CC BY
15Оценка измерения электрических токов в радиотехнических системах, основанных на метрологии и их экономическое обоснование их примен
ения
Evaluation of electric current measurement in radio engineering systems based on metrology and their economic justification for their application
Ь й московский щщштмтт
^jj ЖУРНАЛ
DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10748 Еремеева Алина Юрьевна,
ФГАОУВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)
Колмаков Андрей Евгеньевич, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)
Троцкая Юлия Александровна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)
Строк Юлия Алексеевна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)
Соболева Мария Сергеевна, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (СФУ)
Eremeeva Alina Yurievna, Siberian Federal University (SFU)
Kolmakov Andrey Evgenievich, Siberian Federal University (SFU)
Trotskaya Yulia Aleksandrovna, Siberian Federal University (SFU)
Strok Julia Alekseevna, Siberian Federal University (SFU)
Soboleva Maria Sergeevna, Siberian Federal University (SFU)
Аннотация. Основными направлениями развития качества электрорадиооборудования являются: повышение точности измерений; автоматизация процесса измерений, повышение быстродействия и надежности приборов; снижение энергопотребления и
габаритов всего измерительного оборудования. Электрические и радиометрические измерения, как и другие измерения, должны основываться на метрологии. Применяя наиболее качественное оборудования, в основном в условиях массового производства даст возможность снизить затраты на метрологию.
Summary. The main directions of development of the quality of electrical radio equipment are: increasing the accuracy of measurements; automation of the measurement process, increasing the speed and reliability of devices; reduction of energy consumption and size of all measuring equipment. Electrical and radiometric measurements, like other measurements, must be based on metrology.
Ключевые слова: радиотехника, измерительные приборы, переменный ток, электродинамика.
Keywords: radio engineering, measuring devices, alternating current, electrodynamics.
Введение. Темпы развития науки и техники во многом определяется уровнем научно-технических измерений. Уровень развития измерительной техники является и одним из важнейших показателей научно-технического прогресса. Особенно это касается электрических и радиометрических измерений, так как исследования в физике, радиотехнике, электронике, космосе, медицине, биологии и других областях человеческой деятельности основаны на измерении электромагнитных величин.
Методы исследования: В качестве методологической основы исследования использованы общенаучный диалектический метод познания, анализ и синтез теоретического и практического материала, сопоставление методов наблюдения, основанных на принципах построения и методах логического познания.
Результаты. Перед измерением тока (напряжения) необходимо иметь представление, частоту, форму, ожидаемое значение, которое требует точности измерения, и сопротивление цепи, в которой производится измерение. Эти предварительные данные позволят вам выбрать наиболее подходящий метод измерения и измерительный прибор. Для измерения тока и напряжения должны использоваться методы прямой оценки и сравнения.
Метод прямой оценки. Этот метод оценки должен осуществляться с использованием приборов прямого отображения-амперметров и вольтметров с измерительной шкалой в единицах измеряемой величины. [ 1 -4]
Сравнительная методология. Этот метод обеспечивает большую точность измерений. Это делается с помощью компенсационного устройства, которое характеризуется тем, что мощность измеряемой цепи не используется в момент измерения, то есть входное
сопротивление практически бесконечно. Сравнение метода также проводится в цифровом дискретном вольтметре и аналоговом компенсационном вольтметре, поэтому погрешность измерения составляет десятые, сотни и даже тысячи процентов.
Электромеханические измерительные приборы-это устройства прямого преобразования, в которых электрическое значение х непосредственно преобразуется в считывающее устройство. Таким образом, каждое электромеханическое устройство состоит из следующих основных компонентов:
- крепление к корпусу устройства;
- мобильный, механический или оптический компонент, связанный со считывателем.
Считывающее устройство должно быть сконструировано таким образом, чтобы наблюдать значения измеряемых величин. Он состоит из шкалы и курсора на передней панели устройства. Шкала представляет собой набор символов (штрихов), расположенных в определенной последовательности, и некоторые из них являются эталонными числами, соответствующими последовательному значению измеряемой величины. Шкалы могут быть однородными или не однородными (квадратными, логарифмическими, и поэтому расстояние между двумя соседними штрихами называется делением шкалы. Разница между значениями измеряемой величины, соответствующими двум соседним кодам, называется ценой разделения.
Индикаторы разделены на стрелочные и оптические. Оптический совет, состоящий из света, зеркала, расположенного на подвижной части, и зеркальной системы, расширяющей путь света и направленной на прозрачную шкалу. Оптические индикаторы должны обеспечивать большую чувствительность прибора и меньшую погрешность считывания по сравнению со стрелкой.
Рис.1. Способы установки подвижной части прибора: а - на оси; 6 - на растяжках; в - на подеесе
Подвижная часть устройства должна быть снабжена осью или полкой осей, которые должны заканчиваться стальными стержнями, которые сталкиваются с ними. Последний поддерживается корундовыми или рубиновыми опорными колоннами. 1, а). Трение
сердечника подшипника снижает чувствительность и точность устройства за счет размещения подвижной части на растяжках или подвесках (рис. 1, Б, В).
Обсуждение. Магнитоэлектрические приборы. Магнитоэлектрические приборы применяются как амперметры, вольтметры и гальванометры для измерений в цепях постоянного тока, так и в сочетании с преобразователями переменного тока в постоянный для измерений в цепях переменного тока.
Блок формирования крутящего момента должен состоять из сильного постоянного магнита и легкой катушки, через которую протекает измеряемый ток.
Движение обмотки катушки, состоящей из тонкого провода, обратное, такое магнитоэлектрическое устройство может быть использовано только непосредственно в качестве микро — или миллиамперметра и милливольтметра.[5-9]
Электромагнитное устройство. Блок формирования крутящего момента должен состоять из плоской или круглой катушки, через которую проходят измеряемый ток и сердечник, прикрепленный к оси курсора.
Принцип действия устройств электромагнитной системы, взаимодействие магнитного поля катушки с беспроводным феромагнетным сердечником. Энергия, накопленная в катушке .
Из этого уравнения следует, что отклонение курсора пропорционально квадрату измеряемого потока. Прибор должен быть пригоден для измерения постоянного и переменного тока. Калибровка шкалы постоянного тока соответствует среднеквадратичным значениям переменного тока (тока).
Электромагнитные приборы благодаря своей простоте, дешевизне и надежности широко применяются для измерения тока и напряжения в высоковольтных цепях постоянного тока и промышленной частоты переменного тока (50 и 400 Гц). Большинство электромагнитных амперметров и вольтметров выпускаются в виде панельных приборов различных классов 1,5 и 2,5. существуют приборы класса 1,5 и класса 1,0 для работы на дискретных частотах 50, 200, 800, 1000, 1500 Гц.
Динамические устройства. Фердинамические устройства-это тип электродинамических устройств с неподвижной катушкой, окруженной сердечниками из ферромагнитного материала. Такой формат обеспечивает значительное увеличение крутящего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей. Однако это приводит к увеличению погрешности устройства.
Электростатические устройства. Принцип действия электростатических устройств основан на взаимодействии двух электрических тел. Они должны быть конструктивно
выполнены в виде неподвижных и подвижных панелей, на которых используется измеряемое напряжение (рис.). 2).
Противовес создается спиральной пружиной. 2, А) или масса подвижной пластины (рис.2, б). Электростатические приборы-это вольтметры и киловольтметры, пригодные для измерения постоянного и переменного напряжений. Шкала, градуированная при постоянном напряжении, считается значением переменного напряжения любой формы.
Рис. 2 Устройство электростатических приборов: а - с изменяющейся рабочей площадью пластин; 6 - с изменяющимся расстоянием между пластинами; в - высоковольтного
К достоинствам статических приборов относятся: высокие пределы напряжения (до 1 МВ); широкий частотный диапазон измеряемых напряжений (до 30 МГц). Недостатки: низкая чувствительность; низкая надежность; степень нелинейности; влияние температуры окружающей среды и внешнего электрического поля.
Электростатические приборы, которые выполнены в виде панельных и переносных вольтметров, а также киловольтметров для использования в цепях постоянного и переменного тока с частотой от 20 Гц до 30 МГц.
Термоэлектрический прибор. Устройства теплового преобразования должны быть рассчитаны на работу в цепях переменного тока в диапазоне низких и высоких частот. Термоэлектрическое устройство состоит из термоэлектрического преобразователя, одного Милли-или магнитоэлектрического микрометра (рисунок). 3, а).
Преобразователь (Рис. 3, б) представляет собой нагреватель 1, через который протекает измеряемый поток I, и соединенный с ним термокубер. Во время измерений температура точки соединения между нагревателем и термопарой становится а свободные концы термопары имеют комнатную температуру T2 .
Подогреватель подключен в свою очередь к обрыву цепи измеренной цепи и термальное EMF измерено микрометром работая как милливольметр. Последняя шкала должна быть классифицирована по значению RMS измеренного тока.
Термоэлектрические преобразователи следует разделить на контактные и вакуумные. Кроме того, преобразователь имеет гальваническое соединение между нагревателем и рубашкой, то есть между входной и выходной цепью, что не всегда приемлемо. В бесконтактном преобразователе нагреватель отделяется от термопары стеклянным или керамическим основанием, так что это всего лишь слегка емкостная сборка между ними. Чувствительность бесконтактного преобразователя должна быть ниже чувствительности контактного преобразователя. Температура вакуумного термотрансформатора должна быть ниже температуры контактного преобразователя. В вакуумном термотрансформаторе нагреватель и термопара должны быть помещены в стеклянную емкость.
Нагреватель представляет собой тонкую проволоку из марганца или никеля. Термопара состоит из различных материалов и сплавов, которые стабильны при высоких температурах.
Максимальное значение измеряемого тока должно определяться поперечным сечением нагревателя и должно варьироваться от миллиампер до десяти ампер. Трансформаторы жидкости должны использоваться при измерении высоких значений расхода. Максимальная частота измеряемого тока зависит от поперечного сечения нагревателя и его длины и достигает сотен тысяч мегагерцов при наименьших скоростях .[10-12]
К достоинствам термоэлектрических устройств можно отнести независимость показаний, в виде кривой измеряемого тока; недостатки-низкая чувствительность; грубая шкала, недопустимая перегрузка.
Термоэлектрические устройства широко используются в основном в качестве амперметров и миллиметров. Термоэлектрические вольтметры используются редко из-за низкого входного сопротивления и низкой чувствительности.
Выпрямительные устройства. Часто используется для измерения токовых и высокочастотных цепей выпрямительное устройство, состоящее из преобразователя, выпрямителя и магнитоэлектрического микро-или миллиамметра (Рис.4, а). Для выпрямляющих элементов должны использоваться полупроводниковые диоды (Германий или кремний), корректирующие эффекты которых должны определяться коэффициентом выпрямления. Коэффициент выпрямления зависит от частоты и значения преобразованного электрического количества и температуры окружающей среды. По мере увеличения частоты часть работающих ветвей уменьшается из-за емкости диода.
Рис.4 Схемы выпрямительных амперметров и графики токов и напряжений: а, 6, в - при однополупериодном выпрямлении; г, д при двухполупериодном выпрямлении
Выпрямительные устройства должны работать по схемам выпрямления с одной или полной волной(рис.4, Б) кратковременных проходов через измерительную ветвь в пределах положительной половины (открытый диод D1 и витки от катушки миллиамперметра), между отрицательными полупериодами-через защитные ветви (диод D2 и сопротивление R). Две ветви идентичны, сопротивление R равно сопротивлению катушки Миллиамперметра Ra .
Выпрямительные устройства широко применяются в качестве комбинированных счетчиков постоянного и переменного тока и напряжения. Приспособленный с постоянным источником напряжения тока, смогите быть использовано для того чтобы измерить электрическое сопротивление.
Выводы. Таким образом, можно установить последовательность шагов для измерения переменного напряжения:
1) знание принципа действия прибора и способа калибровки шкалы прибора, результирующей величиной которой является величина, на которую она непосредственно исследуется, измерительной единицей прибора (квадратный вольтметр-это номинальное напряжение среднеквадратичного значения);
2) знание формата таблицы сигналов определяет форм-фактор и напряжение этого формата;
3)вычисление значения напряжения.
Список литературы
1. Коррозия и защита химической аппаратуры. Справочное руководство. Т. 1. — Л.: Химия, 1999. — 482 с.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. — М.: Высшая школа, 1998. — 518 с.
3. Высокочастотный коррозиметр. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Новосибирск: Сибирская Ассоциация Энергетиков, 1995. — 16 с.
4. Щербаков А.А. Разрушающие программные воздействия. — М.: ЭДЭЛЬ, 1993.
5. Касперский Е.В. Компьютерные вирусы и методы борьбы с ними. — М .: НТЦ Информтехника, 1992.
6. Александров Б.В. Перспективные системы индивидуальной защиты самолётов. — Зарубежное военное обозрение, 1996, №8.
7. Ефимов Е.Г., Серёгин М.Н. Бортовое оборудование самолётов РЭБ групповой защиты. — Зарубежное военное обозрение, 1995, №9.
8. Радиоприёмные устройства. /Под ред. А.П.Жуковского. М.: Высшая школа,1989. -342 с.
9. Радиоприёмные устройства. /Под ред. В.И.Сифорова. М .: Советское радио, 1974.- 560 с.
10. Дробов С.А., Бычков С.И. Радиопередающие устройства. М.: Советское радио, 1969. — 720 с.
11. Дьяконов В.П., Образцов А.А. Электронные средства связи. М .:COJЮHПресс, 2005,432 с.
12. Бакулев П.А. Радионавигационные системы: учебник. / П.А. Бакулев -М.: Радиотехника, 2011.-269 с.
References
1. Corrosion and protection of chemical equipment. Reference guide. Vol. 1. — L.: Chemistry, 1999. — 482 p.
2. Bessonov L. A. Theoretical foundations of electrical engineering. Electromagnetic field, Moscow: Higher school, 1998, 518 p.
3. High frequency corrosion. Technical description and operating instructions. — Novosibirsk: Siberian Association of power Engineers, 1995. — 16 p.
4. Shcherbakov A. A. Destructive software effects. — M.: EDEL, 1993.
5. Kaspersky E. V. Computer viruses and methods of fighting them. — Moscow: STC informtekhnika, 1992.
6. Aleksandrov B. V. Perspective systems of individual protection of aircraft. — Foreign military review, 1996, No. 8.
7. Efimov E. G., Seregin M. N. Avionics of electronic warfare group protection aircraft. — Foreign military review, 1995, No. 9.
8. radio Receivers. / Ed. by A. p. Zhukovsky. M.: Higher school, 1989. -342 p.
9. radio Receiving devices. /Ed Safarova. M.: Soviet radio, 1974. — 560 p.
10. Drobov S. A., Bychkov S. I. radio Transmitting devices. M.: Soviet radio, 1969. — 720 p.
11. Diakonov V. P., Obraztsov A. A. Electronic means of communication. M.: Sojionpress, 2005, — 432 p.
12. Bakulev P. A. Radionavigation systems: textbook. / P. A. Bakulev-M.: radio engineering, 2011. -269 p.
