Похибки, що виникають при передачі вимірюємих навантажень до первинного перетворювача

 

При вимірюванні силових параметрів процесу прокатки в якості первинного перетворювача використовуються різної форми пружні елементи, виготовлені зі сталі з високою межею пружності. Вимірюєме навантаження до цих елементів, зазвичай, передається крізь ряд проміжних деталей. При цьому можливі наступні випадки:

А (рис. 1.7, а). Вимірюване навантаження Р повністю передається до пружного елементу, тобто Р₁ =Р.

Б (рис. 1.7, б). Частина вимірюваного навантаження витрачається на подолання сил тертя Т, тобто Р₁ =Р -Т.

В (рис. 1.7, в). Частина вимірюваного навантаження врівноважується реакцією і моментом тертя в опорі, тобто

Напрямок сил тертя залежить від напрямку переміщення проміжних деталей, яке змінюється при збільшенні і зменшенні вимірюваного навантаження. При зростанні вимірюваного навантаження сили тертя спрямовані протилежно напрямку дії вимірюваного навантаження, тому навантаження на пружний елемент виходить менше вимірюваного. При зменшенні вимірюваного навантаження сили тертя спрямовані в напрямку дії навантаження, тому навантаження на пружний елемент виходить більше вимірюваного. У зв'язку з цим характеристика при збільшенні і зменшенні навантаження виходить не однозначною (рис. 1.8, а), тобто супроводжується гістерезисом. Похибка від гистерезиса визначається за формулою:

(1.24)

Наприклад, для випадку Б

(Н) (1.25)

Тоді

(1.26)

 

1-проміжні деталі; 2 - пружний елемент

Рисунок 1.7 ‑ Передача вимірюваного навантаження до первинного перетворювача:

 

а - при наявності тертя; б - при наявності тертя і перерозподілу навантаження в процесі її зміни; 1 - навантаження; 2 – розвантаження

Рисунок 1.8 ‑ Статичні характеристики P₁ = ƒ(Р) передачі навантаження до первинного перетворювача:

 

Контакт між проміжними деталями і пружним елементом здійснюється за певною площиною, розподіл переданого зусилля якої залежить від мікрогеометрії контактуючих поверхонь, наявності на них мастила та інших факторів. Крім того, при багаторазових навантаженнях через зминання нерівностей розподіл переданого зусилля за площиною контакту може сильно змінитися. Тому для випадку В (рис. 1.7) відстані l і L відомі лише з деяким наближенням.

Виникнена у зв'язку з цим похибка виходить тим менше, чим більше ці відстані в порівнянні з розмірами площини контакту.

В процесі одноразового навантаження розподіл навантаження по майданчику контакту також може змінюватися, наприклад за рахунок пружної деформації нерівностей. Якщо це має місце, то характеристика P₁ = ƒ(Р) виходить нелінійною (рис. 1.8, б).

Таким чином, похибки вимірювання залежать не тільки від похибок, що вносяться приладом, але і від похибок, що виникають при передачі вимірюваного зусилля до пружного елементу. Це враховують при виборі місця установки і способу кріплення пружного елемента на об'єкт дослідження.

При великих швидкостях зміни вимірюваного навантаження виникають також похибки, викликані динамікою системи «проміжні деталі - пружний елемент». Цю систему в грубому наближенні можна розглядати як коливальну систему з одним ступенем свободи, що складається з проміжних деталей масою m і пружини - пружного елемента з певною жорсткістю с (рис. 1.9, а). Масу пружного елемента в більшості випадків можна не враховувати, тому що вона, зазвичай, значно менше маси проміжних деталей.

 

Рисунок 1.9 ‑ Схема коливальної системи: проміжні деталі - первинний перетворювач (а) і закон зміни деформації первинного перетворювача при лінійному зростанні навантаження від 0 до P₁ за час при різних відносинах (б)

 

Розглядаєма зміна деформації пружнього елемента при зміні вимірюваного навантаження змінюється в часі за лінійним законом ( — швидкість зміни). Приблизно за таким законом наростають зусилля при захопленні металу валками.

Рівняння руху системи:

 

(1.27)

або

(1.28)

 

де — період власних коливань системи.

При початкових умовах t =0, рішення рівняння наступне:

 

(1.29)

 

На рисунку 1.9, б видно, що чим менше період власних коливань системи в порівнянні з часом зміни вимірюваного навантаження , тим закон зміни деформації ближче до закону зміни навантаження. При спотворення стають настільки малими, що в більшості випадків ними можна знехтувати. Підставляючи значення , отримали умову, якій повинна задовольняти жорсткість пружного елементу:

(1.30)

 

Контрольні питання:

1. Що є датчиками? Особливості генераторних і параметричних датчиків.

2. Вимірювальний ланцюг, лінія зв’язку, первинний перетворювач та їхня взаєводія.

3. Розкрийте питання статичних характеристик приладів при вимірюванні.

4. Види динамічних характеристик приладу.

5. Частота та щільність процесу.

6. Явища, які спричиняють виникнення похибок у процесі дослідження.