Лекция 4. Принципы измерение динамических факторов

 

План лекции:

 

- Общие сведения об измерителях динамических величин;

- Измерения массы;

- Измерение деформации и давления;

 

Общие сведения об измерителях динамических величин

К датчикам динамических величин (ДДВ) относятся информационные устройства, преобразующие изменение динамических факторов (силы, ускорения и давления) в изменение электрического сигнала.

Датчики этого типа весьма распространены в различных системах контроля и диагностики. Характерными задачами являются контроль параметров натяжения всевозможных лент и полос в бумажной промышленности и металлургии, измерение сил на валках клетей прокатных станов, предохранение от перегрузок в подъемных механизмах и транспортных средствах, наконец, контроль весовых и инерционных характеристик различных объектов. Использование ДДВ в системах управления и робототехнике позволяет регулировать момент на валу привода или ускорение выходного вала и реализовывать сложные законы управления звеньями исполнительного механизма.

Динамометрическая аппаратура по принципу действия может быть подразделена на три основные группы:

1. Приборы, основанные на уравновешивании измеряемой силы силой тяжести.

2. Приборы, основанные на измерении деформаций.

3. Приборы, основанные на измерении давления.

Приборы, основанные на уравновешивании измеряемой силы известной силой тяжести, представляют собой рычажную систему, при помощи которой измеряемая сила уравновешивается гирями. На этом принципе основаны весы, образцовые рычажные динамометры и силоизмерители испытательных машин. Эти приборы имеют следующие преимущества: высокую точность и чувствительность, хорошую стабильность характеристик во времени при минимальных регламентных работах, отсутствие перемещений, или очень малые перемещения точки приложения силы, малую зависимость показаний от температуры, большой диапазон измерений.

Динамометрические приборы, основанные на измерении деформаций, состоят из упругого звена, воспринимающего силу, и устройств, преобразующих деформации упругого звена, пропорциональные действующей силе, в показания прибора. Эти приборы – наиболее распространенные средства измерения сил. Развитие проволочных, полупроводниковых и индуктивных преобразователей делает их еще более универсальными. Тип преобразователя оказывает решающее влияние на тип упругого звена. По виду преобразователей динамометры с упругим звеном могут быть подразделены на следующее основные группы:

- с визуальным отсчетом и механическими преобразователями;

- с потенциометрическими преобразователями;

- с индуктивными преобразователями;

- с проволочными и полупроводниковыми преобразователями;

- основанные на принципе пьезоэффекта;

- виброчастотные и др.

В динамометрах, основанных на измерении давления, сила передается на поршень, находящийся в цилиндре с жидкостью, а измерительным элементом является датчик давления, динамометры на пьезокерамических материалах и др.

Из приведенного выше становится очевидно, что такая величина как сила измеряется косвенными методами т.е. сила вначале преобразуется в перемещение или изгиб с помощью упругого звена, а затем уже эта величина преобразуется в электрический сигнал.

 

Измерения массы

Процесс измерения массы относится к числу косвенных. Это связано с тем, что массу находят путем измерения веса тела; объема и плотности вещества тела; ускорения, сообщаемого телу определенной силой; периода колебаний тела.

Последние два способа применяют очень редко.

Процесс измерения массы путем измерения веса называется взвешиванием, а приборы весами.

Весы условно можно разделить на механические и электромеханические. К механическим весам относятся рычажные, пружинные и гидравлические приборы, а к электромеханическим тензометрические, индуктивные, частотные и т.д. по типу датчиков.

При взвешивании на рычажных равноплечных весах, когда на одной чашке находится тело массой , а на другой – гири массой  измерение является прямым и массу тела определяют непосредственно по массе гирь.

Возможен вариант, при котором взвешивание производится гирями меньшей массы, но только с использованием неравноплечных весов.

Результаты взвешивания на рычажных весах не зависят от места нахождения весов на поверхности Земли. Если груз взвешен на рычажных весах на экваторе, а затем груз и гири перенесены на полюс, то и груз и гири изменяют свой вес одинаково, и взвешивание на полюсе даст тот же результат, что и на экваторе.

В случае взвешивания на пружинных весах вес тела воздействует на пружину, деформация которой через зубчатую рейку и колесо передается на стрелку. Очевидно, что показания таких весов будут зависеть от места измерения т.к. деформация пружины будет зависеть от g.