Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Измерения быстропеременных давлений.





При таких измерениях датчики стремятся установить как можно ближе к точке измерения, что исключает влияние соединительной магистрали. При этом следует учитывать собственные динамические характеристики датчика, которые могут вызвать нежелательные динамические эффекты. (Пример – резонанс давления в объеме камеры сгорания).

Основными причинами инерционного запаздывания являются геометрические размеры манометрической магистрали. При малых диаметрах – это длина. При больших диаметрах запаздывание растет из-за увеличения емкости, при малых – из-за роста сопротивления.

 

Таблица 2

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Принципиальная схема пояснения
Жидкостные манометры а — с вертикальной трубкой б —с наклонной трубкой h — высота столба жидкости Р12 —давления ρ-плотность S1,S2 — площади сечения α—угол наклона трубки
Грузопоршневой манометр 1 — штурвал 2 — вспомогательный поршень 3 — калиброванные грузы 4 — поршень 5 — проверяемый манометр
Механические манометры а — недистанционный манометр; б — мановакуумметр
Манометр с гидравлической передачей 1 - приемники давления 2 — дистанционная гидравлическая передача 3 — манометрическая трубка
Манометр с потенциометрическим преобразователем 1 – преобразователь; 2 — двухкатушечный логометр с подвижным магнитом
Манометр с индуктивным преобразователем 1 — преобразователь; 2 - двухкатушечный логометр с подвижным магнитом
Манометр с круговым потенциометрическим преобразователем 1 — преобразователь; 2 — четырехкатушечный логометр с подвижным магнитом
Манометр с силовой компенсацией 1 — рычаг; 2 — преобразователь сигналов; 3 - силовой электромагнит
Манометр с астатическим уравновешиванием 1 и 2 - индуктивные преобразователи  
Пьезоэлектрический манометр 1 — мембрана; 2 и 3 — кварцевые пластинки; 4 — шарик 5 — колпачок 6 — электрод: 7 — опорный элемент Ус —усилитель Рег - регистратор

ГЛАВА 2. Приборы измерения сил.

2.1.Механические динамометры.

Большинство измерителей сил основаны на принципе уравновешивания измеряемого усилия известными силами веса или упругости. Все рычажные динамометрические системы могут быть построены по одному из двух методов: измерение силы производится либо по перемещению последнего звена передаточного механизма, либо по изменению компенсирующего усилия, создаваемого грузом или упругим элементом. К первой группе относятся маятниковые динамометры и рычаги с пружинами, ко второй – рэйтерные и рычажно-пружинные системы.

 

А). Маятниковый динамометр.

Рис.7. Маятниковый динамометр.

Под действием силы F рычаг поворачивается на угол φ, что и служит мерой измеряемого усилия. Условие равновесия записывается

Fℓcosφ=Gℓ1sinφ+Mтр+Mp=Gℓ1sinφ+Mтр+mφφ,

где ℓ и ℓ1 – длины рычагов; G – сила веса постоянного груза; Мтр – момент трения в шарнирах А и О; Мр – момент устойчивости рычага Мр=mφφ.

 


Если трением пренебречь, то . При малых углах поворота φ≈tgφ и cosφ≈1, то .

- устойчивость рычажной системы.

Погрешность измерения таким динамометром составляет ±0,2%.

 

Б). Рычажно–пружинный динамометр.

В них измерение производится по деформации упругого элемента. Они не обладают высокой точностью, т.к. очень сложно обеспечить строгую линейность, постоянство и нечуствительность к температурным воздействиям характеристик пружин. Отклонение от линейных характеристик винтовых цилиндрических пружин достигает ±0,5%. Для снижения вариации показаний вследствие упругого последействия и гистерезиса напряжение в материале упругого элемента не должно превышать 10 – 20% предела пропорциональности. Лучшее качество имеют цилиндрические пружины специального профиля сечения или спаренные пружины с правой и левой навивкой. Для измерения малых усилий менее 1 Нм применяют торсионные стержни.

 

В). Рейтерные динамометры.

Рис 8. Упрощенная принципиальная схема рейтерного силоизмерителя.

Действие грузовых (рейтерных) динамометров основано на автоматической балансировке силоприемного рычага за счет перемещения рейтера. Условия равновесия рычага:

Fℓ1=Gℓx+Mтр+mφφ,

где ℓх – расстояние от рейтера до опоры (выходной сигнал преобразователя). Статическая характеристика рейтерного динамометра при постоянных свойствах рычага и шарниров близка к линейной.

В реальных силоизмерительных устройствах момент трения Мтр есть функция F. При необходимости в рейтерных системах используются компенсаторы устойчивости, например в виде груза G1, помещаемого над рычагом на некоторой высоте h.

 

2.2. Гидравлические динамометры.

Гидравлические силоизмерители (мессдозы) предназначены для преобразования усилия в давление жидкости, которое затем измеряется с помощью манометра любого типа. Принципиально мессдозы представляют собой простейшие поршневые пары и дают возможность дистанционно измерять усилия практически любой величины.

 

А). Глухая гидравлическая мессдоза.

Рис. 9. Глухая гидравлическая мессдоза.

Здесь измеряемое усилие F воздействует на поршень, создает давление в жидкости, заключенной между корпусом и поршнем. Для герметизации полости с жидкостью используется эластичная мембрана. Рабочие (герметизирующие) мембраны для давлений 106Па изготавливаются из высокопрочной прорезиненной ткани толщиной 0,3 – 0,8 мм на шелковой или капроновой основе или из бериллиевой бронзы толщиной 0,05 – 0,06 мм. Для мембран, работающих при высоких давлениях, применяют маслобензиностойкую резину толщиной 2 – 3 мм. На точность измерения сил с помощью мессдоз оказывает влияние величина перемещения поршня. Если допустить, что рабочая полость системы заполнена абсолютно несжимаемой жидкостью и пренебречь деформациями мембраны, корпуса и соединительных трубок, то ход поршня определится лишь изменением внутреннего объема манометра. Из применяемых рабочих жидкостей наименьшую сжимаемость имеют глицерин, спирто–водяные смеси, минеральные масла. Температурные погрешности глухих мессдоз не позволяют обеспечить высокий предел точности измерений (±1,5 – 2,0%) от верхнего предела показаний из – за замкнутости рабочего объема гидравлической системы.

1 – основание корпуса; 2 – крышка корпуса; 3 – поршень; 4 – шарик; 5 – манометр; 6 – диафрагма; 7 – баллон с рабочей жидкостью; 8 – заправочный кран.

 

Б) Проточная гидравлическая мессдоза.

Рис. 10. Проточная гидравлическая мессдоза.

В ней источником давления служит внешний нагнетатель (насос или баллон с давлением), а поршень связан с золотником – регулятором давления в рабочей полости. В таких мессдозах измеряемое усилие уравновешивается давлением движущегося через полость потока жидкости. Т.к. во время работы в проточную мессдозу поступают все новые порции рабочего тела, то нет необходимости в полной герметизации гидравлической системы; в конструкции могут быть использованы весьма точные элементы типа неуплотненных поршневых пар.

При измерении насос нагнетает жидкость из бака в полость под поршнем, к которому приложено измеряемое усилие F. Если F меньше силы давления жидкости РSэф, то поршень, перемещаясь вверх, откроет выпускные отверстия, перепад давления на которых начнет снижаться, т.е. начнет снижаться давление под поршнем. Перемещение поршня вверх прекратится, когда F=PSэф. Статическая характеристика мессдозы что в глухом, что в проточном варианте имеет вид P=F/Sэф.

В проточном варианте мессдозы постоянство эффективной площади гораздо выше, чем в глухом. Поскольку сжимаемость жидкости в проточных мессдозах не сказывается на точности измерений, то обычно используют различные масла, вязкие свойства которых обеспечивают наименьшую протечку жидкости в неуплотненном зазоре поршневой пары. Расход масла при давлениях (1 – 2)*103Па определяется по формуле

Q=π*r*ΔPδ3/Gηℓ,

где r – радиус поршня; δ – зазор (на сторону); ℓ - длина поршня, погруженного в цилиндр; η – динамическая вязкость рабочей жидкости; ΔР – перепад давления на кольцевом зазоре, через который протекает масло. Если, например, ℓ=r, ΔР=103Па, δ=5*10-6м, η=1,75*10-3Па*с (минеральное масло), то получим, что расход масла через зазор

Q=3,6*10-9м3/с, что говорит о ничтожности протечки. Жидкость, просочившаяся через зазор в поршневой паре, собирается в верхней проточке и отводится обратно в бак.

Главным источником погрешности измерения в проточной гидравлической мессдозе является трение в поршневой паре. Для борьбы с трением на поверхности поршня делают разгружающие канавки шириной 0,3 – 1 мм и глубиной 0,2 – 0,8 мм. Наличие одной канавки по опытным данным снижает трение со 100% (при гладком поршне) до 40%, а семи канавок до 2,7%. Кроме того, наличие канавок уменьшает протечки через зазор вследствие повышения гидравлического сопротивления току жидкости. Еще более эффективным методом устранения трения в поршневой паре является принудительное вращение поршня или цилиндра.

Гидравлические глухие и проточные мессдозы применяются для измерения сил от сотен до миллионов ньютонов.

 

2.3. Упругие динамометры с электрическими датчиками. Тензометрические датчики.

Высокоточные механические и гидравлические силоизмерители могу применяться исключительно в статических или близких к ним режимах. Для измерения усилий на переходных или неустановившихся режимах используются электрические динамометры разных типов. Все они представляют собой упругие системы, деформации отдельных элементов которых пропорциональны измеряемым усилиям и моментам. Эти деформации измеряются при помощи электрических преобразователей проволочного, индуктивного или емкостного типов. Наибольшее распространение имеют проволочные тензометрические преобразователи.

Тензорезистивный эффект – изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников в результате его деформации под действием нагрузки.

R=ρℓ/S,

где ρ – удельное сопротивление проводника, ℓ - длина и S – площадь поперечного сечения проводника. Материал может быть охарактеризован тензочувствительностью m

m = (Δρ/ρ)/(Δℓ/ℓ),

где Δρ – изменение удельного сопротивления; Δℓ - изменение относительной деформации; ℓ - относительная деформация.

Тензочувствительность полупроводников в десятки раз выше, чем у металлов. Тензорезистивный эффект зависит от вида деформации и температуры (слабо зависит от деформации сжатия и сильно – от изгибной деформации).

Таблица 3.

Тензочувствительные материалы.

материал состав m ρ*106,Ом*м Рабочая температура
Константан 58,5%Cu, 40%Ni, 1,5%Mn   0,44 – 0,52 До 673
Нихром 65 – 80%Ni,15 – 30%Cr 2,1 – 2,3 1,0 – 1,1 До 1273
Платина 100%Pt 4,1 – 6,1 0,09 – 0,11 До 1573
Германий n - типа      
Кремний p – типа      
n - типа    

Тензорезистор из монокристалла проводника представляет собой стержень с металлическими лепестками, присоединенными к его концам. Лепестки обеспечивают электрический контакт со стержнем и необходимы для присоединения тензорезистора к образцу. Погрешность тензорезисторов от 0,5 до 2% от диапазона измерений. Среди достоинств - высокая точность измерений, малая чувствительность к вибрациям и малая масса самого датчика; недостаток – слабый выходной сигнал.

Упругие элементы, работающие совместно с наклеенными на них тензодатчиками должны обеспечивать высокую сигнальную деформацию при достаточно большом запасе прочности, отсутствие нелинейности и гистерезиса.

Динамометры в виде простой консольной балки пригодны для измерения малых усилий от долей ньютона и выше. При изгибе поперечной силой консольного стержня толщиной h максимальное сигнальное напряжение на расстоянии ℓ от точки ее приложения в 6ℓ/h раз больше, чем в случае растянутого или сжатого той же силой стержня с тем же поперечным сечением. Поэтому продольно нагружаемые стержни применимы в основном для измерения больших сил.

Средняя квадратическая погрешность собственно тензодинамометра, вызываемая главным образом влиянием температуры на жесткость и форму упругого элемента обычно не превышает (при малом изменении температуры) ±0,3 – 0,5%.

Кроме использования в тензодинамометрах для измерения усилий, наклеиваемые тензодатчики используются для измерения крутящих моментов, давлений, температур, напряжений и других физических величин, действие которых может быть преобразовано в малые перемещения (прогибы). При этом в качестве предварительных преобразователей применяются различные упругие элементы с укрепленными на них тензопреобразователями.

Наиболее распространенные формы тензопреобразователей показаны на рис. 11 Плоская решетка позволяет приблизить проволочки к поверхности деформируемой детали. При этом повышается стабильность (уменьшается гистерезис и ползучесть). Преобразователь из травленой фольги имеет высокое отношение площади поверхности к поперечному сечению отдельных проводников, что улучшает теплоотдачу и увеличивает допустимую плотность тока (если только сама контролируемая деталь не обладает очень малой теплоемкостью). Способ изготовления пленочных тензопреобразователей заключается в вакуумной возгонке тензочуствительного материала и последующей его конденсации на подложку.

Точность и чувствительность приклеиваемых тензоэлементов зависят от качества контакта с деталью, на которую они наклеиваются. Наибольшее воздействие на характеристику тензоизмерителя оказывает изменение температуры. Вызвано это тем, что, во – первых, температурные деформации проволочек не равны температурным деформациям детали, на которую наклеены тензорезисторы и, во – вторых, сопротивление большинства материалов зависит от температуры. Температурная компенсация достигается проще всего с помощью установки дополнительных тензопреобразователей, аналогичных основному, но расположенных т.о., что при использовании мостовых измерительных схем сигналы, наведенные изменением температуры, самоисключаются.

Погрешности тензометрических измерителей деформаций тесно связаны с возможностью их градуирования. Если рабочий преобразователь по условиям эксплуатации невозможно градуировать на месте установки, то погрешность, вызванная неидентичностью элементов и качеством их приклейки, может составить 1 – 5%, а общая погрешность прибора – до 10 – 15%.

К специальным видам тензорезисторов могут быть отнесены сигнализаторы появления и развития трещин и датчики усталостных повреждений. Сигнализаторы трещин представляю собой отрезки провода или узкие полоски фольги на изоляционной основе, которые приклеиваются на элементы контролируемого объекта в районе концентраторов напряжений перпендикулярно к предполагаемому направлению распространения трещин. Когда трещина достигает места расположения сигнализатора, последний разрывается и обрыв его цепи используется для получения электрического сигнала. Если обычные тензорезисторы используются в области деформаций, где статическая характеристика близка к линейной, то сигнализаторы трещин работают в области, где эта характеристика может быть как линейной, так и релейной.

Датчик усталостных повреждений позволяет обнаруживать и исследовать скрытые повреждения в эксплуатирующейся конструкции по необратимому изменению удельного электросопротивления фольги, зависящему (при определенном режиме отжига фольги) от числа циклов нагружения.

Рис. 11 Наклеиваемые тензорезисторы. а, б – Плоские решетки; в – из травленной фольги.








ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.