Для измерения силы используют


Прибор для измерения силы

Главная > Инструмент > Прибор для измерения силы

Среди многих видов измерений необходимо измерять силу удара, тяги, вращения и другие. Прибор для этого называется динамометр. Само это слово произошло от двух древнегреческих слов: δύναμις  – «динамо (сила)» и μέτρεω – «метрио (измеряю)».

Измерения силы в системе СИ

Единица силы в этой системе – ньютон. Название эта единица получила в честь английского физика Исаака Ньютона. Один ньютон (1 Н) – это такая сила, которая придаёт телу весом 1 кг ускорение 1 метр в секунду и равна 102 граммам. На табло динамометров обычно вместо ньютонов указываются килограммы.

Принцип действия и история изобретения динамометра

Приборы для измерения емкости аккумулятора

Принцип действия прибора основан на законе физики, который называется закон Гука, открытый в 1660 году. Он гласит, что деформация пружины прямо пропорциональна силе, действующей на неё.

Первые аппараты для измерения силы появились в XVIII веке. Это весы. В XIX появились приборы с пружиной, растягивающейся под действием приложенного усилия. Позже было изобретено устройство со спиральной пружиной. Эти приборы работали на растяжение. Позже были изобретены устройства, реагирующие на сжатие.

Виды приборов

Есть разные виды устройств, осуществляющих измерение силы. Они отличаются:

  • по предельному усилию – от долей ньютона (нескольких грамм) до десятков меганьютонов (тысяч тонн);
  • по типу измеряемой нагрузки: тяговые, измеряющие силу, и вращательные, предназначенные для измерения вращающего момента;
  • по принципу действия: механические, электрические и гидравлические.

В некоторых приборах применяются сразу несколько типов датчиков, дополняющих друг друга.

Механические (рычажные или пружинные) динамометры

Это самые простые и дешёвые устройства. Точность их зависит от температуры окружающей среды.

В устройстве рычажного типа вместо пружины используется рычаг, деформация которого передаётся на табло. Пример такого устройства –автомобильный динамометрический ключ.

В пружинных приборах усилие передаётся на пружину, которая сжимается или растягивается. Это зависит от направления приложенной силы и конструкции устройства. В свою очередь, пружина передаёт сигнал на датчик и (или) табло, цифровое или стрелочное.

Самым известным прибором такого типа является базарный безмен.

Гидравлический динамометр

Принцип действия устройства гидравлического типа основан на измерении количества жидкости, вытесненной из цилиндров.

Приборы такого типа точнее, но дороже и менее надёжны.

Электрический динамометр

Состоит из датчика, который при деформации выдаёт сигнал, усилителя этого сигнала и табло. Приёмником сигнала является упругий элемент – пружина, рычаг или мембрана, передающие усилие на датчик. От типа используемого датчика виды электрических динамометров получили своё название:

  • Индуктивные. Действующим элементом этих датчиков является катушка, индуктивное сопротивление которой изменяется при попадании в активную зону металлического, магнитного или других материалов, а также изменении положения сердечника катушки. Эти датчики получили большое распространение из-за простоты и надёжности в работе;
  • Емкостный датчик. Представляет собой конденсатор из двух пластин с воздушным зазором между ними. Под воздействием давления зазор меняется, что приводит к изменению ёмкости конденсатора;
  • Пьезоэлектрические. Пьезоэлектрический эффект (от греческого πιέζω «пьезо – давлю, сжимаю)» – это появление поляризованного сигнала на диэлектрике при давлении на него. Один из вариантов использования этого эффекта – микрофон;
  • Вибрационно-частотные. Внутри этих датчиков находится струна, частота колебаний которой изменяется при изменении натяжения. Так меняется звук струны на гитаре при настройке. Кроме струны, внутри устройства находятся возбудитель, вызывающий колебания, а также приёмник, улавливающий частоту. Преимуществом является высокая точность, не зависящая от длины проводов;
  • Тензорезисторные. Название этих датчиков произошло от латинских слов tensus – напряжённый и resisto – сопротивляюсь. Действующим элементом этого датчика является полупроводниковый резистор. Сопротивление этого элемента меняется при деформации.

Ниже изображена схема включения тензорезисторного датчика.

Схема тензометрического датчика: 1 – упругое тяговое звено, 2 – рабочий тензорезистор, 3 – измерительный мост, 4 – усилитель, 5 – регистратор

Одноразовые датчики

Кроме динамометров, рассчитанных на длительную работу, есть приборы, предназначенные для однократного применения. Они разрушаются при использовании. Такие измерители применяются во многих сериях научно-популярного сериала «Разрушителей мифов» (MythBusters).

Применение динамометров

Люмен – единица измерения освещенности

Приборы для измерения силы используются в самых разных областях жизни:

  • Измерение усилий сжатия створок закрывающихся дверей. В лифтах, метро, электропоездах и других местах применяются сдвигающиеся створки дверей. Усилие прижатия не должно превышать определённую величину, безопасную для людей, попавших между ними;
  • В спорте, а также реабилитационной медицине для измерения усилия сжатия кисти, плечевого пояса или поясницы. В боксе такие устройства измеряют силу удара;
  • В робототехнике и протезировании конечностей динамометры позволяют регулировать усилие сжатия искусственной кисти. Это позволяет удержать штангу или не раздавить яйцо;
  • Элемент весов. Позволяют взвешивать вагоны поезда, автомобили целиком или давление, оказываемое одним колесом на дорогу;
  • При постройке плотин и больших зданий такие датчики устанавливаются внутри конструкций. Это позволяет контролировать внутренние напряжения и целостность сооружения;
  • При испытаниях автомобилей, тепловозов и других тяговых механизмов. Аналогичные приборы применяют для взвешивания грузов, подвешенных на крюке мостового или башенного крана.

Приборы для измерения силы получили широкое распространение в технике, медицине, спорте, а также других областях жизни. Благодаря разнообразию типов, можно найти устройство для выполнения измерений в любых условиях.

Видео

Единица измерения напряжения

elquanta.ru

ТЕМА 8

При создании и эксплуатации современной техники широко используют экспериментальные методы исследования прочности и надежности. Для этих исследований применяют различные приборы для измерения силы, в частности силоизмерительные датчики. Их можно применять так же и для управления производственными процессами, связанными с сило - и весоизмерением. Использование датчиков для измерения силы и массы позволяет модернизировать малопроизводительные весовые устройства рычажного типа.

Динамометрические измерения проводятся с помощью аппаратуры, которая по принципу действия подразделяется на 3 основных группы:

  1. приборы, основанные на уравновешивании измеряемой силы силой тяжести.
  2. приборы, основанные на измерении деформации.
  3. приборы, основанные на изменении давления.

Приборы 1-й группы – рычажная система, в которой измеряемая сила уравновешивается массой гирь (весы, образцовые рычажные динамометры и сило измерители испытательных машин).

Преимущества: максимальная точность и чувствительность, стабильность характеристик во времени при минимальном уходе, точка приложения силы не перемещается, не влияет температура, не нужны источники энергии, большой диапазон измерений.

«-» – дороговизна, неуниверсальны, невозможность дистанционной передачи показаний, большие габариты.

Динамометрические приборы 2-й группы имеют упругое звено, воспринимающее неизвестную силу, и устройства, преобразующие деформацию упругого звена в показания прибора - наиболее распространены. Использование с ними преобразователей (индуктивных и проволочных) еще более увеличивает универсальность.

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ, МОМЕНТОВ, МАСС

Приборы, предназначенные для измерения сил, называются динамометрами (силомерами). Близкими по назначению являются приборы для измерения крутящихся моментов, называемые моментомерами (торсиометрами). Для измерения массы тела применяются весоизмерительные приборы, которые кратко называются весами.

За единицу массы принят международный прототип килограмма, хранящийся в Международном бюро мер и весов в предместье Севри под Парижем. Прототип изготовлен из платина-иридиевого сплава (90 % платины и 10 % иридия) в виде прямого цилиндра высотой 39 мм и диаметром 30мм, масса которого с точностью до 0,01 мг в течение тысячи лет должна оставаться неизменной. В каждой стране имеются свои прототипы эталона массы.

Единицей силы является 1 ньютон (Н), представляющий собой силу, сообщающую массе 1 кг ускорение 1 м/с2. За единицу крутящего момента принимают момент, равный произведению силы 1 H на плечо 1 м. Единица момента обозначается Н-м.

Из второго закона Ньютона следует, что сила F пропорциональна ускорению а

F = maгде m — масса тела.

Из выражения видно, что при известной массе m измерение силы F можно свести к измерению ускорения а и наоборот. Выражение используется в теории акселерометров; при измерении сил им пользуются редко.

Силу F, действующую на упругое тело, можно выразить через деформацию последнего.

Из изложенного видна тесная связь сил, моментов, масс, напряжений и деформаций, что позволяет применять для их измерения одни и те же или близкие методы и приборы.

Рассмотрим принципы построения и ocoбенности устройства динамометров, моментомеров и весоизмерительных приборов.

ДИНАМОМЕТРЫ

Методы измерения сил. Принцип действия динамометров основан на использовании различных эффектов, связывающих силу с другими физическими величинами. В качестве таких эффектов применяются: деформация упругих тел под действием сил; пьезоэффект; тензоэффект; магнитоупругость и др. Совокупность эффектов, используемых для преобразования входного сигнала — силы — в выходной сигнал, чаще всего электрический, будем называть методами измерения сил.

Приборы с электрически неактивными упругими элементами. В этих приборах измеряемая сила сравнивается с упругой силой, а деформация упругого элемента преобразуется в электрический сигнал .

Приборы с электрически активными упругими элементами. В приборах этой группы механическая сила действует на электрически или магнитно активные упругие элементы, которые меняют свои электрические или магнитные свойства при изменении напряжения или деформации. К числу электрически или магнитно-активных элементов относятся элементы, обладающие пьезоэффектом и магнитоупругостью .

Приборы с силовым уравновешиванием. В приборах уравновешивания измеряемая сила уравновешивается электромагнитной или электростатической силой, формируемой на основе сигнала, пропорционального измеряемой силе. Приборы этой группы применяются для измерения малых и средних сил, при этом достигается полное уравновешивание и упругий элемент практически не деформируется.

В качестве чувствительных элементов в динамометрах применяются упругие элементы различной конструкции: продольные чувствительные элементы: стержень прямоугольного сечения с четырьмя закрепленными тензорезисторами; стержень переменного сечения с ребрами жесткости для измерения; малых сил; стержень с пазами и сверлениями , позволяющий• лучше использовать дополнительные напряжения от изгиба; трубчатый стержень , в котором можно расположить восемь тензорезисторов; плоский кольцевой элемент , позволяющий разместить большое число тензорезисторов; трубчатый упругий элемент с упругой струной , электрическое сопротивление которой меняется при изменении измеряемых сил; элементы с упругими мембранами, в которых деформации мембран преобразуются в изменения индуктивности или емкости; разностный продольный элемент. Продольные чувствительные элементы первых типов применяются в динамометрах для измерения сил от 1 кН до 10 МН. Нижняя граница связана с опасностью потери устойчивости чувствительным элементом от продольного изгиба. Верхняя граница измеряемых сил менее определенная. Мембранные чувствительные элементы применяются в приборах для измерения малых сил.

Изгибные чувствительные элементы: консольная балочка равного сопротивления изгибу (α), недостаток которой — уход в сторону и поворот места введения силы; элементы, в которых поворот исключен с помощью параллельных направляющих; элементы с исключенным уходом в сторону за счет симметричного ввода сил. В элементе предусмотрена защита от перегрузок путем ограничения хода посредством упоров.

Изгибные чувствительные элементы применяются для измерения сил от 100 H до 10 кН. Нижний предел ограничен трудностью изготовления тонких балочек, а верхний — получающимися непропорционально большими размерами.

Сдвиговые упругие элементы выполняются в виде консольной балочки с расположением тензорезисторов под углом 45°; двухопорной симметричной балочки ; симметричной круглой конструкции, роль упругих элементов в которой выполняет набор стенок между отверстиями, в которых размещены тензорезисторы; конструктивные варианты , обеспечивающие в поле тензорезисторов деформацию чистого сдвига и др. Область измерений сил с помощью сдвиговых преобразователей от 10 H до 1 МН.

К упругим чувствительным элементам предъявляются следующие требования: в целях устранения трений и связанных с ними погрешностей измеряемые силы должны передаваться в конструкцию преобразователя по твердой среде в виде целого куска металла; упругий элемент должен работать в пределах закона Гука; силовоспринимающая поверхность должна быть возможно малой; преобразователи силы должны быть симметричными.

По виду преобразователи подразделяются на группы:

  • с визуальным отсчетом и механическими преобразователями;
  • с потенциометрическими преобразователями;
  • с индуктивными преобразователями;
  • с проволочными преобразователями;
  • на принципе пьезоэффекта;
  • магнитоупругие и др.

Простейшим динамометром с визуальным отсчетом и механическим преобразователем являются пружинные весы.

Динамометры с потенциометрическими преобразователями дают возможность дистанционной передачи и регистрации показаний, компактны, имеют мощный выходной сигнал (непосредственное управление исполнительными механизмами). Надежны в работе.

Но недостатки «-» – не очень высока точность, нужны источники питания, инерционны, обмотка изнашивается из-за трения ползунка и т.д. Обмотка - высокоомные металлы - вольфрам, константан, манганин и т.д.

Индуктивные преобразователи – точная и чувствительная аппаратура для измерения малых перемещений, но по точности все же уступают рычажным динамометрам с гравитационным уравновешиванием. Наиболее распространены индуктивные преобразователи работающие по схеме дифференциального трансформатора. Перемещение - от нескольких десятых долей мм до 6 мм. Динамометры с проволочными или фольговыми тензопреобразователями более универсальны, чем с потенциометрическими. Тензометры сопротивления представляют собой отрезки проволоки ø 0,03…0,05 мм, наклеиваемые на объект измерения. В процессе деформации меняется сопротивление датчика, которое фиксируется приборами.

Проволочные преобразователи обладают многими достоинствами, обеспечивающими им широкое применение, но не требуется измерительная схема большой чувствительности и специальной усилительной аппаратуры. Влияет температура.

Динамометры 3-й группы (основанные на измерении давления), представляют собой обычный цилиндр и поршень, при перемещении которых изменяется давление жидкости, воздействующей на трубчатый, мембранный, сильфонивый или грузопоршневой манометры. По метрологическим требованиям устройства для измерения силы подразделяют на эталонные, динамометры 1, 2 и 3-го разрядов и динамометры общего назначения (рабочие) классов 1 и 2.

К образцовым динамометрам 1-го разряда значение единицы силы передается посредствам эталонной установки, основанной на принципе непосредственного нагружения динамометра эталонными грузами.

Особое место занимают в измерениях динамометры общего назначения (рабочие). Они, как правило, испытывают переменные нагрузки. Изготовляют трех видов: ДП – пружинные; ДГ – гидравлические и ДЭ – электрические.

Установлено 2 класса в зависимости от их погрешности. Погрешность динамометра выражается в % предельного значения силы, измеряемой динамометром и не должна превышать: ± 1% для класса 1 и ± 2% для класса 2.

Динамометр общего назначения с упругим силовым звеном. Принцип работы основан на измерении деформации упругих скоб 5 выполненных в виде рессор, которые соединены с тягами 3 и 4, на концах которых находятся серьги 6 и 7. Тяга 3 соединена с корпусом неподвижно, а тяга 4 перемещается и при помощи передаточного механизма отклоняет стрелку прибора. Существует также динамометры с другим звеном кольцевого типа.

Измерение массы и веса

Физические основы

В литературе научно-технической и справочной широко используется термин «весоизмерительная аппаратура, приборы, техника». Чаще всего под этим подразумеваются средства измерения массы и веса. Нечеткая формулировка приводит к смешению самих понятий «масса» и «вес».

Физическое представление о массе было заложено еще Ньютоном, сформулировавшим закон инерции

F=ma;

a=F/m.

Чем больше вещества в объекте, тем более он инертен. Мерой инертности тела является масса. Для несоприкасающихся тел масса оказывается также и мерой гравитационных свойств материи.

В земных условиях вес тела – это результат гравитационного притяжения их к Земле. Как всякая сила вес проявляется статически и динамически.

При статическом проявление вес Р уравновешивается силой упругого сопротивления опоры Q (реакция опоры). Т.е. вес тела равен силе, с которой оно действует на неподвижную относительно Земли опору.

При динамическом проявлении веса тело приобретает ускорение и вес его

P=mg.

Вес тела на Земле зависит от его массы и места расположения. На экваторе Р=Fгр-Fцб. Статический вес на Земле в зависимости от места измерения колеблется в пределах до 0,6%. Динамический вес тела величина неоднозначная и зависит от скорости движения тела, поэтому обычно пользуются выражением для статического определения веса.

В зависимости от принципа действия одни приборы предназначены для измерения массы, другие для измерения веса. И те, и другие основаны на использовании эффекта гравитации. В одних случаях взвешивание с использованием мер массы, в других - безгирным способом.

Взвешивание с использованием гирь – на рычажных весах, любого типа, где в результате измерения определяется масса объекта прямым сличением ее с массой гирь. Для безгирного способа используются приборы с упругими весовыми элементами (пружинные, торсионные, крутильные весы или весы с упругими электромеханическими измерительными преобразователями веса-тензоруксторными или виброчастотными). Принцип действия аналогичен принципу измерения силы динамометрами.

ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (ВЕСЫ)

Методы измерения масс. Весоизмерительные приборы, предназначенные для измерения массы, строятся на принципе сравнения силы тяжести, развиваемой измеряемой массой, с известными силами — грузом известной массы (гиревые весы); упругой силой слабой пружины (пружинные весы) упругой силой жестких упругих элементов, деформации которых преобразуются в электрические сигналы (на этом принципе работают электромеханические весы); силой, создаваемой пневматическими устройствами, в которых мерой измеряемой массы является давление воздуха; силой, создаваемой гидравлическими устройствами (здесь также мерой измеряемой массы является давление жидкости); силой, создаваемой электромагнитной (взаимодействие тока и постоянного магнитного поля) или электростатической .

Схемы весоизмерительных механизмов Тип весов Схема D, кг t 3, c A, %
Коромысловые рычажные 10 -8 -10 3 5-10 0,1
Гирные 10 -8 -10 3 30-60 0,1
Коромысловые с передвижными гирями 10 -4 -10 -6 30-60 0,5
Квадрантные 10 -3 -10 -4 2-5 0,5
Весовые дозаторы 10-10 3 0,1 0,5

Изготовляются из стали, алюминиевых сплавов и латуни. Призмы изготовляются из прочных сталей, обладающих высокой стойкостью при контакте с опорами. В качестве успокоителей в лабораторных и прецизионных весах применяют пневматические демпферы, а иногда — гидравлические демпферы.

В пневмомеханических, гидромеханических и электромеханических весах сигнал, пропорциональный взвешиваемой массе, преобразуется в пневматический, гидравлический или электрический сигналы. В качестве преобразователей находят применение все преобразователи сил. Сигналы, снимаемые с преобразователей, используются в системах индикации, в устройствах записи и системах автоматического дозирования.

Особенности схем и устройства весов. В рычажных весах уравновешивание измеряемой массы осуществляется известной массой, реализуемой в виде гирь. Вариантами рычажных весов являются: весы с накладными гирями; весы с переключаемыми гирями, встроенными в конструкцию весов; весы с передвижными гирями вдоль плеча рычага; маятниковые (квадрантные весы), в которых при взвешивании изменяется угол отклонения жестко связанный с весами гири маятникового типа и расстояние ее от центра тяжести до центра опоры. Здесь каждому значению взвешиваемого груза соответствует определенное положение равновесия.

Пружинные весы основаны на уравновешивании измеряемой массы упругой пружиной, деформация которой является мерой массы. Деформация пружины может индицироваться непосредственно перемещением стрелки относительно линейной или секторной шкалы или измеряться электрическими преобразователями. Получили также распространение пружинные весы, в которых измеряемый груз растягивает упругий элемент (струна, стержень, цилиндрическая оболочка), изменяя его собственные частоты. Измерение собственных частот осуществляется автогенераторным методом.

Электромеханические весы обычно состоят из следующих блоков: одного или нескольких динамометров, преобразующих усилие, развиваемое взвешиваемой массой в электрическую величину; промежуточных устройств, преобразующих электрические сигналы в вид, пригодный для индикации, записи или дальнейшей обработки; устройств индикации или записи.

Промежуточные устройства вместе с индикаторами реализуют схемы прямого или уравновешивающего преобразования.

Прецизионные и лабораторные весы имеют малые погрешности. Они изготовляются для измерения масс до 50 кг.

Рассмотрим два примера электромеханических прецизионных весов с силовой компенсацией. На рисунке ниже приведена схема электромеханических коромысловых весов. На рычаге-коромысле 1 укреплена чашка 2 для взвешиваемого груза и компенсационные катушки 6. При отклонении коромысла от равновесного положения появляется сигнал на выходе индуктивного трансформаторного преобразователя 5, который после усиления и детектирования поступает в компенсационные катушки 6. Протекающий по этим катушкам ток, взаимодействуя с постоянным магнитом, создает уравновешивающую силу, равную силе груза. Падение напряжения на сопротивлении RH является мерой измеряемой массы и индицируется прибором 4. Значение измеряемой массы может быть записано в устройстве 3.

Время успокоения весов не превышает 0,1 с.

Электромеханические весы с силовой компенсацией выполняются без коромысла. Для этой цели подвижная часть весов состоит из весовой чашки, укрепленной на вертикально перемещающемся пружинном механизме. Компенсационное устройство выполняется в виде перемещающихся катушек относительно неподвижного магнита или наоборот. Перемещение груза вместе с npyжинным креплением измеряется датчиком, сигнал которого поступает на усилитель и далее на компенсационные катушки.

Большое распространение в производстве получили автоматические сортировочные весы. Эти весы позволяют сортировать взвешиваемые изделия по весовым категориям и производить автоматическую разбраковку изделий.

Автоматические сортировочные весы с силовой компенсацией

Принцип действия весов основан на непрерывном или дискретном взвешивании поступающих на платформу 1 грузов 2. Преобразователь 3 перемещения платформы с грузом подает сигнал в усилитель 5, который питает компенсационные катушки 6. Индикация взвешиваемого груза производится указателем 8, сигнал на сортировку вырабатывается в реле 9. Вместо реле можно включить устройство5, вырабатывающее оценочные характеристики годных изделий и брака.

Автоматические сортировочные весы позволяют отбраковывать изделия, масса которых не соответствует заданной; управлять расфасовочными устройствами; сортировать изделия по весовым категориям; выдавать статистические характеристики обрабатываемых изделий.

Погрешности весов. Основные погрешности механических весов обусловлены: деформацией рычагов; трением призм об опорные поверхности; износом призм; смещением точек ввода сил веса измеряемых и уравновешивающих масс; повреждением гирь (ржавчина и др.).

Погрешности пружинных весов вызываются изменением характеристик пружин (температурные влияния, старение и др.).•

Погрешности электрических весов являются общими для электронных приборов — это непостоянство параметров электронных схем (температурные влияния и др.), изменение характеристик устройств уравновешивания (старение постоянных магнитов).

Все весоизмерительные приборы должны устанавливаться в горизонтальном положении.

Весы являются наиболее распространенными измерительными приборами и в ряде отраслей народного хозяйства они занимают ведущее положение в организации технологических процессов.

Классификация средств измерения массы.

В качестве технических средств используемых для измерения массы, применяют меры и измерительные приборы. В качестве однозначных мер используются гири. Их формируют в наборы, можно использовать по отдельности и в любых сочетаниях для воспроизведения массы различного размера.

К измерительным приборам относят весы, весовые дозаторы и контрольные весовые автоматы (контрольные весы), которые должны отвечать соответствующим требованиям точности, техническим условиям и методам поверки (в научно – технических документах).

По принципу действия весоизмерительные приборы различают дискретного и непрерывного действия. Весы и дозаторы дискретного действия: взвешивание производится повторяющимися циклами (совокупность операций для получения результатов одного взвешивания). Характеризуется наибольшими и наименьшими пределами взвешивания или дозирования (далее НПВ, НмПВ, НПД, НмПД). За этими пределами погрешность взвешивания превышает допускаемые значения. К весам и дозаторам непрерывного действия относятся приборы, с помощью которых взвешивание (дозирование) сыпучих или жидких материалов (продуктов) осуществляется непрерывно, а заданный расход массы автоматически регулируется. Характеризуются наибольшим и наименьшим пределами производительности.

В зависимости от способа преобразования измерительного сигнала весы и дозаторы разделяются на механические, гидравлические, электромеханические, оптико-механические, пневматические и др.

Для лабораторных весов и весов статического взвешивания регламентирована система обозначения.

Для лабораторных — буквенно-цифровая индексация:

  • ВЛР — весы лабораторные равноплечие с оптическим отсчетом.
  • ВЛК — весы лабораторные квадратные.
  • ВЛКТ — весы лабораторные квадратные с механизмом выборки тары.
  • ВЛТ — весы лабораторные технические.
  • ВЛАО — весы лабораторные аналитические одноплечие.
  • ВЛЭ — весы лабораторные электронные.
  • ВЛО — весы лабораторные образцовые.

После букв цифрами обозначается НПВ, затем после дроби цена деления и через дефис — класс точности. ВЛК-2кг/20-3 – весы лабораторные, квадратные, НПВ-2кг, цена деления шкалы – 20мг, класс точности-3.

Обозначение весов для статического взвешивания тоже начинается с букв. Первая буква — конструкция механизма.Р – рычажно-механические весыТ – электронно-тензометрические

В – виброчастотные.

Вторая буква – способ установки весов: Н – настольные, П – передвижные, С – стационарные. Затем после тире – число НПВ, после него буква, обозначающая тип указывающего устройства: Г – коромысловое гирное, Ш – коромысловое шкальное, Ц – циферблатное, Д – дискретно цифровое.

После буквы сочетанием двух цифр обозначают возможности весов в отношении отсчета и регистрации показания.

  1. — только визуальный отсчет показаний.
  2. — документированная регистрация показаний.
  3. — отсчет показаний только на месте установки.
  4. — дистанционный отсчет показаний.

Пример. ПС-150Ц24 – рычажно-механические стационарные. НПВ – 150кб, циферблатные с документированной регистрацией показаний и дистанционным отсчетом. РП-150Ш13 – рычажно-механические передвижные, НПВ150кт – коромысловые шкальные с визуальным отсчетом показаний только на месте установки и т.д.

В народном хозяйстве страны весоизмерительные устройства являются одним из наиболее распространенных видов оборудования. В настоящее время нет ни одного предприятия, где бы не применялись весы различных типов и назначений. В процессе производства, транспортировки, торговых операций и хранения различные материалы и грузы, как правило, подвергаются неоднократному взвешиванию. Ряд важнейших показателей работы промышленных предприятий определяется по результатам взвешивания сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. По весу производятся различные расчеты и калькуляции, контролируется работа отдельных цехов и целых предприятий.

От организации весового хозяйства на предприятии во многом зависит учет работы отдельных его участков. Более того, если раньше весы применялись, как правило, только для определения веса, то в настоящее время весовые устройства во многих случаях являются составной частью производственного оборудования, встраиваются в технологические линии, снабжаются различными приспособлениями и наряду с определением веса выполняют другие функции. Так, весы нередко используют для сортировочных и контрольных операций, для дозирования материалов при составлении смесей, фасовки и упаковки готовых продуктов и материалов, для автоматической подачи заданного количества материала и т. п. Кроме того, весоизмерительные приборы широко применяют для определения в производстве различных параметров: центра тяжести изделий, плотности тел, содержания влаги, крутящего момента двигателей и др.

При современном уровне техники многие весы представляют собой весьма сложные механизмы, которые служат для подачи и взвешивания грузов, регистрации результатов взвешивания и для сигнализации в случае отклонения от заданных технологических норм и т. п.

В связи с большим разнообразием технологических процессов, при которых применяется весовое оборудование, и технических требований, предъявляемых к весам, в настоящее время насчитывается значительное число весоизмерительных приборов. При наличии такой большой номенклатуры весоизмерительных приборов от правильного выбора их в значительной степени зависит не только эффективность производственного учета, но и возможность внедрения новых автоматизированных методов производства.

Только при оборудовании предприятия необходимыми весоизмерительными и весодозирующими устройствами возможно осуществление высокопроизводительных технологических процессов и проведение комплексной механизации и автоматизации производства.

При этом необходимо учитывать, что за последнее время широкое распространение получают новые методы взвешивания и новые типы весоизмерительных приборов, отвечающие современному уровню техники. Все шире, например, внедряются весы с электронными указателями. Эти весы обладают рядом преимуществ, вследствие чего с успехом заменяют гирные и шкальные весы на производстве, в складском хозяйстве и торговле.

Применение весов с электронными указателями в несколько раз ускоряет процесс взвешивания, так как отпадает необходимость в накладывании гирь и последующих подсчетах результатов взвешивания. Груз на таких весах уравновешивается автоматически, результат взвешивания прочитывается непосредственно по шкале без каких-либо дополнительных вычислений. Большим преимуществом весов этого типа является наглядность отсчета результатов взвешивания, так как электронная шкала и движущаяся по ней при взвешивании стрелка легко обозреваются. Это избавляет от ошибок подсчета веса, возможных при взвешивании на гирных или шкальных весах.

Вместе с тем электронные весы при встраивании их в технологические линии позволяют использовать электронный указательный прибор в качестве датчика при автоматизации процесса взвешивания, допускают присоединение различных печатающих и счетных аппаратов для регистрации показаний весов.

Все эти преимущества оборудования весов электронными указателями особенно важны при механизации процессов взвешивания различных грузов.

Все шире практикуется также введение новых электромеханических методов взвешивания, значительно ускоряющих работу и допускающих полную автоматизацию различных процессов вплоть до автоматической работы по заданной программе.

В весостроении начинают также применять радиоактивные изотопы, использование которых в ряде весоизмерительных устройств создает определенные преимущества и удобства.

Быстрыми темпами увеличивается номенклатура различных весовых устройств по дозированию материалов. Дозирование широко применяют в самых различных технологических процессах: при производстве удобрений, различных пластмасс, красителей, комбикормов, бетона, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Вследствие автоматизации современных производственных процессов к дозирующим устройствам предъявляют новые повышенные требования. В ряде процессов необходимо дозирование по усложненной рецептуре, включающей иногда 50 и более компонентов. Применение электротензометрии, перфорированных карт для записи рецептуры и других современных устройств позволяет в этих случаях полностью автоматизировать процесс. Использование в дозирующих устройствах печатающих и самопишущих приборов, регистрирующих результаты дозирования, дает возможность фиксировать ход отвешивания материалов и полностью контролировать процесс, что другими способами почти неосуществимо.

Для фасовки продуктов разработан и используется ряд новых автоматов, применение которых позволило значительно расширить число фасуемых продуктов и полнее удовлетворять возрастающий спрос на товары предварительной развески и упаковки.

От должной постановки процессов дозирования, в частности от применяемых оборудования и аппаратуры, во многом зависит качество готовых изделий, экономия исходных материалов, повышение производительности труда.

Правильная организация весового учета позволяет наладить эффективную борьбу с потерями на производстве, увеличить выход готовой продукции, обеспечить высококачественное ведение технологического процесса. Тем не менее рационализации процессов взвешивания и подбору весового оборудования уделяется еще недостаточно внимания. Одной из причин этого является недостаточное знание широкими кругами инженерно-технических работников всего разнообразия типов и конструкций современных весоизмерительных приборов и весодозирующих устройств, которые могут быть использованы для того или иного технологического процесса.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

По назначению весоизмерительные приборы можно разделить на следующие пять основных групп (рисунок):

  1. общего назначения;
  2. технологические;
  3. лабораторные;
  4. метрологические;
  5. для специальных измерений.

К первой группе относятся весоизмерительные приборы, широко применяемые в торговле, складском хозяйстве, во всех отраслях промышленности и на транспорте: настольные весы с наибольшим пределом взвешивания менее 50 кг, платформенные передвижные весы до 6 т и стационарные платформенные весы — автомобильные, вагонеточные и вагонные.

Весы этой группы изготовляют с коромысловым указательным прибором с применением гирь, с коромыслами шкального типа и с циферблатными указательными приборами.

С целью автоматизации процесса взвешивания применяют печатающие аппараты для автоматической записи результатов взвешивания, суммирования итогов нескольких взвешиваний и аппараты, обеспечивающие дистанционную передачу показаний весов. Весы некоторых типов выпускают со счетно-решающими устройствами, автоматически вычисляющими стоимость взвешенного продукта.

Ко второй группе относятся технологические весы, применяемые в различных отраслях промышленности. Эта группа по номенклатуре наиболее многочисленная, так как, кроме весов, используемых в различных отраслях промышленности в однотипных технологических процессах (например, автоматических конвейерных весов для взвешивания сыпучих материалов, подвесных монорельсовых, взвешивающих грузы, транспортируемые по монорельсу), в нее входят специальные весы, предназначенные для взвешивания только определенных грузов. К таким весам можно отнести многие из применяемых на металлургических предприятиях: весы для блюмов и слябов, для взвешивания труб, вагон-весы и т. п. Специальные весы, кроме как по прямому назначению, не представляется возможным использовать на других предприятиях. В эту же группу входят различные промышленные дозирующие устройства периодического и непрерывного действия, а также дозаторы для развески материалов при их упаковке.

В связи с развитием механизации и автоматизации производственных процессов в последнее время появилось много новых конструкций специальных автоматических весов и значительно расширилась область их применения.

К третьей группе относятся лабораторные весы различных типов. Выделение их в отдельную группу объясняется особыми условиями и методами взвешивания на этих весах и требуемой высокой точностью показаний.

Четвертая группа включает метрологические весы, служащие для проведения различных поверочных работ. К конструкции этих весов предъявляются специфические требования, присущие выполнению поверочных работ.

В исключительных случаях отдельные типы метрологических весов, например образцовые весы, используют на производстве и в торговле, где требуется высокая точность показаний.

Образцовые весы применяют в финансовых организациях для взвешивания в лабораториях, на предприятиях, в отделах технического контроля и т. п. Для весов общего назначения принята буквенная индексация. В условных обозначениях типоразмеров весов первая буква указывает на конструкцию грузоприемного устройства весов:

  • Р — рычажно-механические;
  • Т — электронно-тензометрические.

Вторая буква определяет способ установки весов:

  • Н — настольные;
  • П — передвижные;
  • С — стационарные.

Далее цифра после буквенных обозначений указывает наибольший предел взвешивания — до 1000 кг в килограммах и свыше — в тоннах. Буква после обозначения предела взвешивания соответствует виду указательного устройства весов:

  • Г — коромысловое, гирное;
  • Ш — коромысловое, шкальное;
  • Ц — циферблатное.

Следующие цифры обозначают вид отсчета и снятия показаний весов:

  1. — визуальный отсчет;
  2. — документальная регистрация;
  3. — отсчет на месте установки весов;
  4. — отсчет дистанционный.

Имеющиеся иногда после обозначения вида отсчета буквы указывают на какие-либо особенности весов, например, Б —большая грузоприемная платформа, М—малая платформа. Так, обозначение весов РП-500Г13 указывает, что это весы рычажно-механические, передвижные, с наибольшим пределом взвешивания 500 кг, гирные с визуальным отсчетом на месте установки весов. Обозначение РС-150Ц24В — весы рычажно-механические, стационарные, с наибольшим пределом взвешивания 150 т, циферблатные с документальной регистрацией и дистанционной передачей показаний. Последняя буква В указывает, что весы вагонные.

Для автоматических весов и дозаторов дискретного действия введены обозначения с указанием номера проекта и предельной порции. При этом стоящие впереди буквы ВАП означают: весы автоматические порционные, ВАР — весы автоматические расфасовочные, ВАД — весы автоматические дозировочные. По этой системе весы автоматические порционные для муки обозначаются:

ВАП-100-201, где цифра 100 указывает наибольший вес порции 100кг, 201 — номер проекта весов. В обозначении дозатора ВАД-100-369 цифра 100 — наибольший вес порции, а 369 — номер проекта.

По номеру проекта обозначают также весы для металлургической промышленности. Например, в обозначении вагон-весов 115ЭВВ40 цифра 115—номер проекта, 40 указывает наибольший предел взвешивания 40 т, а ЭВВ обозначает тип весов. Для лабораторных весов приняты следующие обозначения: ВЛР — лабораторные равноплечие весы с оптическим отсчетом (ГОСТ 1507-76); ВЛК — лабораторные квадрантные весы (ГОСТ 15578—70); ВЛКТ — лабораторные квадрантные весы, имеющие механизм для выборки массы тары (ГОСТ 15578—70).

В обозначении после букв указывается наибольший предел взвешивания, цена деления и класс точности весов. Например, ВЛК-2 кг/20-3 — лабораторные квадрантные весы с наибольшим пределом взвешивания 2 кг, ценой деления 20 мг, 3-го класса точности, ВЛР-1 кг/0,1-1 —лабораторные равноплечие весы с оптическим отсчетом с наибольшим пределом взвешивания 1 кг, ценой деления 0,1 мг, 1-го класса точности. Еще имеются весы со старыми обозначениями. В тех случаях, когда при пересмотре документации индексация весов была изменена на новую, но конструкция весов осталась прежней, в книге приводятся оба обозначения, причем прежнее указывается в скобках.

КОНСТРУКЦИИ ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ. ВЕСЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Весы рычажные общего назначения изготовляют в соответствии с ГОСТом 14004—68. Стандарт распространяется на весы гирные, шкальные и циферблатные с круговой и секторной шкалами с пределами взвешивания от 1 кг до 200 т.

По наибольшему пределу взвешивания весы общего назначения делятся на три следующие группы:

  1. Настольные весы — наибольший предел взвешивания менее 50 кг
  2. Передвижные и врезные весы — от 50 до 6000 кг;
  3. Стационарные весы — от 5000 до 200 000 кг.

Наибольший предел взвешивания Рмах определяют по формуле:

Рmax = ndгде n — число делений шкалы;

d— цена наименьшего деления шкалы циферблата циферблатных весов, дополнительной шкалы шкальных весов и шкалы гирных весов. В случаях, когда весы не имеют шкал, число делений η и цена деления d являются условными.

Число делений, в том числе условных, установлено от 1000 до 7500.

К рычажным весам общего назначения относятся весы, у которых максимальная допускаемая погрешность при наибольшем пределе взвешивания находится в интервале от 0,0002 до 0,002.

Настольные весы

Настольные гирные и циферблатные общего назначения двухчашечные весы выпускают с наибольшим пределом взвешивания до 20 кг.

Весы изготовляют в соответствии с ГОСТом 13882—68.

Настольные гирные весы ВНЗ-2, ВНЗ-5, ВНТО-2, ВНО-10М, ВНО-10Ч.

Предназначены для взвешивания различных материалов, продуктов и тому подобных грузов, помещаемых на чашку или площадку весов.

Настольные весы с открытым механизмом

Весы выпускают двух типов: ВНО — с открытым рычажным механизмом (рис. 2) и ВНЗ — с закрытым рычажным механизмом. Весы изготовляют с грузоприемными площадками, съемными чашками или с одной чашкой для взвешивания груза и площадкой для гирь. Допускается изготовление весов с грузоприемной частью в виде съемного ковша, лотка или сосуда специального назначения. Так, весы ВНО-10Ч имеют грузоприемную часть в виде ковша.

Настольные циферблатные весы ВНЦ-2, РН-10Ц13, РН-10Ц13М (ВТЦ-10) РН-10Ц13У. Предназначены для тех же целей, что и весы настольные обыкновенные. Весы (рисунок) имеют две площадки: гирную (малую) 1 и грузовую (большую) 2. Результат взвешивания до 1 кг отсчитывают непосредственно по показаниям стрелки на циферблате, свыше 1 кг — по показаниям стрелки на циферблате и массе гирь, помещаемых на гирную площадку. Рычажная система весов состоит из двух частей: нижней — главного рычага 3 к верхней — гиревого рычага 4 грузового 5 и квадранта 7. Верхние рычаги удерживаются от перемещения струнками 6. Обе части весов соединены тягой 10.

Циферблатный указательный прибора имеет секторную шкалу. К квадранту 7 прикреплены две спаренные стрелки 8, которые служат для отсчета показаний на шкалах циферблатов 9, обращенных к продавцу и покупателю. Весы имеют успокоитель 11 колебаний стрелки, установленный на плите основания весов. Шток поршня успокоителя шарнирно соединен с грузоприемным рычагом. Действие успокоителя регулируется клапаном, выступающим над плитой основания. Для запора механизма весов при транспортировке служит стопор 12. Механизм весов заключен в металлический футляр, окна циферблатной части корпуса застеклены. Для правильной установки весов служит уровень 13 и установочные ножки 14.

Весы могут изготовляться также с грузоприемной частью в форме совка или сосуда.

Кроме двухчашечных настольных циферблатных весов, имеются одночашечные.

Одночашечные весы так же, как и двухчашечные, заключены в металлический кожух с застекленными окнами для наблюдения с двух сторон за результатом взвешивания. Весы имеют тарировочное устройство, успокоитель, уровень и установочные ножки. •

Весы ВНЦ-2 имеют площадки из нержавеющей стали.

Настольные циферблатные весы

Весы с оптическим указателем веса и стоимости товаров применяются для определения веса и одновременно стоимости отпускаемых продуктов в торговых предприятиях. Весы одноплощадные. Отсчет стоимости продуктов производят по основной шкале и одной из дополнительных шкал 10 с суммированием показаний этих шкал. Шкалы двусторонние, со стороны покупателя и продавца. Указатель цены за 1 кг имеется только со стороны покупателя. Питание весов — от сети 220 в, 50 гц. Местное питание — от четырех батарей.

Передвижные весы общего назначения изготовляют в соответствии с ГОСТ 14004—68.

Передвижные платформенные весы состоят обычно из грузоприемной части с рычажной системой и указательного прибора. Последний может быть коромыслового типа с уравновешиванием нагрузки наложением на гиредержатель условных гирь и путем перемещения по шкале коромысла передвижной гири. Указатель другого типа — шкальное коромысло, где вся нагрузка уравновешивается передвижными шкальными гирями. Наконец, наиболее современным указательным прибором является циферблатный с круговой шкалой.

Все циферблатные весы с круговой шкалой по конструкции можно разделить на две основные группы:

  1. весы с пределом взвешивания, равным наибольшему значению показаний по шкале циферблата;
  2. весы со ступенчатым изменением пределов показаний по шкале циферблата;

При взвешивании на весах первой группы после помещения груза на платформу весов не требуется дополнительных операций. Стрелка весов указывает непосредственно на шкале циферблата вес груза, находящегося на платформе.

Весы второй группы отличаются тем, что их наибольший предел взвешивания в некоторое целое число раз превосходит верхний предел измерений по шкале циферблата. Уравновешивание нагрузки, превосходящей верхний предел измерений по шкале циферблата, производится гирями, накладываемыми в промежуточном механизме весов. При этом, добавление каждой гири вызывает изменение пределов показаний весов на величину, равную диапазону измерений по шкале циферблата. Таким образом, при взвешивании на этих весах непосредственно по циферблату.

Складные шкальные весы ШСВ-50 предназначены для взвешивания различных грузов в полевых условиях. Изготовляются в соответствии с ГОСТом 16083—70.

Весы платформенные, рычажные, неравноплечие, указательный прибор — шкальное коромысло.

Весы складные переносные, выполнены в специальном ящике. Для взвешивания крышка ящика устанавливается под углом к основанию и закрепляется. Взвешиваемый груз помещается на платформу весов.

Вагонеточные циферблатные весы РС-5Ц13 (ВГЦ-5), РС-5Ц24, РС-10Ц13

(ВГЦ-10).Назначение весов то же, что и вагонеточных весов с коромысловым указательным прибором. Отличие заключается в применении циферблатного указателя, а в весах РС-5Ц24—устройства для дистанционной передачи показаний.

Платформенные врезные шкальные весы РС-2Ш13 (ШВР-2). Предназначены для взвешивания грузов, транспортируемых на тележках, а также материалов и изделий, размещаемых на платформе весов.

Весы стационарные устанавливаются в приямке на уровне пола. Это позволяет подавать на весы тележки, а также облегчает укладку других тяжелых грузов: бочек, ящиков, и т. п. Грузоприемный механизм весов рычажный. Усилие от груза передается на указательную часть — коромысло шкального типа.

Груз уравновешивается передвижением гирь по основной и дополнительной шкалам коромысла.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВЕСЫ

Технологические весы предназначены для взвешивания различных материалов и полуфабрикатов в процессе производства в различных отраслях промышленности.

Весы изготовляют в соответствии с ГОСТом 13712—68. Стандарт не распространяется на технологические весы, к которым в силу специфических условий эксплуатации предъявляются особые требования.

В отдельных, технических весах и дозаторах могут устанавливаться следующие числовые величины наибольших пределов взвешивания: 1,2Х10α; 1,5Х10α; 3Х10α; 6Х10α; 6,4X10α; 7,5X10α; где α— целое положительное или отрицательное число или нуль. Наибольший предел 7,5Х10α распространяется только на автоматические весы дискретного действия (порционные).

При этом наибольший предел взвешивания для весов и дозаторов с дополнительными и тарными шкалами определяется без учета этих шкал; для весов и дозаторов с накладными или встроенными гирями — по сумме верхнего предела показаний по шкале и предельного значения массы накладных или встроенных гирь, номинального для равноплечих и условно-номинального для неравноплечих; для весов и дозаторов с двумя и более основными шкалами для последовательного отвешивания материалов в один весовой бункер — по сумме верхних пределов показаний всех основных шкал либо верхнему пределу показаний одной шкалы в тех случаях, когда отсчет одновременно ведется не более чем по одной шкале.

Наименьший предел взвешивания на технологических весах и дозаторах дискретного действия, за исключением автоматических, должен составлять 5% наибольшего предела взвешивания.

Наименьший предел взвешивания (величина наименьшей порции) на автоматических весах дискретного действия (порционных) и весовых дозаторах должен устанавливаться в зависимости от назначения в соответствии с технической документацией, утвержденной в установленном порядке.

Технологические весы и весовые дозаторы изготовляют следующих классов точности:

0,05; 0,1; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 4.

Класс 0,05 установлен только для коромысловых весов. Класс точности технологических весов и весовых дозаторов определяется следующим образом: у циферблатных и коромысловых шкальных весов — по относительной допускаемой погрешности при наибольшем пределе взвешивания, выраженной в процентах от указанного предела; у автоматических весов дискретного действия (порционных) для суммарного учета — по относительной допускаемой погрешности среднего арифметического значения массы порции из десяти отвесов в процентах от номинального значения массы порции; у автоматических весовых дозаторов дискретного действия (порционных) для дозирования (фасовки) в интервале от наименьшего предела взвешивания до половины наибольшего предела взвешивания — по относительной допускаемой погрешности в процентах от половины наибольшего предела взвешивания; в интервале от половины наибольшего предела взвешивания до наибольшего предела взвешивания — по относительной допускаемой погрешности в процентах от номинального значения каждой отдельной порции.

У автоматических весов дискретного действия (порционных) для суммарного учета без нормированной массы отвешиваемой порции — по относительной допускаемой погрешности в процентах от фактической массы материала, прошедшего через весы за десять отвесов.

У автоматических весов и дозаторов непрерывного действия — по относительной допускаемой погрешности в процентах от наибольшего предела производительности.

Весы и дозаторы, погрешность которых не совпадает с одним из указанных выше значений, относятся к ближайшему, более грубому классу.

Дозаторы, предназначенные для весового дозирования кусковых и мелких сыпучих материалов в технологических процессах металлургической промышленности и смежных с ней производствах, изготовляют в соответствии с ГОСТом 16284—70. Стандарт распространяется на автоматические и полуавтоматические дозаторы Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Дозаторы можно изготовлять дискретного и непрерывного действия. Ширину транспортерных лент ленточных конвейеров и полотен пластинчатых конвейеров в весовых устройствах дозаторов непрерывного действия следует выбирать из ряда: 200; 400; 500; (600); 650; (700); 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000 мм .

Скорость транспортерных лент и полотен в весовых устройствах дозаторов непрерывного действия не должна превышать 1 м/сек. Дозаторы должны иметь унифицированные входные и выходные сигналы: аналоговые по ГОСТу 13033—67 и дискретные по ГОСТу 13418—67.

Автоматические весы дискретного действия. Автоматические весы дискретного действия (порционные) предназначены для суммарного взвешивания сыпучих материалов и жидкостей.

Автоматические порционные весы по конструкции можно разделить на следующие три группы:

  1. с опрокидывающимся весовым бункером;
  2. с вращающимся бункером;
  3. с бункером с открывающимся дном.

Взвешиваемый материал поступает сверху через питающую воронку в весовой бункер. После взвешивания установленной порции материал высыпается в нижний приемный бункер, откуда идет по назначению.

Автоматические порционные весы бывают: для зерна, муки, угля, талька, угольной пыли, мелких сыпучих материалов, картофеля, минеральных удобрений, сухого жома, клинкера, сельди, хлопковых семян, хлопка-сырца, свеклы, бокситов, и т.д.

Автоматические весы для непрерывного взвешивания

Весы и весовые дозаторы непрерывного действия должны изготовляться следующих классов точности: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 4.

Класс точности у автоматических весов и дозаторов непрерывного действия определяется по относительной допускаемой погрешности в процентах от наибольшего предела производительности.

Наименьшие пределы производительности весов и дозаторов непрерывного действия в зависимости от класса точности должны составлять:

  • для классов 0,5; 1; 1,5 — 50%;
  • для классов 2; 2,5; 4 — 30% наибольшего предела производительности.

Допускается по требованиям заказчиков изготовлять дозаторы и весы для мелких сыпучих материалов класса 2 и грубее, наименьший предел взвешивания которых может быть снижен до 10% наибольшего предела.

Конвейерные весы ЛТМ-1. Предназначены для автоматического непрерывного суммарного взвешивания различных сыпучих материалов: угля, торфа, кокса и т. д., перемещаемых ленточным транспортером. Их применяют в угольной, металлургической, топливной и других отраслях промышленности.

Нагрузка на платформу через рычаги передается на грузоприемное плечо квадранта, снабженного противовесом, и уравновешивается за счет отклонения последнего от вертикали. Квадрант шарнирно соединен с помощью поводка с корпусом ролика, который с диском представляет собой фрикционную пару. Диск приводится во вращение через цепную передачу от приводного барабана. Обратная ветвь ленты транспортера огибает барабан и сообщает движение диску.

При изменении нагрузки на платформу квадрант отклоняется, вызывая поворот ролика вокруг вертикальной оси, вследствие этого окружные скорости диска и ролика в точке их касания не совпадают по направлению. В этом случае возникает составляющая силы трения, которая вызывает перемещение ролика, возможное только вместе с кареткой, катящейся по направляющим. При перемещении ролик одновременно поворачивается вокруг вертикальной оси, причем вызванный отклонением квадранта первоначальный угол поворота ролика уменьшается.

Транспортерные весы для угля, ленточные весы, для жидкостей, для штучных грузов (багажа, почты, скота, самолетов), крановые весы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВЕСОВЫЕ ДОЗАТОРЫ

Многие отрасли промышленности — химическая, металлургическая, строительная, пищевая и другие, широко применяют в технологических процессах производства дозирование материалов.

В производстве удобрений, красителей, различных пластмасс, в доменном процессе, на аглофабриках, при составлении бетонных смесей, комбикормов и во многих других производственных процессах дозирование исходных материалов и продуктов для получения шихты или других необходимых смесей является одной из основных технологических операций. По конструкции дозаторы делятся на две основные группы:

  1. дозаторы дискретного действия (порционные);
  2. дозаторы непрерывного действия.

По степени автоматизации дозаторы выполняются:

  1. с ручным управлением;
  2. полуавтоматические;
  3. автоматические.

В ряде случаев для дозирования материалов применяются дозаторы объемного типа.

Дозаторы бывают для: комбикормов, абразивов, зернопродуктов, стекольной шихты, порошков, полиэтилена, резины, сажи, жидкостей, гранулированного каучука, крошки, угольной пыли, земли, песка, извести, карбида кальция, древесной стружки, известняка и кокса, смолы, глинозема, бетона, инертных материалов, цемента, ядохимикатов и т.д.

Методы и средства измерений параметров движения

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ

Параметрами механического движения, подлежащими измерению, являются перемещение, скорость и ускорение. Эти параметры взаимосвязаны: первая производная от перемещения дает скорость, а вторая —ускорение. В свою очередь по известному ускорению можно получить скорость и перемещение.

Отметим две группы методов измерения этих параметров.

К первой группе относятся методы измерения параметров относительного движения, осуществляемые за счет физического или информационного контакта между движущимся объектом и системой, принимаемой за начало отсчета. Входными величинами в приборах, основанных на этих методах, являются перемещение и скорость.

Ко второй группе относятся бесконтактные (автономные) методы, основанные на измерении сил (ускорений), действующих на движущийся объект. Поскольку измерение параметров движения в этих методах производится относительно инерциального пространства, то соответствующие приборы называются инерциальными.

Применение того или иного метода измерения параметров движения определяется как свойствами движущегося объекта и его взаимодействием с окружающей средой, так и диапазоном измеряемых величин. Диапазоны измеряемых скоростей и ускорений чрезвычайно велики. Поэтому в целях удобства можно условно разбить их на поддиапазоны. Линейные скорости: космические скорости — до 1,2-104 м/с; скорости авиационных объектов — до 103 м/с; транспортные скорости —до 50 м/с; промышленные скорости — до 10 м/с; малые технические скорости — до 10 м/с; весьма малые скорости — до 10 м/с. Угловые скорости: весьма большие и малые.

Параметры движения по характеру изменения во времени можно разбить на параметры поступательного, вращательного и колебательного движения.

Приборы, предназначенные для измерения линейных скоростей, называются измерителями скорости, приборы для измерения угловых скоростей (частоты вращения) — тахометрами, а приборы для измерения ускорений — акселерометрами. Большой класс приборов применяется для измерения параметров колебательного движения (вибраций). Если измеряются параметры вибраций машин, устройств и сооружений, то соответствующие приборы называются виброметрами. Приборы, применяемые для измерения параметров движения земной поверхности, называются сейсмографами.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СКОРОСТЕЙ

Рассмотрим наиболее распространенные методы измерения линейных скоростей движущихся твердых тел: аэрометрический, компенсационный, термодинамический, турбинный, корреляционный, допплеровский, электромагнитный, инерциальный и др.

Аэрометрический метод (схема 1 в таблице) основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью тела, движущегося в воздушной среде.

Компенсационный метод основан на автоматическом уравновешивании полного давления давлением, развиваемым воздушным компрессором (схема 2 в таблице).

Термодинамический метод основан на измерении температуры заторможенного потока. При полном торможении потока.

Если поместить в потоке воздуха два преобразователя температуры (схема 3 в таблице).

Для реализации термодинамического метода необходимы малоинерционные измерители температуры. Погрешности приборов по этому методу обусловлены непостоянством параметров.

В турбинном методе используется кинетическая энергия воздушного или водного потока для вращения тангенциальной или аксиальной турбинки (схема 6 в таблице). Пример тангенциальной турбинки в виде крестовины с ковшами на концах показан на схеме.

Частота вращения турбинки пропорциональна скорости движения

Приборы с ЧЭ в виде аксиальной турбинки находят широкое применение при измерении скорости морских кораблей. Измеренная скорость после интегрирования дает путь, пройденный судном.

В корреляционном методе измерения информации о скорости извлекается из реализаций случайных функций, отображающих движение объекта. В этих методах используются корреляционные связи между реализациями случайных функций, а измеряемые величины определяются путем отыскания экстремумов корреляционных функций.

Корреляционные методы находят применение при измерении скоростей прокатываемых полос, в ткацком производстве, производстве бумаги, а также при измерении скоростей самолетов, кораблей.

Для пояснения идеи корреляционного метода обратимся к схеме 4 в таблице

Корреляционные измерители скорости кораблей или подводных лодок строятся по тому же принципу, только в качестве излучателей и приемников ультразвуковых сигналов применяются пьезоэлектрические или магнитострикционные приборы.

Если на один из относительно движущихся объектов установить источник излучения (электромагнитного или акустического), а на второй — приемник, то частота принятого сигнала изменится на величину пропорциональную относительной скорости. Явление изменения (сдвига) частоты называется эффектом Доплера и широко применяется для измерения скорости.

Доплеровский метод измерения скорости реализуется в различных вариантах.

В реализуемых доплеровских измерителях скорости и угла сноса применяется четырехлучевая антенна (схема 5, в в таблице). В такой системе четыре антенны посылают сигналы в области 1, 2, 3, 4 на подстилающей поверхности, при этом поочередно работают два канала.

Рассмотренные методы пригодны для измерения относительных скоростей. Инерциальный метод, основанный на измерении ускорений и однократном интегрировании полученных сигналов, позволяет измерять абсолютные скорости. В таблице (схема 7) дана структурная схема, реализующая метод. Акселерометр, измеряющий ускорение ν, устанавливается на горизонтальной гироплатформе. Автоматическая коррекция гироплатформы осуществляется по сигналам акселерометра (на схеме 7), в результате чего платформа всегда остается горизонтальной.

Для демпфирования колебаний инерциального измерителя скорости (и координат) его обычно комплексируют с доплеровским измерителем скорости. На схеме 7 показан сигнал, получаемый с доплеровской системы.

Комплексирование инерциального метода с доплеровским позволяет измерять путевую скорость с высокой точностью при стабильности показаний.

Методы измерения линейных скоростей N Схема Описание
1 Аэрометрический измеритель скорости:1 — приемник статического давления2 — приемник полного давления3 — трубе проводы4 — корпус5 — манометрическая коробка

6 — стрелка

2 Манометрический измеритель скорости: 1 — турбинка 2 — пневмореле

3 — электродвигатель

3 Термодинамический измеритель скорости:1 — открытая термопара2 — экранированная термопара3 — сумматор

4 — делитель

4 Корреляционный измеритель скорости:БРЗ — блок регулируемой задержки реализующий функции f(t) и f(t - τ + Δτ)1 и 2 — приемные элементы0 — излучатель3 — умножитель —фильтр Ус — усилительИО — исполнительныи орган

4 — движущийся объект

5 Доплеровскний измеритель скорости: а — схема однолучевого измерителя б — сплошной спектр отраженного сигналав — схема четырехлучевого измерителя W— путевая скорость

β — угол сноса

6 Турбинный измеритель скорости: а — тангенциальная турбинка

б — аксиальная турбинка

7 Инерциальный измеритель скорости-ускоренияV — скорость

k1 и k2 — коэффициенты усиления

g — ускорение силы тяжестиR — радиус Земли z — сигнал внешней навигационной информации где k — показатель адиабаты;α — скорость звука;g — ускорение сил тяжести;R — газовая постоянная;

Т— абсолютная температура

Рассмотренные схемы реализуют аналоговые способы измерения скорости. Цифровое измерение скорости можно осуществить с помощью импульсного преобразователя перемещений (ИПП), превращающего аналоговые сигналы в импульсы в виде постоянных отрезков пути (кванты пути As), и соответствующей обработки сигналов.

На вход системы подается последовательность прямоугольных импульсов от ИПП. В формирователе образуются короткие импульсы 2, которые поступают в интерфейс 3. Счетчик 7, генератор образцовых сигналов 5 и программный двигатель частоты 6 с коэффициентами деления т образуют схему цифрового измерения времени между импульсами 2. Значение этого времени после преобразования в схеме управления 4 поступает через адресный регистр 8 в блок постоянной памяти 5, в котором находятся закодированные величины, обратные интервалу времени. В микропроцессор 11 подаются сигналы через выходной регистр 10 и сигналы, где определяется значение измеряемой скорости. Результаты измерения отображаются в цифровом виде на дисплее 12.

В целях повышения точности измерения частота генератора образцовых сигналов должна быть такой, чтобы за время А число импульсов было достаточно большим.

Очевидно, что рассмотренный метод цифрового измерения скорости пригоден для любых процессов.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ

Скорость вращения частей машин, устройств и агрегатов является одной из важнейших характеристик. Нередко она определяет динамические и тепловые напряжения в машинах.

Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения: центробежные, в которых чувствительный элемент реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами вращающегося вала; магнитоиндукционные, основанные на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от частоты вращения; электрические постоянного, переменного или импульсного тока, основанные на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения, а для переменного и импульсного тока—зависимость частоты тока от частоты вращения; фотоэлектрические, основанные на модуляции светового потока вращающимися элементами; стробоскопические, основанные на свойстве глаза сохранять видимое изображение на десятые доли секунды после его исчезновения.

В таблице приведены схемы тахометров, основанные на различных методах измерения.

Методы измерения скоростей вращения N Схема Описание
1 Центробежные тахометры:а — конический, б — кольцевой;1 — муфта, 2 — пружина
2 Магнитоиндукционные тахометры:а — с полым ротором, б — с диском;1 — магнит, 2 — чувствительный элемент, 3 — термомагнитный шунт, 4 — магнитопровод
3 Электрические тахометры постоянного тока:а — тахогенератор, б -тахогенератор постоянного тока

1 — магниты, 2 — обмотка якоря, 3 — коллектор

4 Тахометры переменного тока: а — тахогенератор переменного тока, б — измеритель частоты
5 Индукционный тахометр
6 Стробоскопический тахометр

Центробежный метод реализуется в коническом (схема 1, a в таблице.) и кольцевом (схема 1, б в таблице.) тахометрах.

Центробежные тахометры развивают большое перестановочное усилие, поэтому нередко применяются в качестве преобразователей в регуляторах частоты вращения. Недостатки этих приборов — недистанционность, значительные погрешности технологические трудности изготовления и регулировки.

Тахометры, построенные на магнитоиндукционном методе, выполняются в двух вариантах: с цилиндрическим ЧЭ (схема 2, α в таблице.) и с дисковым ЧЭ (схема 2, б в таблице .)

Электрический метод измерения представлен схемами 3, 4 и 5 в таблице . Электрические тахометры постоянного тока (схема 3) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр. Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (схема 3, а) и неограниченным (схема 3, б) углом поворота ротора.

Тахогенераторы подобного типа применяются в качестве преобразователей угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления. Достоинство — отсутствие коллектора и щеток.

Стробоскопический метод измерения, являющийся наиболее точным, находит применение в лабораторных исследованиях, а также при создании образцовых приборов. Принцип реализации эффекта можно пояснить по схеме 6 в таблице.

МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЕ ТАХОМЕТРЫ

Принцип действия магнитоиндукционного тахометра основан на явлении наведения вихревых токов в металлическом теле, вращающемся в магнитном поле (или в неподвижном теле, находящемся во вращающемся магнитном поле). Момент взаимодействия вихревых токов с вызвавшим их магнитным полем служит мерой частоты вращения.

Основной частью магнитоиндукционного тахометра является измерительный узел (схема 2 в таблице.), который состоит из постоянного магнита 1 и чувствительного элемента 2, выполненного в виде полого цилиндра (схема 2, а) или диска (схема 2, б). Обычно постоянный магнит имеет частоту вращения ω, а ЧЭ, выполненный из металла с большим удельным сопротивлением, удерживается от вращения спиральной пружиной. В целях уменьшения температурной погрешности от непостоянства магнитной индукции в зазоре применяется термомагнитный шунт 3.

ТАХОМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИЗМЕРИТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

При рассмотрении тахометров переменного тока (см. схему 4, б в таблице) было указано, что измерение частоты вращения можно свести к измерению частоты переменного тока. На рисунке показана одна из возможных схем такого тахометра.

Принципиальная схема тахометра с ленточной шкалой

Структурная схема тахометра

Статическая точность тахометра определяется только статической точностью не охваченных обратной связью звеньев. Поскольку параметры звеньев устройств преобразования сигналов до фильтра включительно являются достаточно стабильными, то основные погрешности прибора обусловлены лентопротяжным механизмом. В целом статические погрешности приборов этого типа составляют доли процента.

АКСЕЛЕРОМЕТРЫ

Методы измерения. Приборы, предназначенные для измерения ускорений, называются акселерометрами.

Сигналы акселерометров используются для определения сил и напряжений в подвижных частях машин и сооружений, а также в инерциальных системах навигации подвижных объектов для определения скоростей и координат.

Ускорения измеряются в метрах на секунду в квадрате (м/с2). Ускорения могут быть линейными и угловыми. В дальнейшем рассмотрим только линейные ускорения.

Для измерения линейных ускорений находят применение инерционный метод, метод дифференцирования скорости и метод двукратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы.

Инерционный метод основан на измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Принцип действия приборов, реализующих инерционный метод, состоит в следующем (рисунок). Инерционная масса 7, связанная с корпусом прибоpa 4 с помощью пружины 2 и демпфера 5, может перемещаться в направлении оси 7, называемой осью чувствительности.

Схема акселерометра

Перемещение инерционной массы, пропорциональное измеряемому ускорению, преобразуется посредством резистивных, индуктивных или емкостных преобразователей 6 в электрический сигнал, который после усиления в усилителе Ус поступает на электромагнит 3. Последний создает усилие F, уравновешивающее инерционную силу тах, т. е. р=тах, где ах — ускорение.

Методы одно- или двукратного дифференцирования сводятся соответственно к дифференцированию измеренных скорости или расстояния до неподвижной базы.

Требования к точности измерения ускорений определяются областью применения. Так, в инерционных системах погрешности не должны превышать ±0,001 %. При применении акселерометров в системах управления погрешности могут составлять ±(1—2)%. Погрешности приборов для измерения ускорений в машинах могут достигать ±4 %.

В маятниковых акселерометрах (рисунок) центр давления жидкости не совпадает с центром тяжести ЧЭ .

Схема маятникового акселерометра

В акселерометрах со струнными преобразователями 1 и 5 (рисунок) смещение массы m меняет упругие свойства струн 2 и 4, натянутых в направлении оси чувствительности. Упругий подвес 3 исключает движение массы m в поперечном направлении.

Схема струнного акселерометра

Струнные акселерометры находят применение в инерциальных системах управления. При диапазоне измерения до 20g погрешность не превышает ±0,004 %.

Акселерометр с волоконнооптическим измерительным преобразователем (рисунок) основан на эффекте фотоупругости. Ряд материалов (эпоксидная смола, нитрат лития и др.) меняет свои оптические свойства при их деформировании. На этой основе можно создать ряд приборов, в которых давление (сила) преобразуется в деформацию. На рисунке : 1 — источник света (например, полупроводниковый лазер); 2 — груз акселерометра; 3 — линза; 4 — поляризатор; 5 — стержень из фотоупругого материала; 6 — четвертьволновая пластина; 7 — анализатор; 8 — линза; 9 — волоконный световод; 10 — приемник излучения (фотодиод).

Схема акселерометра с волоконно-оптическим преобразователем

ВИБРОМЕТРЫ

Колебания частей машин, устройств и сооружений, вызываемые возмущающими силами, называются вибрациями.

При измерении вибраций всегда участвуют три элемента: вибрирующее звено, исходное (невибрирующее) звено и устройство для измерения движения вибрирующего звена относительно невибрирующего. Очень часто исходное звено отсутствует, например, при измерении вибраций на самолете, поэтому положение должно быть создано в самом приборе. Обычно исходное (невибрирующее) звено создается с помощью массы, которая может двигаться вдоль (или вокруг) оси вибраций. Масса 1 связывается с основанием прибора 4 с помощью пружины 2 и демпфера 3. Преобразователь 5 выдает сигнал смещения корпуса 4 относительно массы 1.

Схема виброметра

Масса 1 виброметра по аналогии с сейсмографами (приборами для записи землетрясений) называется сейсмической или сейсмическим элементом. Сейсмический элемент вместе с пружиной 2 и демпфером 3 образует сейсмическую систему. Такая система реагирует на вибрации, передаваемые на корпус 4. Движение корпуса, который приводится в соприкосновение с вибрирующим элементом, относительно сейсмического элемента 1, выполняющего роль исходного звена, измеряется преобразователем 5. Сигнал преобразователя 5 в зависимости от параметров сейсмической системы может быть пропорциональным относительному перемещению элементов 1 и 4 относительной скорости или ускорению.

При изучении виброметров необходимо различать следующие движения его элементов: перемещение корпуса прибора относительно пространства; перемещение сейсмического элемента относительно инерциального пространства; перемещение сейсмического элемента относительно корпуса прибора. Входным сигналом виброметра является первое движение, а выходным — третье.

Помимо рассмотренного метода измерения вибраций, который относится к инерциальным, находят широкое применение бесконтактные методы.

Возможные схемы виброметров. Применяемые в настоящее время виброметры имеют электрический выход. В качестве преобразователей перемещения в электрический сигнал используются резистивные, индуктивные, емкостные, электромагнитные и др. Рассмотрим конструктивные схемы некоторые типов виброметров.

На рисунке приведена схема электромагнитного линейного виброметра с направляющей опорой для сейсмического элемента: 1 — направляющий диск; 2 — ось чувствительности, 3 — вязкая жидкость; 4 — опорный стержень; 5 — втулка с малым трением; 6 — постоянный магнит; 7 — обмотка; 8 — сейсмический элемент; 9 — каркас катушки, 10 — паз; 11 — воздушный зазор, 12 — соединительная пружина; 13 — пружинный мост; 14 — корпус. Виброметр этого типа при объеме 90 см3 весит 450 г, обладает собственной частотой 10 Гц и коэффициентом относительного затухания d = 0,7, что достигается помещением сейсмического элемента в жидкость. Чувствительность прибора достигает 0,03 В/(см·с2), а диапазон входных смещений ±0,5 см.

Схема линейного электромагнитного виброметра

Виброметр с индуктивным мостом приведен на рисунке ниже: 1 — опорный стержень; 2 — входная ось; 3 и 9 — немагнитная втулка; 4 — пружина; 5— корпус катушки; 6 — сборочная лента; 7 — сейсмический элемент; 8 — пластинчатая пружина; 10 — паз; 11 — свободное пространство, заполненное вязкой жидкостью; 12 — якорь из материала с низким гистерезисом; 13 — корпус. Сейсмический элемент представляет собой цилиндр из магнитного материала с малым гистерезисом.

Схема виброметра с индуктивным мостом

Он выполняет функции якоря и перемещается между двумя катушками. Прибор при объеме 45 см3 весит 200 г. При питании напряжением 10 В 400 Гц он обладает чувствительностью 0,01 В/см·с2. Прибор работает в диапазоне измерения ускорений до 10g.

Заметим, что один и тот же виброметр может работать во всех трех режимах (перемещение, скорость, ускорение). Если сигнал виброметра подавать на дифференцирующее или интегрирующее устройство, то можно получить скорость или перемещение при входном ускорении и аналогично ускорение при позиционном и скоростном входе.

Регистрация сигналов виброметров производится на осциллографах.

.::: | | Назад   Далее   Содержание   В начало | | :::.

lib.kstu.kz

Приборы для измерения силы и их поверка

Используемые в строительстве силоизмерительные приборы и машины по принципу действия можно разделить 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 первой группы представляют собой рычажную систему, при помощи которой измеряемая сила уравновешивается массой груза. На этом принципе основаны эталонные рычажные динамометры и некоторые испытательные приборы и машины. Например, прибор Михаэлиса (рис. 7.1) и машина МНИ-100 для испытания на изгиб стандартных образцов — балочек из цементного теста размерами 40 х 40 х 160 мм.

Приборы первой группы имеют высокую точность и чувствительность при большом диапазоне измерений, долговременную стабильность характеристик при минимальном уходе, малую зависимость показаний от температуры. Их главными недостатками являются большие габаритные размеры, высокая стоимость и узкое назначение. При необходимости дистанционной передачи показаний требуется применение сложных вторичных преобразователей.

Приборы второй группы состоят из упругого звена, воспринимающего измеряемую силу, с последующим преобразованием возникающей деформации в показания прибора. Приборы этой группы наиболее универсальны и находят все большее распространение. При их создании используют следующие типы преобразователей: механический, потенциометрический, индуктивный, тензометрический, пьезоэлектрический и др.

Рис. 7.1. Прибор Михаэлиса:

  • 1 — основание; 2 — образец; 3 — стойка; 4,1 — рычаги; 5 — серьга;
  • 6 — груз; 8 — консоль; 9 — сосуд с дробью; 10 — задвижка; 11 — ведерко; 12 — зуб задвижки; 13 — захват

Механические преобразователи применяются, например, в пружинных весах с цилиндрической пружиной, которая через рычажный механизм связана с указателем отсчетного устройства с круговым циферблатом. Основным недостатком является необходимость иметь при взвешивании значительные деформации пружины (до 30 мм). В механических динамометрах с упругим звеном, имеющим незначительные деформации (до 0,25 мм), для их измерения и регистрации используют индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. В этом случае показания получают в миллиметрах. Показанный на рис. 7.2 эталонный динамометр третьего разряда имеет погрешность показаний не более ±0,5% и используется в основном для градуировки и поверки рабочих испытательных машин и прессов.

Эталонные динамометры подобного типа, отличающиеся конфигурацией упругого элемента и конструкцией передаточного механизма, изготавливают для диапазонов измерений 100...5 х Ю6 Н. Их

Рис. 7.2. Эталонный динамометр 3-го разряда на нагрузку 30 кН:

1 — индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм; 2 — упругий элемент

основным достоинством является малая зависимость от изменений температуры, а основным недостатком — получение измерительной информации в единицах длины и невозможность ее автоматической передачи на расстояние.

В приборах второй группы с использованием потенциометрического, индуктивного, тензометрического, пьезоэлектрического преобразователей деформация от приложения силы преобразуется в электрическую величину, удобную для передачи на любые расстояния, а также для последующего преобразования и обработки. Это главное достоинство обеспечило их наиболее широкое распространение.

  • 1. Потенциометрические преобразователи используют для преобразования линейного или углового перемещения в изменение тока, пропускаемого через обмотку потенциометра. Зависимость выходного напряжения от перемещения ползунка потенциометра получается линейной при условии, что сопротивление всей измерительной цепи во много раз превышает сопротивление обмотки потенциометра. Соотношение сопротивлений выбирают исходя из допускаемого отклонения от линейности порядка 1%. Обмотку выполняют из манганина, вольфрама, константана, платино-иридия и других высокоомных сплавов с диаметром провода 0,01...0,2 мм.
  • 2. Индуктивные преобразователи основаны на преобразовании линейного перемещения в индуктивность катушки. Наибольшее распространение получили конструкции, использующие схему дифференциального трансформатора. Они используются в динамометрах растяжения под нагрузки до 5 т. При высокой точности, чувствительности и универсальности эти преобразователи имеют значительные размеры и высокую стоимость.
  • 3. Тензометрические преобразователи получили широкое распространение благодаря своей универсальности. Принцип их действия основан на изменении электрического сопротивления металлической проволоки или волокон и нитей из других материалов при их деформировании. Традиционные проволочные тензорезисторы (рис. 7.3) изготавливают из нихромовой или константановой проволоки диаметром 0,015...0,05 мм, имеющей большое удельное сопротивление и высокую чувствительность к деформации. Тензорезистор покрывают тонкой эластичной изоляционной пленкой и крепят к упругому элементу динамометра. Разработаны кремневые монокристаллические тензопре- образователи, которые применяют при изготовлении высокоточных силоизмерительных устройств, в том числе весов с диапазоном взвешивания 0,2...500 кг.

Рис. 7.3. Схема проволочного тензорезистора

4. Пьезоэлектрические преобразователи основаны на так называемом пьезоэффекте — способности некоторых кристаллов генерировать электрические заряды в результате приложения к ним силовых воздействий. Для изготовления пьезопреобразователей используют кристаллы кварца, сегнетовой соли, сернокислого лития и других материалов.

Основное преимущество пьезопреобразователей заключается в их большой жесткости, благодаря которой они обладают высокой частотой собственных колебаний при малых деформациях. Их используют при измерениях быстроменяющихся величин давлений или ускорений (виброизмерительная аппаратура, акселерометры и др.)

Кроме рассмотренных преобразователей силы, используют и другие физические зависимости. Заслуживают внимание, например, вибрационные динамометры, принцип действия которых основан на изменении собственной частоты колебаний упругого элемента под действием приложенных к нему сил. Собственная частота колебаний упругого элемента динамометра, являющаяся мерой приложенной силы, преобразуется в электронном регистраторе в показания усилия.

На этом же принципе основана работа прибора ИНК-2.ЗК, выпускаемого научно-производственным предприятием «Карат». Прибор предназначен для измерения напряжений в арматуре при изготовлении преднапряженных железобетонных конструкций и измерения параметров виброустановок, применяемых для уплотнения бетонных смесей. Принципиальное отличие от вибрационного динамометра состоит в том, что прибор ИНК-2.ЗК не имеет собственного упругого элемента, а измеряет собственную частоту колебаний арматурного стержня и преобразует эту величину в показания усилия. Прибор измеряет частоты в диапазоне 5... 200 Гц с предельной погрешностью 0,2%. Указанным частотам соответствуют напряжения 50...2000 МПа в арматурных элементах в зависимости от их длины, диаметра, материала и вида (отдельный стержень или прядь). Погрешность измерения напряжения полностью зависит от условий выполнения градуировочных работ и может быть значительно снижена путем выполнения дополнительной градуировки для реальных условий выполнения измерений и введения соответствующих поправок. По данным разработчиков предельная погрешность составляет 4% при работе без поправок.

Приборы третьей группы, основанные на измерении давления, представляют собой цилиндр и поршень, при относительном перемещении которых изменяется давление жидкости, воздействующей на манометр или силоизмерительный механизм торсионного, пружинного или рычажно-маятникового типа. Преимуществами силоизмерительных приборов, основанных на измерении давления, являются сравнительная простота конструкции, большая выносливость, отсутствие температурной погрешности. Основной недостаток — погрешность, обусловленная трением в поршневой паре. Приборы этой группы используют для измерения как статических, так и динамических силовых воздействий.

В строительстве из приборов этой группы наиболее широко используются гидравлические прессы для определения прочности бетонов и других строительных материалов (рис. 7.4).

Выпускаются прессы с верхними пределами нагрузок 25...5000 кН с высотой рабочего пространства соответственно 250... 1200 мм и размерами опорных плит от 160 х 160 мм до 550 х 550 мм. Большинство отечественных прессов имеют ход поршня рабочего цилиндра равный 50 мм и регулируемую скорость его перемещения 0...20 мм/мин. Предельная погрешность силоизмерительных устройств не более 2%, начиная с 0,2 предельного значения шкалы.

Рис. 7.4. Принципиальная схема гидравлического пресса:

  • 1 — станина; 2 — стойки; 3 — траверса; 4 и 5 — плиты; 6 — поршень;
  • 7 — силоизмеритель; 8 — насос; 9 — электродвигатель

Гидравлические прессы используют также для испытания строительных материалов на ползучесть и долговременную прочность. Главной особенностью этих испытаний является необходимость обеспечения постоянства нагрузки на испытываемый образец в течение длительного времени (до нескольких месяцев) при больших размерах нагрузок (до 2000 кН).

Применение для этих целей рычажных грузовых устройств, обеспечивающих наибольшее постоянство нагрузки, возможно только при незначительных рабочих нагрузках. А применение машин с упругим звеном неизбежно приводит к снижению величины нагрузки из-за релаксации.

Гидравлические прессы обеспечивают высокое постоянство нагрузки при использовании воздушных стабилизаторов нагрузки, которые представляют собой заполненные воздухом металлические баллоны значительной емкости, соединенные с гидравлической системой пресса. При незначительных утечках жидкости из системы давление практически не изменяется.

Page 2

Головным звеном поверочной схемы для средств измерения силы является государственный первичный эталон единицы силы, включающий в себя четыре эталонных установки, позволяющих воспроизводить размер единицы силы и его кратные значения в диапазоне измерений 10...106 Н. Принцип построения государственной поверочной схемы показан на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Принцип построения поверочной схемы средств измерения силы

Этот принцип заключается в чередовании стационарных (силовоспроизводящих) и переносных (силоизмерительных) средств. Переносные эталонные динамометры первого разряда градуируют путем непосредственного нагружения на установках эталонного набора верхнего (головного) звена. По динамометрам первого разряда поверяют стационарные силовоспроизводящие установки второго разряда, т.е. динамометры первого разряда «переносят» единицу силы от эталонного набора к установкам второго разряда. Аналогично переносные динамометры третьего разряда градуируют на установках второго разряда и по ним поверяют рабочие средства измерения.

Точность воспроизведения единицы силы установками эталонного набора зависит от точности воспроизведения массы и точности измерения g. При этом точность воспроизведения массы на два порядка ниже, чем точность измерения g.

Динамометры первого разряда долгое время имели пружинные преобразователи, а в качестве отсчетного устройства использовали измерительный микроскоп. Ограниченные точностные возможности этих преобразователей привели к разработке новых струнных и вибрационно-частотных преобразователей, которые используют при изготовлении как рабочих, так и эталонных динамометров. Выпускаемые серийно динамометры этого типа имеют предельную погрешность 0,05%.

В качестве эталонных установок второго разряда используют рычажные и гидравлические машины. Переносные динамометры третьего разряда имеют, как правило, упругие преобразователи.

Рабочие переносные динамометры поверяют (градуируют) на эталонных машинах второго разряда. Допускается градуировка динамометров третьего разряда с верхними пределами до 1000 Н с помощью эталонных гирь четвертого разряда. С помощью эталонных гирь допускается также поверка всех рабочих средств измерения силы с верхними пределами до 1000 Н.

bstudy.net

Методы измерения силы

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения об измеряемой величине

2. Обзор методов измеряемой величины

3. Описание индуктивного преобразователя

3.1 Погрешности индуктивных преобразователей

3.2 Измерительные цепи индуктивных преобразователей

4. Расчет основных параметров преобразователя

5. Расчет мостовой схемы

6. Определение погрешности индуктивного преобразователя

Заключение

Список литературы

Введение

Измерительные преобразователи представляют собой технические устройства, которые осуществляют преобразования величин и образуют канал передачи измерительной информации. При описании принципа действия измерительного устройства, включающего последовательный ряд измерительных преобразователей, часто представляют его в виде функциональной блок-схемы (измерительной цепи), на которой отражают функции отдельных его частей в виде символических блоков, связанных между собой.

Основные характеристики измерительного преобразователя - это функция преобразования, чувствительность, погрешность.

Измерительные преобразователи можно условно разбить на три класса: пропорциональные, функциональные и операционные.

Пропорциональные предназначены для подобного воспроизведения входного сигнала в выходном сигнале. Вторые - для вычисления некоторой функции от входного сигнала; третьи - для получения выходного сигнала, являющегося решением некоторого дифференциального уравнения. Операционные преобразователи являются инерционными, так как у них значение выходного сигнала в любой момент времени зависит не только от значения входного в тот же момент времени. Но и от его значений в предшествующие моменты времени.

При проектировании специализированного нестандартного средства измерения следует учитывать существенные организационно-технические формы контроля, масштаб производства, характеристики измеряемых объектов, требуемую точность измерения и другие технико-экономические факторы.

В нашем случае производится проектирование только преобразователя и поэтому частью этих факторов можно пренебречь. Нам важна только требуемая точность измерения заданного параметра. Любая измерительная задача начинается с выбора первичного преобразователя - «датчика», способного преобразовать исходную информацию (любой вид деформации, кинематический параметр движения, температурные изменения и пр.) в сигнал, подлежащий последующему исследованию. Первичный преобразователь является начальным звеном измерительной системы. Преобразователем в данной курсовой работе является индуктивный преобразователь.

1. Общие сведения об измеряемой величине

Сила -- векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций и напряжений.

Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и точкой приложения силы. Также используется понятие линия действия силы, обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, вдоль которой направлена сила.

За единицу силы в СИ принят ньютон (Н). Ньютон - это сила, которая придает массе 1 кг в направлении действия этой силы ускорение 1 м/с2.

В технических измерениях допускаются единицы силы:

· 1 кгс (килограмм-сила) = 9,81 Н;

· 1 тc (тонна-сила) = 9,81 х 103 Н.

Силу измеряют посредством динамометров, силоизмерительных машин и прессов, а также нагружением при помощи грузов и гирь.

Динамометры - приборы, измеряющие силу упругости.

Динамометры бывают трёх типов:

· ДП - пружинные,

· ДГ - гидравлические,

· ДЭ - электрические.

По способу регистрации измеряемых усилий динамометры подразделяют на:

· указывающие - применяют главным образом для измерений статических усилий, возникающих в конструкциях, установленных на стендах, при приложении к ним внешних сил и для измерения силы тяги при плавном передвижении изделия;

· считающие и пишущие динамометры, регистрирующие переменные усилия, применяют чаще всего при определении силы тяги паровозов и тракторов, так как вследствие сильной тряски и неизбежных рывков при ускорении их движения, а также неравномерности загрузок изделия создаются переменные усилия.

Наибольшее распространение имеют динамометры общего назначения пружинные, указывающие.

Основные параметры и размеры динамометров общего назначения, пружинных со шкальным отсчётным устройством, предназначенных для измерений статических растягивающих усилий, устанавливает ГОСТ 13837.

Пределы измерений и погрешность динамометра должны определяться одним из двух способов:

· расчётным,

· по таблицам ОСТ 1 00380.

Рабочие средства измерений, применяемые в силоизмерительных системах, приведены в ОСТ 1 00380.

Существуют различные виды сил: гравитационные, электромагнитные, реактивные, ядерные, слабого взаимодействия, сила инерции, сила трения и другие. Силы необходимо измерять в широком диапазоне - от 10-12 Н (Ван-дер - Ваальсовы силы) до 10Н (силы удара, тяги). С малыми силами имеют дело при научных исследованиях, при испытании точных датчиков силы в системах управления и др. Силы от 1Н до 1МН характерны для испытательной техники и при определении усилий в транспортных средствах, прокатных станках и другое. В некоторых областях машиностроения, сталепрокатной и аэрокосмической технике необходимо измерять силы до 50-100 МН. Погрешности измерений силы и моментов при технических измерениях составляют 1--2%. К измерению силы сводится измерение таких физических величин, как давление, ускорение, масса, погрешность измерения которых во многих случаях не должна превышать 0,001%.

2. Обзор методов измеряемой величины

В современной технике широко применяются измерения неэлектрических величин (температуры, давления, усилий и пр.) электрическими методами. В большинстве случаев такие измерения сводятся к тому, что неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее электрическую величину (например, сопротивление, ток, напряжение, индуктивность, емкость и пр.), измеряя которую, получают возможность определить искомую неэлектрическую величину.

Устройство, осуществляющее преобразование неэлектрической величины в электрическую, называется датчиком. Датчики делятся на две основные группы: параметрические и генераторные. В параметрических датчиках неэлектрическая величина вызывает изменение какого-либо электрического или магнитного параметра: сопротивления, индуктивности, емкости, магнитной проницаемости и пр. В зависимости от принципа действия эти датчики подразделяются на датчики сопротивления, индуктивные, емкостные и др.

Устройства для измерения различных неэлектрических величин электрическими методами широко применяют на э.п.с. и тепловозах. Такие устройства состоят из датчиков, какого-либо электроизмерительного прибора (гальванометра, милливольтметра, миллиамперметра, логометра и т.д.) и промежуточного звена, которое может включать в себя электрический мост, усилитель, выпрямитель, стабилизатор и др.

Изменение силы методом уравновешивания

Метод основан на уравновешивании измеряемой силы силой, создаваемой обратным электромеханическим преобразователем, чаще всего магнитоэлектрическим, а также силой реакции, возникающей в динамической системе. К таким силам относятся центростремительная сила, сила инерции при колебательном движении, гироскопический момент.

Перспективным способом создания высокоточных средств измерений больших сил (от 105Н и более) является применение электродинамических обратных преобразователей силы со сверхпроводящими обмотками, которые позволяют воспроизводить силы до 107-108Н с погрешностью 0,02-0,05%.

Гироскопический метод измерения сил основан на измерении угловой скорости прецессии рамки гироскопа, возникающей под воздействием гироскопического момента, уравновешивающего измеряемый момент или момент, создаваемый измеряемой силой. Этот метод нашел применение в весоизмерительной технике.

Сила реакции однозначно определяется геометрией системы, массами клиньев и частотой их вращения. Таким образом, при неизменных параметрах измерительного устройства измеряемая сила Fx определяется по частоте вращения двигателя.

Силовой метод

Основан на зависимости силы или момента сил, развиваемых неупругим или упругим чувствительным элементом, от приложенного давления. По этому методу строятся две разновидности приборов и датчиков давления:

- силовые датчики прямого преобразования, в которых развиваемая чувствительным элементом сила преобразуется с помощью электрического преобразователя в электрическую величину

- приборы и датчики с силовой компенсацией, в которых сила, развиваемая чувствительным элементом, уравновешивается силой, создаваемой компенсирующим элементом. В зависимости от типа компенсирующего устройства выходным сигналом может служить сила тока, линейное или угловое перемещение.

Измерение силы, механических напряжений

Датчики силы можно разделить на два класса: количественные и качественные.

Количественные датчики измеряют силу и представляют ее значение в электрических единицах. Примерами таких датчиков являются динамометрические элементы и тензодатчики.

Качественные датчики - это пороговые устройства, чья функция заключается не в количественном определении значения силы, а в детектировании превышения заданного уровня приложенной силы. То есть, в первом случае речь идет об измерении, а во втором случае - о контроле силы или механических напряжений. Примерами таких устройств являются, например, тензодатчики и клавиатура компьютера. Качественные датчики часто используют для детектирования движения и положения объектов.

Методы измерения силы можно разделить на следующие группы:

* уравновешивание неизвестной силы силой тяжести тела известной массы;

* измерение ускорения тела известной массы, к которому приложено усилие;

* уравновешивание неизвестной силы электромагнитным усилием;

* преобразование силы в давление жидкости и измерение этого давления;

* измерение деформации упругого элемента системы, вызванной неизвестной силой.

В большинстве датчиков не происходит прямого преобразования силы в электрический сигнал. Для этого обычно требуется несколько промежуточных этапов. Поэтому, как правило, датчики силы являются составными устройствами. Например, датчик силы часто представляет собой комбинацию преобразователя силы в перемещение и детектора положения (перемещения). Принципы построения весов сводятся к измерению силы. Приложенная сила воздействует на первичный преобразователь (датчик), состоящий из упругого элемента и преобразователя деформации, механически связанного с упругим элементом и преобразующим эту деформацию в электрический сигнал.

В настоящее время в весовой технике нашли применение следующие типы преобразователей:

1. Реостатные преобразователи. Работа их основана на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием силы.

2. Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Работа их основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

4. Индуктивные преобразователи. Изменение индуктивности преобразователя от изменения положения одной из его частей под действием измеряемой величины. используется для измерения силы, давления, линейного перемещения детали.

5. Емкостные преобразователи. Изменение емкости преобразователя под действием измеряемой неэлектрической величины: силы, давления линейного или углового перемещения, содержания влаги и т.д.

Генераторные преобразователи по принципу работы делятся на группы:

1. Индукционные преобразователи. Работа их основана на преобразовании измеряемой неэлектрической величины, например скорости, линейных или угловых перемещений, в индуктированную э.д.с.

3. Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение э.д.с. в некоторых кристаллах под действием механических сил, используется для измерения этих сил, давления и других величин.

3. Описание индуктивного преобразователя

В технических и научных измерениях неэлектрических величин широко используются индуктивные преобразователи, относящиеся к группе параметрических датчиков. Они отличаются конструктивной простотой, надежностью и малой стоимостью. К тому же для своей работы они не требуют сложного вторичного оборудования.

Индуктивный преобразователь представляет собой дроссель, индуктивность которого изменяется под действием входной (измеряемой) величины. В измерительной технике используются конструкции преобразователя с переменным воздушным зазором и соленоидные (или плунжерные) преобразователи, которые и изучаются в данной работе.

Индуктивный преобразователь с переменным воздушным зазором схематически показан на рис. 1. Он состоит из П-образного магнитопровода 1, на котором размещена катушка 2, и подвижного якоря 3. При перемещении якоря изменяется длина воздушного зазора и, следовательно, магнитное сопротивление. Это вызывает изменение магнитного сопротивления и индуктивности преобразователя L. При некоторых допущениях индуктивность преобразователя можно рассчитать по формуле (1):

Рис. 1. Конструкция индуктивного преобразователя с переменным воздушным зазором (1- П-образный магнитопровод, 2- катушка, 3- якорь): а) одинарный преобразователь; б) дифференциальный преобразователь

где w - число витков катушки, µо = 4 107 Гн/м - магнитная постоянная, µ - магнитная постоянная стали, - площадь сечения магнитного потока в воздушном зазоре, - средняя длина магнитной силовой линии по стали.

Одинарные индуктивные преобразователи имеют ряд недостатков, в частности их функция преобразования нелинейная, они могут иметь большую аддитивную погрешность, вызванную температурным изменением активного сопротивления обмотки, и ряд других.

Этих недостатков лишены дифференциальные преобразователи, которые представляют собой два одинарных преобразователя, имеющих общий якорь. На рис. 1б показан дифференциальный индуктивный преобразователь, состоящий из двух преобразователей, показанных на рис. 1а.

При перемещении якоря, например, влево, индуктивность L, возрастает, а другая индуктивность L2 уменьшается.

Рис. 2. Конструкция индуктивного плунжерного преобразователя (1 - катушка, 2 - плунжер): а) одинарный преобразователь; б) дифференциальный преобразователь

Другой разновидностью индуктивных преобразователей являются плунжерные преобразователи. На рис. 2а показан одинарный плунжерный преобразователь, который представляет собой катушку 1, из которой может выдвигаться ферримагнитный сердечник 2 (плунжер). При среднем положении плунжера индуктивность максимальна.

Дифференциальный преобразователь, состоящий из двух одинарных преобразователей плунжерного типа, схематически изображен на рис. 2б. 3десь также при перемещении плунжера одна индуктивность уменьшается, а другая увеличивается.

При использовании индуктивных преобразователей в качестве выходной величины обычно используется не индуктивность как таковая, а реактивное сопротивление преобразователя Z, которое, если пренебречь активной составляющей, равно Z = jwL.

3.1 Погрешности индуктивных преобразователей

Погрешности индуктивных преобразователей в основном обусловлены изменением активной составляющей их сопротивлений. Эта погрешность аддитивна и уменьшается в случае применения мостовых схем. Кроме того, при изменении температуры изменяется магнитная проницаемость стали, что приводит к дополнительному изменению аддитивной и мультипликативной погрешностей. Изменения напряжения питания и его частоты также служат причиной изменения чувствительности и появления мультипликативных погрешностей.

Среди погрешностей индуктивных датчиков можно выделить следующие:

1.1) Погрешность, обусловленная температурным режимом. Эта погрешность относится к случайным и должна подлежать оценке перед тем, как датчик начнёт работать. Погрешность происходит из-за того, что определённые параметры составных частей датчика зависят от температуры и при довольно сильном отклонении от нормы в ту или иную сторону, погрешность может быть весьма внушительной.

1.2) Погрешность, обусловленная действием силы притяжения якоря

1.3) Погрешность линейности функции преобразования

При работе индуктивных преобразователей в мостовых схемах возникает погрешность обусловленная нестабильностью напряжения и частоты питания моста, а также изменением формы кривой питающего напряжения. Для улучшения свойств индуктивных ИП используются дифференциальные преобразователи (их конструкция указана на рис. 1б) Дифференциальные преобразователи позволяют существенно уменьшить погрешности, повысить чувствительность и увеличить линейный участок характеристики.

3.2 Измерительные цепи индуктивных преобразователей

Мосты для измерения индуктивности и добротности катушек индуктивности. Катушка индуктивности, параметры которой измеряются, включается в одно из плеч четырехплечего моста, например в первое плечо:

Чтобы мост можно было уравновесить, по крайней мере, одно из оставшихся плеч должно содержать реактивность в виде индуктивности или емкости.

Предпочтение отдают емкости, т.к. катушки индуктивности по точности изготовления уступают конденсаторам, а стоят значительно дороже. Схема такого моста показана на рис. 3

Рис. 3. Мост для измерения параметров катушек индуктивности

При равновесии моста, согласно общему уравнению равновесия, справедливо. Приравняв отдельно действительные и мнимые части, получим два условия равновесия:

Уравновешивается такой мост регулировкой и. Значение пропорционально индуктивности, а - добротности измеряемой катушки. Недостаток рассмотренной схемы - плохая сходимость моста при измерении параметров катушек с низкой добротностью. Если Q = 1, процесс уравновешивания уже затруднен, а при Q < 0,5 уравновешивание моста практически невозможно.

измерительный сила индуктивный преобразователь

4. Расчет основных параметров преобразователя

Требуется разработать датчик, для которого даны следующие характеристики средства измерений:

Измеряемая величина: сила;

Значение измеряемого параметра: 70-120 кН;

Погрешность измерения: 0,25%

Вид выходного сигнала: электрический сигнал

Преобразователь: индуктивный

Для нашей курсовой работы выбираем индуктивный преобразователь одинарный с переменным воздушным зазором, так как для него характерны измерения в пределах от 0,01 до 10 мм, что позволяет выполнить измерение заданного параметра.

Изобразим структурную схему данного устройства на рисунке 4. Выходной сигнал получаем в виде переменного напряжения, снимаемого с сопротивления нагрузки RН включенного в цепь помещенной на сердечнике 1 обмотки 2. Питание осуществляется переменным напряжением U. Под действием входного сигнала перемещается якорь 3 и изменяет зазор:

Рис. 4 - Одинарный индуктивный преобразователь с переменным воздушным зазором

Рассчитаем основные параметры каркаса разрабатываемого датчика:

Материал - сплав прецизионный 55 ВТЮ;

Коэффициент Пуассона - 0,295;

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

Пусть радиус мембраны;

= 24,77 МПа = 2,43 кгс;

= 42,46 МПа = 4,17 кгс.

Рассчитаем толщину мембраны по формуле (2)

h = (2)

h = 0,0408 см;

По формуле (3) определим минимальный и максимальный прогиб мембраны

Р = (3)

Р = 0,044 см;

Р = 0,076 см;

По формуле (4) рассчитаем индуктивность при максимальном прогибе мембраны.

L = (4)

Где

- площадь сечения воздушного зазора;

- магнитная проницаемость воздуха;

- переменная площадь воздушного зазора.

Полученные данные представим в таблице 1 и отобразим на графике зависимость (Р) (рисунок 5) и зависимость L(Р) (рисунок 6):

Таблица 1

Расчет индуктивного преобразователя

F* Н

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

?Р, кгс

2,43

2,6

2,78

2,95

3,12

3,3

3,47

3,65

3,82

3,99

4,17

(Р), см

0,044

0,047

0,051

0,054

0,057

0,06

0,063

0,066

0,07

0,073

0,076

L(Р), мГн

10,42

9,76

8,91

8,49

8,04

7,64

7,28

6,95

5,55

6,28

6,034

Рис. 5 - Зависимость (Р)

Рис. 6 - Зависимость L(Р)

5. Расчет мостовой схемы

Мост Максвелла - Вина изображен на рисунке (3)

Примем = 800 Ом;

Вычислим при минимальном и максимальном значении индуктивности.

6. Определение погрешности индуктивного преобразователя

Информативная способность индуктивного датчика в значительной мере определяется его погрешностью преобразования измеряемого параметра. Суммарная погрешность индуктивного датчика складывается из большого числа составляющих погрешностей, таких как погрешность от нелинейности характеристики, температурная погрешность, погрешность от влияния внешних электромагнитных полей, погрешность от магнитоупругого эффекта, погрешность от соединительного кабеля и другие.

Для того, чтобы рассчитать погрешность всего устройства необходимо воспользоваться формулой (5)

По справочным данным погрешность амперметра составляет 0,1%, погрешность моста равняется 0,02%.

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

Погрешность индуктивного датчика определяется по формуле (1):

К = (6)

Найдем необходимые переменные.

= 0,065*24,77=1,61 МПа;

? 0,065;

= 0,0028 см;

= 169,982 мГн.

Подставляем полученные данные в выражение (6) и находим погрешность индуктивного датчика:

К = 0,23%.

Сравним полученную погрешность с заданной

0,23% < 0,25%

Таким образом, полученная погрешность не больше заданной, поэтому делаем вывод о том, что разработанная система удовлетворяет поставленным требованиям.

Заключение

Курсовая работа была посвящена разработке метода для измерения силы с помощью индуктивного преобразователя, отвечающего требованиям технического задания. В ходе проектирования были изучены разнообразные методы измерения силы, на основе которых разрабатывался полученный метод измерения данного параметра.

Был выполнен обзор методов измерения силы, выбран соответствующий метод в измеряемом диапазоне, рассчитаны основные параметры преобразователя, рассчитана погрешность полученного метода измерения силы.

Таким образом, в процессе выполнения курсовой работы были выполнены все пункты технического задания и разработан метод измерения соответствующего параметра, отвечающего предъявленным к нему требованиям.

Список литературы

1. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерения: Пер. с анг. М.: Мир, 1990. - 535 с.

2. Бриндли К.Д. Измерительные преобразователи. М.: Электр, 1991. - 353 с.

3. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

4. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин. М.: Мир, 1983 - 105 с.

Размещено на Allbest.ru

...

revolution.allbest.ru


Смотрите также