Способи вимірів силових характеристик. Засоби та методи проведення вимірювання сили

Визначення сили у неявній формі міститься у трьох законах руху Ньютона.

1. Будь-яке тіло перебуває у стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки які сили не виведуть його з цього стану.

2. Нічим не врівноважена сила повідомляє тілу прискорення у тому напрямі, де вона діє. Це прискорення пропорційно силі і обернено пропорційно масі тіла.

3. Якщо тіло Адіє з деякою силою на тіло В, те тіло Вдіє з такою ж, але протилежно спрямованою силою на тіло А.

За підсумками другого закону Ньютона визначають одиницю сили як добуток маси на прискорення (F = ma). Існує й інше формулювання другого закону Ньютона. Кількість руху тіла дорівнює твору його маси на швидкість його руху, так що ma- Це швидкість зміни кількості руху. Сила, що діє на тіло, дорівнює швидкості зміни його кількості руху. Існують різні способи вимірювання сили. Іноді для цього достатньо врівноважити силу вантажем або визначити, наскільки розтягує пружину. Іноді сили можна обчислити з інших спостережуваних величин, наприклад прискорень, при розгляді стрибків або метань снарядів. В інших випадках найкраще використовувати один із численних електричних приладів, відомих під назвою механоелектричних перетворювачів. Ці прилади під дією прикладених сил генерують електричні сигнали,

які можна посилити та зареєструвати у вигляді будь-якого запису та перетворити на величини сили.

Сила дії людини залежить від стану даної людини та її вольових зусиль, тобто прагнення виявити ту чи іншу величину сили, зокрема, максимальну силу, а також від зовнішніх умов, зокрема, від параметрів рухових завдань, наприклад, суглобових кутів у біоцепях тіла .

Від рівня розвитку силових якостей залежать досягнення практично у всіх видах спорту, і тому методам контролю та

вдосконалення цих параметрів приділяється значну увагу.

Способи вимірювання сили

Методи контролю силових якостей мають давню історію.

Перші механічні пристрої, призначені для виміру сили людини, було створено ще XVIII в. При контролі силових якостей зазвичай враховують три групи показників.

1. Основні: а) миттєві значення сили у будь-який момент руху (зокрема, максимальна сила); б) середня сила.

2. Інтегральні, такі як імпульс сили.

3. Диференціальні, наприклад, градієнт сили.

Максимальна силадуже наочна, але у швидких рухах порівняно погано характеризує їхній кінцевий результат (наприклад, кореляція максимальної сили відштовхування і висоти стрибка може бути близька до нуля).

Відповідно до законів механіки кінцевий ефект дії сили,

зокрема, зусилля, досягнуте внаслідок зміни швидкості руху тіла, визначається імпульсом сили. Якщо сила стала, то імпульс- це добуток сили на час її дії ( Si = F ·∆t). В інших умовах, наприклад, при ударних взаємодіях розрахунки імпульсу сили проводяться шляхом інтегрування, тому показник називається інтегральним. Таким чином, найбільш інформативний імпульс сили при

контролі ударних рухів (у боксі, по м'ячу тощо).

Середня сила- Це умовний показник, рівний приватному від розподілу імпульсу сили на час її дії. Введення середньої сили дорівнює припущенню, що на тіло протягом того ж часу діяла постійна сила (рівна середньої).

Розрізняють два способи реєстрації силових якостей:

1) без вимірювальної апаратури (у цьому випадку оцінка рівня силової підготовленості проводиться за тією максимальною вагою, яка здатна підняти або утримати спортсмена);

2) з використанням вимірювальних пристроїв – динамометрів

чи динамографів.

Усі вимірювальні процедури проводяться з обов'язковим

дотриманням загальних контролю фізичної підготовленості

метрологічних вимог. Необхідно також суворо

дотримуватись специфічних вимог до вимірювання силових

1) визначати та стандартизувати у повторних спробах

становище тіла (суглоба), у якому проводиться вимір;

2) враховувати довжину сегментів тіла при вимірі моментів

3) враховувати напрямок вектора сили.

Контроль силових якостей без вимірювальних пристроїв. У масовому спорті рівень розвитку силових якостей часто судять за результатами змагальних чи тренувальних вправ. Існує два способи контролю: прямий та непрямий. У першому випадку максимум сили відповідає тій найбільшій вазі, яку може підняти спортсмен у технічно порівняно простому русі (наприклад, жимі штанги лежачи). У другому випадку вимірюють не так абсолютну силу, скільки швидкісно-силові якості або силову витривалість. Для цього використовують такі вправи, як стрибки у довжину та висоту з місця, метання набивних м'ячів, підтягування тощо.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.Allbest.ru/

Вступ

1. Загальні відомості про вимірювану величину

2. Огляд методів вимірюваної величини

3. Опис індуктивного перетворювача

3.1 Похибки індуктивних перетворювачів

3.2 Вимірювальні ланцюги індуктивних перетворювачів

4. Розрахунок основних параметрів перетворювача

5. Розрахунок мостової схеми

6. Визначення похибки індуктивного перетворювача

Висновок

Список літератури

Вступ

Вимірювальні перетворювачі є технічні пристрої, які здійснюють перетворення величин і утворюють канал передачі вимірювальної інформації. При описі принципу дії вимірювального пристрою, що включає послідовний ряд вимірювальних перетворювачів, часто представляють його у вигляді функціональної блок-схеми (вимірювального ланцюга), де відображають функції окремих його частин у вигляді символічних блоків, пов'язаних між собою.

Основні характеристики вимірювального перетворювача – це функція перетворення, чутливість, похибка.

Вимірювальні перетворювачі можна умовно розбити на три класи: пропорційні, функціональні та операційні.

Пропорційні призначені для такого відтворення вхідного сигналу у вихідному сигналі. Другі – для обчислення деякої функції від вхідного сигналу; треті - для отримання вихідного сигналу, що є вирішенням певного диференціального рівняння. Операційні перетворювачі є інерційними, оскільки вони значення вихідного сигналу будь-якої миті часу залежить від значення вхідного у той самий час. Але й від його значень у попередні моменти часу.

При проектуванні спеціалізованого нестандартного засобу вимірювання слід враховувати суттєві організаційно-технічні форми контролю, масштаб виробництва, характеристики об'єктів, що вимірюваються, необхідну точність вимірювання та інші техніко-економічні фактори.

У нашому випадку проводиться проектування лише перетворювача і тому частиною цих факторів можна знехтувати. Нам важлива лише необхідна точність виміру заданого параметра. Будь-яка вимірювальна задача починається з вибору первинного перетворювача - «датчика», здатного перетворити вихідну інформацію (будь-який вид деформації, кінематичний параметр руху, температурні зміни тощо) у сигнал, що підлягає подальшому дослідженню. Первинний перетворювач є початковою ланкою вимірювальної системи. Перетворювачем у цій роботі є індуктивний перетворювач.

1 . Загальнівідомостіпровимірюваноївеличині

Сила - векторна фізична величина, що є мірою інтенсивності на дане тіло інших тіл, а також полів. Прикладена до масивного тіла сила є причиною зміни його швидкості або виникнення деформацій і напруг.

Сила як векторна величина характеризується модулем, напрямом та точкою докладання сили. Також використовується поняття лінія дії сили, що позначає пряму, що проходить через точку докладання сили, уздовж якої спрямована сила.

За одиницю сили в СІ прийнято Ньютон (Н). Ньютон - це сила, яка надає масі 1 кг у напрямі дії цієї сили прискорення 1 м/с2.

У технічних вимірах допускаються одиниці сили:

· 1 кгс (кілограм-сила) = 9,81 Н;

· 1 тc (тонна-сила) = 9,81 х 103 Н.

Силу вимірюють за допомогою динамометрів, силовимірювальних машин та пресів, а також навантаженням за допомогою вантажів та гир.

Динамометри – прилади, що вимірюють силу пружності.

Динамометри бувають трьох типів:

· ДП - пружинні,

· ДГ - гідравлічні,

· ДЕ – електричні.

За способом реєстрації вимірюваних зусиль динамометри поділяють на:

· Вказівні - застосовують головним чином для вимірювань статичних зусиль, що виникають у конструкціях, встановлених на стендах, при додатку до них зовнішніх сил та для вимірювання сили тяги при плавному пересуванні виробу;

· Вважають і пишучі динамометри, що реєструють змінні зусилля, застосовують найчастіше при визначенні сили тяги паровозів і тракторів, так як внаслідок сильної тряски та неминучих ривків при прискоренні їх руху, а також нерівномірності завантажень виробу створюються змінні зусилля.

Найбільшого поширення мають динамометри загального призначення пружинні, що вказують.

Основні параметри та розміри динамометрів загального призначення, пружинних зі шкальним відліковим пристроєм, призначених для вимірювань статичних зусиль, що розтягують, встановлює ГОСТ 13837.

Межі вимірювань та похибка динамометра повинні визначатися одним із двох способів:

· Розрахунковим,

· За таблицями ОСТ 1 00380.

Робочі засоби вимірювань, що застосовуються в силовимірювальних системах, наведені в ОСТ 100380.

Існують різні види сил: гравітаційні, електромагнітні, реактивні, ядерні, слабкі взаємодії, сила інерції, сила тертя та інші. Сили необхідно вимірювати в широкому діапазоні - від 10 -12 Н (Ван-дер - сили Ваальса) до 10Н (сили удару, тяги). З малими силами мають справу при наукових дослідженнях, при випробуванні точних датчиків сили в системах управління та ін. Сили від 1Н до 1МН характерні для випробувальної техніки та щодо зусиль у транспортних засобах, прокатних верстатах та інше. У деяких галузях машинобудування, сталепрокатної та аерокосмічної техніки необхідно вимірювати сили до 50-100 МН. Похибки вимірювань сили та моментів при технічних вимірах становлять 1-2%. До вимірювання сили зводиться вимірювання таких фізичних величин, як тиск, прискорення, маса, похибка вимірювання яких у багатьох випадках має перевищувати 0,001%.

2 . Оглядметодіввимірюваноївеличини

У сучасній техніці широко застосовуються виміри неелектричних величин (температури, тиску, зусиль та ін.) електричними методами. Найчастіше такі виміри зводяться до того що, що неелектрична величина перетворюється на залежну від неї електричну величину (наприклад, опір, струм, напруга, індуктивність, ємність тощо.), вимірюючи яку, отримують можливість визначити неелектричну величину.

Пристрій, що здійснює перетворення неелектричної величини електричну, називається датчиком. Датчики поділяються на дві основні групи: параметричні та генераторні. У параметричних датчиках неелектрична величина викликає зміну будь-якого електричного або магнітного параметра: опору, індуктивності, ємності, магнітної проникності та ін. Залежно від принципу дії ці датчики поділяються на датчики опору, індуктивні, ємнісні та ін.

Пристрої для вимірювання різних неелектричних величин електричними методами широко застосовують е.п.с. та тепловозах. Такі пристрої складаються з датчиків, якого-небудь електровимірювального приладу (гальванометра, мілівольтметра, міліамперметра, логометра тощо) і проміжної ланки, яка може включати електричний міст, підсилювач, випрямляч, стабілізатор та ін.

Зміна сили методом урівноважування

Метод заснований на врівноважуванні вимірюваної сили силою, що створюється зворотним електромеханічним перетворювачем, найчастіше магнітоелектричним, а також силою реакції, що виникає в динамічній системі. До таких сил відносяться відцентрова сила, сила інерції при коливальному русі, гіроскопічний момент.

Перспективним способом створення високоточних засобів вимірювань великих сил (від 105Н і більше) є застосування електродинамічних обернених перетворювачів сили з надпровідними обмотками, які дозволяють відтворювати сили до 107-108Н з похибкою 0,02-0,05%.

Гіроскопічний метод вимірювання сил заснований на вимірюванні кутової швидкості прецесії рамки гіроскопа, що виникає під впливом гіроскопічного моменту, що врівноважує момент, що вимірюється або момент, створюваний вимірюваною силою. Цей метод знайшов застосування у вагомірній техніці.

Сила реакції однозначно визначається геометрією системи, масами клинів та частотою їх обертання. Таким чином, при незмінних параметрах вимірювального пристрою вимірювана сила Fx визначається частотою обертання двигуна.

Силовий метод

Заснований в залежності від сили або моменту сил, що розвиваються непружним або пружним чутливим елементом, від прикладеного тиску. За цим методом будуються два різновиди приладів та датчиків тиску:

Силові датчики прямого перетворення, в яких сила, що розвивається чутливим елементом, перетворюється за допомогою електричного перетворювача в електричну величину

Прилади та датчики з силовою компенсацією, в яких сила, що розвивається чутливим елементом, врівноважується силою, що створюється елементом, що компенсує. Залежно від типу компенсуючого пристрою вихідним сигналом може бути сила струму, лінійне або кутове переміщення.

Вимірювання сили, механічної напруги

Датчики сили можна розділити на два класи: кількісні та якісні.

Кількісні датчики вимірюють силу та становлять її значення в електричних одиницях. Прикладами таких датчиків є динамометричні елементи та тензодатчики.

Якісні датчики - це порогові пристрої, функція яких полягає не в кількісному визначенні значення сили, а в детектуванні перевищення заданого рівня прикладеної сили. Тобто, у першому випадку йдеться про вимір, а у другому випадку – про контроль сили або механічної напруги. Прикладами таких пристроїв є, наприклад, тензодатчики та клавіатура комп'ютера. Якісні датчики часто використовують для детектування руху та положення об'єктів.

Методи вимірювання сили можна поділити на такі групи:

* врівноваження невідомої сили силою тяжкості тіла відомої маси;

* Вимірювання прискорення тіла відомої маси, до якого докладено зусилля;

* врівноваження невідомої сили електромагнітним зусиллям;

* перетворення сили в тиск рідини та вимірювання цього тиску;

* Вимірювання деформації пружного елемента системи, викликаної невідомою силою.

У більшості датчиків немає прямого перетворення сили в електричний сигнал. Для цього зазвичай потрібно кілька проміжних етапів. Тому, зазвичай, датчики сили є складовими пристроями. Наприклад, датчик сили часто є комбінацією перетворювача сили в переміщення і детектора положення (переміщення). Принципи побудови терезів зводяться до вимірювання сили. Прикладена сила впливає на первинний перетворювач (датчик), що складається з пружного елемента та перетворювача деформації, механічно пов'язаного з пружним елементом і перетворює цю деформацію електричний сигнал.

В даний час у ваговій техніці знайшли застосування такі типи перетворювачів:

1. Реостатні перетворювачі. Робота їх полягає в зміні опору реостата, двигун якого переміщається під впливом сили.

2. Дротові перетворювачі (тензоопір). Робота їх заснована на зміні опору дроту за її деформації.

4. Індуктивні перетворювачі. Зміна індуктивності перетворювача від зміни становища однієї з його елементів під впливом вимірюваної величини. використовується для виміру сили, тиску, лінійного переміщення деталі.

5. Ємнісні перетворювачі. Зміна ємності перетворювача під дією неелектричної величини, що вимірюється: сили, тиску лінійного або кутового переміщення, вмісту вологи і т.д.

Генераторні перетворювачі за принципом роботи поділяються на групи:

1. Індукційні перетворювачі. Робота їх заснована на перетворенні вимірюваної неелектричної величини, наприклад швидкості, лінійних або кутових переміщень, індуковану е.д.с.

3. П'єзоелектричні перетворювачі. П'єзоелектричний ефект, тобто. виникнення е.д.с. в деяких кристалах під дією механічних сил використовується для вимірювання цих сил, тиску та інших величин.

3 . Описіндуктивногоперетворювача

У технічних та наукових вимірах неелектричних величин широко застосовуються індуктивні перетворювачі, що належать до групи параметричних датчиків. Вони відрізняються конструктивною простотою, надійністю та малою вартістю. До того ж, для своєї роботи вони не вимагають складного вторинного обладнання.

Індуктивний перетворювач є дросель, індуктивність якого змінюється під дією вхідної (вимірюваної) величини. У вимірювальній техніці використовуються конструкції перетворювача зі змінним повітряним зазором і соленоїдні (або плунжерні) перетворювачі, які вивчаються в даній роботі.

Індуктивний перетворювач із змінним повітряним зазором схематично показаний на рис. 1. Він складається з П-подібного магнітопроводу 1, на якому розміщена котушка 2, і рухомого якоря 3. При переміщенні якоря змінюється довжина повітряного зазору і, отже, магнітний опір. Це викликає зміну магнітного опору та індуктивності перетворювача L. При деяких припущеннях індуктивність перетворювача можна розрахувати за формулою (1):

Рис. 1. Конструкція індуктивного перетворювача зі змінним повітряним зазором (1 - П-подібний магнітопровід, 2 - котушка, 3 - якір): а) одинарний перетворювач; б) диференціальний перетворювач

де w - число витків котушки, µ про = 4 10 7 Гн/м - магнітна постійна, µ - магнітна стала сталі, - площа перерізу магнітного потоку в повітряному зазорі, - середня довжина магнітної силової лінії по сталі.

Одинарні індуктивні перетворювачі мають ряд недоліків, зокрема їхня функція перетворення нелінійна, вони можуть мати велику адитивну похибку, спричинену температурною зміною активного опору обмотки, та ряд інших.

Цих недоліків позбавлені диференціальні перетворювачі, які є двома одинарними перетворювачами, що мають загальний якір. На рис. 1б показаний диференціальний індуктивний перетворювач, що складається із двох перетворювачів, показаних на рис. 1а.

При переміщенні якоря, наприклад, вліво, індуктивність L збільшується, а інша індуктивність L2 зменшується.

Рис. 2. Конструкція індуктивного плунжерного перетворювача (1 – котушка, 2 – плунжер): а) одинарний перетворювач; б) диференціальний перетворювач

Іншим різновидом індуктивних перетворювачів є плунжерні перетворювачі. На рис. 2а показаний одинарний плунжерний перетворювач, який є котушкою 1, з якої може висуватися феримагнітний сердечник 2 (плунжер). При середньому положенні плунжера максимальна індуктивність.

Диференціальний перетворювач, що складається із двох одинарних перетворювачів плунжерного типу, схематично зображений на рис. 2б. 3десь при переміщенні плунжера одна індуктивність зменшується, а інша збільшується.

При використанні індуктивних перетворювачів як вихідний величини зазвичай використовується не індуктивність як така, а реактивний опір перетворювача Z, який, якщо знехтувати активною складовою, дорівнює Z = jwL.

3.1 Похибкиіндуктивнихперетворювачів

Похибки індуктивних перетворювачів здебільшого обумовлені зміною активної складової їх опорів. Ця похибка адитивна та зменшується у разі застосування мостових схем. Крім того, при зміні температури змінюється магнітна проникність сталі, що призводить до додаткової зміни адитивної та мультиплікативної похибок. Зміни напруги живлення та його частоти також спричиняють зміни чутливості та появи мультиплікативних похибок.

Серед похибок індуктивних датчиків можна виділити такі:

1.1) Похибка, зумовлена ​​температурним режимом. Ця похибка відноситься до випадкових і повинна оцінюватися перед тим, як датчик почне працювати. Похибка відбувається через те, що певні параметри складових частин датчика залежать від температури і при досить сильному відхиленні від норми в той чи інший бік, похибка може бути дуже значним.

1.2) Похибка, обумовлена ​​дією сили тяжіння якоря

1.3) Похибка лінійності функції перетворення

При роботі індуктивних перетворювачів в мостових схемах виникає похибка обумовлена ​​нестабільністю напруги та частоти живлення моста, а також зміною форми кривої напруги живлення. Для поліпшення властивостей індуктивних ІП використовуються диференціальні перетворювачі (їх конструкція вказана на рис. 1б). Диференціальні перетворювачі дозволяють суттєво зменшити похибки, підвищити чутливість та збільшити лінійну ділянку характеристики.

3.2 Вимірювальніланцюгиіндуктивнихперетворювачів

Мости для вимірювання індуктивності та добротності котушок індуктивності. Котушка індуктивності, параметри якої вимірюються, включається в одне з плечей чотириплечого мосту, наприклад в перше плече:

Щоб міст можна було врівноважити, принаймні, одне з плеч, що залишилося, повинно містити реактивність у вигляді індуктивності або ємності.

Перевагу надають ємності, т.к. котушки індуктивності за точністю виготовлення поступаються конденсаторам, а коштують значно дорожче. Схему такого мосту показано на рис. 3

Рис. 3. Міст для вимірювання параметрів котушок індуктивності

При рівновазі моста, згідно з загальним рівнянням рівноваги, справедливо. Прирівнявши окремо дійсні та уявні частини, отримаємо дві умови рівноваги:

Врівноважується такий міст регулюванням та. Значення пропорційно до індуктивності, а - добротності вимірюваної котушки. Недолік розглянутої схеми – погана збіжність моста при вимірі параметрів котушок із низькою добротністю. Якщо Q = 1, процес урівноваження вже утруднений, а за Q< 0,5 уравновешивание моста практически невозможно.

вимірювальна сила індуктивний перетворювач

4 . Розрахунокосновнихпараметрівперетворювача

Потрібно розробити датчик, для якого дано такі характеристики засобу вимірювання:

Вимірювана величина: сила;

Значення параметра, що вимірюється: 70-120 кН;

Похибка виміру: 0,25%

Вид вихідного сигналу: електричний сигнал

Перетворювач: індуктивний

Для нашої курсової роботи вибираємо індуктивний одинарний перетворювач зі змінним повітряним зазором, так як для нього характерні вимірювання в межах від 0,01 до 10 мм, що дозволяє виконати вимірювання заданого параметра.

Зобразимо структурну схему даного пристрою на малюнку 4. Вихідний сигнал отримуємо у вигляді змінної напруги, що знімається з опору навантаження R Н включеного в ланцюг поміщеної на сердечнику 1 обмотки 2. Живлення здійснюється змінною напругою U. Під дією вхідного сигналу переміщається якір 3 і змінює зазор:

Рис. 4 - Одинарний індуктивний перетворювач зі змінним повітряним зазором

Розрахуємо основні параметри каркаса датчика, що розробляється:

Матеріал - прецизійний сплав 55 ВТЮ;

Коефіцієнт Пуассона – 0,295;

Модуль пружності - 11 * Н / = 1,1209 * кгс /;

Нехай радіус мембрани;

24,77 МПа = 2,43 кгс;

42,46 МПа = 4,17 кгс.

Розрахуємо товщину мембрани за формулою (2)

h = 0,0408 см;

За формулою (3) визначимо мінімальний та максимальний прогин мембрани

Р = 0,044 см;

Р = 0,076 см;

За формулою (4) розрахуємо індуктивність за максимального прогину мембрани.

Площа перерізу повітряного зазору;

Магнітна проникність повітря;

Змінна площа повітряного зазору.

Отримані дані представимо в таблиці 1 і відобразимо на графіку залежність (Р) (рисунок 5) та залежність L (Р) (рисунок 6):

Таблиця 1

Розрахунок індуктивного перетворювача

Рис. 5 - Залежність (Р)

Рис. 6 - Залежність L(Р)

5 . Розрахунокбруківкасхеми

Міст Максвелла - Вина зображений на малюнку (3)

Приймемо = 800 Ом;

Обчислимо при мінімальному та максимальному значенні індуктивності.

6 . Визначенняпохибкиіндуктивногоперетворювача

Інформативна здатність індуктивного датчика значною мірою визначається його похибкою перетворення параметра, що вимірюється. Сумарна похибка індуктивного датчика складається з великої кількості складових похибок, таких як похибка від нелінійності характеристики, температурна похибка, похибка від впливу зовнішніх електромагнітних полів, похибка від магнітопружного ефекту, похибка від сполучного кабелю та інші.

За довідковими даними похибка амперметра становить 0,1%, похибка моста дорівнює 0,02%.

0,25 - (0,02 + 0,1) = 0,13%;

Похибка індуктивного датчика визначається за такою формулою (1):

Знайдемо потрібні змінні.

0,065 * 24,77 = 1,61 МПа;

169,982 мГн.

Підставляємо отримані дані у вираз (6) і знаходимо похибку індуктивного датчика:

Порівняємо отриману похибку із заданою

0,23% < 0,25%

Таким чином, отримана похибка не більша за задану, тому робимо висновок про те, що розроблена система задовольняє поставленим вимогам.

Висновок

Курсова робота була присвячена розробці методу вимірювання сили за допомогою індуктивного перетворювача, що відповідає вимогам технічного завдання. У ході проектування було вивчено різноманітні методи вимірювання сили, на основі яких розроблявся отриманий метод вимірювання даного параметра.

Був виконаний огляд методів вимірювання сили, обраний відповідний метод у діапазоні, що вимірюється, розраховані основні параметри перетворювача, розрахована похибка отриманого методу вимірювання сили.

Таким чином, у процесі виконання курсової роботи були виконані всі пункти технічного завдання та розроблено метод вимірювання відповідного параметра, що відповідає пред'явленим до нього вимогам.

переліклітератури

1. Мейзда Ф. Електронні вимірювальні прилади та методи вимірювання: Пер. з англ. М.: Світ, 1990. – 535 с.

2. Бріндлі К.Д. Вимірювальні перетворювачі. М: Електр, 1991. - 353 с.

3. Спектор С.А. Електричні виміри фізичних величин: Методи вимірів: Навчальний посібник для вузів. Л.: Вища школа, 1987. - 320 с.

4. Левшина О.С. Електричні виміри фізичних величин. М: Мир, 1983 - 105 с.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Розробка вимірювального каналу контролю фізичного параметра технологічної установки: вибір технічних засобів вимірювання, розрахунок похибки вимірювального каналу, дросельного пристрою, витратомірних діафрагм та автоматичного потенціометра.

курсова робота , доданий 07.03.2010


Мостовий та непрямий методи для вимірювання опору постійного струму. Резонансний, мостовий та непрямий методи для вимірювання параметрів котушки індуктивності. Розв'язання задачі щодо вимірювання параметрів конденсатора з використанням однорідного моста.

контрольна робота , доданий 04.10.2013


Особливості вимірювання сили струму в ланцюзі за допомогою амперметра. Методика розрахунку сили струму в нерозгалуженій частині електричного кола за першим законом Кірхгофа, перевірка його правильності. Аналіз абсолютної та відносної похибок параметрів ланцюга.

лабораторна робота, доданий 12.01.2010


Основні типи, пристрій, принцип дії датчиків, які застосовуються вимірювання тиску. Їх переваги та недоліки. Розробка п'єзоелектричного перетворювача. Елементи його структурної схеми. Розрахунок функцій перетворення, чутливість приладу.

курсова робота , доданий 16.12.2012


Вибір вимірювального пристрою для допускового контролю параметрів. Визначення довірчих меж невиключеної довірчої похибки результату виміру. Призначення та принцип дії цифрових універсальних вольтметрів та їх складових частин.

курсова робота , доданий 14.04.2019


Пристрої вимірювання рівня освітленості. Розробка методики виміру. Визначення освітлення за допомогою селенового фотоелемента. Вимірювання освітленості люксметр Ю117. Визначення похибки вимірів. Область застосування та робота приладу.

курсова робота , доданий 05.05.2013


Класифікація засобів вимірювань та визначення їх похибок. Розгляд законів Ньютона. Характеристика фундаментальних взаємодій, сил тяжіння та рівнодії. Опис призначення гравіметрів, динамометрів, приладу для вимірювання сили стиснення.

курсова робота , доданий 28.03.2010


Прямі та непрямі вимірювання напруги та сили струму. Застосування закону Ома. Залежність результатів прямого та непрямого вимірів від значення кута повороту регулятора. Визначення абсолютної похибки непрямого виміру величини постійного струму.

лабораторна робота , доданий 25.01.2015


Магнітоелектричні вимірювальні механізми. Метод непрямого виміру активного опору до 1 Ом та оцінка систематичної, випадкової, складової та загальної похибки вимірювання. Засоби виміру неелектричної фізичної величини (тиску).

курсова робота , доданий 29.01.2013


Параметри та характеристики тензорезисторів, перетворення деформації. Розрахунок функції та коефіцієнта передачі з урахуванням впливу кінцевих та контактних ділянок. Визначення параметрів вимірювального модуля. Транспортування, монтаж та зберігання пристрою.

Силою називаютькількісну характеристику процесу взаємодії об'єктів (наприклад, сила тертя).

Поняття «маса» характеризує інерційність об'єктів та його гравітаційну здатність.

У вимірах, як правило, не роблять відмінності між масою (кількістю речовини) і вагою - силою тяжіння тіла Землею (гравітаційною силою), тому для вимірювання сили та маси-ваги застосовують одні й ті самі методи вимірювання.

Прилади для вимірювання маси за гравітаційною здатністю об'єкта називають вагами. Вимірювання сили здійснюють за допомогою динамометрів. Поділ засобів вимірювань сили на ваги та динамометри обумовлено тим, що напрямок вектора гравітаційної сили строго визначений у просторі. Цю обставину враховують при конструюванні засобів вимірювань гравітаційної сили, а також під час підготовки ваги до роботи. Зокрема, в конструкції терезів передбачають рівні та виска, що дозволяють встановити їх у горизонтальне положення з необхідною точністю. Робоче положення динамометрів може бути будь-яким – головне, щоб лінія вимірювання збігалася із напрямком вектора сили. За умови дотримання цієї умови ваги можуть бути використані для вимірювання негравітаційної сили, а динамометри – для визначення ваги. Таким чином, поділ засобів вимірювань сили на ваги та динамометри визначається їх призначенням.

Вимірювання сили.У випадку динамометри складаються з перетворювача сили – пружно деформируемого елемента, перетворювача деформації за необхідності, і показує приладу.

Динамометри (динамометр від грецького dynamis – сила та метр) виготовляють трьох типів: ДП – пружинні, ДГ – гідравлічні, ДЕ – електричні.

Різноманітність конструкцій пружних елементів можна класифікувати залежно від виду реалізованої деформації: деформації стиснення або розтягування, що використовують, деформацію вигину, деформацію зсуву і змішану деформацію (рис.61)

Динамометричні пружини розтягування або стиску зазвичай виконані у вигляді суцільного або порожнього циліндра, іноді у вигляді стрижня прямокутного перерізу (від 10 кН до 1 МН).

Рис.61. Перетворювачі сили в деформацію: а) стиснення, б) вигину, в) зсуву, г) змішану

Деформація вигину реалізується також у пружних елементах, виконаних у вигляді системи з радіально розміщених балок, кілець, мембран, рами тощо. (Від 10 Н до 10 кН - робочі засоби). Для кільцевих елементів до 2 МН.

Динамометри зі складним пружним елементом (рис. 3г) покликані наблизити характеристику перетворення до лінійної та широко застосовуються як робочі та еталонні засоби вимірювання.

Механічні динамометри застосовують лише вимірювання статичних сил. Деформацію чутливого елемента (0,1-2 мм) вимірюють індикатором годинного типу або індикаторною головкою. Механічні динамометри випускаються серійно для навантажень до 10 МН. Клас точності сягає 0,1 – 2%.

Для пружних елементів великої жорсткості (стрижневих) застосовують тензорезисторні та струнні перетворювачі деформації в електричний сигнал. При малій жорсткості (кільцеві, пружні балкові елементи) застосовні ємнісні, індуктивні та інші перетворювачі.

Серед електричних динамометрів найбільше значення мають тензорезисторні. Діапазон їх застосування від 5 Н до 10 МН та більше. Чутливий елемент таких динамометрів виконують у вигляді стрижня, труби, радіально навантаженого кільця, здвоєної балки, консольної торсійної балки та ін. Тензорезисторні динамометри придатні як статичних, так динамічних вимірів.

У струнні динамометри застосовують струнний тензометр. Чутливим елементом є феромагнітна струна, розташована вздовж осі пружного порожнистого циліндра та пов'язана з ним двома площинами. При додатку до циліндра навантаження внаслідок його деформації одночасно змінюється натяг струни та частота її коливань, що збуджуються електромагнітом. Власна частота коливань впливає значення напруги на висновках вимірювальної котушки і є мірою навантаження. Діапазон сил від 200 Н до 5 МН. Клас точності 1%.

При вимірі великих навантажень (до 50 МН) знаходять застосування магнітоупругие перетворювачі.

В основі магнітопружних динамометрів – феромагнітні матеріали (наприклад, залізонікелеві сплави), які змінюють свою магнітну проникність у напрямку дії на них сили розтягування або стиснення. Магнітопружний динамометр може бути виконаний у вигляді котушки із замкненим сердечником з магнітом'якого матеріалу. p align="justify"> Зміна індуктивності, що виникає при навантаженні, може бути виміряно електричними методами (рис. 62). Клас точності магнітопружних динамометрів від 0,1 до 2%.

Рис. 62. Схема включення магнітопружного динамометра

П'єзоелектричні динамометри застосовують для вимірювання динамічних та квазістатичних сил (непридатні для статичних сил). Клас точності 1%.

Дія сили може бути перетворена на зміну тиску (гідравлічні динамометри). Гідравлічна система вимірювання сил включає пристрій, що сприймає, з повністю замкнутою камерою і показує прилад. Сила, що діє поршень, створює тиск. Як показує приладу принципово можуть бути використані всі вимірювачі тиску (манометри). Найчастіше використовують механічні прилади. Номінальні сили від 200 Н до 20 МН. Клас точності 1 - 2%.

Похибки динамометрів обумовлюються такими причинами: нелінійністю характеристики перетворення, її відтворюваністю, гістерезисом, температурною залежністю чутливості та положення нуля, повзучістю (пружне післядія).

Основні параметри та розміри динамометрів загального призначення, пружинних зі шкальним та цифровим відліковим пристроєм, призначених для вимірювань статичних зусиль, що розтягують, встановлює ГОСТ 13837 «Динамометри загального призначення. Технічні умови".

Межі вимірювання динамометрів, передбачені стандартом: найбільший від 0,10 до 500 кН, найменший - 0,1 від максимальної межі.

ГОСТ 13837-79 передбачає виготовлення динамометрів класів точності 0,5, 1 і 2. Клас точності визначається межею основної похибки динамометра, представленої у вигляді наведеної похибки. Нормує значення при цьому дорівнює найбільшій межі вимірювань.

Межі додаткової похибки динамометрів, спричиненої зміною температури навколишнього середовища, у робочому діапазоні температур, відмінних від температури нормальних умов, становлять: не більше 0,5 основної похибки на кожні 10 °С – для динамометрів 1-го класу; трохи більше 0,25 основний похибки кожні 10 °З - для динамометрів 2-го класу.

Для градуювання, повірки та калібрування перетворювачів сили використовують силовимірювальні машини/установки, а також засоби вимірювань, до складу яких входять еталонні динамометри та силозадавні пристрої (преси). За функціональним призначенням перелічені пристрої відносяться до заходів сили.

Силовимірювальні машини/установки дозволяють відтворювати будь-які значення сили у встановленому діапазоні або ряд дискретних значень.

Залежно від конструктивної реалізації розрізняють машини безпосереднього навантаження, силоумножающие установки (важільні, гідравлічні та клиноподібні) та установки поділу сили.

Безпосереднє навантаження реалізується за допомогою вантажів та гравітаційної сили Землі.

Створення силоумножающих установок обумовлено тим, що при великих значеннях сили безпосереднє навантаження призводить до збільшення похибок і металомісткості, великих економічних витрат. Однак і в силоумножающих установках значення сили спочатку задається за допомогою вантажів, яке потім збільшується за допомогою нерівноплечих важелів. до 1МН), поршневих пар різних ефективних площ ( до 10 МН) або ефекту клина (До 5 МН?).

Для зменшення сили можуть бути використані ті ж конструктивні рішення, що і для збільшення, але з передатним ставленням менше 1. Проте таке рішення економічно не вигідне і має обмежені функціональні можливості. Найбільш прийнятним рішенням для поділу сили є пристрій зі зміною кута нахилу осі циліндричної маси, зваженої в аеростатичному підвісі (рис.63).

Як силозадавні пристрої застосовують гвинтові, важільні, гідравлічні, електромеханічні і т.п. преси. Одна з основних вимог до силозадавних засобів - сталість значення сили в часі, що задається.

Вимірювання маси.При зважуванні гравітаційну силу порівнюють із відомою силою, що створюється такими способами:

вантажем відомої маси (класичний метод);

Розтягуванням/стисненням пружини (пружинні ваги)

деформування жорстких пружних елементів (деформації вимірюють електричними методами (електромеханічні ваги);

Пневматичним або гідравлічним пристроєм (вимірюють тиск повітря або рідини);

Електродинамічно за допомогою соленоїдної обмотки, що знаходиться у постійному магнітному полі (вимірюваною величиною є струм);

Занурення тіла в рідину (глибина занурення залежить від маси тіла).

В цьому зв'язку розрізняють вагимеханічні (важільні, пружинні, поршневі), електромеханічні (з ємнісними, тензорезисторними, індуктивними та п'єзоелектричними перетворювачами переміщень або деформацій), оптико-механічні (з дзеркальним або інтерференційним вказівним пристроєм), радіоізотопні (аб.). Основне застосування знаходять механічні та електромеханічні ваги.

Вимоги до ваги для статичного зважування встановлює ГОСТ 29329 - 92.

Терези для статичного зважування класифікують за такими ознаками.

По області застосування(експлуатаційному призначенню) ваги поділяють на: вагонні; вагонеткові; автомобільні; монорейкові; кранові; товарні; для зважування худоби; для зважування людей; елеваторні; для зважування молока; багажні; торгові; медичні; поштові.

За точністю зважуванняваги за точністю поділяють на 4 класи: 1 клас - ваги спеціальної точності; 2 клас – високої точності; 3 клас – середньої точності; 4 клас – звичайної точності. Стандарт ГОСТ 29329 - 92 поширюється на ваги неавтоматичної дії середнього та звичайного класів точності.

За способом встановленняна місці експлуатації ваги поділяють: вбудовані, врізні (врізні ваги – пересувні ваги, платформа яких знаходиться на одному рівні з підлогою приміщення), підлогові, настільні, пересувні, підвісні, стаціонарні.

На вигляд врівноважуючого пристроюрозрізняють ваги: ​​механічні, електромеханічні (електронні - термін «Електронні ваги» застосовний до настільних ваг).

Механічні ваги - ваги, у яких врівноваження сили тяжіння здійснюється за допомогою різних механізмів. Розрізняють ваги гірні, пружинні, гідравлічні, пневматичні. Терези, в яких передавальним пристроєм є важіль або система важелів називають важільними.

Електромеханічні ваги - ваги з врівноважуючим пристроєм як перетворювача, у якому сила тяжкості перетворюється на електричний сигнал.

На вигляд вантажоприймального пристроюрозрізняють ваги: ​​бункерні, монорейкові, ковшові, конвеєрні, гакові, платформні.

За способом досягнення положення рівновагирозрізняють ваги: ​​з автоматичним урівноважуванням, з напівавтоматичним урівноважуванням, з неавтоматичним урівноважуванням.

Залежно від виду відлікового пристроюрозрізняють ваги: ​​з аналоговим відліковим пристроєм (циферблатні та шкільні), з дискретним відліковим пристроєм (цифрові).

Стандартом ГОСТ 29329-92 передбачені такі основні характеристики ваг.

Ціна перевірного поділу е- умовне значення, виражене в одиницях маси та характеризує точність ваг.

Ціна перевірного розподілудля класу точності "середній" 0,1 г ≤ е≤ 2 г при числі перевірочних поділів n= 100 ... 10000 і е≥5 г при n= 500 ... 10000; для класу точності «звичайний» е≥5 г при n= 100…1000. (n- число перевірочних поділів, що визначається як відношення найбільшої межі зважування вагдо ціни перевірного поділу).

Значення ціни перевірочного поділу ( е), ціни розподілу шкали ( d) та дискретності відліку ( d d) в одиницях маси вибирають із ряду: 1×10 а; 2×10 а і 5×10 а де а - ціле позитивне, ціле негативне числа або нуль. Ціна перевірочного розподілу ваг без допоміжного відлікового пристрою повинна відповідати ціні розподілу шкали для ваг з аналоговим пристроєм і дискретності відліку для ваг з цифровою індикацією.

Значення ціни розподілу або дискретності відліку маси, а також значення ціни перевірочного розподілу вказують на терезах або в експлуатаційній документації на них.

Найбільший(НПВ) і найменший(НмПВ) межі зважування ваг– найбільше та найменше значення маси, за яких забезпечується відповідність ваг вимогам нормативних документів.

Найбільша межа зважування ваг (НПВ), передбачена ГОСТ 29329-92, становить від 200 г до 500 т (ряд значень НПВ не відповідає рядам бажаних чисел).

Найменша межа зважування - для класу точності середній приймають рівним 20-е; для класу точності звичайний - 10 · е. Де е- Ціна перевірного розподілу.

Межі допустимої похибкиваг нормують залежно від НмПВ та класу точності і становлять від 0,5∙е до 1,5∙е при первинній повірці на підприємствах: виробнику та ремонтному. При експлуатації та після ремонту на експлуатуючому підприємстві - від 1,0 до 2,5. Межі допустимої похибки пристрої установки на нуль- ±0,25 е.

Розрізняють такі типи важельних ваг для вимірювання маси: лабораторні (аналітичні, квадрантні, електронні, рівноплечі), настільні циферблатні, лічильні коромислові, платформні пересувні (шкальні, циферблатні, поштові).

Принцип дії важельних ваг полягає в врівноваженні моменту, створюваного гравітаційною силою від маси, що вимірюється, моментом сили тяжіння гирі або вантажу.

У важелях реалізовані наступні варіанти перетворювачів:

Зі змінною врівноважує: важіль зі шкалою і гирями; важіль із накладними гирями;

Зі змінною довжиною важеля: важіль з пересувними гирями; важіль із роликовим вантажем;

Зі змінним кутом відхилення: квадрант; противагу.

Вимоги до параметрів важелів ваги загального призначення встановлює ГОСТ 14004.

Залежно від максимальної межі зважування ваги загального призначення ділять на три групи: настільні (до 50 кг); -пересувні та врізні (50 – 6000 кг); -стаціонарні (вагонні, автомобільні, елеваторні) (від 5000 до 200000 кг)

Найменша межа зважування 20 d (d-ціна розподілу шкали) для настільних ваг і 5% від P max для решти.

Важельні ваги застосовують разом з гирями, які залежно від призначення поділяють на гирі загального призначення, еталонні та спеціального призначення. В останню групу входять гирі рейтерні (застосовуються для підвищення точності відліку лабораторних ваг), умовні гирі (призначені для комплектації ваг та інших пристроїв з ставленням плечей важеля 1:100), гирі, вбудовані у ваги, та гирі, що застосовуються у технологічних вагах дозатори.

Конструктивно гирі загального призначення виконують у вигляді дротика, багатокутної пластини (трикутної, квадратної або п'ятикутної), циліндра з головкою, паралелепіпеда. Номінальне значення маси гирі приймають із низки значень 1·10 n , 2·10 n , 5·10 n (n - будь-яке ціле позитивне чи негативне число). Стандарт ГОСТ 7328 - 2001 «Гірі. Загальні технічні умови» передбачає випуск гирь масою від 1 мг до 5000 кг. Залежно від допуску виготовлення гирям присвоюють класи точності: Е 1 , Е 2 , F 1 , F 2 , М 1 , M 2 , M 3 (у порядку зменшення точності). Гірі можуть поставлятися у вигляді наборів, склад яких формується відповідно до рекомендацій ГОСТ 7328 - 2001.

Приклад умовного позначення документації гирі масою 500 г класу точності F 1: Гиря 500 г F 1 ГОСТ 7328-2001.Набір гір: Набір (1 мг - 1 кг) Е2 ГОСТ 7328 - 2001.

У пружинних вагах чутливим елементом є пружина (стиснення, розтягування, спіралеподібна та ін), деформація якої пропорційна силі тяжкості. Значення деформації вимірюється безпосередньо або піддається додаткового перетворення.

В електронних вагах як первинний перетворювач знаходять застосування два основних типи датчиків: п'єзокварцеві та тензорезисторні.

Окрему групу складають ваги для зважування транспортних засобів у русі . Загальні технічні вимоги до них наведені у ГОСТ 30414-96.

Стандарт поширюється на ваги, призначені для зважування у русі або для статичного зважування та зважування у русі наступних транспортних засобів: залізничних вагонів (включаючи цистерни), вагонеток, складів з них, автомобілів, причепів, напівпричепів (включаючи цистерни), автопоїздів.

Таблиця 7. Механічні важільні ваги

Залежно від конструкції вантажоприймального пристрою воно може визначати навантаження відразу від усього вагона (вагонетки, автомобіля, причепа, напівпричепа) або автономно - одночасно або по черзі - від кожного візка, колісної пари (осі) або кожного колеса.

Залежно від нормованих значень метрологічних характеристик ваги поділяють чотирма класу точності: 0,2; 0,5; 1; 2. Позначення класу точності відповідає похибки, що допускається при експлуатації. При цьому в діапазоні від НмПВ до 35% НПВ включно – це наведена похибка, що нормує для якої дорівнює 35% НПВ. У діапазоні понад 35% НПВ до НПВ клас точності визначає відносну похибку вимірювання.

При первинному перевірці або калібруванні допустимі похибки зменшують у 2 рази.

Вимірювання витрати

Витратою називають кількість речовини, що протікає через цей переріз трубопроводу в одиницю часу. Розрізняють об'ємний та масовий витрати. Засоби вимірів витрати називають витратомірами. Розмаїття витратомірів визначається як конструктивними рішеннями, а й принципами дії, які у яких реалізовані. Розглянемо найзастосовніші варіанти.

Об'ємні лічильники.Принцип дії об'ємних лічильників заснований на безпосередньому відмірюванні обсягів середовища, що вимірюється, за допомогою мірних камер відомого об'єму і підрахунку числа порцій, що пройшли через лічильник. Найбільш поширеним об'ємним лічильником рідких речовин є лічильник з овальними шестернями (рис. 64). Овальні шестерні 1 і 2, розміщені в корпусі 3, обертаються за рахунок перепаду тисків Р 1 і Р 2 . За один оборот шестерень вимірювальні порожнини, обсяг яких точно відомий V 1 і V 2 двічі наповнюються і двічі спорожняються. Ось однієї з шестерень обертає лічильний механізм, розташований поза корпусом 3. Лічильник характеризуєтьсявисокою точністю вимірювання (похибка 0,5...1 %), малою втратою тиску, незалежністю показань від в'язкості, значним моментом, що обертає. Недоліком цих лічильників є необхідність хорошої фільтрації вимірюваного середовища, а також високий рівень акустичного шуму.

Рис. 64. Схема лічильника з овальними шестернями

Для вимірювання газових потоків застосовують ротаційні газові лічильники, принцип дії яких аналогічний принципу дії лічильників із овальними шестернями. Вони використовуються для вимірювання витрат від 40 до 40000 м/год і мають клас точності 2 та 3.

До об'ємних лічильників для вимірювання витрати рідини відносяться лопатеві лічильники, що характеризуються верхньою межею вимірювань 100...300 м/год і класами точності 0,25 та 0,5.

Швидкісні лічильникидозволяють встановити величину витрати залежно від частоти обертання аксіальної або тангенціальної турбінки від об'ємної витрати потоку. Якщо до турбінки (мал. 65) послідовно підключити тахогенератор і вольтметр, то показання вольтметра можна судити про швидкість потоку. А можна підключити лічильник обертів та вимірювати витрати за певний відрізок часу. Класи точності пристроїв 1; 1,5; 2 при витратах 3...1300 м/год.

На малюнку 65 показаний також швидкісний лічильник з тангенціальною турбінкою 1. (Цифрою 2 позначений фільтр.) Такі лічильники застосовують при витраті до 3...20 м/год і мають клас точності 2 та 3.

Дросельні витратоміри.Одним з найпоширеніших принципів вимірювання витрати рідин, газу та пари є принцип змінного перепаду тиску на пристрої, що звужує.

Перевагами цього методу є: простота і надійність, відсутність рухомих частин, низька вартість, можливість виміру практично будь-яких витрат, можливість отримання градуювальної характеристики витратомірів розрахунковим шляхом.

Рис. 65. Схема швидкісного лічильника з аксіальною та тангенціальною турбінками.

1 - струменевипрямляч, 2 - передавальний механізм, 3 - лічильний пристрій, 4 - камера, 5 - черв'ячна пара, 6 - турбінка.

Відповідно до викладеного принципу трубопровід встановлюють звужуючий пристрій. Швидкість потоку через отвір звужуючого пристрою вище, ніж до нього, внаслідок чого на пристрої, що звужує, створюється перепад тиску, що вимірюється диференціальним манометром. Показання диференціального манометра залежать від швидкості потоку в звуженні або витрати потоку. Схеми стандартних пристроїв звуження і місця підключення гілок диференціального манометра показані на малюнку 66.

Рис. 66 Схеми пристроїв, що звужують: а) діафрагма, б) стандартне сопло, в) сопло Вентурі, г) труба Вентурі

Витратоміри обтікання (ротаметри).У цих витратомірах обтічне тіло (поплавець, поршень, клапан, пластинка, що повертається, кулька та ін., приклади на малюнках 67 і 68) сприймає з боку набігаючого потоку силовий вплив, який при зростанні швидкості потоку збільшується і переміщує обтічне тіло. Як протидіє сили служить вага обтіканого тіла або сила пружини. Витратоміри конструюються таким чином, що переміщення тіла, що обтікається, супроводжується зміною площі прохідного перерізу для проходу рідини або газу. При цьому збільшення швидкості потоку призводить до збільшення прохідного перерізу. Внаслідок чого швидкість потоку зменшується. Такий негативний зворотний зв'язок призводить до стабілізації положення обтічного тіла. Вихідним сигналом аналізованих перетворювачів витрати є переміщення обтічного тіла.

Рис. 67. Схеми перетворювальних елементів витратомірів обтікання а) поплавковий, б) клапанний, в) поршневий

Рис. 68. Схеми витратомірів обтікання: а); б) – поплавкового типу; в), г) – клапанного типу; д) – поршневого типу.

Позначення на малюнках.

Малюнок а: 1 – скляна конічна трубка, 2 – поплавець, 3 – обмежувач ходу поплавця, 4 – шкала.

Малюнок б: 1 – циліндричний поплавець з отвором посередині, 2 – нерухомий стрижень конічного перерізу, 3 – скляна циліндрична трубка.

Малюнок: 1 – клапан, 2 – кільцева діафрагма, 3 – металевий корпус, 4 – шток, 5 – сердечник диференціально-перетворювального елемента 7, 6 – трубка з немагнітної сталі.

Малюнок г: 1 – пневмодроссель, 2 – пневматичне сопло, 3 – магніт, 4 – трубка з немагнітного матеріалу, 5 – сердечник, 6 – клапан, 7 – сильфон.

Рисунок д: 1 – вантажі, 2 – поршень, 3 – сердечник, 4 – індукційна котушка, 5 – канал підведення вихідного тиску в надпоршневий простір, 6 – вихідний отвір прямокутної форми з підпошневого простору.

Ротаметри з вихідним пневматичним сигналом 0,02...0,1 МПа випускають класів точності 1,5 і 2,5.

Крім перелічених видів для вимірювань витрат використовуються витратоміри змінного рівня, електромагнітні, теплові (калориметричні) та інші витратоміри.

Література

1.Раннев Г.Г., Тарасенко О.П. Методи та засоби вимірювань. - 2004.

2. Бріндлі К. Вимірювальні перетворювачі. Довідковий посібник. - 1991.

3. Козлов М.Г. Метрологія та стандартизація. Навчальний посібник. - 2004.

4. Болтон. Кишеньковий довідник інженера метролога. - 2002.

5. Харт З. Введення у вимірювальну техніку. - 1998.

6.Дімов Ю.В. Метрологія, стандартизація та сертифікація. Підручник. – 2010.

1.Методи та засоби вимірювань електричних величин………………… ………..1

1.1.Заходи електричних величин…………………………… …… …………..1

1.2.Електровимірювальні прилади……………………………… … ……….4

1.3. Осциллографи. Цифрові прилади………………………………… ……..10

1.4.Аналогові вимірювальні перетворювачі……………………… ……..14

1.5.Вимір електричних величин…………………………………… ……17

2.Вимірювання магнітних величин…………………………………………………......25

3.Вимірювання неелектричних величин……………………………………… ……...28

3.1.Вимірювальні перетворювачі………………………………………… ...28

3.2.Вимірювання довжин і кутів………………………………………… …………..35

3.3.Вимірювання температури………………………………………… …………..39

3.4.Вимір тиску……………………………………… … ………….…46

3.5.Вимірювання сили та маси……………………………………………………..50

3.6.Вимірювання витрати………………………………………………………… .55

за допомогою акселерометра; вимірюванням амплітуди та частоти коливань

2. Порівнянням невідомої сили з силою тяжіння Р = mg:безпосереднім навантаженням зразковими гирями;

за допомогою гідропередачі та зразкових гир;

за допомогою важелів та зразкових гир;

за допомогою важелів та маятника

3. Вимірюванням пружної деформації

тіла, що взаємодіє з нез-

відомою силою F= з |; за допомогою датчиків деформації; за допомогою датчиків переміщення 4. Порівнянням невідомої сили з силою взаємодії струму з магнітним полем F= / У I sin a за допомогою електродинамічного силозбудника. Вимірювання змінної гармонійної сили шляхом визначення амплітуди та частоти коливань тіла з відомою масою може бути здійснено з високою точністю. Масу можна виміряти з похибкою, що не перевищує кількох тисячних часток відсотка. З такою самою точністю можна виміряти і частоту коливань. Амплітуду коливань тіла з відомою масою можна виміряти з похибкою, що не перевищує кількох десятих часток відсотка, яка, по суті, і визначатиме похибку вимірювання сили зазначеним методом.

Метод вимірювання сили порівнянням невідомої сили з силою тяжкості вико-

зують при точних вимірах та відтворенні статичних та квазістатичних сил.

p align="justify"> Метод безпосереднього навантаження використовують для створення Державних первинних еталонів одиниці сили, що відтворюють її з найвищою точністю.

Метод порівняння невідомої сили з силою тяжіння за допомогою важелів і зразкових гир використовують для створення зразкових засобів другого розряду для вимірювання сили, що забезпечують її вимірювання з похибкою, що не перевищує 0,2% величини, що вимірюється, а також у силовимірниках випробувальних машин, що забезпечують вимір сили з , що не перевищує 1% вимірюваної сили в діапазоні 0,04 - 1 верхньої межі силовимірювача.

Метод порівняння невідомої сили з силою тяжіння за допомогою гідропередачі та зразкових гир використовують також у зразкових засобах другого розряду для вимірювання сили та у силовимірювачах випробувальних машин. Для використання

Виключення тертя в гідропередачі застосовують пару поршень-циліндр, в якій один з елементів обертається щодо іншого.

Метод порівняння невідомої сили з силою тяжіння за допомогою важелів і маятника використовують у силовимірниках випробувальних машин.

Всі засоби для вимірювання сили, засновані на методах порівняння невідомої сили з силою тяжіння, зазвичай є стаціонарними установками. Процес порівняння сил у цих установках механізований.

Вимірювання сили за допомогою вимірювання пружної деформації тіла, що взаємодіє з невідомою силою, є найпоширенішим методом, який використовують як у стаціонарних, так і переносних засобах для вимірювання статичних і змінних у часі сил. Цей метод використовують у зразкових динамометрах першого розряду, що забезпечують передачу одиниці сили від Державного еталона до зразкових засобів другого розряду з похибкою, що не перевищує 0,1% сили, що вимірюється. Крім того, цей метод використовують у робочих засобах вимірювання статичних та змінних у часі сил.

Метод дозволяє створити стаціонарні та переносні засоби вимірювання розтягуючих і стискаючих сил - динамометри, які містять пружний елемент, з його включення в силовий ланцюг захватами або опорами. У пружному елементі виникає сила реакції, що протидіє вимірюваній силі. Пружний елемент може бути електрично неактивним або електрично активним, тобто він є одночасно чутливим елементом.

Пружний електрично неактивний елемент виконує суто механічні функції. Виникаюча деформація пружного елемента сприймається чутливим елементом, яким може бути датчик деформації, або

датчик переміщення, що перетворює її у вихідну величину.

Пружний, електрично активний елемент реагує на створене вимірюваною силою поле механічної напруги або деформації зміною своїх електричних або магнітних характеристик. До пружних, електрично активних елементів відносять, наприклад, п'єзоелектричні та магнітоанізотропні.

Досягнення оптимальних метрологічних характеристик динамометра необхідне дотримання кількох принципів.

Принцип цілісності конструкції.Вимірювана сила повинна передаватися в динамометрі суцільному середовищі з одного матеріалу. Порушення суцільності конструкції пружного елемента є причиною виникнення тертя між елементами, що сполучаються. З цим тертям пов'язані похибки виміру сили, які можуть бути значними.

Принцип інтеграції.Динамометр тим точніше, що краще чутливий елемент розподілений по поперечному перерізу пружного елемента. З цією метою використовують усереднення - інтегрування напруги або деформації пружного елемента, яке можна охарактеризувати або як уявне, або як дійсне.

При уявному інтегруванні про все поле напруги або деформації, а отже, і про вимірювану силу судять за станом в одній точці цього поля. При цьому припускають, що всередині обмеженої області пружного елемента існує певне механічне поле, яке не залежить від точки сили. Це дозволяє використовувати один чутливий елемент. Конструктивними рішеннями, що забезпечують уявне інтегрування, є видалення силовоспринимающих частин пружного елемента від області розташування чутливого елемента, обмеження області можливих точок докладання сили.