40. Способы преобразования сигнала
Преобразование в измерительных головках реализуется тремя способами.
1. Механизм преобразования содержит только зубчатые механизмы.
2. Преобразование осуществляется рычажно-зуб-чато, т. е. используются оба способа прикрепления измерительных головок к ИП.
3. Преобразование с помощью пружинных прикреплений измерительной головки к измерительному устройству.
Поскольку речь идет о преобразовании одной величины в другую, другого масштаба, то само собой разумеется, что появляется такая характеристика, как передаточная, то есть передаточное число.
Особенностью первого типа преобразований является то, что в них преобразование перемещений может реализоваться в обоих направлениях: при двух других типах это преобразования невозможно.
С этой целью преобразование реализуется в механизм преобразования, так называемый индикатор часового типа.
В зубчатом механизме отношение чисел зубьев колеса, большего по диаметру, к числу зубьев шестерни, меньшей по диаметру, называется передаточным числом.
Если рассмотреть передаточное число, преобразующее малое перемещение в большое, т. е. когда передаточное число u ≥ 1, то для общего случая
где R – длина стрелки от оси поворота до ее свободного конца; φ – величина угла поворота стрелки, градус или радиус; R – перемещение свободного конца стрелки индикатора, градус, мм; l – величина перемещения измерительного наконечника (рейки).
Имеется в виду узел индикатора, перемещение которого при измерениях передается путем преобразования через колесо и шестерни к шкале со стрелкой.
У входного звена, т. е. у гриба, число зубьев обозначим, как z3. Тогда, выразив r как
где m – цена делений, мм; z3 – количество (число) зубьев у входного колеса, у которого радиус равен r, получим:
41. Передаточное число для рычажно-зубчатых индикаторов
Передаточное число для рычажно-зубчатых индикаторов можно вычислить двумя способами:
1)
где I – длина плеча последнего рычага; R – длина плеча первого рычага;
– произведение передаточного числа зубчатых пар;
2)
где I, R – длина плеча последнего и первого рычага соответственно; d3 – d6 – диаметры соответствующих колес в механизме.
Погрешность измерений для рассматриваемого типа преобразования – (0,005—0,015) мм при цене делений 0,01 мм.
Поверка рычажно-зубчатых индикаторов проводится по концевым мерам длины или другим способом.
Передаточное число для рычажно-зубчатых головок определяют по формулам: если головки однооборот-ные (две рычажные и одна зубчатая пары), то
для многооборотных (также две рычажных и одна зубчатая пары)
Величины передаточных чисел кулисных передач.
Наконец, о третьем способе механических преобразований, о преобразовании с пружинным механизмом.
Характерной особенностью этих механизмов является то, что передаточным механизмом измеряемой величины является полоска металлической ленты.
Следовательно, в расчетах используются упругие свойства скрученной пружинной ленты.
Передаточное число измеряется в единицах угловых градусов: град/мкм.
Передаточное число может быть определено двумя способами:
1) теоретически;
2) эмпирически
J – момент инерции поперечного сечения ленты, мм; I– свободная длина свернутой ленты, мм.
42. Приборы времени
Эти приборы в виде различных часов, как и весы, являются первыми известными приборами в истории человечества с незапамятных времен.
Сегодня перечисление только их разновидностей в быту заняло бы не одну страницу.
Приборы времени различают по принципу действия и по назначению.
Их разделяют на следующие классификационные группировки: механические; электромеханические; электронномеханические; атомно-молекулярные; синхронные; часы с непериодическим процессом.
Как видно из вышеприведенного списка, измерение времени проводится маятником в механических часах и временем разрядки или зарядки конденсатора до заданной емкости в электронных. В этом промежутке есть приборы, измеряющие время, которые используют импульсы электрического тока; квантовые свойства вещества; роторы электродвигателей и многое другое.
В каждом случае вопросы точности и погрешности измерений имеют свою специфику. Во всех случаях измерение времени сводится (или исходит) к установлению соответствия между двумя или более системами колебаний.
Поэтому, говоря о метрологических характеристиках часов в первую очередь имеют в виду постоянство частоты колебаний (или автоколебаний), с которым связано измерение: точность измерений задается именно этим постоянством.
Кроме этого, внешнего источника сигнала времени, немаловажна точность колебаний собственной колебательной системы: а это – вопросы проектирования и производства.
Для приборов, предназначенных для показания текущего времени, введен параметр поправки показаний прибора:
U = Т1– Тпр,
в которой Т1 – точное время; Тпр – показания прибора. Это измерение называют суточным ходом прибора.
w = U2 – U1,
для разных часов 180 > w > 10-7c, где U1, U2 – поправки, соответствующие началу первых и следующих суток.
Но суточный ход может отклоняться от правильного (отстать или спешить) или зависеть от вариации (от специфических свойств системы измерения времени (часы: кварцевые, маятниковые, карманные, наручные и прочие)). У каждого прибора имеется своя специфика, следовательно, свой суточный ход.
Для учета роли случайных факторов в отклонении суточного хода l пользуются формулой:
Lk = wk – wср
W1 + W 2 + … + Wn
где
—средний суточный ход за n – суток; Ik – отклонение суточного хода за К-ные сутки.
Если w < 0 – часы спешат; w > 0 – часы отстают.
43. Приборы времени специального назначения
Для оперирования в быту и решения технических вопросов параметры U, w оказываются достаточными. Но там, где требуется наибольшая точность (астрономия, авиация, ВМФ, мореходство и др.) пользуются и другими параметрами.
В их основе – вариация.
V = w2– w1,
где w2, w1 – суточные ходы для следующих одни за другими суток; V – отклонение.
Ik = wk – wcp
где Ik – отклонения суточного хода за К-ые сутки; К = 1, 2,..., n; wcp – средний суточный ход за n суток.
Поправка U определяется по эталонным часам: без этого параметра рассчитать величины w, Ik невозможно.
На точность часов также влияет температура среды, которая характеризуется коэффициентом С; из-за этого явления возникает вторичная ошибка S.
Коэффициент С и его последствие – ошибка S – вычисляются по формулам:
В этих формулах цифры в индексах показывают сутки, для которых определены коды приборов.
Коэффициент температурного расширения зависит от технических свойств материала, от самой конструкции прибора и находится в границах
0,0005 ≤ C ≤0,5,
измеряется в с/град.
Следующая характеристика приборов времени – это барометрический коэффициент.
где w1, w2 – суточные ходы часов при соответствующих давлениях p1, p2.
Обычно 0,01 < К < 0,25 (с) на изменение давлений 1 мм рт. ст.
Причина в том, что как выше было отмечено, для работы приборов времени источником первичного толчка служит внешний сигнал: колебательные системы этого источника и своя собственная, определяют разрешительную способность прибора.
44. Приборы для измерения параметров движения
Рассмотрим такие параметры движения, как скорость, ускорение, угловые скорость и ускорение.
Для измерения скорости поступательного перемещения достаточно знать длины пути и времени. Тогда средняя скорость:
где ΔS – длина пути; Δt – промежуток времени.
Погрешность измерений, само собой разумеется, складывается из погрешностей измерений перемещений и времени
Измерение ускорения при поступательном перемещении измеряется точно так же:
Погрешность измерения ускорений также определяется погрешностями, допущенными при измерении величины перемещения и времени, затраченного на это перемещение.
Для измерения скорости перемещения поступательного движения часто пользуются приборами, которые преобразуют угловую скорость в линейную.
Сперва разберемся с угловой скоростью: это измерение угла поворота х за время Δt; эту величину называют средней угловой скоростью.
Если взять производную по времени, то получим угловое ускорение.
Для измерения линейной скорости применяются различные приборы с электрическими датчиками. Наиболее надежными из них являются приборы с индукционными датчиками: чувствительность – 0,07 мА/мм; погрешность – 12 мм при при 1 см/с.
Для измерения угловых скоростей применяются различные тахометры: механические, гидравлические, магнитные, электрические (обоих типов тока), импульсные и др.
Для измерения линейных ускорений при поступательном движении применяют акселерометры; наибольшей точностью из них обладают те, у которых имеются индуктивные датчики.
Для измерения угловых ускорений используют инерционные приборы с упругим стержнем, с инерционным диском и пружиной.
Перемещения в виде смещений и все другие параметры движения имеют место также при вибрации. Измеряются также частота и амплитуда вибраций, а также фаза, с этой целью применяются виброметры.
45. Измерение сил, моментов и напряжения
Общие методы измерения этих величин следующие.
1. Измерение проводится непосредственно путем обеспечения прямого контакта прибора с измеряемой величиной.