Zamonaviy elektr o’lchov asboblari va ularning tavsifi

9 – rasm. Raqamli o‘lchash asboblari: a) Infraqizil nurli termometr; b) Quvvat o'lchagichi OLP-15A; c) Raqamli multimetr 971 А.

Zamonaviy o’lchash asboplari va ularning
tavsiflari.
Reja.

1. Raqamli o’lchash asboblari.
2. Kombinatsiyalangan raqamli o’lchash asboblari.
3. Mikroprotsessorli raqamli asboblar to’g’risida ma’lumotlar.
4. O’lchash o’zgartkichlari.
Tayanch so’zlar: raqamli o’lchash asbobi, kodlash, integral sxemalar.

1. Raqamli o’lchash asboblari Raqamli o’lchash asbobi deb, o’lchash borasida uzluksiz o’lchanayotgan kattalikni natijasi raqamli qayd etish qurilmasida yoki raqamlarni yozib boruvchi qurilmada diskret tarzda o’zgartirilib, indikatsiyalanadigan asboblarga aytiladi.

Raqamli o’lchash asboblari hozirgi kunda juda keng tarqalgan. Raqamli o’lchash asbobining funksional chizmasi 1-rasmda keltirilgan. KAO’- analog o’zgartkich; ARO’ – analog-raqamli o’zgartkich; RQQ - raqamli qayd etish qurilmasi.. Raqamli o’lchash asbobining funksional chizmasi “X” analog signali kirishdagi analog o’zgartkich KAO’ da keyingi o’zgartirish uchun qulay formaga o’zgartiriladi, so’ngra analograqamli o’zgartkich (ARO„) yordamida diskretlashtiriladi va kodlanadi. Va nihoyat, raqamli qayd etish qurilmasi RQQ o’lchanayotgan kattalik bo’yicha kodlangan ma’lumotni raqamli qaydnoma tarzida, operatorga qulay formada ko’rsatadi. Tavsiya etiladigan ma’lumotni qulayligi va aniqligi sababli raqamli o’lchash asboblari ilmiy-teshirish laboratoriyalaridan keng o’rin olgan.

   # Х # КАЎ АРЎ РҚҚ Raqamli o’lchash asboblari analog o’lchash asboblariga nisbatan quyidagi afzalliklarga egadir:

 yuqori aniqlik;

 keng ish diapazoni;

 tezkorlik;
 o’lchash natijalarini qulay tarzda tavsiya etilishi;
 avtomatlashtirilgan tarmoqlarga ulash mumkinligi;
 o’lchash jarayonini avtomatlashtirish imkoniyati mavjudligi va hokazolar.
Lekin, har to’kisda bir ayb deganlaridek, raqamli o’lchash asboblarining ham muayyan kamchiliklari mavjud:

 murakkabligi;

 tannarxining balandligi;
 nisbatan ishonchliligi pastroq.

Lekin, integral sxemalarning tezkor rivoji natijasida yuqoridagi kamchiliklar tobora chekinib bormoqda. Raqamli o’lchash asbobining asosi bo’lib ARO’ hisoblanadi. Unda ma’lumot diskretlashtiriladi, so’ngra kvantlanib kodlanadi. Diskretlashtirish - bu muayyan (juda qisqa) diskret vaqt oralig„ida qaydnomalarni olishdir. Odatda, diskretlash qadamini doimiy qilishga harakat qilinadi. Kvantlash esa, X(t) kattaligining uzluksiz qiymatlarini Xn diskret qiymatlarning to’plami bilan almashtirish hisoblanadi. Kattalikning uzluksiz qiymatlari muayyan tartiblar asosida kvantlash darajalarining qiymatlari bilan almashtiriladi. Kodlashtirish esa, muayyan ketma-ketlikda ifodalangan sonli qiymatlarni tavsiya etishdan iborat. Diskretlashtirish va kvantlash raqamli o’lchash asbobining asosiy xatolik manbalari hisoblanadi. Bundan tashqari, kvantlash darajalarining soni ham o’ziga yarasha xatoliklar kiritadi. Suyuq kristalli indikatorlarning tezkor rivoji raqamli o’lchash asboblarining ixchamlashuviga, energiya sarfining kamayishiga zamin yaratmoqda.

2. Kombinatsiyalangan raqamli o’lchash asboblari Hozirgi zamon elektronikasining elementlar bazasi keng imkoniyatlarga ega bo’lgan raqamli o’lchash asboblarini yaratishga imkon beradi. Kombinatsiyalangan raqamli asboblar (KRA) ning asosiy qismi integrallovchi xossaga ega o’zgarmas tok kuchaytirgichidan iborat. Kombinatsiyalangan raqamli asboblarning kirish qismiga o’zgaruvchan tokni o’zgarmas tokka aylantiruvchi, qarshilik, induktivlik va siёimni kuchlanishga o’zgartiruvchi o’zgartkichlar ulanadi. rezistor qarshiligini o’lchovchi raqamli asbob sxemasi keltirilgan bo’lib, Rx kuchaytirgich K ning manfiy teskari boёlanish zanjiriga ulanadi. Kuchaytirgichni kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsienti juda katta bo’lgani uchun rezistor Rx kuchaytirgichga ulanganda kuchaytirgichning chiqish qismida kuchlanish hosil bo’ladi. Kuchaytirgichning kirish qismidan o’tuvchi tok kichik bo’lganligi tufayli asosiy tok Rx rezistor qarshilik orqali o’tadi. Shuning uchun kuchaytirgichning chiqish kuchlanishi: Uchiq = IRx bo’ladi. Kombinatsiyalangan ShCh-4313 rusumli raqamli asboblar 5 mV dan 500 V gacha o’zgarmas va o’zgaruvchan kuchlanishni, 5 A dan 500 mA gacha o’zgarmas va o’zgaruvchan tokni, 50 Om dan 5000 kOm gacha qarshilikni o’lchashga mo„ljallangan. Yuqoridagi qayd etilgan parametrlarni 45-20000 Hz chastota diapazonida o„lchash mumkin. Bu 10.2-расм Комбинацияланган раšамли асбоб схемаси К Rном Rх I Uкир Uчиқ asbobning oёirligi 3kg, gabarit o„lchamlari 300x70x300 mm. bo„lib, u 220 V o’zgaruvchan kuchlanishli tarmoqdan yoki 17,5 V li avtonom manbadan ta‟minlanadi.

3. Mikroprotsessor bilan boshqariladigan raqamli o’lchash asboblari Raqamli o’lchash asboblari tarkibida mikroprotsessorni qo’llash o’lchash jarayonini soddalashtiradi, ularni qiyoslashni va kalibrlashni avtomatlashtiradi, o’lchash natijalariga (axborotiga) statistik ishlov beradi va asboblarning metrologik xarakteristikalarini yaxshilaydi. Raqamli mikroprotsessorli voltmetrni sxemasi keltirilgan. Raqamli mikroprotsessorli voltmetrning kirish bloki masshtabli o’zgartkich (MO)dan iborat bo’lib, u bir yo’la o’zgaruvchan (Ux) kuchlanishni o’zgarmas kuchlanishga o’zgartiradi. Keyin esa o’zgarmas tok kuchlanishi analog – raqamli o’zgartkich (ARO) ga beriladi va u yerda raqam shakliga keltiriladi. Hozirgi zamon mikroprotsessorli asboblarda ARO larning ikki bosqichda integrallaydigan turlari keng tarqalgan. Kirish kuchlanishiga proporsional bo’lgan malum ketma – ketlikdagi impulslar soni AROdan mikroprotsessorning (MP) interfeysiga uzatiladi. Masshtabli o’zgartkich (MO) va mikroprotsessor (MP) lar o’zaro tokli impuls orqali boёlanadi. Mikroprotsessor integrallash jarayonini boshqaradi va raqamli axborotni raqamli displeyga (RD) chiqarib beradi. Raqamli displey (RD) o’lchangan kattalikni va unga tegishli matnli axborotni ham yozib chiqaradi. Mikroprotsessorli voltmetrlar ko’p dasturli asboblar hisoblanib, ular yordamida o’lchangan kattaliklar ustida barcha arifmetik va МЎ АРЎ МП РД 10.3-расм Раšамли микропроцессорли вольтметр схемаси. algebraik amallarni, o’rtacha kvadratik chetlanish (oёish), dispersiya, matematik kutilishlarni hisoblash hamda xotirlash amallarini bajarish mumkin. Hozirgi paytda Rossiya Federatsiyasida ishlab chiqariladigan Sh 1531. Sh 1612. V7–39, V7-40 rusumli hamda Germaniyada ishlab chiqariladigan 7055, 7065 turdagi mikroprotsessorli voltmetrlar keng ko’lamda ishlatilmoqda. Mikroprotsessorli chastotomerda (10.4-rasm) o„lchash ketmaket hisoblash usulida bajariladi. O’lchanayotgan kuchlanish chastotasi masshtabli o’zgartkich (MO„) orqali impuls shakllantirgich (ISh) ga uzatiladi. ISh da kuchlanish impulslarning davriy ketma-ketligiga o’zgartirilib, vaqt selektori (VS)ga beriladi. Mikroprotsessor (MP) malum davomiyli (misol uchun 1s bo’lgan) impulslar ishlab chiqaradi va ularni vaqt selektori (VS) ning ikkinchi kirish qismlariga uzatadi. Bu impulslarning davomiyligi impulsli generator (IG) bilan belgilanadi. Vaqt selektor (VS) ning ikkala kirishiga ta’sir qilayotgan signalga ko’ra, uning mikroprotsessor belgilaydigan vaqt davomiyligi bilan chegaralangan impulslar soni hosil bo’ladi. Vaqt davomida ishlab chiqarilgan impulslar impuls hisoblagich (IH) da sanaladi va mikroprotsessor xotirasidagi chastota konstantasi (doimiyligi) bilan solishtiriladi. Solishtirish natijasi raqamli displey (RD) ga beriladi. Raqamli o’lchash asboblari turli kattaliklar va parametrlarni o’lchashda ishlatiladigan eng zamonaviy va istiqbolli o’lchash vositasi МЎ ИШ ВС ИҲ ИГ МП РД Ux. Микропроцессорли частотомер схемаси hisoblanadi. Raqamli o’lchash asboblarining narxi analogli asboblarga qaraganda qimmat bo’lishiga qaramay, ularga bo’lgan talab juda yuqori. 10.4. O’lchash o’zgartkichlari Aksariyat o’lchashlarda biror signalni boshqa turga o„zgartirish lozim bo’ladi. Ushbu vazifani odatda o’lchash o’zgartkichlari bajaradi. O’lchash o’zgartkichi deb o’lchash malumoti signalini ishlab chiqish, uzatish, keyinchalik o’zgartirish, ishlov berish va yoki saqlashga mo’ljallangan, lekin kuzatuvchining ko’rishi uchun moslanmagan o’lchash vositasiga aytiladi. O’lchash o’zgartkichlarining turlari juda ko’p. Odatda o’lchash zanjirida birinchi bo’lgan, yani o’lchanayotgan kattalik signalini qabul qiladigan o’lchash o’zgartkichiga birlamchi o’lchash o’zgartkichi deyiladi. Undan keyingi joylashgan o’lchash o’zgartkichlariga esa oraliq o’zgartkichlar nomi berilgan. O’lchash o’zgartkichlarining keng tarqalgan turlariga masshtabli va parametrik o’lchash o’zgartkichlari kiradi. Masshtabli o’lchash o’zgartkichlari o’lchash signalini shu turdagi, faqat boshqa qiymatdagi signalga masshtabli (aniq) tarzda aylantirib beradi. Masalan, elektr tokining masshtabli o’lchash o’zgartkichlariga shuntlar, kuchlanishnikiga esa bo’luvchilar (delitel) nomi berilgan. Parametrik o’lchash o’zgartkichlarida kirishdagi signal turlicha (mexanik siljish yoki ko’chish, bosim, ogirlik kabilar) bo’lib, chiqishdagisi esa faqat elektr signali (elektr qarshiligi, elektr sig’imi kabi) bo’ladi. Parametrik o’lchash o’zgartkichlari rezistorli, sig’imli, tenzometrik, induktiv guruhlariga bo’linadi.
O’lchash texnikasidagi yangi va avtomatlashtirilgan tizimlar O’lchash texnikasining rivoji uchun yangi o’lchash usullari asos bo’lib xizmat qiladi. Keyingi paytlarda yangi o’lchash usullarining paydo bo’lishi nafaqat atrof muhitni tekshirish uchun foydalanish mumkin bo’lgan yangi fizikaviy hodisalarning ochilishi, balki yangi hususiyatlarga ega bo’lgan birlamchi o’lchash o’zgartkichlari ishlab chiqarish texnologiyasining tez rivojlanishiga ham bog’liqdir. Bunday yangi o’lchash usullari ichida yarim o’tkazgichli o’zgartkichlardan, yorug’ik o’zgartkichlaridan, yupka plyonkali o’zgartkichlardan, O’YuCh-o’zgartkichlardan foydalanishga mo’ljallangan usullarni aytib o’tish mumkin. Mikroprotsessorli axborotlarni qayta ishlash vositalarining yangi, zamonaviy turlarini yaratilishi o’lchashlar nazariyasi va amaliyotining rivojiga salmoqli turtki bo’ldi. Mikroprotsessor - sonlarning ikkili kodidan iborat muayyan arifmetik va mantiqiy amallarni bajarishga mo’ljallangan qurilmadan iborat. Mikroprotsessorlarning aniq turiga bog’liq ravishda bu operatsiya (komanda) lar yig’indisi sifat hamda mazmun jihatdan ham keskin farq qilishligi mumkin. Lekin har qanday holda ham komandalar yig’indisi uchun ular kombinatsiyasi orqali har qanday talab qilingan sonlar o’zgartirishini taminlaydigan komandalar yig„’ndisining to’lalik sharti bajarilishi kerak. Odatda, mikroprotsessor bir yoki bir nechta integral mikrosxemalar ko’rinishida yasaladi. Mikroprotsessorlarning kichik o’lchamlari va nisbatan arzonligi ularni o’lchash asboblari va tizimlari tarkibida muhim o’zgartkichlardan biri sifatida ishlatish imkonini beradi. Avtomatlashtirilgan loyihalash tizimlari (ALT) nazariyasining muvaffaqiyati o’lchash vositalarini ishlab chiqarish amaliyotining ehtiyoji tufayli yuzaga keldi. ALT loyihalash muddatlarini bir necha marta qisqartirish bilan birgalikda loyihalash sifatining oshishini taminlaydi. ALT ning maqsadi loyihalashdagi o’ta qiyin va mayda ishlarni EHM yordamida bajarishdan iboratdir. Bunday operatsiyalarga quyidagilar mansubdir:
 mavjud texnikaviy yechimlar haqidagi axborotlarni qidirish;
 mumkin bo’lgan yechim variantlarini ajratib olish;
 tavsiflarni hisoblash va parametrlarni maqbullashtirish (optimallashtirish);
 loyiha hujjatlarini tayyorlash. O’lchash vositalarini ishlab chiqishni tezlashtirish va sifatini sezilarli darajada oshirish bir xil metrologik asosdagi kompleks loyihalash tizimlarini yaratish va keng ko’lamda tadbiq etish evaziga erishilishi mumkin. Bunday usul elementlari o„lchash tizimlarining keng avtomatlashtirilgan loyiha tizimlarida (OTKALT) ishlatilgan. O’TKALT tizimlarini uslubiy taminlash asosida quyidagilar yotadi:
 o’lchash vositalarining informatsion tavsiflarini baholash;
 informatsion operatorlar yordamida informatsion jarayonlarni modellash;
 informativ signallarni o’zgartirishning operatorli tenglamalaridan foydalanib strukturali sxemalarni sintez qilish;
 alohida loyihali yechimlarining dastlabki berilmalari majmui asosida muqobillashtirish usullaridan foydalanish. Suniy yaratish yo’lida tortta asosiy masalani yechish lozim bo’ladi:
1. Fikrlash qonunlarini tekshirish va ularga mos keladigan algoritmlarni yaratish;
2. EHM ga kelib tushayotgan axborotlarni, hamda fikrlashning sotsial aspektlarini to’g’ri tushunishni taminlovchi juda ko’p miqdordagi boshlano’ich bilimlar bazasini EHM da yig’ish;
3. Bilim va rivojlanish jarayonining asosi sifatida suniy ong tizimlarning amaliy faoliyatini ta’minlovchi vositalar yaratish, ya’ni birinchi navbatda inson qo’lini modellashtirish;
4. Suniy sezgi organlari va obrazlarni aniqlash (tanish, ilg„ash) tizimlarini yaratish.


Yuqoridagi sanab o’tilgan masalalardan oxirgisi o’lchash texnikasining yutuqlariga tayanadi. Uni yechishda olimlar o’z oldilariga inson sezgi organlariga yaqin tavsiflarga erishish masalasini qo„yishmaydi. Avvalroq biz inson sezgi organlari qanchalik mukammal emasligi xaqida gapirgan edik. Shuning uchun tabiat tomonidan yaratilgan narsalarni ko’r-ko’rona takrorlash shart ekanmi? Ko’rinishidan suniy ong tizimlari ixtisoslashtirilib, har bir ixtisoslashtirish doirasida ularning sezgi organlari xilma-xil va insonnikidan mukammalroq bo’ladi. Masalan, yaqin kelajakda tibbiyot bo’yicha ixtisoslashgan suniy ong yaratilishini juda katta ehtimollik bilan aytish mumkin. Bunday tizim ko’rinishidan, nafaqat ko’rish va eshitish qobiliyatiga, balki temperatura va elektr potensiallari aniq o’lchash vositalariga, tashhisning ultratovush vositalariga va boshqa o’lchash qurilmalariga ega bo’ladi. Albatta, mukammal o’lchash vositalari bilan ta‟minlangan boshqa ixtisoslashgan ongli tizimlar ham yaratiladi. Ilmiy-texnik taraqqiyotning bosh yo’nalishlaridan biri keng ko’lamli informatsion tarmoqlarni rivojlantirish bo’lib, bunda yetakchi rollardan biri o’lchash texnikasiga tegishlidir. Bunday tarmoqlarning ilgor yutuqlari tadbiqini tezlashtirish, rejalash va boshqarishni koordinatsiyalash hamda mukammallashtirishda ulkan ahamiyatga ega bo’lib, ilmiy-texnikaviy adabiyotlarda ham, hukumatning muhim qarorlarida ham bir necha marotaba ta’kidlangan. Ammo, afsuslar bo’lsinkim, hamisha ham bu muammoni yechishningo’ta muhim tomonlaridan biri - tarmoqqa haqiqiy ma’lumot kiritishga diqqat qilinmayapti. Malumot manbai informatsion tarmoqqa o’lchash qurilmasi va hujjatlarini kiritayotgan operator-inson bo’lishi mumkin. Agar birinchi ikki manbadan kelayotgan axborotlarda xatolar va aqliy chalkashtirishlar bo’lishi mumkinligini hisobga olinsa, bunda informatsion tarmoqlarning samaradorligini ta’minlashdagi o’lchash qurilmalarining ulkan roli aniq bo’ladi. Informatsion tarmoq tarkibiga birinchi navbatda kiritilishi lozim bo’lgan o’lchash qurilmalari ichida dastavval xom-ashyo, materiallar, tayyor mahsulotlar, energetik va boshqa resurslarni hisoblovchi har xil vositalarni aytib o’tish kerak. Bu obiektiv va muqobil rejalash imkonini berib, yuqoridagi mahsulotlar uchun korxonalar, tashkilotlar va alohida kishilar orasidagi hisoblash ishlarini osonlashtiradi va avtomatlash-tirish imkonini beradi. Keng ko’lamli informatsion tarmoqlar tarkibiga alohida korxonalarning o’lchash informatsion tizimlarini kiritish, uning imkoniyatlarini keskin oshiradi. Bunday informatsion tarmoqlar samaradorligining zarur shartitarmoq uchun mo’ljallangan o’lchash axborotlarini standartlashtirilgan formada tasvirlovchi, yetarli darajada arzon va oddiy, hamda ishonchli o’lchash asboblarini ommaviy ishlab chiqarishdir. Ushbu shartni ta‟minlash uchun metrolog-olimlar, muhandislar, loyihachilar, Davlat metrologiya va standartlashtirish organlari, ishlab chiqaruvchilar hali ko’p faoliyat ko’rsatishlariga to’g’ri keladi. Mikrokontrollerlar va mikroprotsessorlar asosida ishlaydigan o’lchash asboblari yana ko’paymoqda. Bu esa, turli ishlab chiqarish va texnologik jarayonlarning samaradorligini yanada oshirishda q’shimcha imkoniyatlar yaratadi. Darhaqiqat, mikrokontrollerlar va mikroprotsessorlarning o’lchash asboblari va qurilmalarida keng qo’llanilishi o’lchash amalini birmuncha soddalashtiradi, sarfharajatlarni kamaytiradi, o’lchash aniqligini esa oshiradi. Bu esa ishlab chiqarilayotgan mahsulotlarning sifatlari jahon andozalariga mos bo’lishini ta‟minlashda muhim ahamiyat kasb etuvchi omillardan biri bo’lib hisoblanadi.
2.2. O’lchash texnikasining hozirgi kundagi holati va rivojlanish istiqbollari O’lchash texnikasi fundamental ilmiy izlanishlarga bevosita bog’langan bo’lib, tabiiy fanlarning eng yaxshi yutuqlarini biri bo’lib hisoblanadi.

2.3. O’lchash texnikasining hozirgi kundagi holati va bog’langan bo’lib, tabiiy fanlarning eng yaxshi yutuqlarini o’zida mujassamlashtirgan.
rivojlanish istiqbollari O’lchash texnikasi fundamental ilmiy izlanishlarga bevosita
o’zida mujassamlashtirgan. Bu esa unga ulkan imkoniyatlar va rivojlanish istiqbollarini yaratish bilan bir qator muammolarni keltirib chiqardi. Birinchi navbatda quyidagilarni aytib o’tish lozim:
 o’lchashlar birliligini taminlash muammosi;
 umumiy o’lchashlar nazariyasining rivojlanishi;
 yangi fizikaviy usullar va har xil hisoblash qurilmalariga asoslangan o’lchash amallarini soddalashtirib, bir vaqtning o’zida ularning samaradorligini oshirish;
 yangi analiz va sintez usullariga asoslangan, tavsiflari oldindan aytiladigan o’lchash vositalarini ishlab chiqarishni tezlashtirish;
 loyihalashni avtomatlashtirish;
 ishlab chiqarishni texnologik tayyorlashga asoslangan yangi o’lchash vositalarini yaratish va tadbiq qilish. Yuqorida qayd etilgan jarayonlar garchand muhim va keng bo’lsa ham, alohida olingan aspektlarini, shu bilan birga behisob izlanishlar, tekshirishlarni, xususiy usullarni hamda o’lchash tartiblarini ko’rib chiquvchi bir qator o’lchash nazariyalari mavjud. Ular bu jarayonning alohida bo’lsa ham, yetarli darajada farqli va har xil aspektlarini qaraydi.