11.2. Ölçmə çeviriciləri
Kitabın əvvəlki səhifələrində həm qoyulduğu yerə,
həm də qoşulduğu ölçmə dövrəsinə görə təsnif edilən birinci
(ilkin) və aralıq çeviricilərinin tərifi verilmişdir. Ölçmə
çeviriciləri
arasında
vericidən
və
uyğunlaşdırma
377
(adaptasiya) sxemindən ibarət olan standartlaşdırılmış
çeviricilər özünəməxsus yer tutur.
Standartlaşdırılmış çeviricilərdə ölçülən fiziki
kəmiyyət enerji mənbəyinin köməyi ilə normativ çıxış
kəmiyyətinə çevrilir. Çıxışdakı normativ cərəyan, bir qayda
olaraq, 0.... ± 1mA, 0 ..... ± 5 mA və ya 0 ... 20mA
diapazonuna daxil olur. Belə standartlaşdırılmış çeviricinin
çıxışına qoşulan ölçü cihazlarının daxili müqaviməti 1
kiloOmu keçməməlidir. Çeviricinin çıxışındakı siqnalların
normativ gərginliyi 0 ... ± 1 V və ya 0 ... ± 10 V
diapazonunda yerləşir və bu zaman çıxışa qoşulan ölçü
cihazının daxili müqaviməti 1 kiloOmdan az olmamalıdır.
Girişdəki kəmiyyətin necə çevrilməsindən asılı
olaraq, çeviricilər növbəti qaydada təsnif edilir: xətti
çevirmə funksiyası ilə xarakterizə olunan xətti çeviricilər və
statik xarakteristikası qeyri – xətti olan qeyri – xətti
çeviricilər.
Çeviricinin çıxışına verilən siqnalın növündən asılı
olaraq çeviricilər parametrik və generator tipli çeviricilər
olaraq qruplaşdırılır. Parametrik çeviricilərin çıxış siqnalları
elektrik dövrəsi parametrləridir (R, L, C, M). Buradan belə
məlum olur ki, parametrik çeviricilərin tətbiqi zamanı çıxış
siqnalının yaradılması üçün əlavə elektrik enerjisi mənbəyi
tələb olunur.
Generator tipli çeviricilərin çıxış siqnalları e.h.q,
gərginlik, cərəyan və elektrik yüküdür. Məsələn əvvəlki
səhifələrdə qeyd edilən termocüt generator tipli çeviricilərin
bir nümayəndəsidir.
Generator tipli ölçmə çeviricilərinə termoelektrik,
pyezoelektrik, induksiya vericiləri və bəzi elektrokimyəvi
vericilər aiddir. Bütün qalan çeviricilər parametrik
çeviricilərdir.
İş
prinsipinə görə vericilər aşağıdakı kimi
qruplaşdırılır:
378
•
Rezistiv vericilər (müqavimət ölçü cihazları) – ölçülən
kəmiyyət ölçü cihazının müqavimətində baş verən
dəyişikliyə çevrilir.
•
Tutum vericiləri - ölçülən kəmiyyət elektrik tutumunda
baş verən dəyişikliyə çevrilir.
•
İ
nduktiv vericilər - ölçülən kəmiyyət induktivlikdə baş
verən dəyişikliyə çevrilir.
•
Qalvanomaqnit vericilər – Holl effektinə əsaslanır.
Təsiredici maqnit sahəsi e.h.q – yə çevrilir.
•
Pyezoelektrik vericilər – dinamik qüvvə elektrik
yükünə çevrilir .
•
Optoelektron vericilər - optik siqnallar elektrik
siqnallarına çevrilir.
11.2.1. Parametrik ölçmə çeviriciləri
Bu qrupa aid çeviricilərlə, ən çox istifadə olunan
rezistiv ölçmə çeviricilərinin timsalında daha yaxından tanış
olaq.
Reostatlı çeviricilə r. Bu ölçmə çeviricilərinin iş
prinsipi naqilin aktiv müqavimətinin yerdəyişmə kimi giriş
kəmiyyətinin (ölçülən kəmiyyətin) təsiri altında dəyişməsinə
ə
saslanır. Çevirici fırçası (mütəhərrik kontaktı) ölçülən
kəmiyyətin təsiri altında yerini dəyişən reostatdan ibarətdir.
Buradan belə nəticə çıxır ki, reostatlı çeviricilərdən reostatın
mütəhərrik kontaktı ilə mexaniki olaraq əlaqələndirilə bilən
kəmiyyətlərin ölçülməsində istifadə edilə bilər.
Şə
kil
11.3-də
reostat
çeviricilərin
tipik
konstruksiyalarının sxemi verilmişdir. Çevirici elementlər
gövdəyə dolanan sarğı (1) və süngərdir (2).
Çeviricinin qabarit ölçüləri ölçülən yerdəyişmənin
qiymətindən, sarğının elektrik müqavimətindən və sarğıda
ayrılan gücdən asılıdır. Çevirmənin qeyri – xətti
379
funksiyasına nail olmaq üçün müxtəlif profilli gövdələrdən
istifadə olunur
Reostat çeviricilərin statik xarakteristikası pilləli
(diskret) xarakter daşıyır. Mütəhərrik hissə hərəkət edərkən
müqavimət fasiləsiz deyil, sıçrayışlarla (diskret olaraq)
dəyişir və hər dəyişikliyin qiyməti bir dolağın ∆R
müqavimətinə bərabərdir. Bu, bütün sarğının müqavimətinə
gətirilmiş maksimal qiyməti γ = ± ∆R / R olan xəta yaradır.
Çevirmə mütənasib qaydada (xətti funksiya üzrə) baş
verərsə, həmin xətanın qiyməti γ = ± 1/n kimi müəyyən
edilir (burada n sarğıdakı dolaqların sayıdır: n = 100 ...
200
). Belə xəta mütəhərrik kontaktın dolaq naqilinin oxu
istiqamətində hərəkət etdiyi reoxordlu çeviricilərdə olmur.
Şə
k. 11.3. Reostat çeviricilərin tipik konstruksiyaları (a – c);
1 – sarğı; 2 – süngər
Reostat çeviricilərin üstün cəhətləri bunlardır:
yüksək dəqiqlik, çıxışda kifayət qədər güclü siqnal alınması
və nisbətən sadə quruluşda olması. Qeyd etmək lazımdır ki,
səs diapazonuna aid tezliklərə qədər reostat çeviricilərin
müqavimətini nəzərə almamaq olar. Bu çeviricilərin zəif
cəhətləri kontaktların sürüşməsi, ölçmədə düzgün nəticə
almaq üçün mütəhərrik hissənin nisbətən çox yer dəyişməsi,
bəzi hallarda mütəhərrik hissənin hərəkət etməsi üçün xeyli
güc sərf edilməsidir. Ətraf mühitin temperaturunda
dəyişiklik baş verdikdə sarğının xüsusi müqaviməti dəyişir
və nəticə etibarı ilə ölçmələrdə temperaturla əlaqədar da
xəta meydana gəlir. Lakin cihazı dövrəyə potensiometrik
sxem üzrə qoşaraq bu xətanı kompensasiya etmək
mümkündür.
380
Reostat çeviricilərin istifadəsinə dair nümunələr:
benzin çənində benzinin səviyyəsini göstərən reostatlı
səviyyəölçən (mütəhərrik hissənin çənə bərkidilməsilə
ə
laqəlidir); titrəyişlərin təcilini və titrəyiş nəticəsində
yaranan yerdəyişmələri ölçən yaylı akselerometr.
Tenzohəssas
çeviricilə r
(tenzorezistorlar).
Tenzorezistorların iş prinsipi naqilin (yarımkeçiricinin)
aktiv müqavimətinin naqildə yaradılan mexaniki gərginlik
və deformasiya nəticəsində dəyişməsinə (tenzoeffektə)
ə
saslanır.
R müqavimətinin mexaniki təsir nəticəsində
dəyişməsi onun l uzunluğunun ∆l qədər dəyişməsi, eləcə də
eninə kəsiyinin (Q) və xüsusi müqavimətinin (ρ) dəyişməsi
ilə izah olunur, çünki R = ρl /Q.
Materiallardakı tenzoeffekt hadisəsi S = ε
R
/ ε
l
bərabərliyi ilə ifadə edilən tenzohəssaslıq əmsalı S ilə
xarakterizə olunur (ε
R
-
naqilin müqavimətindəki nisbi
dəyişmə: ε
R
= ∆R / R; ε
l
–
naqilin nisbi deformasiyası: ε
l
=
∆
l / l).
Şə
kil 11.4 – də ziqzaq formasında bükülərək 1
altlığına yapışdırılmış nazik 2 məftilindən ibarət tenzohəssas
çeviricinin sxemi verilmişdir. Çevirici dövrəyə lehimlənmiş
və ya qaynaq edilmiş 3 çıxışı vasitəsi ilə qoşulur. Verici
deformasiyası ölçülən obyektin üzərinə elə yerləşdirilir ki,
gözlənilən deformasiyanın istiqaməti çeviricinin uzununa
oxu ilə üst – üstə düşsün.
Şə
k. 11.4. Məftilli tenzohəssas çevirici.
1 – altlıq; 2 – məftil; 3 – çıxışlar.
381
Çeviricidə
istifadə
olunan
məftil
aşağıdaki
materiallardan ola bilər: nixrom, manqan, nikel, xromel,
bismut, titan-alüminium xəlitəsi və müxtəlif yarımkeçirici
materiallar. Bu materiallara olan əsas tələb elektrik
müqavimətinin temperatur əmsalının kiçik olmasıdır, çünki,
bir qayda olaraq, obyektlərdəki deformasiyanı ölçərkən
çeviricilərin müqavimətində baş verən dəyişikliklər
temperaturun
dəyişməsi
nəticəsində
baş
verən
dəyişikliklərlə müqayisə ediləcək qədər böyük olur.
Çeviricinin qabarit ölçüləri onun təyinatından
asılıdır. Əksər hallarda uzununa oxunun uzunluğu 5 ... 50
mm, müqaviməti 30 .... 500 Om olan çeviricilərdən istifadə
olunur.
Məftilin yapışdırıldığı altlıq nazik (0.03 ... 0.05 mm)
kağız, lak təbəqəsindən, yüksək temperaturlarda işləyən
çeviricilərdə
isə
yanğınadavamlı
xüsusi
sement
təbəqəsindən olur.
Həssas elementin folqadan hazırlandığı folqalı
çeviricilərdən və tenzohəssas materialın sublimasiya
edildikdən sonra altlığın üzərinə çökdürülməsi nəticəsində
yaradılan
tordan
ibarət
olduğu
plyonka
tipli
tenzorezistorlardan da istifadə edilir.
Naqillilərlə yanaşı, yarımkeçiricili tenzovericilər də
mövcuddur. n və p tipli keçiriciliyə malik yarımkeçirici
material
zolaqlarından
hazırlanan
bu
çeviricilərin
tenzohəssaslıq əmsalı S bir neçə yüzə çatsa da, onu ölçülən
kəmiyyətin qiymətlərinin ancaq çox dar diapazonunda
sabit tutmaq olur (yəni çevirmə ancaq həmin diapazonda
xətti funksiya ilə xarakterizə olunur). Bundan başqa,
yarımkeçiricili tenzovericilərin xarakteristikalarını (ölçmə
nəticələrini) vizual hala gətirmək çətin olur. Hazırda istilik
kompensasiyası (termokompensasiya) elementləri körpü və
ya yarımkörpü yaradan inteqral sxemli yarımkeçiricili
rezistorlar istehsal olunur.
382
Metal çeviricilərdə tenzohəssaslıq əmsalı əsasən
vericinin həndəsi ölçülərinin dəyişməsi, yarımkeçiricilərdə
isə pyezomüqavimət effektindən asılıdır. Yarımkeçiricili
tenzovericilərin üstün cəhətləri deformasiyaya daha çox
həssas olmaları, zəif cəhətləri isə temperaturda baş verən
dəyişikliklərin ölçmə nəticəsinə çox təsir etməsidir.
Tenzovericilərin konstruksiyasının özünəməxsusluğu
ondan
ibarətdir
ki,
obyektə
yerləşdirildikdən
(yapışdırıldıqdan) sonra onun yerini dəyişdirmənin və ya
ondan təkrar istifadənin mümkün olmamasıdır. Buna görə
də çevirmənin xarakteristikalarını müəyyənləşdirmək üçün
bir neçə təsadüfi verici nümunəsi bölmələndirilir və
bölmələndirmənin nəticələri nümunə götürülən partiyaya
daxil olan bütün vericilərə şamil edilir. Birbaşa işçi
çeviricinin bölmələndirilməsinin mümkün olmaması və həm
işçi, həm də bölmələndirilən materialın yapışdırılmasında
keyfiyyət fərqinin olması çeviricilərin arasında fərqlər
yaradır və bunun nəticəsində ciddi ölçmə xətaları meydana
gəlir (3 .... 5%).
Tenzoçeviricilərin üstün cəhətləri çevirmənin statik
xarakteristikasının xətti olması, sadə quruluşa malik olması,
qabarit ölçülərinin və çəkilərinin az olmasıdır. Bu
çeviricilərin zəif cəhətləri həssaslıqlarının zəif olması, çıxış
siqnalının temperaturdan çox asılı olması, eləcə də naqilin
incə olması nəticəsində yüklənmə tutumunun az olması,
çeviricinin çox tez qızması nəticəsində vericiyə verilən
cərəyanın qiymətinə məhdudiyyətlər qoyulmasıdır.
Temperaturun təsirini temperatur kompensasiyası
sxemlərini (məsələn, çeviricinin dövrəyə diferensial sxem
üzrə qoşulması) tətbiq etməklə xeyli azaltmaq mümkündür.
Körpünün ölçü qolunun qonşuluğundakı qola eyni materiala
yapışdırılmış, eyni temperatur şəraitinə yerləşdirilmiş eyni
növlü çevirici qoşulur. Tədqiq edilən obyektə eyni qiymətli,
lakin əks işarətli deformasiyaya (sıxılma və genişlənmə)
uğrayan iki çeviricini yerləşdirmək mümkün olsa, onların
383
bir – birinə qonşu qollara qoşulması həm həssaslığın
artmasına həm də temperatur xətasının kompensasiyasına
nail olmaq mümkündür.
Tenzovericilər üçün ölçü dövrəsi olaraq müvazinətli
və müvazinətsiz körpü sxemləri tətbiq edilir. Tenzohəssas
çeviricilərlə işləyən cihazlar mexaniki deformasiyaları,
təzyiqi, fırlanma momenti yaradan qüvvələri ölçməyə imkan
verir.
İ
stiliyə həssas çeviricilər (termorezistorlar). Bu
çeviricilərin iş prinsipi naqillərin və yarımkeçiricilərin
elektrik müqavimətinin temperaturdan asılı olmasına
ə
saslanır.
Ölçmə zamanı çevirici ilə mühit arasında istilik
mübadiləsi baş verir. İstilik mübadiləsi bir neçə şəkildə baş
verə bilər: konveksiya, mühitin istilik keçiriciliyi vasitəsi
ilə, çeviricinin istilik keçiriciliyi və şüalanma. İstilik
mübadiləsinin sürəti və termorezistorun temperaturu bir çox
amildən asılıdır: çeviricinin quruluşu, forması və həndəsi
ölçüləri; rezistoru əhatə edən mühitin (qaz və ya maye
mühit) tərkibi, sıxlığı, istilik keçiriciliyi və digər xassələri,
eləcə də mühitin temperaturu və yerdəyişmə sürəti.
Buradan aydın olur ki, vericinin müqaviməti
temperaturdan asılı olduğuna görə termorezistorla qaz ya da
maye mühiti xarakterizə edən qeyri – elektrik kəmiyyətlərini
də ölçmək olar. İstiliyə həssas çeviricilərin hazırlanması
zamanı ona elə quruluş verməyə çalışırlar ki, ancaq ölçəcəyi
qeyri – elektrik kəmiyyətinə qarşı həssas olsun, yəni
vericinin və mühitin istilik mübadiləsi məhz həmin ölçülən
parametr əsasında müəyyənləşdirilsin.
384
Şə
k. 11.5. İstiliyə həssas platin çeviricinin quruluşu:
1 – izolyasiyasız məftil; 2 –gövdə; 3 – gümüş məftilin çıxış yerləri; 4 –
slyudadan ara qatları
İş
rejiminə görə termorezistorlar qızan və qızmayan
termorezistorlara bölünür. Qızmayan çeviricilərdə vericidən
keçən cərəyan demək olar ki, onu qızdırmır və vericinin
temperaturu və nəticə etibarı ilə müqaviməti də ətraf
mühitin temperaturu ilə müəyyən olunur. Bu qrupa daxil
olan termorezistorlar qaz və maye mühitlərdə temperaturun
ölçülməsində istifadə edilir. Qızan çeviricilərdə cərəyan
vericini qızdırır və bu qızma mühitin xassələrindən asılıdır.
Qızan termorezistorlarla mühitin sürəti, sıxlığı, tərkibi və s.
xassələri ölçülür.
Temperaturu ölçmək üçün ən çox platin və ya mis
məftildən hazırlanan termorezistorlardan və ya müqavimət
termoçeviricilərindən istifadə edilir. Termoçeviricilərə
nümunə olaraq 50 M və 100M olaraq bölmələndirilən mis
müqavimət termoçeviricilərini və ya 50P və 100P olaraq
bölmələndirilən platin müqavimət termoçeviricilərini
göstərmək olar. 50 və 100 rəqəmləri həssas elementin 0˚C –
də müqavimətini (50 Om, 100 Om) göstərir. M və P hərfləri
isə həssas elementin hazırlandığı materialı göstərir (mis və
platin). Standart platin termorezistorlar – 260 .... +1 100
0
C,
mis termorezistorlar isə 200 .... +200 Səhv! Əlaqənin
səhvi
!
diapazonuna daxil olan temperaturları ölçür.
Şə
kil 11.5 – də istiliyə həssas platin çeviricinin
quruluş sxemi verilmişdir. İzolyasiyasız, 0.05 ... 0.07 mm
diametrə malik platin məftil (1) istilik keçirməyən
izolyasiya materialından (saxsı, çini, kvars) hazırlanmış
385
gövdəyə (2) bifilyar qaydada bağlanmışdır (bifilyar: bir –
birinə yaxın dolanmış məftillərdən ibarət iki paralel sarğı).
Platin məftilin uclarına gümüş məftildən çıxışlar (3)
lehimlənmişdir. Sarğı və gövdə slyudadan olan ara qatları
(4) arasına, sadalanan bütün detallar isə alüminium lüləyə
yerləşdirilmişdir. Ətraf mühitin mexaniki və kimyəvi
təsirindən qorumaq üçün həssas element pazlanmayan
poladdan olan mühafizə yuvasına (borusuna) qoyulur.
100˚C – dən az olan temperaturların ölçülməsi üçün nəzərdə
tutulmuş bəzi çeviricilərdə gümüş çıxışlar mis çıxışlarla
ə
vəz edilsə də daha yüksək temperaturlarda bu düzgün
deyil. Yüksək temperaturun təsiri altında mislə platin lehim
yerində termocüt yaradır və həmin termocütün e.h.q – si
ə
lavə ölçmə xətası yaradır. Çıxışlar mühafizə yuvasından
çini muncuqlarla izolyasiya olunur, qoruyucu çexolda
quraşdırılmış xüsusi platanın sıxaclarına qoşulur.
Hər
elektrik
müqaviməti
termometri
üçün
çevirmənin
statik
xarakteristikasını
da
göstərən
bölmələndirilmiş cədvəl hazırlanır. Analitik olaraq çevirmə
funksiyasını aşağıdakı bərabərliklərlə təsvir edilə bilər:
- 200
0
C≤ t ≤ 0
0
C diapazonu üçün:
R
t
= R
0
(1 + At + Bt
2
+ Ct
3
(t – 100))
0
0
C≤ t ≤ 650
0
C diapazonu üçün:
R
t
= R
0
(1 + At + Bt
2
),
burada R
t
-
vericinin t temperaturunda müqavimətini, R
0
–
0
0
C– də müqavimət, A, B və C-əmsallarıdır.
A = 3.968 · 10
-3
K
-1
; B = 5.847 · 10
-7
K
-2
, C = - 4.22 · 10
-12
K
-4
.
- 50
0
C ≤ t ≤ 180
0
C diapazonunda mis termoçevirici üçün:
R
t
= R
0
(1 +α t),
386
burada α- əmsal olub, qiyməti α = 4.26 · 10
-3
K
-1
kimi təyin
olunur.
İ
stiliyə
həssas
çeviricilərin
hazırlanmasında
termistor, termodiod və termotranzistor kimi yarımkeçirici
elementlərdən də istifadə olunur.
Termistorlar yüksək həssaslığa (20
0
C-də bu
çeviricilərin müqavimət temperatur əmsalı mis və platinin
temperatur əmsalından 10 – 15 dəfə çox olur) və daha
yüksək müqavimətə (təxminən 1 meqaom) malikdir.
Termistorların zəif cəhəti çevirmənin nəticələrinin
nümayiş etdirilməsinin çətinliyi və çevirmənin qeyri – xətti
funksiya ilə xarakterizə olunmasıdır:
R
t
= R
0
exp (B(1/t – 1/t
0
),
burada R
t
və R
0
–uyğun olaraq
termistorun ölçülən t
temperaturundakı və işçi diapazonun başlanğıc t
0
temperaturundakı
müqaviməti;
B
-yarımkeçiricinin
xassələrindən asılı olan əmsaldır.
Termistorlarla -60 .... +120˚C diapazonuna daxil
olan temperaturlar ölçülür.
Temperaturun təsiri altında p – n keçidində
müqaviməti dəyişən və həmin keçiddə gərginliyin azaldığı
termodiodlar və termotranzistorlar -80....+150˚C temperatur
diapazonunda
istifadə
üçün
nəzərdə
tutulmuşdur.
Termotranzistorun gərginliklə əlaqədar həssaslığı 1.5 ... 2.0
mV / K təşkil edir ki, bu da aşağıda nəzərdən keçiriləcək
standart termocütlərin həssaslığı ilə müqayisədə xeyli
çoxdur. Termodiodlar və termotranzistorların üstün cəhətləri
yüksək həssaslıq, istilik ətalətinin zəif olması, həndəsi
ölçülərinin kiçikliyi, etibarlı və ucuz olması; zəif cəhətləri
isə statik xarakteristikanın çətin nümayiş etdirilməsi və
ölçülən temperaturun diapazonunun kiçik olmasıdır.
İ
stiliyə həssas çeviricilərin dinamik xassələri istilik
ə
taləti göstəricisi ε
∞
(istilik ətaləti göstəricisi – termometr
387
sabit temperaturlu mühitə qoyulduqdan sonra onun istənilən
nöqtəsi ilə mühit arasındakı temperatur fərqinin,
termometrlə mühit arasında temperatur tarazlığı yarananda
bərqərar olan temperaturun 0.37 – göstəricisinə bərabər
olmasına qədər keçən müddət) əsasında müəyyənləşdirilən
istilik ətaləti ilə xarakterizə olunur.
Elektrik müqaviməti termometrləri ε
∞
göstəricisinin
qiymətindən asılı olaraq az ətalətli (9 saniyəyə qədər), orta
ə
talətli (10 .... 80 saniyə) və çox ətalətli (4 dəqiqəyə qədər)
termometrlərə bölünür.
Müqavimət
termometrlərinin
qoşulduğu
ölçü
dövrələrində əllə və ya avtomatik tarazlaşdırma rejimində
işləyən müvazinətli və müvazinətsiz körpü sxemlərindən
istifadə edilir. Ölçmə vasitəsi olaraq şkalası dərəcə ilə
bölmələndirilmiş loqometrin istifadə olunduğu körpü
sxemləri geniş yayılmışdır.
Termorezistorlar qazların seyrəklik dərəcəsini ölçən
cihazların – vakuummetrlərin də tərkibinə daxil edilir. Bu
cihazların iş prinsipi çox seyrək qazların istilik
keçiriciliyinin seyrəklik dərəcəsindən asılı olmasına
ə
saslanır.
Bundan
başqa,
termorezistorlardan
termoanemometrlərdə - qaz axınının sürətini ölçən
cihazlarda da istifadə olunur.
Dostları ilə paylaş: |