Простий детонометр

РадіоХоббі Детонометр призначений для вимірювання коефіцієнта детонації апаратури магнітного та механічного запису.
Детонація – Спотворення звуку, що виникає внаслідок паразитної частотної модуляції з частотами, що знаходяться приблизно в діапазоні 0,2 … 200 Гц;
коефіцієнт детонації коефіцієнт паразитної частотної модуляції, виміряної за умов оцінки, відповідної середньому суб'єктивному сприйняттю цієї модуляції. (Терміни за ГОСТ 1911 948-78).

Особливу увагу при його розробці було приділено максимально можливого спрощення схеми, простоті налагодження та калібрування приладу. Незважаючи на те що детонометр зібраний всього на двох мікросхемах і трьох транзисторах. його основні метрологічні характеристики не поступаються відповідним характеристикам серійно випускається промисловістю детонометра типу 4И і повністю відповідають вимогам ГОСТ 11948-78, СТ СЕВ 1359-78 та Публікації МЕК № 386-72.

Основні технічні характеристики



Частота вимірювального сигналу. Гц 3150±5%
Діапазон вимірювання коефіцієнта детонації,% 0,02 … 1 (верхні межі 0,1; 0,2; 0,5; 1)
Наведена похибка вимірювань. %, Не більше 8
Діапазон вхідних напруг, В 0,08…10

Форма вхідного сигналу

прямокутна, синусоїдальна

Вхідний опір, кОм

12

Амплітуда напруги на виході "Осцилограф", В

2,1

Споживана потужність. Вт, не більше

0,35

Визначення коефіцієнта детонації засноване на вимірюванні девіації частоти сигналу, відтвореного з вимірювальною сігналограмми на випробовуваному ЛПМ або ЕПУ.

Прннцмпіальня схема детонометра наведена на рис. 1.

Вимірювальний сигнал надходить на вхідний підсилювач (транзистор VT1) з коефіцієнтом передачі близько 6. Фільтри верхніх (конденсатор С1 і вхідний опір каскаду) і нижніх (конденсатор СЗ і резистор R5) частот включені для збільшення перешкодозахищеності детонометра. Відфільтрований сигнал надходить на тригер Шмітта (елементи DD1.1, DD1.2). формує з нього прямокутні імпульси з постійною амплітудою і крутими фронтами, усуваючи таким чином вплив на результат вимірювання паразитної амплітудної модуляції вхідного сигналу детонометра. Вихідні імпульси тригера Шмітта, продиференціювати конденсатором С5, запускають одновібратор (елементи DD1.3, DD1.4), що формує імпульси постійної тривалості т (обумовленої конденсатором С6 і резистором R9) і частотою повторення, рівний частоті вхідного сигналу (Рис. 2).

Зміна середнього за період значення такої напруги прямо пропорційно зміні частоти вхідного сигналу.

Смуговий фільтр (C7R10R11R12C8 R13C9) виділяє з цієї імпульсної послідовності сигнал, пропорційний коливань частоти вхідного сигналу, і одночасно формує АЧХ відповідно до характеристикою суб'єктивного сприйняття детонації [1]. Спад характеристики "зважування" в області частот нижче 4 Гц визначається конденсатором С7, вище 4 Гц – конденсаторами С8, С9.

Відфільтрований сигнал, пропорційний детонації, надходить на ОУ DA1. включений неінвертуючий масштабним підсилювачем. Його коефіцієнт підсилення визначається відношенням одного з опорів резисторів ланцюга ООС (R15-R18) до опору резистора R14. Для зменшення тривалості перехідного процесу (при подачі на детонометр напруги живлення) між входами ОУ включений діод VD2, завдяки чому конденсатор С10 порівняно швидко заряджається від джерела +15 В по ланцюгу R10R12R13VD2R14. Після зарядки конденсатора C10 напруги на входах ОП стають однаковими, діод VD2 закривається і подальшого впливу на роботу пристрою не надає. Конденсатор СІ включений для забезпечення стійкості ОУ і додаткової фільтрації несучої частоти вхідного сигналу (3150 Гц) на "чутливих" межах вимірювання.

Посилений сигнал з виходу ОУ надходить одночасно на вихід "Осцилограф" (через ланцюг C14R25) і квазіпіковий вольтметр (через резистор R19). Падіння постійної напруги на резисторі R21, викликане протіканням по ньому базового струму транзистора VT3, викликає відхилення стрілки приладу РА1 на 3 … 4% від нульової позначки шкали і використано для часткової компенсації нелінійності характеристики детектування на початковій ділянці шкали. Стандартна динамічна характеристика детонометра [2], що забезпечує порівнянність вимірювань при імпульсному характері процесу детонації, що наближує дані вимірювань до їх середньої суб'єктивній оцінці, отримана завдяки відповідному вибору опорів резисторів R19, R21 і ємностей конденсаторів С12, С13. Резистор R20 обмежує максимальний струм колекторів транзисторів V72 і VT3 на рівні 75 мА та охороняє їх тим самим від виходу з ладу при випадковому замиканні між собою або на загальний провід провідників, що з'єднують виходи диференціального емітерний повторювача з вимірювальним приладом РА1.

Живити детонометр можна від будь-якого однополярного джерела постійного струму напругою +5 ± 1 В з пульсаціями не більше 0,5 мВ. Споживаний струм не перевищує 25 мА.

Деталі. У детонометре можна використовувати будь-які постійні резистори з допускається відхилення від номіналу ± 10%. Опору резисторів R14-R18 не повинні відрізнятися від зображених на схемі більш ніж на 3%. Підлаштування резистор R9 – також будь-якого типу, наприклад СПЗ-22а; конденсатори – КМ-6, К73-9, К73-17 і т. п. з допускаються відхиленням ± 30%, електролітичні – К50-6, К50-16, К53- 1 і т. п.

Діоди VD2, VD3, VD4 можна замінити будь-якими малопотужними германієвого діодами із зворотним опором не менше 500 кОм, відібраними, наприклад, з діодів серій Д2, Д9, Д18, Д311 і т. п.

Замість зазначених на схемі можна використовувати кремнієві транзистори серій KT3107, КТ104 (VT1), КТ312, КТ3102 (VT2, VT3). Транзистори VT1 і VT3 повинні мати статичний коефіцієнт передачі струму h 21е > 80, a VT3 – в межах 150 … 250.

Мікросхему К155ЛАЗ можна замінити на К133ЛАЗ, а в якості ОП DA1 – використовувати будь-який ОП з коефіцієнтом посилення постійного струму не менше 25000, наприклад, К140УД6, К140УД8, К544УД1 і т. п.

Вимірювальний прилад РА1 може бути практично будь-яким з лінійною шкалою і струмом повного відхилення (I п ) 50 … 200 мкА. Опір додаткового резистора R24 повинно бути таким, щоб стрілка приладу відхилялася на кінцеву позначку шкали при напрузі між емітером транзисторів VT2 і VT3, що дорівнює 3 В. Для цього достатньо виміряти опір рамки приладу R p і обчислити необхідний опір за формулою:

Динамічна характеристика детонометра розрахована на роботу з приладами типів М24 і М96. Однак як показали випробування, використання стрілочних приладів з більшим чи меншим часом встановлення свідчень, таких, як М1690А, М265М, М906, М2027, М2003, а також використовуються в універсальних ампервольтомметрах ТЛ-4, ТЛ-4М, Ц-4313, Ц-4353 і їм подібних призводить до відмінності динамічної характеристики від необхідної не більше ніж на 10 … 12%. Оскільки додаткова похибка може проявитися тільки при різко вираженому імпульсному характері детонації (що на практиці зустрічається дуже рідко), названі прилади можна сміливо рекомендувати для використання в детонометре без будь-яких змін у схемі. При цьому універсальні прилади (ампервольтомметри) можна використовувати як у якості мікроамперметра. так і в якості вольтметрів. В останньому випадку необхідно включити межа вимірювання постійної напруги 3 В і підключити вольтметр до емітера транзисторів VT2 і VT3 безпосередньо, без додаткового резистора R24.

Налагодження і калібрування. Як вже зазначалося, при розробці детонометра особливу увагу було приділено максимального спрощення його налагодження та калібрування. Тому для налагодження потрібні лише два вимірювальних приладу: вольтметр постійного струму з відносним вхідним опором 10 кОм / В (наприклад, Ц-4313) і генератор синусоїдальної або прямокутного напруги частотою 3150 Гц.

Включивши харчування, після п'ятихвилинного прогріву перевіряють вказані на схемі постійні напруги в контрольних точках. При відміну напруги на колекторі транзистора VT1 від зазначеного на схемі більше ніж на 0,2 В необхідно підібрати резистор R3. Напруга на стабілітрон VD1 має перебувати в межах 5,3 … 5,7 В, в іншому випадку стабілітрон необхідно замінювати. Відмінність напружень в решті контрольних точках більше ніж на ± 0,3 В свідчить про несправність відповідних мікросхем або транзисторів.

Після перевірки статичних режимів встановлюють необхідну тривалість прямокутних імпульсів одновібратора. Для цього достатньо встановити відповідне значення постійної складової імпульсного напруги. Роблять це підлаштування резистором R9, подаючи на вхід детонометра синусоїдальний або прямокутний сигнал (частотою 3150 Гц і амплітудою близько 1 В) і вимірюючи вольтметром постійного струму напруга на виході елемента DD1.4, яке має дорівнювати 2,3 В (в статичному режимі – 4,2 В). Тривалість імпульсів на виході одновібратора в цьому випадку буде становити приблизно 40% періоду їх повторення (Рис. 2).

Проведена таким чином калібрування з урахуванням власного похибки вольтметра постійного струму і розкиду опорів резисторів ланцюга ООС підсилювача DA1 дозволяє вимірювати коефіцієнт детонації з похибкою не більше 15%, що в переважній більшості випадків цілком достатньо. При необхідності більш точної калібрування можна скористатися калнбратором, описаним в [3 |, або промисловою установкою для повірки детонометров, що складається з декадно генератора сигналів інфранизьких частот ГЗ-39. використовується як джерело модулюючого напруги) і частотно-модульованим генератора сигналів ГЗ-103.

Проведення вимірювань. Коефіцієнт детонації магнітофона можна виміряти двома способами Найпростіше скористатися відтворенням на випробувальному магнітофоні вимірювальних магнітних стрічок, які містять фонограму сигналу частотою 3150 Гц. записану на спеціальному прецизійному механізму протягування стрічки з низьким коефіцієнтом детонації.

Вимірювання необхідно виконати тричі: на початку, середині і наприкінці котушки (касети). За коефіцієнт детонації досліджуваного апарату приймають найбільше з отриманих значень.

Для виключення додаткової похибки вимірювальна стрічка повинна мати власний коефіцієнт детонації (вказується в паспорті на стрічку), по крайней мере в три рази менший, ніж очікуваний у випробуваного апарату.

При відсутності вимірювальної лепти надходять так. На випробуваний магнітофон записують синусоїдальний або прямокутний сигнал частотою 3150 Гц з рівнем, близьким до номінального. Необхідно зробити три серії по п'ять вимірів: на початку, середині і наприкінці котушки (касети). За результат вимірі кожної серії приймають середнє арифметичне, виведене з свідчення детонометра в цій серії, а за коефіцієнт детонації випробуваного магнітофона – найбільший з усереднених результатів вимірювань трьох серій. Необхідність усереднення результатів вимірів кожної серії пояснюється тим. що при перевазі в спектрі детонації однієї періодичної складової (така ситуації виникає частіше за все в апаратурі низьких класів) її фази при записі і відтворенні можуть збігтися, і це проявиться в заниженні свідчень детонометра. Імовірність такого збігу в серії з п'яти вимірів практично виключена.

Використовувана для вимірювань магнітна стрічка не повинна мати дефектів поверхні і склеювань, так як "випадання" хоча б декількох періодів вимірювального сигналу призводять до зашкалювання приладу. Це пояснюється тим. що "випадання" порушують стабільний запуск одновібратора і призводить до різкої зміни постійної складової на його виході. Нерівномірність АЧХ і коефіцієнт гармонік каналу запису-відтворення магнітофона особливого значення не мають.

Для вимірювання коефіцієнта детонації ЕПП необхідна грамплатівка з записом сигналу частотою 3150 Гц тривалістю не менше 10 с. Можна використовувати вимірювальні платівки ІЗМ33С-000211/212. ІЗМ33Д-0101/0102, ІЗМ0282 (ГОСТ 14761-78).

Хоча вони і не призначені для вимірювання коефіцієнта детонації, серед інших на них є і запис потрібного сигналу. Найбільш точні результати можна отримати при використанні вимірювальних платівок, спеціально призначених для вимірювання коефіцієнта детонації: 33Д-00026469/3-1 (ГОСТ 14761-78) і Змін-0311 (ГОСТ 5289-80). Запис на останній з названих грамплатівок проведена на найбільшому радіусі і, крім того, містить концентричні канавки, що дозволяють встановити платівку на диск ЕПП з мінімальним радіальним биттям. Це важлива перевага, якщо врахувати, що ексцентриситет 1 мм на радіусі 140 мм приводить до збільшення коефіцієнта детонації на 0,1%.

При всіх вимірах слід пам'ятати, що на початковій ділянці (приблизно одна п'ята частина шкали) характеристика детектування нелінійна і свідчення детонометра трохи занижені. Тому для отримання достовірних вимірювань важливо правильно вибрати межа вимірювань перемикачем SA1.

Причину підвищеної детонації можна виявити за її спектру, зіставивши максимуми цього спектру з частотою обертання елементів механізму протягування стрічки магнітофона або механізму привода диска ЕПУ. У найпростішому випадку про спектрі детонації можна судити але коливань стрілки приладу РА1, які свідчать про переважання низькочастотних (з частотою нижче 2 Гц) складових, або за постійності положення стрілки, при переважанні складових з частотою вище 2 Гц. Більш детальний спектральний аналіз можна виконати за осцілограм процесу детонації, підключивши будь-який низькочастотний осцилограф з відкритим входом і вхідним опором не менше 0,5 МОм до відповідного виходу детонометра. Для аналізу осцилограми доцільно скористатися одним з методів, описаних в [4].

м. Київ

М. СУХОВА

ЛІТЕРАТУРА

1. Сухов М. Вимірювання основних параметрів магнітофона. – Радіо, 1981, № 9. з. 29-31.

2. Сухов М. Детонометр. Радіо, 1982, № 1, с.34-37.

3. Сухов М. Детонометр. Радіо, 1982, № 2, с. 38-41

4. Сухов М. Як поліпшити параметри магнітофона – Радіо, 1982, № 5, с. 34-38.

РАДІО № 7, 1984 р., с.40-41

Розміщено на нашому сайті з офіційного дозволу Миколи Сухова.