Визначення основних параметрів шкальних відлікових пристроїв.

 

Вихідними даними для розрахунку є: X₁ і Х₂ - найменше та найбільше значення вимірюваної величини, які вказуються на шкалі; похибка відліку, яка може бути задана у вигляді абсолютної АХ або відносної похибки δ; кут повороту осі засоби вимірювання або настройки _н; максимальна довжина шкали L_max для лінійних шкал або максимальний діаметр шкали D_max для круглих шкал. При розрахунку шкал виходять з умови, що похибка відліку не повинна перевищувати половини допустимої основної похибки приладу. тоді необхідна кількість поділок шкали:

а в випадку завдання абсолютної похибки погрішності відліку:

Ціна поділок шкали визначається з виразу:

Довжина шкали:

де ∆ - довжина поділу, вибирається з урахуванням рекомендацій на с. 310 і заданих габаритів лічильного пристрою.

Діаметр круглої шкали:

Якщо значення L і D, які визначаються за формулами (13.4) і (13.5) відповідно, будуть менше або дорівнюють заданим значенням L_max і D_mах, то можуть бути застосовані ОУ, безпосередньо пов'язані з віссю засоби вимірювань або налаштування. Відлікові пристрої цього типу дозволяють вести прямий відлік за шкалою, від градуйованої безпосередньо в одиницях вимірюваної величини. Кут повороту циферблата буде дорівнювати куту повороту осі засобу вимірювання або налаштування і може знаходитись в межах 2 < _шк.<2 . Відповідно до цього, ОУ виконують з однооборотним циферблатом при фа ^ 2я (рис. 13.13, а) або з багатооборотним - при _н> 2 (рис. 13.13, б-р).

Якщо значення L або D виявиться, відповідно, більше L_max або D_max, то при _н> 2 їх можна зменшити за рахунок довжини поділу ∆ чи застосування OУ з механічним або оптичним множенням масштабу шкали [77]. При _н> 2 можна застосовувати одно циферблатний пристрій з плоскою спіральною шкалою (рис. 13.13,б), з циліндричною спіральною (рис. 13.13, в), з стрічковою шкалою (рис. 13.13, г), багато циферблатний відліковий пристрій, відліковий пристрій з механічним помноженим масштабу шкали або з розбивкою діапазону показань на кілька під діапазонів.

Основні параметри плоских і стрічкових спіральних шкал можна визначити з виразів (13.1), (13.5). Кількість витків спіралі n = _шк./ 2 .

 

Крок спіралі плоскої шкали (t= 8…20 мм) приймають з конструктивних відображень (рис. 13.14). Кількість поділок на кожному витку спіралі N’=N/n.

Кут між позначками спіральної шкали одинаків по всій її довжині (для рівномірних шкал). Лінійна довжина ділення плоскої спіральної шкали залежить від радіусу R_i/b_i=2 R_i/N’. В випадку побудови спіралі по рівнянню спіралі Архімеда дане значення радіусу

Якщо спіраль строять дугами півкругів,:

де m= 1; 2, …, 2n.

Циліндрична спіральна шкала має постійний радіус спіралі. Крок гвинтової лінії береться в межах t = 8... 40 мм. Довжина поділу постійна по всій (для рівномірних) шкалою. В якості багато циферблатного відлікового пристрою найчастіше застосовують двох циферблатний пристрій, що складається з шкали точного відліку (ШГО), встановлений безпосередньо на вихідний осі засоби вимірювання або настройки, і шкали грубого відліку (ШГО), що приводиться в рух відповідним передавальним (сповільнює) механізмом (рис. 13.15, а і рис. 7.12). Ціна поділки відлікового пристрої відноситься до шкалою точного відліку: ∆Х_к = ∆Х_кШГО. Шкала грубого відліку є лічильником оборотів шкали точного відліку, так що при повороті ШГО на один оборот ШГО повернеться на одну поділку, тобто ∆Х_кШГО = А_што,

де А_што = ∆Х_кшто N_што - ціна обороту шкали точного відліку.

Передавальне відношення зповільнювального механізму визначається з виразу:

Де К- кількість обертів осі засобу вимірювання або налаштування, відповідно діапазону показів. З урахуванням цього виразу (13.7) прийме вигляд

Сумарна похибка механізму не повинна перевищувати половини ціни ділення ШГО.

Відлікові пристрої з механічним множенням масштабу шкали між віссю засоби вимірювання або настройки і віссю шкали точного відліку мають прискорений передавальний механізм (рис. 13.15, б). Передавальне відношення такого механізму

де L_i i D_i- відповідно, бажана довжина чи діаметр шкали, тому L_i≤ L_max і D_i≤ D_max. Кут повороту шкали _шк.= _н/і.

Якщо _шк≤ 2 , можна застосувати одно циферблатний вимірювальний пристрій.

Якщо _шк.> 2 , можна застосувати плоску спіральну шкалу (рис. 13.13, б),

Циліндричну спіральну шкалу (рис. 13.13, в) або двох циферблатний відліковий пристрій що складається з ШТО і ШГО, причому ШГО встановлюють безпосередньо на вихідний осі засоби вимірювання або налаштування.

Наявність між ШТО і віссю засоби вимірювання або налаштування передавального механізму вносить додаткову похибку відліку. Абсолютна похибка відліку

Де ∆Х- погрішність підрахунку; ∆_н- погрішність засобу вимірювання або налаштування; ∆_м- погрішність, що вноситься механізмом.

Відносна погрішність:

Без передавального механізму (і=1, ∆_м=0) відносна погрішність:

Відносна погрішність ОУ з передавальним механізмом менше відносної погрішності ОУ без передавального механізму при умові:

Звідси:

Вираз (13.9) визначає потрібності до мінімального значення передавального відношення, компенсую чого погрішність від введення в ОУ передавального механізму.

Максимальне значення передавального відношення обмежується умовою (і∆_н+∆_м) < 0,5∆Х. Звідси:

(13.10)

Граничне значення передавального відношення з урахуванням виразів (13.9) і (13.10) визначають з умови:

(13.11)

Нерівність (13.11) може мати місце при:

(13.12)

Таким чином, погрішність передавального механізму не повинна перевищувати значення, що визначається нерівністю (13.12).

Передавальний механізм між віссю засобу вимірювання або настройки ОУ застосовують також для отримання рівномірної шкали при не лінійному вимірюванні вимірювальної величиною. В цьому випадку передавальне відношення механізму повинно бути змінним в залежності з законом вимірювання вимірювальної величини.

Відлікові пристрої з діапазоном межи вимірювання на під діапазони. Відліковий пристрій показаний на рис. 13.16,а, може бути використаний при рівномірній не рухомій шкалі і рухомому показнику – стрілці. Пристрій працює на принципі зміни розмітки шкали 3, що закріплена на панелях або корпусі пристрою. В шкалі проти розміток знаходяться отвори, через які видно цифри, нанесені на колесо 2. Кількість фіксованих положень колеса 2 залежить від числа діапазонів. Перемикання колеса 2 можна здійснювати в ручну оператором або по закінченню розрахунку на даному діапазоні автоматично з допомогою механізму перемикання 5. Відстань між отворами на шкалі повинне бути таким, щоб «запасні» цифри на колесі 2 були закриті. Якщо кінцева і початкова відмітки шкали співпадають, відліковий пристрій може мати один показник 4, що встановлений на осі 1 засобу вимірювання або налаштування. В гіршому випадку встановлюють два показника, причому кут між ними повинен бути рівним куту між початковою і кінцевою відмітками.

На рис.13.16. б, показано ОУ з лінійною шкалою. Його застосовують як для рівномірної шкали так і для не рівномірної. В першому випадку, циферблат 5 з відмітками може бути закріплений нерухомо на панелі, а на грані барабана 6 наносять лише цифри. При використанні нерівномірної шкали на гранях барабана закріплюють циферблати з шкалами.

Покажчики 4 поміщають на гнучкому ланці 3, пов'язаному з диском 2, який встановлений на осі 1 засоби вимірювання або налаштування. Барабан 6, число граней якого залежить від числа під діапазонів, приводиться в рух через механізм перемикання 7.

Показаний на рис. 13.16, пристрій застосовують для лінійних шкал, що наносяться в декілька рядів на одному циферблаті 4, виготовленому з прозорого матеріалу. Торці циферблата підсвічують лампочками 5, що встановлюються проти кожної з шкал і перемикаються одна за одною після проходження покажчиком 3 попередньої шкали. Покажчик закріплюють на гнучкій ланці 2

механізму, що з'єднується з віссю 1 засобу вимірювання або налаштування.

Для введення оператором керованих команд в машину або прилад використовують ОУ, забезпечене рукоятками настройки (рис. 13.17). У цьому випадку передавальні відносини між віссю засобу вимірювання або налаштування і ОУ повинні визначатися за правилами, викладеними вище. Передавальне відношення між віссю засоби вимірювання і рукояткою налаштування визначається з умов заданої плавності настройки.

Експериментально встановлено, що мінімальне переміщення, яке може здійснити оператор рукою, дорівнює приблизно 0,5 мм, що при оптимальному діаметрі рукоятки d = 50... 70 мм становить поворот порядку 1 °. Однак необхідне мінімальне переміщення осі засоби вимірювання при налаштуванні часто може бути менше 1 °. У таких випадках і встановлюють уповільнюючий передавальний механізм між віссю засобу вимірювання або настройки і рукояткою настройки. Передавальне відношення такого механізму i≥ _оп / ∆ _н, де ∆ _н - необхідна мінімальна переміщення осі засобу вимірювання або настройки; _оп = 1... 2 ° - можливе кутове переміщення рукоятки оператора.

При конструюванні передавального механізму для установки необхідно забезпечити однаковий напрямок обертання рукоятки налаштування і шкал ОУ. Для обмеження кутів повороту шкал і рукояток налаштування механізми необхідно постачати обмежувачами руху (див. Гл. 14). Конструкції компактних фрикційних механізмів налаштування показані на рис. 7.18 і 7.19.

У приладах, призначених для експлуатації в умовах трясіння і вібрації, механізми відлікових пристроїв і налаштування необхідно постачати аретира пристроями.

 

ЦИФРОВІ ВІДЛІКОВІ ПРИСТРОЇ.

 

В даний час широко застосовують цифрові відлікові пристрої (ЦОУ), що володіють рядом переваг у порівнянні зі шкальними: відсутність погрішностей при знятті відліку оператором; можливість відліку на значній відстані під великим кутом зору; зменшення стомлюваності оператора і часу зняття відліку; можливість створення приладів високого класу точності при малих габаритах і автоматичної реєстрації результатів вимірювання.

При цифровому відліку вимірювана величина представляється в дискретному вигляді. Шкала приладу стає ступінчастою або дискретної (рис. 13.18). Дискретність шкали характеризується числом однакових ступенів n, на яке вона розділена. Похибка від дискретності δ = Д / (2n). Число ступенів n можна вибрати додатково великим, що зменшує похибка від дискретності, однак викликає ускладнення конструкції відлікового пристрою.

Кількість цифр або розрядів, які повинен одночасно відраховувати оператор, залежить від заданої похибки і може бути визначене за формулою N = n/ n ', де n' - число цифр на одному ролику. Отримане значення повинно бути округлене до найближчого більшого цілого числа.

Цифрові відлікові пристрої поділяють на електричні та механічні.

Електричні ЦОУ поділяють на кілька груп залежно від типу використаних індикаторів: електричні з використанням ламп розжарювання і електролюмннесценціі; газорозрядні та електронно-променеві з використанням спеціальних газорозрядних ламп та електронно-променевих трубок; напівпровідникові В електричних ЦОУ кут повороту або лінійне переміщення перетвориться в напругу, яка потім кодується, т. е. перетворюється на дискретну форму при допомозі спеціальних кодуючих перетворювачів [40].

Механічні ЦОУ застосовують для безпосереднього перетворення кутів повороту в дискретну цифрову форму без застосування додаткових електричних пристроїв. Найбільш широке поширення отримав роликовий механізм, застосовуваний для відліку в десятковій системі (див. Рис. 10.29). Якщо кут повороту ведучого ролика менше 2 , перед роликовим відліковим механізмом повинен бути встановлений редуктор з відповідним передавальним

відношенням, що забезпечує повний кут повороту ведучого ролика (рис. 13.19). Для забезпечення оперативності зчитування та зменшення стомлюваності оператора при конструюванні механічних ЦОУ необхідно виконувати вимоги ГОСТ 22902-78 і наступні рекомендації: цифри повинні швидко «заступати» на своє місце, але не повинні змінювати одна іншу швидше, ніж двічі на секунду, якщо оператору необхідно послідовно зчитувати всі числа; рух оцифрованих роликів вгору повинно відповідати зростанню чисел;

лічильники слід розташовувати якомога ближче до поверхні панелі приладу, щоб забезпечити максимальний кут зору і виключити можливість появи тіні на відлікової частини лічильника (рис. 13.20, а);

проміжки між цифрами повинні бути невеликими і не перевищувати половини висоти цифри (рис. 13.20, б);

відношення висоти цифр до їх ширині має бути 1: 1 (а не 3: 2, як рекомендувалося для шкальних індикаторів), ето пояснюється викривленням форми цифр, що викликається зігнутої поверхнею ролика (рис. 13.20, в);

лічильники повинні бути орієнтовані в приладі так, щоб їх свідчення читалися зліва направо (рис. 13.20, г);

у вікні лічильника ие повинно з'являтися більше однієї цифри від кожного ролика (рис. 13.20, д).

Загальні технічні вимоги до ЦОУ встановлені ГОСТ 24907-81. Недолік механічних ЦОУ - велика інерційність, що обмежує їх застосування. Тому в даний час більш широко застосовують електричні ЦОУ [19, 36]. Конструкції та технічні дані елементів, які використовуються в якості індикаторів в електричних ЦОУ, описані в роботах [19, 36].

ПАРАГРАФ 14

ФІКСАТОРИ І ОБМЕЖУВАЧІ.