Средства измерений и контроля ускорения и вибрации
5.2 Цель занятия:познакомится с конструкцией и применением средств измерений и контроля ускорения и вибрации Методические указания 5.3.1 Методы и средства измерений ускорений Ускорения измеряются в метpax на секунду в квадрате (м/с2). В качестве единицы измерения ускорения часто применяют величину, связанную с ускорением земного притяжения — g. Например, ускорение, равное 0,lg; 10g и т.д. Ускорения могут быть линейными и угловыми. Средства измерения ускорений называются акселерометрами. Инерциальный метод основан на измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Принцип действия средств измерений, реализующий инерциальный метод, состоит в следующем (рисунок 5.3.1). Инерционная масса 1, связанная с корпусом прибора 4 с помощью пружины 2 и демпфера 5, может перемещаться в направлении оси 7, называемой осью чувствительности. Перемещение инерционной массы, пропорциональное измеряемому ускорению, преобразуется посредством резистивных, индуктивных или емкостных преобразователей 6 в электрический сигнал, который после усиления в усилителе Упоступает на электромагнит 3. Последний создает усилие F, уравновешивающее инерционную силу max, т.е. F =max, где aх— ускорение.
1 — инерционная масса; 2 — пружина; 3 — электромагнит; 4— корпус прибора; 5 — демпфер; 6— преобразователь; 7 — ось; У— усилитель Рисунок 5.3.1 - схема акселерометра. 5.3.2 Методы и средства измерений вибраций При измерении вибраций всегда участвуют три элемента: вибрирующее звено, исходное (невибрирующее) звено и устройство для измерения движения вибрирующего звена относительно невибрирующего. Средство измерения вибраций носит название виброметр (рисунок 5.3.2, а). Обычно исходное (невибрирующее) звено создается с помощью массы, которая может перемещаться вдоль (или вокруг) оси вибраций. Масса 1 связывается с основанием прибора 4 с помощью пружины 2 и демпфера 3. Преобразователь 5 выдает сигнал смещения корпуса относительно массы 7 в зависимости от параметров массы 1, пружины 2 и демпфера 3. Сигнал может быть пропорциональным относительному перемещению массы 1 и основания прибора 4, относительной скорости или ускорению. Масса 1 виброметра носит название сейсмического элемента, а система, образующаяся из массы 1, пружины 2 и демпфера 3, — сейсмической системы. а — конструкция виброметра (1 — масса; 2 — пружина; 3 — демпфер; 4 — основание прибора; 5 — преобразователь); б — конструкция электромагнитного линейного виброметра (1 — направляющий диск; 2 — ось чувствительности; 3 — жидкость; 4 — опорный стержень; 5 — втулка; 6 — постоянный магнит; 7 — обмотка; 8 — сейсмический элемент; 9 — каркас катушки; 10 — паз; 11 — воздушный зазор; 12 — пружинный мост; 13 — корпус прибора); Рисунок 5.3.2- Средства измерений вибраций .На рисунке 5.3.2, б представлена конструкция электромагнитного линейного виброметра с направляющей опорой для сейсмического элемента. Сейсмический элемент 8 установлен на опорном стержне 4 в вязкой жидкости 3. Направляющий диск 1 втулки 5 с малым трением позволяют перемещаться сейсмическому элементу вдоль оси чувствительности 2. Величина перемещения (вибрации) определяется наведением токов в обмотке 7, постоянным магнитом 6, закрепленным в сейсмическом элементе 8. Виброметр этого типа при объеме 90 см3 и весе 450 г обладает собственной частотой 10 Гц, чувствительностью 0,03 В/(см∙с-2) и диапазоном входных смещений ±0,5 см. Ход занятия 5.4.1. Познакомится с конструкцией и принципом работы приборов 5.4.2. Выполнить схемы, описать конструкцию средств измерений. 5.4.3. Ответить устно на вопрос: 1. Каков принцип действия и устройство приборов? 5.4. 4 Сделать вывод по занятию . ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ Средства измерений и контроля силы и механических характеристик 6.2. Цель занятия:Познакомиться с применением и конструкцией средств измерений для измерения силы и механических характеристик Методические указания Средства измерения, предназначенные для измерения сил, называются динамометрами (силомерами). Принцип действия динамометров основан на использовании деформации упругих тел под действием силы, пьезоэффекта, тензоэффекта, магнитоупругости материалов и др. Динамометры можно классифицировать по принципу действия на механические, гидравлические и электрические. В качестве примера механических динамометров с упругим элементом (рисунок 6.3.1) рассмотрим конструкцию средства измерения силы тяги транспортных средств, усилий свинчивания резьбовых деталей и т. п. Здесь деформация упругого элемента 1 воспринимается стрелочным указателем 2. Малые значения деформаций упругого элемента под действием сил F преобразуются в значительные перемещения стрелки или пера самопишущего устройства.
1 – упругий элемент; 2 – стрелочный указатель Рисунок 6.3.1 – Конструкция динамометра с упругим элементом. Гидравлические динамометры представляют собой устройства, трансформирующие приложенное усилие в гидравлическое давление, измеряемое тем или иным способом. На рисунке 6.3.2 представлена конструкция гидравлического силоизмерителя (месдозы). Сила, воспринимающаяся поршнем 2, через мембраны 1 и 3 трансформируется в давление, измеряемое манометром 6. Механические и гидравлические динамометры отличаются высокой надежностью и простотой конструкции. Они могут работать при отсутствии источников энергии, что делает их удобными для эксплуатации в полевых условиях. К недостаткам относятся: отсутствие возможности использования дистанционной индикации и регистрации показаний, относительно невысокая точность измерения 0,5...2%, трудности измерения малых сил.
1 и 3 – мембрана; 2 – поршень; 4 – полость; 5 – трубопровод; 6 – манометр Рисунок 6.3.2– Конструкция гидравлического силоизмерителя (месдозы) Для измерения массы, усилия, напряжения в большинстве случаев применяют тензометрические (резисторные) и магнитоупругие (магнитоизотропные) преобразователи. Принцип работы таких преобразователей основан на преобразовании усилия в упругую деформацию какого-либо элемента, воспринимающего силовой параметр, и вторичном преобразовании напряженного состояния этого элемента в электрическую величину, которую можно непосредственно измерить. Используют упругие элементы, работающие на сжатие, растяжение, реже на изгиб. Чувствительным элементом тензорезистора (тензодатчика) является металлический проводник, наклеенный на массивную деталь, подвергающуюся механической деформации. По изменению сопротивления тензорезистора в зависимости от прикладываемого усилия судят об измеряемом параметре. Проволочный тензорезистор (рисунок 6.3.3) состоит из проволоки диаметром 0,025... 0,05 мм, уложенной в ряд петель длиной 5... 25 мм и шириной 3... 10 мм. Петли наклеивают на пленку или бумажную прокладку 4 и сверху заклеивают защитной бумажной полоской. Проволочный преобразователь наклеивают на измеряемую поверхность 1, деформирующуюся под действием усилия. Деформация упругого элемента вызывает растяжение (сжатие) проволоки 2 тензорезистора и соответствующее изменение сопротивления тензорезистора. Эта величина снимается и обрабатывается измерительной схемой.
1 – измеряемая поверхность; 2 – проволока; 3 – выводы; 4 – бумажная прокладка. Рисунок 6.3.3 – Схема проволочного тензорезистора Простота конструкции и малые габаритные размеры тензорезисторов позволяют их использовать в труднодоступных местах различных машин и механизмов для определения деформаций. Принцип действия магнитно-анизотропных преобразователей основан на изменении магнитных свойств (магнитной анизотропии) ферромагнитных материалов при их деформации под воздействием механических усилий. Этими свойствами обладают сплавы железа с алюминием, кобальтом, хромом и никелем. Чувствительный элемент преобразователя выполнен в виде прямоугольной плиты (рисунок 6.3.4, а), состоящей из одного или нескольких брусьев сечением 70 х 80 мм. Брусья фиксируются штифтами и стянуты шпильками. Шлифованные рабочие поверхности имеют пазы, разделяющие элемент на секции. В каждой секции по четыре отверстия, в них укладываются первичная и вторичная обмотки. Секции обмоток соединены последовательно; они заливаются жидким компаундом, который затем полимеризуется до эластичного состояния. Шлифованная поверхность чувствительного элемента закрыта прокладкой из ленты повышенной твердости, что защищает ее от повреждений. При отсутствии деформации (рисунок 6.3.4, б) магнитный поток намагничивающей обмотки W1 благодаря изотропным свойствам (по магнитной проницаемости) практически не сцепляется с измерительной двухсекционной обмоткой W2, вследствие чего наводимая в ней электродвижущая сила (эдс) равна нулю. Сжатие преобразователя (рисунок 6.3.4), в приводит к тому, что в плоскости, перпендикулярной действию силы F ≠0, магнитная проницаемость его становится больше, чем в направлении действия силы. В результате этого происходит изменение конфигурации магнитного потока и во вторичной обмотке наводится эдс, пропорциональная приложенному усилию. Магнитно-анизотропные преобразователи отличаются более мощным выходным сигналом, нежели чем в тензометрических (в 106 раз), высокой надежностью, сравнительно низкой точностью измерений (погрешность 3... 5 %). Они нашли применение для контроля сил, действующих на различные механизмы или узлы.
а – расположение обмоток; б – ненагруженное состояние; в – нагруженное состояние Рисунок 6.3.4 – Магнитно-анизотропный преобразователь Моментомеры. Принцип действия моментомеров основан на измерении деформации кручения вала, передающего крутящий момент. Моментомеры можно классифицировать на группы: с предварительным преобразованием в угловое перемещение, с непосредственным преобразованием. Деформацию можно измерять посредством тензорезисторного, индуктивного, магнитоупругого, струнного и других преобразователей. Диапазон измерения моментов для тензорезисторного и магнитоупругих моментомеров находится в пределах 10... 103 Нм, для струнных — 0... 5-106 Нм, для индуктивных — 10-1... 105 Нм с погрешностью измерений 0,2... 1 %.
1 и 9 — диск; 2 — растровые решетки; 3 и 14 — фоторезистор; 4 — усилители; 5 — фазовый детектор; 6— фильтр; 7— показывающее устройство; 8 — выходной вал; 10 — трубка; 11 — упругий торсион; 12 — входной вал; 13 — растр; 15 — осветитель Рисунок 6.3.5 - Схема оптико-электронного моментомера В качестве измерителя угла скручивания при измерении момента при относительно постоянных частотах вращения валов может быть применен оптико-электронный преобразователь (моментомер) (рисунок 6.3.5). Он содержит упругий торсион 11, соединяющий входной 12 и выходной 8 валы. На входной вал 12 установлена жесткая трубка 10, несущая на себе прозрачный диск 9 с растром 13. На выходном валу 8 закреплен диск 1 с аналогичным растром. Между дисками расположен осветитель 15. Оптические растры дисков 1 и 9 взаимодействуют с неподвижными прозрачными растровыми решетками 2 и растром 13. На выходе световых пучков установлены фотоэлементы, фотодиоды или фоторезисторы 3 и 14. При отсутствии крутящего момента с фоторезисторов 3 и 14 на входы усилителей 4 поступают сигналы, частота которых одинакова. При передаче момента торсион деформируется, поворачиваясь на определенный угол, что вызывает отставание фазы напряжения с диска 1 от фазы напряжения с диска 9. Сигналы этих частот после усиления поступают на фазовый детектор 5, к которому через фильтр 6 верхних частот подключено показывающее устройство 7. Ход занятия 6.4.1. Познакомится с конструкцией и принципом действия динамометра с упругим элементом, гидравлического силоизмерителя, тензометрического преобразователя, магнитно – анизотропного преобразователя, моментомера 6.4.2. Выполнить схемы, и описать конструкции устройств 6.4.3. Ответить устно на вопрос: 1. Каково назначение и принцип действия средств измерений? 6.4. 4 Сделать вывод по занятию ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1150)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |