТТАУ

 5В070400 – Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамасыз ету  мамандығының студенттері үшін  зертханалық  жұмыстарды орындауға  арналған әдістемелік нұсқаулар

  

Алматы 2012

Құрастырғандар:, Оразалиева С.К. LabVIEW негізіндегі метрология, стандарттау және сертификаттау.  5В070400 – Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамаcыз ету мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау. – Алматы: АЭжБУ, 2011. – 23 с.

  

Әдістемелік нұсқауда өлшеуіш техниканың әдістері мен құралдары және де әртүрлі электрлік, электрлік емес шамаларды LabVIEW виртуалдық құралдары көмегімен өлшеу қарастырылған.  Стандарттық құралдармен жұмыс істейтін бағдарламалар мен зертханалық қондырғылардың бағдарламалық іске асырулары келтірілген.

Әдістемелік нұсқаулық дәрістерді бекіту мақсатында  құрылған және  5В070400 – Есептеу техникасы және бағдарламалық қамтамаcыз ету мамандығының барлық бөлімінде оқитындарға арналған.

Без. 15, кестелер 3, әдебиет тізімі – 6 атау

  

Пікір беруші: тех.ғыл.д–ры, проф. Бахтаев Ш.А.

                    

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011 жылғы жиынтық жоспары бойынша басылады.   
 

© «Алматы энергетика және байланыс университеті»  КЕАҚ, 2012 ж.

 

2011 жылғы жиынтық жоспар, реті 213.            

                                                   

 Кіріспе 

Берілген әдістемелік нұсқаудың негізігі мақсаты өлшеуіш құралдар мен жүйелерді жобалау бойынша алған білімді бекіту және электрлік сигналдардың параметрлерін қажетті дәлдікпен өлшеуді практикалық жетілдіру, LabView ортасында виртуалдық құралдар жасау.

 Ол үшін өлшеуіш құралды, өлшеу әдістерін дұрыс таңдай білу қажет. Тек дәстүрлі аналогтық немесе цифрлық құралдар мен қатар LabVIEW жүйесі секілді виртуалдық кешендерді де пайдалана білу керек.

Бұл LabVIEW ортасының басқалардан ерекшелігі- графикалық бағдарламалау тілі қолданылады.  LabVIEW ортасында өлшеу құралдарын басқару, деректерді жинау және өңдеу үшін қажетті процедуралар мен функциялар қоры өте кең.

Виртуалдық аспаптың (ВА) алдыңғы (беткі) пердесінде баспалар, тетіктер, реттегіштер, шкалалар және басқа да басқару мен индикациялау органдарының графикалық бейнелеуі келтірілген.     Беткі пердені құру мәзірде келтірілген элементтерден сурет құрумен пара- пар.

Диаграммалар блогы есептің графикалық шешімі болып табылады.

Виртуалдық құрал құрайтын және компьютерге жалғанған жабдықтық пен бағдарламалық құралдардың жиынтығын компьютерлік өлшеуіш технологиялардың негізі ретінде қарастыруға болады.

Берілген әдістемелік нұсқауда басқару және телекоммуникация жүйелерін модельдеуде қажетті LabVIEW ортасында жасалған стандартты виртуалдық құралдар қарастырылған.  LabVIEW ортасында құрылған бағдарламалар үш негізгі бөліктен тұрады: беткі перде, диаграммалар блогы және пиктограмма.

 

1 Зертханалық жұмыс №1. LabVIEW ортасында құрылған омметр моделінің көмегімен электрлік кедергіні өлшеу

 

Жұмыстың мақсаты: LabVIEW модельдеу жүйесі көмегімен омметр схемасының жұмысын  және тікелей бағалау әдісін оқып үйрену,  өлшенген кедергілердің шынайы мәнін құралдың дәлдік классын ескере отырып есептеу.

 

1.1                Жалпы мағлұматтар

 

1.1-суретінде аналогтік омметрдің өлшенетін Rx кедергісіне жалғану схемасы келтірілген.

    

1 сурет – Өлшенетін Rx кедергісі бар омметр сұлбасы

 

Мысалы,  егер реттелетін кедергінің мәні Rg=2кОм, ал  Rх=0 қысқа тұйықталу (ҚТ)  тәртібі  болса, онда вольтметрдің көрсетуі:

Rх-тің мәні артқан сайын вольтметрдің көрсеткіші U, Uқт – дан кіші болады. Сол кезде омметр шкаласының  теңдеуі:

 

                                                      (1.1)

мұндағы h – вольтметр көрсетуінің салыстырмалы өзгерісі;

Uқт= UN=1В – вольтметр (омметр) шкаласының ең жоғарғы шегі.

RBX = 3кОм – омметрдің кіріс кедергісі. (1.1) формуласынан вольтметр шкаласы кері (Rх=0, U= Umax; Rх=∞, U=0) және біркелкі емес екендігі байқалады.

Rх= Rкір=3кОм болған кезде  η=U=0.5, яғни вольтметрдің көрсетуі омметр шкалаcы тура жартысын құрайды. Сонымен қатар, омметрдің өлшеу дәлдігі вольтметрдің дәлдік классына тәуелді және қоректену көзінің кернеу дәлдігіне тәуелсіз.

2 сурет Омметрдің шкаласы

 

Дәлдік класы дегеніміз – мәндері жеке өлшеу құралдарына арналған стандарттарда бекітілген, жіберілетін негізгі және қосымша қателіктердің шегімен анықталатын жалпыланған метрологиялық сипаттама. Стрелкалы аспаптардың дәлдік класы келтірілген қателіктің максималды рұқсат етілген мәніне тең  сан С әрпімен белгіленеді.    

                                                                                    (1.2)

мұндағы хN – аспап шкаласының жоғарғы шегі.

(1.1) формуладан мына формуланы аламыз:

                                                                                        (1.3)

Берілген мысал үшін UN = 1B, сондықтан

                                                                                            (1.4)

(1.2) формуладан вольтметрдің абсолюттік қателігі:

                                                                                 (1.5)

Егер вольтметрдің дәлдік класы с = 1% болса, онда  ∆U = 0,01B. Шкаланың біркелкісіздігін ескере отырып, кедергінің абсолюттік қателігі ∆R вольтметр шкаласының жоғарғы бөлігінде анықталады. (1.4) формула бойынша:

Онда өлшенетін кедергінің шынайы мәні:

 

1.2                Жұмыстың орындалу реті

 

1) LabVIEW бағдарламасын қосып «Косвенный метод.vi» файлын ашу.

 

3 сурет –  Омметр моделінің беткі пердесі

 

2) «Выбор схемы» ауыстырып-қосқышты 2-ші жағдайға ауыстырсақ, омметр сұлбасы келтірілген терезе ашылады. 3 суреттегідей терезе шығады.

Панельдің беткі жағында 2 вольтметр орналасқан (жоғарғысы - жұмыстық V1), омметр сұлбасы, кедергілерді енгізу орындары.

3)  «Напряжение Е» ауыстырып-қосқышты  3В қойып, ал «Rg» ауыстырып-қосқышты  2 кОм, Ro = 1кОм қоямыз.

Бағдарламаның  қосылуы «Running»  пернесімен, ал өшірілуі «STOP» пернесімен іске асады.

4) Сұлбаны іске қосқаннан кейін Rx = 600 Ом қойып, 1 вольтметрдің көрсетулерін жазып алу.

5) Бағдарламаны «STOP» пернесімен өшіру, Rx = 1500 Ом қою. Бағдарламаны іске қосып, 1 вольтметрдің көрсетулерін жазып алу.

1.2.1 Тапсырма.

Вольтметрдің δ = 0,5 дәлдік классымен кедергілердің нақты шамаларын есептеп алу.

 

1.3 Бақылау сұрақтары

 

1. Өлшеу дегеніміз не?

2. Өлшеудің салыстырмалы және абсолюттік қателіктері деген не?

3. Аспаптың дәлдік класы деген не?

4. Практикада өлшеудің қандай түрлері қолданылады?

5. Аналогтік омметрдің өлшеу дәлдігі неге қатысты?


2 Зертханалық жұмыс 2. Электр кедергісін екі вольтметр әдісімен өлшеу

Жұмыстың мақсаты: электр тізбегіндегі кедергіні және токты өлшеу үшін екі вольтметр әдісімен танысу. Қолданылған  құралдың дәлдік класына сәйкес кедергінің шынайы мәнін есептеу.

 

2.1 Теория

 

Практикада көбіне кедергіні жанама әдіспен: амперметр және вольтметр көмегімен өлшейді. Өлшеу қателігі өлшеу құралдарының аспаптық және аспапты іске қосу сұлбасының әдістемелік қателігімен анықталады. Іске қосудың екі сұлбасы бар. Олар кіші және үлкен кедергілерді өлшейтін сұлбалар.

Өлшеу қателігінің аз мәнін өлшеу шегі әр түрлі вольтметр қолданылатын сұлбаны береді.

1 сурет – Екі вольтметрмен (а) кіші кедергіні және  (б) үлкен кедергіні өлшеу сұлбасы

 

1а схемасы үшін

 .                 (2.1)

1б схемасы үшін

                                          2.2)

Бастапқыда  болу үшін, Uн вольтметр шегінде U1 кернеуі өлшенеді. Содан кейін сол шкалада U2 кернеуі өлшенеді. Егер U2 көрсеткіші аз мәнді көрсетсе, онда сол аспаптың вольтмертлік көрсетуінде аз мәнді шегі орындалады.

Егер U 1және   U2  ұзындықтары аспабтың бір шкаласында өлшенсе, өлшеу қателігі вольтметр дәлдігін жоғарылатпайды. Ал егер  U 1және   U2 ұзындықтары бір аспаптың әртүрлі шкаласы арқылы анықталса, онда өлшеу қателігі ұлғаймайды. d=2dv

 

 

2.2 Жұмыстың орындалу реті

 

1.      LabVIEW бағдарламасы және “Жанама әдіс. vi ” файлы ашылғаннан кейін әдістің  беткі пердесі ашылады.

Әдіс екі вольтметрден, өлшеу әдісінің сұлбасынан, кедергіні енгізу өрісінен және ауыстырып қосқыштардан тұрады. «Выбор схемы» деп аталатын қосқыш өлшеу әдісінің схемасын таңдауға мүмкіндік береді, ал «Напряжение Е» деген қосқыш қоректену көзі болып табылады.

 

2 сурет – Өлшеу әдісі моделінің беткі пердесі

 

Бағдарламаны енгізу алдында  кіші кедерегілерді өлшеу үшін «Выбор схемы» ауыстырып қосқышын 0 жағдайына қою керек (1а суретті қара). Е = 3В, R1 = 300 Ом, R2 = 190 Oм, R3 = 100 Ом, Rx = 10 Ом.

Екі вольтметрдің көрсетулерін жойып және (2.2) формула бойынша  Rx мәнін есептеу. «STOP»  батырмасымен программаны тоқтату керек.

2.2.1 Тапсырма.

Кедергінің өлшенген және шынайы мәнін екі тәсілмен вольтметрдің δ = 0,5 дәлдік класын ескере отырып, анықтау керек.

 

 

 

2.3 Бақылау сұрақтары

 

1. Екі вольтметрдің артықшылығы және кемшіліктері?

2. Жиынтық өлшеулер әдісінің мән-мағынасы?

3. Біріккен өлшеулер әдісінің мән-мағынасы?

4. Өлшеу дәлдігі энергия көзінің тұрақтылығына байланысты болады ма?

5. Әдістемелік қателік дегеніміз не?

6. Аспаптық қателік дегеніміз не?

 

3 Зертханалық жұмыс 3. Амперметр және вольтметр әдісімен кедергіні өлшеу

 

Жұмыстың мақсаты: кедергіні өлшеудің жанама әдісін оқып уйрену. Сонымен қатар, қолданылатын кұралдардағы кедергінің нақты мәндерін әдістемелік және аспаптық қателіктердің көмегімен анықтау.

 

3.1 Теория

 

Жанама әдіс көмегімен, яғни   амперметр және вольтметр әдісімен тізбектегі кедергіні өлшеу. Жұмыста бір-біріне жалғанған  екі өлшеуіш кұралдың сұлбасын пайдаланамыз (1 суретті қара).

1 сурет A-V әдісімен кедергіні өлшеудің сұлбасы

 

Вольтметр амперметрдің Rx- пен тізбектей жалғанған сұлбасында (1а суретті қара,) екі элементтегі, яғни амперметр мен өлшенетін кедергідегі кернеудің төмендеуін өлшейді. Сондықтан абсолютті және салыстырмалы әдістемелік қателіктері мынаған тең:

DМ =  Ro – Rx = (RA + Rx) – Rx = RА;                                                     (3.1)

dМ = RА/RX×100%.                                                                                 (3.2)

Амперметр,  вольтметр және өлшенетін кедергі Rx параллель жалғанған кездегі токты өлшейді. Бұл ток вольтметр мен өлшенетін кедергі Rx арқылы өтетін токтардың қосындысына тең. Осы жағдайда абсолютті және салыстырмалы әдістемелік қателіктері мына түрде болады:

                                      (3.3)

dМ =-1/(1+RV/ RX) × 100%.                                                                               (3.4)

Абсолютті және салыстырмалы аспаптық қателіктер қолданылатын өлшегіш құралдардың толық жетілмегендігімен анықталады және берілген сұлбалар үшін мынадай болады:

;                                                                             (3.5)

.                                                                       (3.6)

Мұндағы ∆U, ∆I– кұралдардағы  дәлдік класпен анықталатын абсолютті қателік:

DU = KV × Uн/100;                                                                                  (3.7)

DI = KA × Iн/100,                                                                                     (3.8)

мұндағы  KV, KA -  Амперметр мен вольтметрдің дәлдік класы. UH, IH- сәйкес құралдар  шкаласының жоғарғы шегі.

Жалпы салыстырмалы  қателік  өлшеу мынаған тең

d = çdМ ê+ çdи ê.                                                                                      (3.9)

Олай болса абсолютті қателікті өлшеу

 = d ×  /100.                                                                               (3.10)

Есептеулердің нәтижесін 2-ші кестеге енгізіп, құрылғылардың косылу схемасының артықшылықтары мен олардың дәлдігі жайлы қорытынды келтіріңіз.

Егер сұлбада (1,а суретті қара) сандық құралдар қолданылатын болса, онда қателікті өлшеу тек қана құралдың қателігіне қатысты анықталады.

Салыстырмалы қателіктер анықталатын сандық құралдардың дәлдік класы  c/d қатынастар түрінде көрсетіледі

                                                                            (3.11)

мұндағы хк – жоғарғы өлшеу шегі.

с мен d-ның мәндері мына қатардын алынады:

Мысалы сандық вольтметрдің дәлдік класы 0,06/0,03 тең. Олай болса келтірілген вольтметрдің  өлшеу қателігі мынадай болады :

.

Әрі қарай (3.6) формуламен аспаптық өлшеу қателіктері, ал өлшеу нәтижесі (3.10) формуласымен анықталады. Вольтметр кедергісінің  жоғары болуына байланысты әдістемелік қателікті ескермеуге болады. 

 

3.2 Жұмысты орындау реті

 

3.2.1 Электрмеханикалық құралдарды  қолдану.

Құралдардың  параметрлерін 1 кестесіне енгізу

 

1 кесте  – Құралдардың параметрлері

Амперметр:

бөлу бағасы a =     ;

өлшеу шегі IН =    [ А];

ішкі кедергі RА=     [Ом];

дәлдік класы КА =         [ %].

Вольтметр:

бөлу бағасы a = ;

өлшеу шегі UН =    [В];

ішкі кедергі RV =     [Ом];

дәлдік класы КV =            [%].

1,а және б суреттерге сәйкес сұлба жинау,  Е = 3В.

RX = 15 … 30 Ом  Р33 типіндегі кедергі дүкенінде ұсынылады. Өлшеу нәтижелерін 2 кестесіне енгізу.

 

2 кесте – Амперметр және вольтметр әдісімен RX кедергіні өлшеу

Құралдардың көрсетуі және есептеулер

Сұлба 1

Сұлба 2

 Амперметрдің көрсетуі I .., A

 Вольтметрдің көрсетуі U, В

 Кедергі Rизм = U/ I, Ом

 Әдістемелік қателік Ом     %

 Аспаптық қателік  Dи , Ом   dи , %

 Өлшеу нәтижесі R=Rизм ± DR

 

 

 

3.2.2  Сандық құралдарды  қолдану.

1) (1,а суретті қара) сұлбасы үшін 1 және 2 пункттерді орындау.

3.2.3 Тапсырма.

Электрмеханикалық және сандық құралдар үшін:

- құралдарды қосудың әр түрлі әдістерін пайдалана отырып, берілген кедергіні өлшеу;

- кедергінің нақты мәнін анықтау.

 

3.3 Бақылау сұрақтары

 

1. Амперметр және вольтметр әдісінің артықшылықтары мен кемшіліктері.

2. Екі сұлба да бірдей әдістемелік қателіктер бере ала ма?

3. Жанама өлшеудің салыстырмалы қателігі неге тең?

4. Өте аз кедергілер үшін амперметр және вольтметр әдісі ыңғайлы ма?

5. Сандық құралдарды қолданудың артықшылығы мен кемшілігі

6. Қоректендіру көзі кедергіні дәл өлшеуге ықпал етеді ме?


4 Зертханалық жұмыс №4. LabVIEW бағдарламасындағы компенсатор сұлбасының  моделі

 

 Жұмыстың мақсаты: компенсациялық әдісті қолданылатын өлшеу құралдарының қателіктерін ескере отырып оқып үйрену.

 

4.1 Теория

 

Компенсациялық сұлбада екі қоректену көзі бар : өзгертілетін кернеу Ux және үлгілі кернеу  U0 (4.1 суретті қара).

4.1 суретКомпенсациялық әдіспен кернеуді өлшеу сұлбасы

 

Кернеу бөлгішпен өзгертілген өлшенетін кернеу

тең болады,  мұндағы  k – кернеу бөлгіш коэффициенті, k = R2/(R1 + R2).

Потенциометрден (R) алынатын кернеу

болады, мұндағы Rxпотенциометрдің төменгі шығысымен қозғалтқыш арасындағы кедергі; R потенциометрдің толық кедергісі.

Екі қоректену көзінен шыққан токтар қарама-қарсы бағытталған. Сондықтан потенциометрдің Rx кедергісін өзгерте отырып, токтардың тепе-теңдігін алуға болады, бұл келесі шарт орындалса ғана мүмкін:

Сонда

                                                                                             (4.1)

Потенциометр (4.2 суретті қара) меншікті кедергісі жоғары материалдан жасалған сым (2) оралған каркастан (1) және оське бекітілген ток алынатын қозғалтқыштан (3) тұрады. Қозғалтқыш сымды (2) жанап өтеді. Көрсетілген құрылымда қозғалмалы қозғалтқышы бар түйіспе қозғалмайтын ток алынатын сақинаның (4) көмегімен іске асырылады.

 

4.2 сурет Қорабы жоқ потенциометрдің сыртқы түрі

 

Орама үшін диаметрі кіші сым қолданылады (константан, платина, алтын  ерітіндісінен жасалған), себебі диаметр аз болған сайын, статикалық сипаттаманың баспалдағы аз болады (4.3 суретті қара). 

4.3 суретПотенциометрдің шығыс кернеуінің  қозғалтқыштың орын ауысуына тәуелділігі

    

Потенциометрдің қателігі,  қозғалтқыш бір орамнан екіншіге өтуі кезінде,  ΔR кедергісінің секірмелі өзгерісіне негізделген. Егер түрлендірудің номиналдық функциясы ретінде «баспалдақтар» ортасынан өтетін функцияны алсақ, онда дискреттілікпен түсіндірілетін келтірілген қателіктің максималдық мәні  

δR  = ±ΔR/(2R),                                                                                      (4.2)

мұндағы R – түрлендіргіштің толық кедергісі.

 

4.2 Жұмысты орындау тәртібі

 

1)       LabVIEW бағдарламасын қосып, (Компенсационный метод.vi) файлын ашыңыз, сұлбаның (4.4 суретті қара) моделі шығуы керек.  

Сұлбада гальванометр шкаласы келтірілген; екі жағдайы бар «грубо» (сол жақта) және «точно» (оң жақта) ауыстырып қосқыш; үлгілі кернеу реттегіші; R1 және R2 кедергілерінің мәндерін енгізу бөлігі;  «STOP» тетігі. «STOP» тетігі виртуалдық құралды ажырату үшін қажет.  

2) Потенциометр кедергісі R = 1кОм.     Келесі мәндерді енгізіңіз: R1 = 500 Ом және R2 = 500 Ом (к = 0,5); U0 = 5B және Ux = 4В.

 

 

4.4 сурет  – Компенсатор моделінің беткі пердесі

 

3) Ауыстырып қосқышты «грубо» жағдайына қойып, потенциометрдің кедергісін (Rxкедергілер дүкені) өзгерте отырып, гальванометрдің көрсеткішін нөлге теңестіру керек. Одан кейін ауыстырып қосқышты «точно» жағдайына қойып әрекеттерді қайталау қажет. Егер тепе-теңдік орнаса «Верно»  шамы жанады.

4.2.1 Тапсырма.

Формула (4.1) бойынша R = 1кОм потенциометр кедергісінің келтірілген қателігі δR = ±0,01% екенін ескере отырып, белгісіз Ux кернеуді есептеңіз.

 

4.3 Бақылау сұрақтары

 

1. Компенсациялық әдіс?

2. Компенсатордың өлшеу дәлдігі неге тәуелді?

3. Компенсациялық әдістің артықшылықтары?

4. Негізгі кемшіліктері?

5. Потенциометрді бұрыш датчигі ретінде қолдануға болады ма?

6. Потенциометрдің негізгі кемшіліктері?

 

 

 

5 Зертханалық жұмыс 5. Тұрақты ток көпірі  негізіндегі электрлік термометр

 

Жұмыстың мақсаты: термометр сұлбасымен танысу және терморезистордың электрлік кедергісін тұрақты ток көпірі көмегімен өлшеу әдісін зерттеу. Сондай-ақ өлшеу дәлдігіне ықпал ететін факторларды анықтау.

 

5.1 Жалпы мағлұматтар

 

Тұрақты ток көпірі негізіндегі электрлік термометр сұлбасы 5.1 суретінде келтірілген. Электрлік термометр сұлбасының негізгі элементі болып иықтарына тұрақты резисторлар R1,R3, реттеуіш R2 және терморезистор Rx қосылған тұрақты ток көпірі табылады. Кернеу «Е қоректену» көзінен іске асырылады және көпірдің диагональдарының біріне беріледі.  Екінші диагональдан V вольтметрімен өлшенетін шығыс кернеуі алынады.  Көпірдің шығыс кернеуі

                                                                            (5.1)

 

R3Rx = R1R2 .                                                                                        (5.2)

Шарт орындалса, яғни көпірдің тепе-теңдігі іске асырылса, онда  Uшығ=0.

5.1 сурет  – Электрлік термометр сұлбасы

 

Rx ретінде терморезистор орнатылады, ал  R2 реттеуіш резистор көмегімен көпірдің тепе-теңдігі вольтметрдің нөлдік көрсеткіші бойынша бөлменің температурасында жасалады.  Егер терморезисторды зерттелетін ортаға орнататын болсақ, онда терморезистордың Rx кедергісінің шамасы өзгереді, сәйкесінше көпірдің тепе-теңдігі бұзылады, яғни шығысында вольтметр өлшенетін температураға пропорционал кернеу көрсетеді.

Онда (5.2) өрнегінен

                                                                                    (5.3)

Әдетте көпірлік сұлбадағы құралдарда  R2 = R3 = R және k = 1.

Онда (5.1) өрнегі келесі түрде болады

                                                                                      (5.4)

Осыдан өлшенетін кедергі

                                                                                     (5.5)

Көпірлік сұлба дифференциалдық болып табылады, яғни ондағы аддитивтік қателіктер компенсацияланады (5.1 өрнегінің алымы). Егер көпірдің қоректену кернеуі Е тұрақтанбаған болса, онда оның вариациясы кезінде мультипликативтік қателіктердің болуы мүмкін. Оны жою үшін көпірдің шығыс кернеуін өлшейтін компенсациялық әдіс қолданылады.

Терморезистор деп активті кедергісі температураның өзгерісі кезінде өзгеретін өлшеуіш түрлендіргіш аталады. Терморезистор ретінде металл немесе жартылай өткізгіштік резисторды қолдануға болады. Терморезисторлары бар температура  кедергі термометрлері деп аталады. 

Терморезисторлардың екі түрі бар: металл және жартылай өткізгіштік. Металдардың кедергісі температура жоғарылаған сайын жоғары болатыны белгілі. Металл терморезисторларды жасау үшін мыс немесе платина қолданылады.   

Мыс терморезисторының түрлендіру функциясы сызықтық:

Rt = Rо(1 + α ∙ t),                                                                                     (5.6)

мұндағы Ro —0 °С кезіндегі кедергі;

α = 1,17 оС-1мыстың температуралық коэффициенті.

Терморезистордың кедергісі қоршаған ортаның температурасына ғана емес, сондай-ақ өзінен өткен ток мәніне де тәуелді. Мыс термометрдің тоғының қызуы 0,4 °С-дан, ал платиналық 0,2°С-дан аспауы қажет. Ол үшін ток 10-15 мА –ден аспауы керек.

Жартылай өткізгіштік терморезистор - термистор - әртүрлі металдардың: мыс, кобальт, магний, марганец және т.б. қышқылдарынан жасалады. Температура жоғарылаған сайын термисторлардың кедергісі төмендейді. Олардың түрлендіру функциясын келесі өрнекпен аппроксимациялайды.

Rt = Ae/Т,                                                                                          (5.7)

мұндағы Rt — Кельвинде келтірілген Т температурасы кезіндегі термистордың кедергісі;

А және В – Металл мен технологияға тәуелді тұрақтылар.     

Түріне байланысты олар -100-ден +120-600 °С-ге дейінгі температураларды өлшеу үшін қолданылады.  Олардың сезімталдығы металл терморезистордың сезімталдығынан 6-10 есе көп.

Жауапкершілік шектелген жағдайларда температураны өлшеу үшін қолмен теңестірілетін көпірлер қолданылады. Автоматтық көпірдің қысқартылған сұлбасы 5.2 суретінде келтірілген.

 

5.2 суретТемператураны өлшеуге арналған автоматтық көпір сұлбасы

 

Өлшеуіш тізбек R1-R3 манганин резисторлардан және Rt терморезистордан тұратын көпір болып табылады. Егер көпір теңестірілмеген болса, онда өлшеуіш диагональдың кернеуі реверсивтік қозғалтқышқа РД беріледі. Қозғалтқыштың валы Rр реохордтың қозғағышымен жалғанған және оны тепе теңсіздік кернеуі төмендейтіндей орын ауыстырады.

Терморезистор көпірге екі немесе үш сымды кәбілдің көмегімен қосылады. Екі сымды кәбіл термометрмен тізбектей бір иыққа қосылады, бұл өлшеу қателігіне әкеліп соғады. Үш сымды сұлба бойынша (5.2 суретті қара) кәбілдің біртармағымен термометрге қоректену кернеуі Е беріледі, ал терморезистор көпірдің іргелес иықтарына жалғанады.  Олардың кедергілерінің бірдей өзгерісі көпірдің балансын бұзбайды. Сонымен кәбілдің температурасының өзгерісі кезінде болуы мүмкін қателік жойылады.   

 

5.2 Жұмысты орындау тәртібі

 

1) «Косвенный метод.vi» файлын ашыңыз және «Выбор схемы» ауыстырып қосқышын  3 жағдайына қойыңыз.

2) Көпірдің балансы орындалу үшін келесі мәндерді қою керек: R2 = R3 = 200 Ом; Rx = R1 = 100 Ом; Е = 5В.

3) Вольтметрдің 6 көрсеткішін  Rx мәнін  100 Ом-нан 400 Ом-ға дейін  R = 50 Ом қадаммен жоғарылаған кезде түсіру керек. Көпірдің мәндерін  (R2 = R3 = 200 Ом; Rx = R2 = 100 Ом; Е = 5В) берген кезде (5.4) өрнегі ықшамдалып келесі түрде болады

Осыдан өлшенетін кедергі

                                                                                       (5.8)

Сұлбада дәлдік класы 0,5 және шкаласы 3В магнитоэлектрлік  вольтметр қолданылады.

 

5.3 сурет – Термометр моделінің беткі пердесі

 

4) (5.9) өрнегі бойынша есептеулер жүргізіңіз, және кестеге  вольтметр қателігін ескере отырып Rx мәндері өзгерген кездегі температураның мәндерін жазып алыңыз. Терморезистор мыс t= 0 oC кезінде Ro = 10 Ом. Электрлік термометрдің көрсетуі бойынша келесі теңдеумен сипатталады.

                           (5.9)

 

5.3 Бақылау сұрақтары

 

1. Көпірдің балансы дегеніміз не?

2. Көпірлік сұлбаларда қандай қателіктер кездеседі?

3. Терморезистор дегеніміз не?

4. Терморезистордың қандай түрлері бар?

5. Терморезисторды не үшін үш сымдық сұлбамен жалғау қолданылады?

6. Термисторлардың артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?

 


 6 Зертханалық жұмыс 6. Сигнал жиілігін электрондық осциллограф көмегімен өлшеу

 

Жұмыстың мақсаты: осциллографтың синусоидалық айналымы көмегімен кіріс сигналының жиілігін салыстыру әдісін қолданып, өлшеумен танысу. 

 

6.1 Жалпы мағлұматтар

 

6.1.1. Жиілікті синусоидалық айналым көмегімен өлшеу.

Синусоидалық айналым жиілікті, фазалық ығысуды, модуляцияланған тербелістердің параметрлерін өлшеуде қолданылады.   Жиілікті интерференциялық фигуралар (Лиссажу) арқылы өлшеу тек синусоидалық формадағы сигналдар үшін ғана мүмкін. Өлшенетін сигнал fx вертикал ауытқу каналына беріледі, ал горизонтал ауытқу каналына жиілігі fo үлгілі сигнал беріледі (6.1 суретті қара).

6.1 сурет – Лиссажу фигуралары бойынша жиілікті өлшеу сұлбасы

 

Үлгілі генератордан алынған сигналдың жиілігін жаймен өзгерту арқылы экранда қарапайым Лиссажу фигурасын аламыз. Өлшеу кезінде қарапайым фигура – эллипс алуға тырысады, яғни  fx = fo. Эллипстің көлбеулігі ауытқытушы кернеулер арасындағы фазалық ығысуды көрсетеді (6.1 кестені қара). Салыстырылатын сигналдардың жиіліктерінің қатынасын фигураның ойша жүргізілген вертикал және горизонтал сызықтарды кесіп өткен нүктелер санымен анықтайды.

Фигураның тұрақты бейнесі үшін келесі қатынас белгілі

Nгfo = Nвfx,

мұндағы Nг және  Nв  - вертикал сызықтарды кесіп өткен нүктелер саны.

Содан өлшенетін сигналдың жиілігі

                                                                                           (6.1)

Импульстік сигналдардың жиілігін сызықтық айналымдағы бейнелер саны бойынша өлшеу өлшенетін сигналды вертикал ауытқу каналына беру арқылы іске асырылады.  Үлгілі генератор сигналы айналым құрылу үшін  горизонтал ауытқу каналына беріледі. ЭО экранында импульстік сигналдың бір немесе n бейнесі алу үшін fo жиілігін жай өзгерту керек. Сонда импульстар жиілігі  

                                                                                                (6.2)

6.1 кесте –Лиссажу фигуралары

6.1.2 Дөңгелектік айналым көмегімен жиілікті өлшеу.

Жиілік пен фазалық ығысуды өлшеу үшін синусоидалық негізінде алынған дөңгелектік (эллипстік) айналым қолданылады. Ол үшін осциллографтың У  және Х кірістеріне RC тізбек көмегімен фаза бойынша 90о ығысқан  үлгілі генератордан гармоникалық сигналдар  беріледі.  Экранда дөңгелек немесе эллипс – дөңгелектік айналым сызығы  пайда болады (6.2а суретті қара). Айналымдағы кернеу периоды барысында жарық белгі дөңгелек бойымен бір айналым жасайды, яғни секунд ішіндегі айналымдар саны айналымдағы кернеу жиілігіне тең. Кіріс сигналы ЭО жарық модуляторына Z каналы арқылы беріледі.

 

6.2 суретДөңгелектік айналымды алу (а)  және экрандағы бейнелерді n=1  және n=14 (б) кезінде алу сұлбасы

 

Кіріс сигналының оң жартылай толқыны кезінде дөңгелектің бейнесі жарық болып, ал теріс кезінде жоқ болып кетеді. Жиіліктер сәйкес келгенде fx= fo экранда тек дөңгелектің жартысы ғана көрінеді (6.2,б суретті қара). Егер жиіліктер сәйкес келмесе, онда дөңгелектегі штрихтар саны зерттелетін жиіліктің үлгілі жиіліктен n есе көп екенін білдіреді.

 

6.2 Жұмысты орындау тәртібі

 

1) «Измерение частоты.vi» файлын ашыңыз (6.3 суретті қара).

 

6.3 суретЗертханалық қабырға тақтаның LabVIEW ортасындағы беткі пердесі

 

2) Бағдарлама бойынша  У кірісіне fХ жиілігі берілген.  «Умножитель частоты»  ауыстырып қосқышын 1 жағдайына қою керек. Х кірісіндегі жиілікті жай өзгерте отырып, тұрақты бейне алу қажет.  «STOP» тетігін басу қажет.

3) (6.1)  өрнегі бойынша белгісіз  fХ жиілікті есептеңіз.

4) «Умножитель частоты» ауыстырып қосқышын 2 жағдайына қою керек. Х кірісіндегі жиілікті жай өзгерте отырып, тұрақты бейне алу қажет.

5) (6.1)  өрнегі бойынша кіріс сигналының белгісіз  fХ жиілігін есептеңіз.

6.2.1 Тапсырма.

Кіріс сигналының жиіліктерін синусоидалық айналым әдісі бойынша Лиссажу фигуралары көмегімен анықтаңыз.

 

6.3 Бақылау сұрақтары

 

1. ЭО жұмыс істеу принципі?

2. Үзіліссіз айналым мен күту айналымының айырмашылығы неде?

3. Синусоидалық айналым қандай жағдайларда қолданылады?

4. Импульстар жиілігі қалай анықталады?

5. Дөңгелектік айналым дегеніміз не?

6. Лиссажу фигуралары қандай сигналдар үшін қолданылады?

 

Әдебиеттер тізімі 

1. Боридько С.И. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах. /Под ред. Б.Н.Тихонова – М.: Горячая линия - Телеком, 2007. – 374 с.

2. Никифоров А.Д. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: Высшая школа, 2003. – 422 с.

3. Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. – М.: Высшая школа, 2001. - 205 с.

4. Евдокимов Ю.К. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 400 с.

5. Визильтер Ю.В. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabView и IMAQ Vision. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 464 с.

6. Загидуллин Р.Ш. LabView в исследованиях и разработках. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005. – 352 с.