6-мавзу: Илмий ва илмий-амалий изланишларда ўлчов техникаси Режа

2.2. Датчиклар ва ўзгартиргичлар
Ноэлектрик катталикларни ўлчашда резистив (резисторли, реостат ёки реохордли, тензорезисторли), фотоэлектрик, пъезоэлектрик, индуктив ва термоэлектрик ўзгартиргичлар ва ўлчаш қурилмалардан фойдаланилади.
Резистив ўзгартиргичлар ноэлектрик катталикларнинг ўзгаришини ўлчаш аппаратининг электр занжири қаршилигининг ўзгаришига айлантиради. Бундайларнинг оддий резистив ўзгартиргичларга реастатли ёки реохордли ўзгартиргичлар киради.
Реостатли (реохордли) ўзгартиргичида юргичи ўлчанадиган ноэлектрик катталикнинг ўзгаришга мос холда занжир қаршилигини чизиқли ёки баъзи бир бошқа конуниятига мос холда ўзгартириб силжийди. Реостатли (5.4.а-расм) ўзгартиргич юргичи 1 каркасга 3 зичлаб ўралган 2 чулғам сим тармоқлари бўйлаб силжийди. Реохордда (5.4.б-расм) юргич 1 тортилган сим 4 бўйлаб силжийди. Реостат ўзгартиргич мост схемасига қўшилади (5.4.в-расм), бу юргичнинг силжиши билан токнинг чизиқли боғликлилигини таъминлайди.
а)

б) в)

г)
5.4-расм. Реостатли ўзгартиргичлар схемалари.
а) реостатли; б) реохордли; в) кўприк схемасига уланган реостатли; г) реостатли ўзгартиргичли тезланиш датчиги.

Реостатли ўзгартиргичлар кўпинча бурилиш бурчагини суюқлик сатхини ўлчашда хамда тезланиш датчикларида фойдаланилади. Реостатли датчик (Д) юргичи (мили) ясси (С) пружиналарга осилган (m) массага бириктирилади ва реостат (R) бўйлаб силжийди. (5.4-расм)

Тензорезисторлар. Кенг диапозонли резистив ўзгартиргичлар сифатида шунингдек тензорезиторлар, тензоқаршиликлар олади. Булар деформацияланганда (чўзилиш ва сиқилиш) ўз қаршиликларини ўзгартиради. Ўлчами кичик, енгиллиги ва монтажи қулайлиги учун тензорезисторлар ноэлектрик катталикларни ўлчашда кенг тарқалган.
Тензорезисторлар симли ва фалгали бўлади. Симли тензорезисторлар ясси симли спирал (тўр) бўлиб, бир неча чўлғамдан иборат, у юпка коғоз ёки лакли плёнкали асосга елимланган бўлади. Спирал устидан қоғоз ёки плёнка билан химоя қилинган.



г)

5.5-расм. Симли (г) ва фольгали (а,б,в) терморезисторлар.

а - сиқилиш ва чўзилиш кучланишини ўлчаш учун; б- мембрана ва диафрагмаларда босимни ўлчаш учун; в- буралиш кучланишини ўлчаш учун.

Симли тензорезисторлар турли серияларда ишлаб чиқарилади, уларнинг номинал қаршилиги 50 дан 500 Ом гача ва тўрларининг узунлиги 5дан 30 мм гача ўлчамда бўлади. Эгилувчанлик деформация чегарасида максимал нисбий деформацияси 0.3% дан ошмаслиги керак. Улар кўпинча 002…0,03 мм диаметрли константан симидан тайёрланади.

Фалгали тензорезисторлар тўри (решеткаси) юпка (0,004…0,012 мм) тўғри бурчакли кесимли фалга полосадан тайёрланади, лакли асосга елимланади. Фалгали тензорезисторларни симлидан қуйидаги афзалликлари бор: 1) ишчи ток кучи – 30 мА ўрнига 0,2 А гача оширилган, бу уларнинг сезгирлигини кескин оширади; 2) хар кандай шакл ва расмли тензотўрни тайёрлаш имкони, бу уларнинг ўрнатилишини осонлаштиради ва ўлчашнинг хар хил шароитига яхши мослашишни таъминлайди.
Тензорезисторлар ишлатиш жараёнида деформацияланувчи деталга елимланади, масалан, электр мотор ёки ишчи машинанинг валида хосил бўлган айлантириш моменти ўлчашда уларнинг валига елимланлигига боғлик. Ўлчаш аниқлиги тензорезисторлари зўриқиш ёки деформацияланиш ўлчанилаётган деталга елимланиш сифатига боғлиқ бўлади.
Тензоқаршиликлар бир маротаба фойдаланишга мўлжалланган.
Улар тўғридан тўғри хар хил узелларда зўриқиш ва деформацияни ўлчаш имконини беради. Улар қалин тубли қувур кўринишидаги босим датчикларда (бергичларида) хам қўлланилади (5.6-расм).

а) б)
5.6-расм. Симли тензорезисторларни қувурда босимни ўлчаш (а) ва валнинг буралиш кучланишини ўлчашда (б) фойдаланиш схемалари.

Металл қувурга (стакан) тензорезестор елимланади: бу ерда R₁-ишчи ва R₂ – қаршиликлар харорат ўзгаришини коррекциялаш учун ўрнатилган. Иккала тензорезистор ўралган тензосезгир сим – стаканда босим ошишини қабул қилади, чунки унинг симларида чўзувчи эластик деформация юзага келади.

Айлантириш моментини ўлчаш учун вални буровчи деформация ва унинг зўриқишидан фойдаланилади. Валга розетка кўринишида (5.6.а – расм) тензорезистор елимланган ёки фалгали ўзгартиргичдан фойдаланилади. (5.5. – расм)
Резистив ўзгартирувчилар контактли бўлиши мумкин. Улар ўлчайдиган катталик – (кўпинча механик силжиш) контактларнинг ёпилган ёки очилган холатига олиб келади, у эса қурилманинг электр занжирини бошқаради. Одатда контактнинг ёпилиши занжирда қаршиликни дискрет (поғонали) ўзгартиради, яъни ўлчаш дескрет бўлади. (5.7 – расм)

5.7-расм. Контактли ўзгартиргичлар. а)-бир контактли (вални айланиш частотасини ўлчаш учун); б)-икки контактли; в)-кўп контактли.

Контактли ўзгартиргич ғилдирак, вал ва бошқаларнинг айланишлар сонини аниқлаш учун хам қўлланилади. Бунинг учун 5.7.а – расмдаги датчиклардан фойдаланилади.

Сиғимли ўзгартиргичлар. Бу конденсаторлар, уларнинг сиғимлари ўлчанадиган ноэлектрик катталик таъсирида ўзгаради. Бу билан силжиш, босим, қалинлик, буралиш, бурчак, суюқлик сатхи кабиларни ўлчаш мумкин, аммо у ўта катта аниқликни талаб қилади.
Фотоэлектрик ўзгартгичлар. Буларда фотоэффект ходисасидан фойдаланилади, бунда чиқиш хабар катталиги ўзгартувчига тушадиган ёруғлик оқими катталиги билан боғлик.
Фотоэлектрик ўзгартирувчили датчиклар (фотоэлементлар) одатда ярим ўтказгичлардан тайёрланилади. Ярим ўтказгичлар, (кадмий, селень) ички фотоэффектига эга ва ёруглик оқими таъсирида ўзининг қаршилигини ўзгартиради; шунинг учун уларни кўпинча фотоқаршилик (фоторезисторлар) деб юритилади.
Хозирги даврда ФСК (сера-кадмийли) типидаги фотоқаршиликлар кенг тарқалган, улар юқори сезгир, кўп холларда кучайтириш талаб қилмайди. Чекланмаган хизмат муддатга эга ва турғун (стабил) характеристикага эга.
Фоторезисторлар қўлланиш сахоси жуда кенг. Масалан, 5.8 – расмда фотоэлектрик ўзгартиргич ёрдамида сарфни ўлчайдиган асбобнинг схемаси келтирилган. Датчик ички ёниш двигателини ёқилғи берувчи аппаратлардан олдин ёқилғи йўлига сарфни ўлчаш асбоби корпуси уланади. Ичида икки енгил канотчали (2) паррак жойлашган, улар ёқилги оқими таъсирида ўз таянчларида (5) айланади. Ёритгич (4) линза (3) орқали ёритгичнинг оптик ўқида жойлашган фоторезисторни (7) ёритади. Улар оралиғида байроқча (6) айланади, у қанотчали парракнинг бир айланишда икки марта нурнинг йўлини тўсади. Шундай қилиб электрик фоторезистор уланган занжирда ток импулси уйғотилади, унинг сони қанотли парракнинг айланиш частотасига пропорционал. Охиргиси эса сарфни ўлчагич корпуси орқали вақт бирлигида ўтадиган ёқилғи массаси билан боғлик. Фотоэлектрик ўзгартиргичлар кўчаларни ёритиш тизими автоматик бошқариш схемаларида кенг қулланилади.

5.8-расм. Фотоэлектрик ўзгартиргич ёрдамида суюқ махсулотларни сарфини ўлчаш схемаси.
Пьезоэлектрик ўзгартиргичлар. Улар пъезоматериалларда юзага келадиган пьезоэлектрик эффектга асосланган.
Бундай эффект механик куч таъсирида (материалида зўриқиш пайдо бўлганда) пъезоэлементнинг кристалл қирраларида электр зарядлар хосил бўлишига асосланган. Пьезоэлектрик материал сифатида кварц кристаллари қўлланилади. Уларнинг қирраларида кристалл бош ўқига параллел бўлган параллелепипед кесилади: оптик – Z (5.9.а – расм), х – электрик ва у – механик. Агар пъезоэлемент чўзилса ёки сиқилса х ўки бўйлаб бўйлама пьезоэффект, Y ўқи бўйлаб – кўндаланг пьезоэффект юзага келади, Z ўқи бўйлаб юзага келган эластик деформация эффект чақирмайди.



а) б)
5.9-расм. Пъезоэлектрик ўзгартиргичлар. а)-пъезокристалл (кварц кристали); б)-пробка типидаги босим датчиги.
Пьезоэлектрик ўзгартиргич динамик жараёнларнинг ўта юқори частотали датчикларида қўлланилади статик кучни ўлчашда улардан фойдаланиш тавсия этилмайди. Бундай принципда ишлайдиган пъезо кварц ўзгартиргичли датчик схемаси 5.9.б – расмда келтирилган. Мембранага (4) босим иккита параллел қўшилган кварц пластинкалар (6) орқали берилади. Уларга заряд латун фалга (5) орқали 1 корпусда жойлашган кабельга (3) берилади. Тиқин (2) фалгани кабельга кавшарлашни қулайлаштиради.
Индуктив ўзгартиргичлар. Бу типдаги актив ўзгартиргичлар электр занжирни (контурини) магнит майдони билан кесишишида ундаги хосил бўлган электр юритувчи кучнинг хосил бўлиш ходисасига асосланган. Бундай ўзгартиргичлар айланиш частотасини ўлчашда фойдаланилади ва уларни тахогенераторлар дейилади (5.10 –расм).

5.10-расм. Индукцион ўзгартиргич схемаси (тахогенератор).

Ўзгармас магнит майдонида (1) вал билан боғлик (2) рамка айланади, унинг айланиш частотасини аниқлаш зарур. Рамкадаги э.д.с. коллектор (3) орқали ўлчаш занжирига берилади. Рамка айланиш сони билан э.д.с. ўртасида чизиқли алоқа мавжуд.

Индукцион ўзгартувчилар кичик силжишнинг чизиқли тезлик датчикларида хам фойдаланишлари мумкин. Масалан, двигатель клапанлари ёки тебранишлари билан боғлиқ тадқиқотларда.
Термоэлектрик ўзгартиргичлар. Ишлаш принципи термоэлектрик эффектга асосланган иссиқлик ўзгартиргичларга киради. Бу эффектнинг маъноси шундаки, учлари кавшарланиб уланган икки хил электр ўтказувчан материалдан иборат берк занжирни кавшарланган тугунларидан бирида ва электр занжир орқали электр токи оқади, қиздириб иккинчисидаги хароратни бир хилда ушлаб турилса кавшарланган тугунлар орасида термоэлектр юритувчи куч пайдо булади. Занжирдан оқаётган ток кучи қиздирилаётган тугун хароратига пропорционал ўзгаради. Бундай ўзгартиргичлар хароратни ўлчашда фойдаланилади. (5.11.а – расм)

5.11-расм. Термоэлектрик ўзгартиргич.

а)-термоэлектрик эффект олиш схемаси; б)- термопара. 1-химоялаш корпуси; 2-қопқоқ; 3-контактлар; 4-улаш сими; 5-ўтказгич; 6-кавшарланган контакт; 7-химояловчи қопқоқча. Бундай ўзгартиргичларнинг электр ўтказувчи симлари қуйидаги материалдан тайерланган: 500⁰С гача харорат учун мис-копелия, 1250⁰С гача харорат учун хромель-алюмел(кенгрок таркалган жуфт), платино-радий-платина 1600⁰С гача харорат учун,платина асосидаги соф металлардан. Харорат 1600⁰С дан юқори бўлган холларда ўтказгич симлар қийин эрийдиган металлардан қилинади, одатда волфрам-молибдендан. Термоэлектрик ўзгартиргичларнинг харорат датчиги термопара дейилади (5.11.б-расм) ва катталиги ута секин ўзгарадиган t⁰ ни ўлчаш учун қўлланилади. масалан, двигател картеридаги мойникини.
Сиртнинг t⁰сини ўлчаш учун хам ўша термометрлар кўлланилади, аммо унда химоя 1 корпуси ишлатилмайди.
Ўзгартирувчининг хар хил турлари илмий тадқиқотда, техникада ва хаётда янада кенг қўлланилади. Тадқиқотчининг яратувчилиги билан уларнинг амалда ва илмий максадда кейинги такомилланиши кўпгина жихатдан боғлик.
Бергичлар (датчиклар) ишлаб чиқазган электрик хабарлар ўлчаш қурилмаларига берилади. Улар эса тадкикот қилинаётган катталикнинг сон қийматини бахолаш учун хизмат қилади.
Ўлчаш қурилмасини танлаш ўлчанадиган катталик характери ва унинг вақт бирлигида ўзгариш тезлиги билан боғлик. Бу тез ўлчов қурилмасининг тез таъсирлилигини аниқлайди. Тадқиқот қилинаётган катталикнинг ўртача миқдорини ўлчашда ёки вақт бирлигида секин ўзгарадиган жараёнлар учун кам тез таъсирлик қурилмалар қўлланилади. Тез ўзгарадиган жараённинг оний қийматини ўлчаш учун эса бунинг тескариси. Улар икки группага бўлинади.
-кўзга кўринарли кўрсатгичлар, яъни милли, оптик, сонли қурилмаси бор асбоблар. Булар статик ёки секин ўзгарадиган катталикларни ўлчаш учун хизмат қилади. Натижалари одатда сон кўринишида олиниши керак. Бунда кўпгина хатога йўл қўйилади ва кўп вақт кетади. Булар ичида сонли таблоси бори бироз яхши, чунки уларда автоматик холда сон қиймати олинади.
Қайд қилувчилар (регистраторлар), тез ўтадиган жараёнларни қайд қилиш асбоблари, узлуксиз жараённинг оний қийматларининг ҳаммаси фото, кино плёнка, қоғозларга ёзиб олинади.
Одатда илмий тадқиқотда бир вақтда бир неча катталик ўлчанади, баъзан хар хил физик табиатлиси хам. Бир неча ўлчанадиган катталикнинг бундай синхрон қайд қилиниши кўп каналли қайд қилувчилар ёрдамида бажарилади.
Ўлчанадиган қурилманинг тури кўпинча датчик ишлаб чиқадиган хабарнинг қуввати билан боғлиқ. Шундай нуқтаи назардан ўзгартиргичларни уч гурухга бўлиш мумкин:
-қудратли ўзгартиргичлар (ўнлаб милливолт) контактли, реостатли ва реохордли, тахогенераторлар, термопаралар, индукцион ва индуктив. Булар ўлчаш занжирида кучайтиргичларсиз ишлайди. (ўта кичигидан ташқари).
-кам қувватли ўзгартиргичлар (ўнлаб микроватт)-симли тензорезисторлар, сиғимли, фотоқаршиликлилар. Буларни қўлланганда электр занжирига кучайтиргич қўшилади.
-катта кириш қаршилиги талаб қиладиган ўзгартиргичлар. Буларга пьезоэлектрик ўзгартиргичлар киради.