2-amaliy mashg'ulot

2-Mavzu : Elektromagnit kattaliklarini o’lchash. Mexaniq kattaliklarni o’lchash.

Ishdan maqsad: Elektromagnit kattaliklarini o’lchash va Mexaniq kattaliklarni o’lchashni o`rganish

Ishning mazmuni.

1. Magnitoelektrik, Elektromagnit, elektrodinamik, ferrodinamik va elektrostatik sistemadagi qurilmalar.

2. Tokli g’altakka ta’sir qiluvchi kuch yordamida 1A birlikni qo’llash. Releli usulida toklarni tortib o’lchash

3. Tok g’altagining ta’sir qiluvchi kuch momenti yordamida 1A birligini tasavvur qilish

4. SHtangen o’lchash asboblari.

Magnitoelektrik sistemasidagi priborlar (ampermetrlar, voltmetrlar va ommetrlar) o’zgarmas tok zanjirlarida qo’llanishga yaroqlidir, binobarin, detektorlarni qo’llash bilan o’zgaruvchan tok zanjirlarida ham ishlatilishi mumkin.

Magnitoelektrik sistemaning o’lchash qurilmasining ishlash printsipida o’zgarmas elektr maydoni bilan g’altakni (ramka) o’zaro ta’sirlashishi effekti qo’llaniladi, chunonchi, g’altakdan tok o’tadi.

7-rasmda tipik konstruktsiya (harakatli g’altak bilan) ko’rsatilgan.

Qurilmaning magnit sistemasini 1 o’zgarmas magnit, 2 qutblardan iborat magnit o’tkazuvchi va 3 harakatsiz o’zakdan iborat. Qutblar orasidagi tirqish va magnit o’tkazuvchi vositasida kuchli tekis radial magnit maydoni hosil qilinadi va bu maydonda karkasga alyumin yoki mis o’tkazgichdan o’ralgan to’g’ri burchakli 4 g’altak joylashtiriladi.

7-rasm. Harakatli g’altak bilan tipik konstruktsiya

G’altak 5 va 6 qutblar orasiga mahkamlangan. 7 va 8 Spiral prujinalar qarish ta’sir etuvchi momentni hosil qiladi va bir vaqtning o’zida o’lchanuvchi tokni o’tkazishga xizmat qiladi. Ramka 9 strelka bilan qattiq biriktirilgan. Harakatlanuvchi qismni balansga olib kelish uchun 10 shoxchalarda joylashgan harakatdagi yukchalar mavjud.

Almashtirish tenglamasi quyidagi ko’rinishda bo’ladi:

α = I(BnS/W),

bunda V – tirqishdagi magnit induktsiyasi;

α – harakatli qismning og’ish burchagi;

S – ramkaning yuzasi;

n – g’altak o’ramlar soni;

W – solishtirma qarshi ta’sir etuvchi moment.

Elektromagnit, elektrodinamik, ferrodinamik va elektrostatik sistemadagi priborlar tipik elektromexaniq ampermetrlar, voltmetrlar, vattmetrlar va chastota o’lchashlar sifatida keng qo’llaniladi.

Elektrodinamik priborlarning ishlash printsipi tok o’tayotgan ikki g’altak hosil qilgan magnit maydonlarining o’zaro ta’siriga asoslangan.

SHunday o’lchash qurilmasi 13-rasmda tasvirlangan.

1 harakatsiz g’altak ichida 2 haraktchan g’altak harakatlanadi va unga tok prujinalar orqali beriladi.

8-rasm. Elektrodinamik sistemadagi elektromexaniq o’zgartkich.

G’altakning og’ishi 1 va 2 g’altaklar magnit maydonlarning o’zaro ta’siri natijasida aylantiruvchi momentni hosil bo’lishi bilan amalga oshiriladi.

Qarshi ta’sir etuvchi moment prujinalar yordamida yuzaga keladi. Bu mexanizmning almashtirish tenglamasi

bunda W – qarshi ta’sir etuvchi moment;

α – harakatchan qismning og’ish burchagi;

M – g’altaklarning o’zaro induktivligi.

Berilgan o’lchash qurilmasi o’zgarmas, o’zgaruvchan toklarni, kuchlanish va quvvatni o’lchashda qo’llanilishi mumkin.

Ferrodinamik o’lchash qurilmalari umuman olganda ular elektrodinamik priborlarning bir ko’rinishidir, lekin ular na faqat konstruktsiyasi bilan, balki ularda yumshoq magnit o’tkazuvchi ishlatilishi bilan ham elektrodinamik priborlardan farq qiladi, jumladan, ularda harakatchan g’altak magnit o’tkazuvchi yo’laklarning orasiga joylashtiriladi. Magnit o’tkazuvchining mavjudligi yetarli darajada harakatsiz g’altak magnit maydonini oshiradi va o’z navbatida sezgirlik ham ko’tariladi.

Elektrostatik priborlarda ikki elektr jihatidan zaryadlangan o’tkazgichlarning o’zaro ta’siri printsipi amalga oshiriladi.

Huddi shunday eng ko’p tarqalgan qurilmalardan biri 14-rasmda ko’rsatilgan.

W= (1/2) SU²,

9-rasm. Elektrostatik sistemadagi o’zgartkich

Strelka bilan mahkamlangan 1 alyumin harakatchan plastinka 2 ikkita elektr jihatdan ulangan harakatsiz plastinkalar bilan o’zaro ta’sirlashganda harakatga keladi. Kirish qismiga o’lchanmoqchi bo’lgan kuchlanish beriladi, ular harakatchan va harakatsiz plastinkalar bilan biriktiriladi.

Elektrostatik kuch ta’sirida harakatchan plastinka harakatsiz plastinkalar orasidagi fazoga tortiladi. Agarda aylantiruvchi plastinkaning qarshi ta’sir etuvchi momenti aylantiruvchi momentga teng bo’lsa, u holda harakat to’xtaydi.

SHunday o’lchash qurilmasining o’zgartirish (almashtirish) tenglamasi quyidagi ko’rinishda bo’ladi:

Bunda: U – o’lchanadigan kuchlanish; S – plastinkalar orasidagi sig’im.

W – solishtirma qarshi xarakatlauvchi moment;

Bunday o’zgartkichlar o’zgaruvchan va o’zgarmas tok voltmetrlari ishlab chiqishda qo’llaniladi.

Elektromagnit sistemadagi priborlarning ishlash printsipi harakatsiz g’altakdan tok o’tishida yuzaga kelgan magnit maydonining harakatchan

ferromagnetik o’zak bilan ta’siriga asoslangan.

Eng ko’p tarqalgan o’lchash qurilmasining kontruktsiyasi 15- rasmda ko’rsatilgan.

1- g’altak, 2- o’zak, 3-spiralь prujina, u yordamida qarshi ta’sir etuvchi moment hosil qilinadi, 4- havoli tinchlantirgich. Magnit maydoni ta’sirida o’zak g’altak ichiga tortiladi.

10-rasm. Elektromagnit sistemadagi o’zgartkich.

Almashtirish tenglamasi quyidagicha:

bunda L – g’altak induktivligi; I – tok kuchi.

2. Tokli g’altakka ta’sir qiluvchi kuch yordamida 1A birlikni qo’llash. Releli usulida toklarni “tortib o’lchash”¹

O’rtadagi o’ramidan uzunligi 27,5 sm va diametri 46 sm bo’lgan (AQSHning milliy standartlar byurosining qurilmasi) yoki uzunligi 50 sm va diametri 27,5 sm bo’lgan (GDRning nemis materiallar va tovarlar nazorati byurosining qurilmasi) o’tkazgich chiqarilgan katta g’altakning ichiga, o’lchanishi lozim bo’lgan kuch ta’sir qilayotgan “o’lchash g’altagi” joylashtiriladi. O’lchash g’altagi vertikal joylashtirilib, 2,6 sm va uzunlikka va 24,5 sm diametriga ega (yoki uzunligi 12 sm va 20 sm diametriga ega) (45-rasm). Katta g’altakning o’ramlar soni 344 (yoki 453) taga, kichik g’altakning o’ramlar soni 41 (yoki 130) taga teng. O’lchash g’altagi sezuvchan analitik tarozining koromislosiga osib o’rnatilgan.

11-rasm. Tokni «tortib o’lchash» uchun belgilangan Driskoll va Kutovskiy sxemasi

Sistemaning elektr sxemasi shunday yig’ilganki, katta g’altakning o’rtadagi o’ramidan chiqarilgan o’tkazgichga keltirilayotgan tok ikkita teng bo’lakka bo’linadi va qarama-qarshi yo’nalishda g’altakning yuqori va pastki bo’laklaridan oqib o’tadi. Bunda tokning bir qimi (I₂) “o’lchash g’altagi” orqali o’tadi. O’zaro ta’sirlashuv kartinasini quyidagicha tasavvur qilish mumkin.

Katta g’altakning ikkala 1 va 2 yarmida bir-biriga qarama-qarshi yo’nalgan magnit maydonlari xosil bo’ladi. (N_o va 11-rasm). Simmetriya tekkisligida ( bo’lganda) maydonning vertikal tashqil etuvchisi mavjud bo’lmaydi.

11-rasm. G’altaklar va maydonlar sxemasi

12-rasm. qurilmada magnit maydonning vertikal komponentasi N_zning tabiati

ииииппип

Maydoning vertikal tashqil etuvchisining o’qi bo’ylab o’zgarish grafigi 16.9-rasmda keltirilgan. bo’lganda kuchlanganlik gradienti nolьdan farq qiladi. “O’lchash g’altagidan I₂ tok oqib o’tganla M magnit momenti mavjud

bo’lsa, unda vertikal yo’nalgan shu g’altakka ta’sir qiluvchi va tarozi yordamida o’lchanadigan

kuch xosil bo’ladi. Ushbu kuchni xisoblash uchun (27) tenglamadan foydalanamiz.

13-rasm qurilmadagi kuchni xisoblashga doir

14-rasm. Ikkita tok o’rtasidagi o’zaro ta’sirlashuv kuchni o’lchash uchun qayta ulash sxemasi A va G nol indikatorlari

1 va 2 g’altaklar o’rtasida vertikal yo’nalgan kuch (14-rasm)

2 va 3 g’altaklar o’rtasida kuch yuqoridagi yo’nalishda ta’sir qiladi, ya’ni ikkala kuchning absolyut qiymatlari qo’shiladi. Bunda tegishli o’ramlarga ega xar bir juftliklar o’rtasida ta’sir etayotgan kuchlarni qo’shish kerak. Agar N₁ – qo’zg’almas g’altakning to’liq o’rammlar soni, N₂ – “o’lchash g’altagi”ning o’ramlar soni bo’lsa, unda

bu yerda d va D– g’altaklar diametri, f – qandaydir elliptik fnuktsiya. Snou tomonilan amalga oshirilgan bunday xisob ikki g’altakli sistemaning o’zaro induktivligini beradi. bu ifodada parametri ifoda topgan bo’lib, (29) va (30) tenglamalarga ko’ra:

Aynan, bu boradagi o’lchashlar 14-rasmda keltirilgan qayta ulash sxemasiga mos xolda amalga oshiriladi (14-rasm,) Kuchlanish manbasi Ye reostatlar va stabillashtiruvchi shaxobchalar yordamida (ishtirokida) o’zgarmas tok I ni beradi. R₁ va R₂ qarshiliklarning qiymatlari bir xil bo’lib, I₁=I₂bo’lganda galbvonometr strelkasining og’ishi nolьga teng. Normal element Yen yordamida R₁ qarshilikdagi kuchlanish tushishi absolyut o’lchanishi mumkin, bundan esa tokning absolyut kattaligi I₁(=I₂), ya’ni biz birinchi navbatda normal element ko’rinishidagi kuchlanish standartiga tayanamiz. SHunday qilib, tokning ma’lum I qiymatida analitik tarozi turli yuklar yordamida muvozatlashadi. SHundan sщng tok yo’nalishi o’zgartirilib, bir vaqtning o’zida muvozatlashtirish yukini ko’paytiriladi (yoki kamaytiriladi). Bunda kamaytiriladigan yoki qo’shiladigan yuk o’z og’irligiga ko’ra kuchning o’zgartirilayotgan qiymatiga yaqin bo’lishi kuzatib boriladi. Tarozi strelkasining ko’rsatkichlari kuchning qolgan kasr qismlari kattaliklarini ko’rsatadi.

[45] ishda AQSH ning (NBS) Milliy standartlar byurosi birliklarida kalibrlangan normal elementdan foydalanilgan, keltirilayotgan tok taxminan 1Aga teng, amaldagi kuch esa 0,014 N ga teng. SHunday qilib “amperlarni solishtirish” amalga oshirilishiga erishildi va 1A (NBS)==(1,000008±0,000006) A ekanligi aniqlandi. Nisbiy aniqlik 6·10^-6 ni tashqil etdi. [46] da yuqoridagiday tartibda “materiallar va tovarlarni nazorat qilish nemis byurosi (NBKMT)ning 1A kattaligi va SI sistemasidagi 1A bilan taqqoslangan (tok kuchi 1A bo’lganda kuch 0,066 N ga teng bo’lgan). Natijada 1A (NBKMT)=(1,0000018±0,000008) A.

Ko’ramizki, bu yerda shuningdek, normal elementdan foydalanish xolatidagi kabi, ba’zi mustaqil xosil qilingan “laborator” tok bilan taqqoslash amalga oshirilmoqda.

3. Tok g’altagining ta’sir qiluvchi kuch momenti yordamida 1A birligini tasavvur qilish²

Mazkur qurilma avvalgi qurilmalar qatoriga kiradi (Gelmgolts tarozisi deb ataluvchi) va va g’altak tomonidan xosil qilinuvchi magnit maydon kuchlanganligini fizika fanini o’qitish jarayonida namoyish qilishda foydalaniladi.

ko’ra aniqlanuvchi magnit energiyasi (29) ichki o’lchash g’altagining burilish burchagi α ga bog’liq, chunonchi

49-rasmda keltirilgan ulanish sxemasidan foydalanib, 1 va 2 g’altaklardan oquvchi toklar toklar o’zaro teng va vaqt davomida o’zgarmas, toklardan birining yo’nalishi o’zgarishi bilan bir vaqtda tarozi pallalari xarakatga keladi. Kuch momenti:

bu yerda L – 1 – g’altak uzunligi, d₁– uning diametri.

15-расмдан кўринмоқдаки, бунда ўрнатилган узун ғалтак (узунлиги 100 см, диаметри 28 см) ва унга ўлчаш ғалтагига эга бўлган харакатланувчи тарози ўрнатилган. Ўлчаш ғалтагининг ўқи катта ғалтак ўқига перпендикуляр йўналган. Ўлчаш ғалтагининг диаметри 11,6 см га, узунлиги 25 смга тенг. Амалда, катта ғалтак 1 дан ўтаётган ток горизонтал бўйлаб йўналган магнит майдон Нони хосил қилади. Бу вақтда ўлчаш ғалтагида магнит моменти мавжуд. Бу эса ўлчаниши лозим бўлган куч моменти D=M·H₀ ни чақиради.

15-rasm. Driskell variantiga ko’ra tokni “tortish” qurilmasi

Uni shuningdek o’zaro induktsiyadan kelib chiqib xisoblash mumkin. (29) tenglamaga

O’lchash g’altagining diametri d₂, lekin uning uzunligi kuch momenti tenglamasida ishtirok etmaydi. Driskoll [50] qurilmasida N₁=1000, N₂=140 (o’ramlar soni). Geometrik ko’paytiruvchi f asosan o’zaro induktivlik bilan bog’langan. Tok kuchi 1A bo’lganda kuch momentini kompensatsiya qilish uchun massasi 1,5 G bo’lgan palla talab qilingan. Bunday tarozilar yordamida 1A NBS va 1A SI kattaliklari taqqoslangan, uning natijasiga ko’ra

1A NBS=1,000013 A

Nisbiy xatolik 8·10-6 ga teng bo’lib, avvalgi usuldagi xatolikdan bir muncha katta qiymatga ega. AQSHning standartlar byurosi o’rtacha qiymat sifatida 1,000010 A

ni qabul qilgan.

4. SHtangen o’lchash asboblari.

SHtangen o’lchash asboblariga asosan shtangentsirkul, shtangenglubinomer (chuqurlik o’lchagich), shtangenreysmus, shtangenzubomerlar kiradi.

SHtangen o’lchash asboblarning aniqligi i = 0,1; 0,05; 0,02 mm bo’lishi mumkin. Bu aniqlikni olish uchun shtangen o’lchash asboblar asosiy shkaladan tashqari qo’shimcha nonius shkalasi bilan jixozlangan bo’ladi.

Nonius shkalasi. Nonius shkalasi yordamida asosiy shkala bir bo’lagining ma’lum kichik bir miqdoriga teng qismlari aniqlanadi.

Nonius shkalasining bo’laklari intervali ( b ) asosiy shkala bo’laklari intervali ( s ) dan «i» qiymatga kichik bo’ladi. Bunda nonius moduli γ =1 bo’ladi. Agar nonius moduli γ = 2 bo’lsa, nonius shkalasi bo’laklarining intervali (b) asosiy shkala bo’laklari intervalining ikkitasidan «i» qiymatga kichik bo’ladi.

16– rasm. Nonius shkalasini o’rganish uchun sxemalar

Nol xolatda asosiy va nonius shkalalarining nol shtrixlari bir biriga mos keladi, bunda nonius shkalasining oxirgi shtrixi asosiy shkalaning «L» masofadagi shtrixiga mos keladi. «L» - nonius shkalaning uzunligi deyiladi.

Detalni o’lchash vaqtida nonius shkalasi asosiy shkalasiga nisbatan siljiydi va nonius shkalasi nol shtrixining vaziyatiga karab asosiy shkalaning detal o`lchamini kursatuvchi qiymati “N” olinadi.

Agar nonius shkalasini nol shtrixini asosiy shkalaning shtrixlar orasida joylashib kolsa u xoldanonius shkalasining keningi shtrixlari xam asosiy shkalaning shtrixlari orasida joylashadi. Lekin ularning xar biri o’zidan oldin ikkinchisiga karaganda asosiy shkalaning shtrixiga yaqinroq joylashadi va ulardan ma’lum bitta ”K” asosiy shkalaning shtrixlaridan biriga mos keladi yoki eng yaqin keladi. Nonius shkalasining bu ”K” shtrixi asosiy shkala bo’laklari intervalining ma’lum qismini ko’rsatadi.

SHunday qilib shtangenasboblari bilan o’lchanayotgan ”A” qiymatni quyidagicha topiladi. A=N+Ki

Asosiy va nonius shkalalari quyidagi ko’rsatqichlarga ega:

S-asosiy shkala bo’laklari intervali, mm

V-noius shkala bo’laklari intervali, mm

I - o’lchash aniqligi, mm

n - nonius shkalasining bo’laklari soni, ta

L-nonius shkalasining uzunligi, mm

γ - nonius shkalasining moduli (masshtabi)

Bu qiymatlar quyidagi ifodalar orqali bir-biri bilan boglangan:

a) o’lchash aniqligi - i=C/n

b) nonius shkalasi bulaklari intervali γ· V=S

v) nonius shkalasining uzunligi – L =B·n yoki L1=(C)

bu yerda γ=1;2;3;4;5 bo’lishi mumkin

Misol: SHtangen asbob asosiy shkala bo’laklari S=1 mm, hisob aniqligi i=0,02 mm va nonius shkalasining moduli γ=2 bo’lsa, nonius shkalasining ko’rsatqichlarini topish talab qilinadi.

Echish; a) Nonius shkalasi bo’laklari intervali ”B”

B=G γ-i=12-0;2=1,98 mm

b) Nonius shkalasining bo’laklari soni “n”

n=C/i=1/0,02=50 ta

v) Nonius shkalasining uzunligi “L”

L=Bn=1,9850=99 mm

yoki L=C(γ•n-1)=1(250-1)=99 mm

SHtangen asboblarining tuzilishi va ishlatilish soxalari.

A) SHtangentsirkullar o’lchash qisqichlarining shakli bo’yicha uchta turga bo’linadi -SH, P, TS-1. P- turdagi shtangentsirkul(5- rasm)larda o’lchash qisqichlari ikki tamonlama joylashgan bo’lib, pastki qisqich jufti va ichki yuzlarini o’lchashga hizmat qilsa, yuqorigi qisqich juftlari esa tashqi yuzlarini o’lchashga va razmetka ishlarini bajarishga mo’ljallangan.

SHtangentsirkullar uch xil aniqlikda ishlab chiqariladi і = 0,1 mm, і = 0,05 mm va і = 0,02 mm. Turiga qarab o’lchash uzunligi 0 dan 125 mm gacha dan 250 mm gacha boradi. Ammo uning shunday turlari mavjudki, boshlang’ich nuqtasi noldan farq qilgan holda o’lchash uzunligi bir necha metrgacha borishi mumkin. SHtangentsirkullar moslashtirilganligiga qarab tashqi va ichki o’lchamlarni o’lchashga, shu bilan birga chuqurlikni ham o’lchashga moslashgan bo’lishi mumkin.

1^D.Kamke “PhysikalischeGrundlagen der Mabenheiten”, B.G.Teubner Stuttgart, Bochum 2016.95 s.

2