Контрол на якостните качества. Видове контрол и методи за измерване на якостни качества Методи за измерване на якост
чрез акселерометър; измерване на амплитудата и честотата на вибрациите
2. Сравняване на неизвестната сила със силата на гравитацията P = mg:директно натоварване със стандартни тежести;
чрез хидравлична трансмисия и стандартни тежести;
чрез лостове и стандартни тежести;
чрез лостове и махало
3. Измерване на еластична деформация
тяло взаимодейства с неизвестно
от определена сила Е= c |; чрез сензори за напрежение; чрез сензори за преместване 4. Сравняване на неизвестната сила със силата на взаимодействие на тока с магнитното поле Е= / Б И sin a посредством електродинамичен мощен възбудител. Измерването на променлива хармонична сила чрез определяне на амплитудата и честотата на вибрациите на тяло с известна маса може да се извърши с висока точност. Масата може да бъде измерена с грешка, която не надвишава няколко хилядни от процента. Със същата точност може да се измери и честотата на трептене. Амплитудата на вибрациите на тяло с известна маса може да бъде измерена с грешка, не по-голяма от няколко десети от процента, което по същество ще определи грешката при измерване на силата по посочения метод.
Използва се методът за измерване на силата чрез сравняване на неизвестна сила със силата на гравитацията
се използват за прецизни измервания и възпроизвеждане на статични и квазистатични сили.
Методът на директно натоварване се използва за създаване на държавни първични еталони на единицата сила, възпроизвеждайки я с най-висока точност.
Методът за сравняване на неизвестна сила със силата на гравитацията с помощта на лостове и стандартни тежести се използва за създаване на второкласни стандартни средства за измерване на сила, осигуряващи нейното измерване с грешка, не по-голяма от 0,2% от измерената стойност, както и в сила метри машини за изпитване, осигуряващи измерване на сила с грешка, не по-голяма от 1% от измерената сила в диапазона 0,04 - 1 от горната граница на измервателя на силата.
Методът за сравняване на неизвестна сила със силата на гравитацията чрез хидравлична трансмисия и стандартни тегла се използва също във второкласни стандартни средства за измерване на сила и в измерватели на сила на машини за изпитване. За използване
За да се даде възможност за триене в хидравлична трансмисия, се използва двойка бутало-цилиндър, в която един от елементите се върти спрямо другия.
Методът за сравняване на неизвестна сила със силата на гравитацията с помощта на лостове и махало се използва в измервателите на силата на тестовите машини.
Всички инструменти за измерване на сила, базирани на методи за сравняване на неизвестна сила със силата на гравитацията, обикновено са стационарни инсталации. Процесът на сравняване на силите в тези инсталации е механизиран.
Измерването на сила чрез измерване на еластичната деформация на тяло, взаимодействащо с неизвестна сила, е най-разпространеният метод, използван както в стационарни, така и в преносими приложения за измерване на статични и променящи се във времето сили. Този метод се използва в примерни динамометри от първа категория, които осигуряват прехвърлянето на единица сила от държавния стандарт към примерни средства от втора категория с грешка, която не надвишава 0,1% от измерената сила. В допълнение, този метод се използва в работни инструменти за измерване на статични и променящи се във времето сили.
Методът дава възможност за създаване на стационарни и преносими средства за измерване на силите на опън и натиск - динамометри, които съдържат еластичен елемент, снабден със захващания или опори за включването му в силовата верига. В еластичния елемент възниква сила на реакция, противодействаща на измерената сила. Еластичният елемент може да бъде електрически неактивен или електрически активен, т.е. той също е чувствителен елемент.
Еластичният, електрически неактивен елемент изпълнява чисто механични функции. Получената деформация на еластичния елемент се възприема от чувствителен елемент, който може да бъде сензор за деформация или
сензор за преместване, който го преобразува в изходна стойност.
Еластичен, електрически активен елемент реагира на поле от механично напрежение или деформация, създадено от измерена сила, като променя своите електрически или магнитни характеристики. Еластични, електрически активни елементи включват, например, пиезоелектрични и магнитоанизотропни.
За да се постигнат оптимални метрологични характеристики на динамометър, трябва да се следват няколко принципа.
Принципът на структурната цялост.Измерената сила трябва да се предава в динамометъра през непрекъсната среда от един материал. Нарушаването на непрекъснатостта на структурата на еластичния елемент причинява триене между свързващите елементи. Това триене води до грешки при измерване на силата, които могат да бъдат значителни.
Принципът на интеграция.Колкото по-точен е динамометърът, толкова по-добре се разпределя чувствителният елемент върху напречното сечение на еластичния елемент. За тази цел се използва осредняване - интегриране на напрежението или деформацията на еластичен елемент, което може да се характеризира или като въображаемо, или като реално.
При въображаема интеграция цялото поле на напрежение или деформация и следователно измерената сила се оценява от състоянието в една точка на това поле. В този случай се приема, че вътре в ограничена зона на еластичния елемент има определено механично поле, което не зависи от точката на прилагане на силата. Това прави възможно използването на един чувствителен елемент. Дизайнерските решения, които осигуряват въображаема интеграция, премахват възприемащите сила части на еластичния елемент от зоната, където се намира чувствителният елемент, ограничавайки зоната на възможните точки на прилагане на сила.
Методи за контрол якостни качестваимат дълга история. Първите механични устройства, предназначени за измерване на човешката сила, са създадени още през 18 век.
При наблюдение на якостните качества обикновено се вземат предвид три групи показатели.
- 1. Основни: а) моментни стойности на сила във всеки момент на движение (по-специално максимална сила); б) средна якост.
- 2. Интеграл, като импулс на сила.
- 3. Диференциал, например градиент на силата.
Максимална силамного визуален, но при бързи движения той характеризира сравнително слабо техния краен резултат (например съотношението на максималната сила на отблъскване и височината на скока може да бъде близо до нула). Според законите на механиката крайният ефект на силата, по-специално силата, постигната в резултат на промяна на скоростта на тялото, се определя от импулса на силата. Ако силата е постоянна, тогава пулс- е произведението на силата и продължителността на нейното действие (Sj =F At).В други условия, например при ударни взаимодействия, изчисленията на импулса на силата се извършват чрез интегриране, поради което индикаторът се нарича интегрален.
По този начин най-информативният импулс на сила е при контролиране на ударни движения (в бокс, удряне на топка и др.).
Средна сила- това е условен показател, равен на частното от разделянето на импулса на силата на времето на нейното действие. Въвеждането на средна сила е еквивалентно на предположението, че постоянна сила (равна на средната) е действала върху тялото през същото време.
Диференциалните показатели се получават в резултат на прилагане на математическата операция диференциране. Те показват колко бързо се променят моментните величини на силата.
Има два начина за регистриране на якостни качества:
- 1) без измервателно оборудване (в този случай оценката на нивото на силова готовност се извършва въз основа на максималното тегло, което спортистът може да вдигне или задържи);
- 2) с помощта на измервателни уреди - динамометри или динамографи.
Всички измервателни процедури се извършват при задължително спазване на общите метрологични изисквания за наблюдение на физическата годност. Също така е необходимо стриктно да се спазват специфичните изисквания за измерване на якостните качества:
- 1) определя и стандартизира в многократни опити позицията на тялото (ставата), в която се извършва измерването;
- 2) вземете предвид дължината на сегментите на тялото при измерване на моментите на сила;
- 3) вземете предвид посоката на вектора на силата.
Измерване на максимална сила.Понятието „максимална сила“ се използва за характеризиране, първо, на абсолютна сила, упражнявана без оглед на времето, и, второ, сила, чиято продължителност е ограничена от условията на движение. Например, вертикалният компонент на максималната сила на оттласкване при движение, симулиращо бягане, е 4000 N; реалната вертикална сила на изтласкване при ходене е 700 N (приблизително 10 N/kg от масата на спортиста), при бягане - 2000 N (или около 30 N/kg).
Максималната якост се измерва при специфични и неспецифични тестове.
В първия случай показателите за сила се записват в състезателно упражнение или упражнение, близко до него в структурата на двигателните качества.
Във втория случай най-често се използва стенд за измерване на сила, на който се измерва силата на почти всички мускулни групи в стандартни задачи (обикновено при флексия и екстензия на сегменти на тялото).
В зависимост от метода на регистрация резултатът от измерването е:
- 1) максимална статична сила;
- 2) максимална динамична сила.
При измерване на силата при едноставни движения реално се записва нейният момент, чиято стойност зависи от дължината на рамото на силата и големината на упражняваната сила (модул на силата). Следователно, точността на резултатите от измерването е по-голяма, колкото по-здраво и стандартно е фиксирано тялото (или ставата) на спортиста по време на измерването. Дори малки промени в позата при многократни опити могат да направят значителна разлика в силовите постижения. Тъй като при движенията на флексия и екстензия се записва не силата, а нейният момент, тогава в тесен смисъл резултатите от измерването трябва да се представят не в нютони (N) или килограми сила (kgf), а в нютонометри (Nm ) или килограмметри (kgm).
Индикаторите за якост, записани по време на измерванията, се наричат абсолютни; Относителните показатели (съотношението на абсолютната сила към телесното тегло) се определят чрез изчисление. При анализа на относителните показатели е необходимо да се вземе предвид, че в общ изгледВръзката сила-маса се описва с уравнението:
Където: Е- якост (резултат от теста за якост); У- телесна маса; А -постоянен.
Измерване на градиенти на сила. Индикаторите за диференциална сила (или градиенти) характеризират нивото на развитие на експлозивната сила на спортистите. Определянето на тяхната стойност е свързано с измерване на времето за постигане на максимална сила или някои фиксирани стойности (0,5Fmax и др.). Най-често това се прави с помощта на тензодинамични устройства, които позволяват да се получи динамика на силата. Анализът на градиентите на сила ни позволява да установим причините за разликите в състезателните движения сред спортисти с едно и също ниво на абсолютна сила.
За измерване на сили се използват различни физически ефекти, които се характеризират с определена връзка между силата и друго количество, например деформация (относителна или абсолютна), налягане, пиезоелектричество, магнитострикция и др. Най-често срещаният метод за измерване на сила е използването на еластична деформация на пружинни елементи (например пружинни везни). В границите на закона на Хук има пропорционална връзка между силата Еи деформация ε или D л: Е~e~D л.
Деформацията най-често се измерва с помощта на електрически, оптични или механични методи, описани по-горе.
В зависимост от избрания метод и диапазон на измерване, деформируемият чувствителен елемент (възприемаща деформация) е проектиран по такъв начин, че деформацията се възпроизвежда под формата на опън или компресия, т.е. като изменение на първоначалната дължина (база). Еластичният елемент заедно с прикрепените към него елементи, които изпълняват трансформационни функции (механични, електрически и др.), защитен корпус и др. образува преобразувател на сила (динамометър). Въпреки разнообразието от изисквания по отношение на номиналното натоварване, характеристики, дължащи се на техники за измерване и други причини, всички еластични елементи могат да бъдат сведени до относително малък брой основни типове.
Механични динамометри използвани предимно за единични измервания при особено тежки условия на работа, както и когато относително ниската точност е приемлива. Въпреки това, използването на чувствителни измервателни инструменти (микрометър, микроскоп) за измерване на деформации позволява използването на механични динамометри за постигане на добра точност.
При други динамометри промяната в дължината на еластичния елемент се преобразува в движение по скалата на светлинна стрелка, отклонена от въртящо се огледало, прикрепено към еластичния елемент (устройство на Мартенс). С квалифицирано обслужване и отчитане на многото задължения, свързани с измервателната техника, могат да се постигнат много точни резултати. Поради редица трудности, тези инструменти се използват почти изключително за тестване и калибриране.
Хидравлични динамометри Може да се използва за измервания с умерена точност при тежки работни условия. Те използват измерватели на налягането с тръба на Бурдон като показващи инструменти. Обикновено се монтират директно върху динамометъра; ако е необходимо, те могат да бъдат свързани към динамометъра чрез капилярна тръба с дължина няколко метра. Такива измервателни устройства позволяват свързването на записващи устройства.
Електрически динамометри. Бързото развитие на електротехниката и електрониката доведе до широкото използване на електрически методи за измерване на механични величини, по-специално сила. Първоначално механичните преобразуватели на деформация в механичните динамометри бяха заменени с електрически (например механичните преобразуватели на преместване с индуктивни). С развитието на тензодатчиците се откриха нови възможности. Независимо от това обаче други методи за измерване на електричество бяха подобрени и бяха разработени нови методи за измерване.
При избор голямо значениеима точност на измерване.
1.2.1 Електрически тензометрични динамометри.
Сред динамометрите най-голямо значение имат тензометричните динамометри. Диапазонът на измерване на тези динамометри е необичайно широк - има динамометри с номинални сили от 5 N до повече от 10 MN. висока точност на измерване. грешката е 0.03% и дори 0.01%.
Дизайн, основни видове. В най-простата си форма еластичният чувствителен елемент на динамометъра е прът, натоварен по оста. Сензорни елементи от този тип се използват за измервания в диапазона от 10 kN до 5 MN. При натоварване прътът се свива и неговият диаметър едновременно се увеличава в съответствие с коефициента на Поасон. Тензометри, залепени към пръта в областта на еднородно силово поле, са включени в мостовата верига на Уитстон, така че в двете му противоположни рамена има тензометрични датчици, чиито решетки са насочени по оста на пръта или перпендикулярно на него.
В допълнение към тензодатчиците мостовата верига на Уитстон включва допълнителни елементи на веригата, които служат за компенсиране на различни температурно-зависими ефекти, като нулева нестабилност, промени в модула на еластичност и термично разширение на материала на чувствителния елемент, промени в чувствителността на тензодатчикът и линеаризацията на динамометърната характеристика.
Изходното напрежение е пропорционално на относителната деформация, а последната, в съответствие със закона на Хук, е пропорционална на натоварването на пръта.
За да се разшири обхватът на измерване до 1 - 20 MN за по-добро разпределение на напрежението, еластичният елемент често се прави под формата на тръба, а към вътрешната и външната му повърхност се залепват тензодатчици.
Фигура 1 показва някои видове еластични елементи за тензометрични динамометри.
За измерване на сили в по-малък диапазон (до приблизително 5 N) и увеличаване на отчитането се използват сензорни елементи, които използват деформации на огъване, а не надлъжни деформации.
Изпратете добрата си работа в базата от знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
публикувано на http://www.Allbest.ru/
Въведение
1. Главна информацияотносно измерената стойност
2. Преглед на методите на измерваните величини
3. Описание на индуктивния преобразувател
3.1 Грешки на индуктивни преобразуватели
3.2 Измервателни вериги на индуктивни преобразуватели
4. Изчисляване на основните параметри на преобразувателя
5. Изчисляване на мостовата верига
6. Определяне на грешката на индуктивния преобразувател
Заключение
Библиография
Въведение
Измервателните преобразуватели са технически устройства, които преобразуват величини и образуват канал за предаване на измервателна информация. Когато се описва принципът на работа на измервателно устройство, което включва последователна серия от измервателни преобразуватели, той често се представя под формата на функционална блокова схема (измервателна верига), която отразява функциите на отделните му части под формата на символни блокове взаимосвързани.
Основните характеристики на измервателния преобразувател са функцията на преобразуване, чувствителността и грешката.
Измервателните преобразуватели могат да бъдат разделени на три класа: пропорционални, функционални и работни.
Пропорционалните са проектирани да възпроизвеждат входния сигнал по подобен начин в изходния сигнал. Вторите са за изчисляване на някаква функция на входния сигнал; трето - да се получи изходен сигнал, който е решение на някои диференциално уравнение. Оперативните преобразуватели са инерционни, тъй като стойността на техния изходен сигнал във всеки момент зависи не само от стойността на входния сигнал в същото време. Но също и върху стойностите му в предишни точки във времето.
При проектирането на специализиран нестандартен измервателен уред трябва да се вземат предвид основните организационни и технически форми на контрол, мащабът на производството, характеристиките на измерваните обекти, необходимата точност на измерване и други технически и икономически фактори.
В нашия случай е проектиран само преобразувателят и следователно някои от тези фактори могат да бъдат пренебрегнати. Ние се грижим само за необходимата точност на измерване на даден параметър. Всяка задача за измерване започва с избора на първичен преобразувател - „сензор“, способен да преобразува първоначалната информация (всякакъв вид деформация, кинематичен параметър на движение, температурни промени и т.н.) в сигнал, който подлежи на последващо изследване. Първичният преобразувател е началната връзка на измервателната система. Преобразувателят в тази курсова работа е индуктивен преобразувател.
1 . са често срещаниинтелигентностотносноизмеримиразмер
Силата е векторна физична величина, която е мярка за интензивността на въздействието на други тела, както и на полета, върху дадено тяло. Сила, приложена към масивно тяло, предизвиква промяна в неговата скорост или възникване на деформации и напрежения в него.
Силата като векторна величина се характеризира с големината, посоката и точката на приложение на силата. Използва се и понятието линия на действие на сила, което означава права линия, минаваща през точката на приложение на силата, по която е насочена силата.
Единицата за сила в SI е нютон (N). Нютон е сила, която придава ускорение от 1 m/s 2 на маса от 1 kg в посоката на действие на тази сила.
В техническите измервания разрешените единици за сила са:
· 1 kgf (килограм-сила) = 9,81 N;
· 1 tf (тон-сила) = 9,81 x 103 N.
Якостта се измерва с помощта на динамометри, силомери и преси, както и чрез натоварване с товари и тежести.
Динамометрите са устройства, които измерват еластичната сила.
Има три вида динамометри:
· DP - пружина,
DG - хидравличен,
· DE - електрически.
Според метода на записване на измерените сили динамометрите се разделят на:
· насочване - използва се главно за измерване на статични сили, възникващи в конструкции, монтирани на стойки, когато към тях се прилагат външни сили, и за измерване на теглителна сила по време на плавно движение на продукт;
· динамометрите за броене и писане, които записват променливи сили, най-често се използват за определяне на теглителната сила на парни локомотиви и трактори, тъй като поради силното треперене и неизбежните сътресения при ускоряване на движението им, както и неравномерното натоварване на продукта, се създават променливи сили .
Най-често срещаните са пружинни и насочващи динамометри с общо предназначение.
Основните параметри и размери на пружинните динамометри с общо предназначение с устройство за отчитане на скала, предназначени за измерване на статични сили на опън, са определени от GOST 13837.
Границите на измерване и грешката на динамометъра трябва да се определят по един от двата начина:
· изчислено
· съгласно OST 1 00380 таблици.
Работните измервателни уреди, използвани в системи за измерване на сила, са дадени в OST 1 00380.
Има различни видове сили: гравитационна, електромагнитна, реактивна, ядрена, слабо взаимодействие, инерционна сила, сила на триене и други. Силите трябва да се измерват в широк диапазон - от 10 -12 N (сили на Ван дер Ваалс) до 10 N (ударни, теглителни сили). С малки сили се работи, когато научно изследване, при тестване на прецизни сензори за сила в системи за управление и др. Силите от 1N до 1MN са типични за тестово оборудване и при определяне на сили в превозни средства, валцоващи машини и др. В някои области на машиностроенето, валцуването на стомана и космическото инженерство е необходимо да се измерват сили до 50-100 MN. Грешките при измерване на сили и моменти при технически измервания са 1--2%. Измерването на силата се свежда до измерване на такива физически величини като налягане, ускорение, маса, чиято грешка при измерване в много случаи не трябва да надвишава 0,001%.
2 . Прегледметодиизмеримиколичества
В съвременната техника широко се използват измервания на неелектрични величини (температура, налягане, сила и др.). електрически методи. В повечето случаи такива измервания се свеждат до факта, че неелектрическо количество се преобразува в зависимо от него електрическо количество (например съпротивление, ток, напрежение, индуктивност, капацитет и т.н.), чрез измерване на което е възможно за определяне на желаното неелектрическо количество.
Устройство, което преобразува неелектрическо количество в електрическо, се нарича сензор. Сензорите се делят на две основни групи: параметрични и генераторни. При параметричните сензори неелектрическо количество предизвиква промяна във всеки електрически или магнитен параметър: съпротивление, индуктивност, капацитет, магнитна проницаемост и др. В зависимост от принципа на действие тези сензори се делят на съпротивителни, индуктивни, капацитивни и др.
Устройствата за измерване на различни неелектрически величини чрез електрически методи са широко използвани в eps. и дизелови локомотиви. Такива устройства се състоят от сензори, някакъв вид електрически измервателен уред (галванометър, миливолтметър, милиамперметър, коефициент и др.) И междинна връзка, която може да включва електрически мост, усилвател, токоизправител, стабилизатор и др.
Промяна на силата чрез метод на балансиране
Методът се основава на уравновесяване на измерената сила със силата, създадена от обратния електромеханичен преобразувател, най-често магнитоелектричен, както и силата на реакция, възникваща в динамичната система. Такива сили включват центростремителна сила, инерционна сила при осцилаторно движение, жироскопичен момент.
Обещаващ начин за създаване на високоточни инструменти за измерване на големи сили (от 105 N и повече) е използването на електродинамични преобразуватели на обратна сила със свръхпроводящи намотки, които позволяват възпроизвеждане на сили до 107-108 N с грешка от 0,02 -0,05%.
Методът за измерване на жироскопичната сила се основава на измерването ъглова скоростпрецесия на рамката на жироскопа, която възниква под въздействието на жироскопичен момент, който балансира измерения момент или момента, създаден от измерената сила. Този метод е намерил приложение в тежестта измервателна техника.
Реакционната сила се определя еднозначно от геометрията на системата, масите на клиновете и честотата на тяхното въртене. Така при постоянни параметри на измервателния уред измерената сила Fx се определя от оборотите на двигателя.
Силов метод
Основава се на зависимостта на силата или момента на силата, развивани от нееластичен или еластичен чувствителен елемент, от приложеното налягане. Използвайки този метод, се изграждат два вида инструменти и сензори за налягане:
Сензори за сила с директно преобразуване, при които силата, развита от чувствителния елемент, се преобразува с помощта на електрически преобразувател в електрическо количество
Устройства и сензори с компенсация на силата, при които силата, развивана от чувствителния елемент, се балансира от силата, създадена от компенсиращия елемент. В зависимост от вида на компенсиращото устройство, изходният сигнал може да бъде токов, линеен или ъглов.
Измерване на сила, механично напрежение
Сензорите за сила могат да бъдат разделени на два класа: количествени и качествени.
Количествените сензори измерват силата и представят нейната стойност в електрически единици. Примери за такива сензори са тензодатчици и тензодатчици.
Сензорите за качество са прагови устройства, чиято функция не е да определят количествено стойността на дадена сила, а да откриват, че определено ниво на приложена сила е надвишено. Тоест в първия случай говорим за измерване, а във втория случай - за контролиране на сила или механично напрежение. Примери за такива устройства са например тензодатчици и компютърни клавиатури. Често се използват висококачествени сензори за откриване на движение и позиция на обекти.
Методите за измерване на силата могат да бъдат разделени на следните групи:
* уравновесяване на неизвестна сила със силата на гравитацията на тяло с известна маса;
* измерване на ускорението на тяло с известна маса, към което е приложена сила;
* балансиране на неизвестна сила с електромагнитна сила;
* преобразуване на силата в налягане на флуида и измерване на това налягане;
* измерване на деформацията на еластичен елемент от система, причинена от неизвестна сила.
Повечето сензори не преобразуват директно силата в електрически сигнал. Това обикновено изисква няколко междинни стъпки. Следователно, като правило, сензорите за сила са съставни устройства. Например, сензорът за сила често е комбинация от преобразувател на сила към изместване и детектор за позиция (изместване). Принципите на конструиране на везни се свеждат до измерване на силата. Приложената сила действа върху първичен преобразувател (сензор), състоящ се от еластичен елемент и преобразувател на деформация, механично свързани с еластичния елемент и преобразуващи тази деформация в електрически сигнал.
Понастоящем в технологията за претегляне се използват следните видове преобразуватели:
1. Реостатни преобразуватели. Тяхното действие се основава на промяна на съпротивлението на реостата, чийто двигател се движи под въздействието на сила.
2. Преобразуватели тел-тел (устойчивост на деформация). Тяхната работа се основава на промяната в съпротивлението на жицата, докато се деформира.
4. Индуктивни преобразуватели. Промяна в индуктивността на преобразувател поради промяна в положението на една от неговите части под въздействието на измерваната величина. използва се за измерване на сила, натиск, линейно движение на част.
5. Капацитивни преобразуватели. Промяна в капацитета на преобразувателя под въздействието на измерената неелектрическа величина: сила, налягане на линейно или ъглово движение, съдържание на влага и др.
Генераторните преобразуватели се разделят на групи според принципа на действие:
1. Индукционни преобразуватели. Тяхната работа се основава на преобразуването на измерена неелектрическа величина, като скорост, линейни или ъглови движения, в индуцирана ЕДС.
3. Пиезоелектрични преобразуватели. Пиезоелектричен ефект, т.е. поява на емф в някои кристали под въздействието на механични сили се използва за измерване на тези сили, налягане и други величини.
3 . Описаниеиндуктивенконвертор
В техническите и научни измервания на неелектрически величини широко се използват индуктивни преобразуватели, принадлежащи към групата на параметричните сензори. Те се отличават с простота на дизайна, надеждност и ниска цена. В допълнение, те не изискват сложно вторично оборудване, за да работят.
Индуктивният преобразувател е дросел, чиято индуктивност се променя под влиянието на входното (измерваното) количество. В измервателната технология се използват конструкции на преобразуватели с променлива въздушна междина и соленоидни (или плунжерни) преобразуватели, които се изучават в тази работа.
Индуктивен преобразувател с променлива въздушна междина е показан схематично на фиг. 1. Състои се от U-образна магнитна верига 1, върху която е поставена намотка 2, и подвижна арматура 3. Когато арматурата се движи, дължината на въздушната междина и следователно магнитното съпротивление се променя. Това причинява промяна в магнитното съпротивление и индуктивност на преобразувателя L. При определени допускания индуктивността на преобразувателя може да се изчисли с помощта на формула (1):
Ориз. 1. Проектиране на индуктивен преобразувател с променлива въздушна междина (1- U-образна магнитна сърцевина, 2- бобина, 3- котва): а) единичен преобразувател; б) диференциален преобразувател
където w е броят на навивките на намотката, µ o = 4 10 7 H/m - магнитна константа, µ - магнитна константа на стомана, - площ на напречното сечение магнитен потоквъв въздушната междина е средната дължина на линията на магнитното поле в стомана.
Единичните индуктивни преобразуватели имат редица недостатъци, по-специално тяхната функция на преобразуване е нелинейна, те могат да имат голяма адитивна грешка, причинена от температурна промяна в активното съпротивление на намотката и редица други.
Диференциалните преобразуватели, които са два единични преобразувателя с обща котва, нямат тези недостатъци. На фиг. Фигура 1b показва диференциален индуктивен преобразувател, състоящ се от два преобразувателя, показани на фиг. 1а.
Когато арматурата се движи например наляво, индуктивността L се увеличава, а другата индуктивност L2 намалява.
Ориз. 2. Проектиране на индуктивен бутален преобразувател (1 - намотка, 2 - бутало): а) единичен преобразувател; б) диференциален преобразувател
Друг тип индуктивни преобразуватели са буталните преобразуватели. На фиг. 2а показва единичен преобразувател на бутало, което е намотка 1, от която може да се изтегли феримагнитна сърцевина 2 (бутало). Когато буталото е в средно положение, индуктивността е максимална.
Диференциален преобразувател, състоящ се от два единични преобразувателя от бутален тип, е показан схематично на фиг. 2б. И тук при движение на буталото едната индуктивност намалява, а другата се увеличава.
Когато се използват индуктивни преобразуватели, изходната величина обикновено не е индуктивност като такава, а реактивното съпротивление на преобразувателя Z, което, ако активният компонент се пренебрегне, е равно на Z = jwL.
3.1 Грешкииндуктивенконвертори
Грешките в индуктивните преобразуватели се дължат главно на промени в активния компонент на техните съпротивления. Тази грешка е адитивна и намалява, когато се използват мостови вериги. В допълнение, когато температурата се промени, магнитната проницаемост на стоманата се променя, което води до допълнителна промяна в адитивните и мултипликативните грешки. Промените в захранващото напрежение и честотата също причиняват промени в чувствителността и появата на мултипликативни грешки.
Сред грешките на индуктивните сензори са следните:
1.1) Грешка поради температурни условия. Тази грешка е случайна и трябва да се оцени, преди сензорът да започне да работи. Грешката възниква поради факта, че определени параметри на компонентите на сензора зависят от температурата и при доста силно отклонение от нормата в една или друга посока грешката може да бъде доста впечатляваща.
1.2) Грешка поради силата на привличане на арматурата
1.3) Грешка на линейността на трансформационната функция
Когато индуктивните преобразуватели работят в мостови вериги, възниква грешка поради нестабилност на захранващото напрежение и честота на моста, както и промяна във формата на кривата на захранващото напрежение. За подобряване на свойствата на индуктивните МТ се използват диференциални преобразуватели (диференциалните преобразуватели са показани на фиг. 1б).
3.2 Измерваневеригииндуктивенконвертори
Мостове за измерване на индуктивност и добротност на индуктори. Индукторът, чиито параметри се измерват, е свързан към едно от рамената на четирираменен мост, например към първото рамо:
За да бъде балансиран мостът, поне едно от останалите рамена трябва да съдържа реактивно съпротивление под формата на индуктивност или капацитет.
Предпочитание се дава на контейнерите, т.к. Индукторите са по-ниски по прецизност на производство от кондензаторите и са много по-скъпи. Диаграмата на такъв мост е показана на фиг. 3
Ориз. 3. Мост за измерване на параметрите на индуктори
Когато мостът е в равновесие, според уравнението на общото равновесие, това е вярно. Приравнявайки поотделно реалната и въображаемата част, получаваме две условия на равновесие:
Такъв мост се балансира чрез регулиране и. Стойността е пропорционална на индуктивността и - на качествения фактор на измерената намотка. Недостатъкът на разглежданата схема е лошата конвергенция на моста при измерване на параметрите на намотки с нисък доброкачествен фактор. Ако Q = 1, процесът на балансиране вече е труден, а когато Q< 0,5 уравновешивание моста практически невозможно.
индуктивен преобразувател за измерване на сила
4 . Изчисляванеосновенпараметриконвертор
Необходимо е да се разработи сензор, за който са дадени следните характеристики на измервателния уред:
Измерена величина: сила;
Стойност на измервания параметър: 70-120 kN;
Грешка при измерване: 0,25%
Тип изходен сигнал: електрически сигнал
Преобразувател: индуктивен
За нашите курсова работаИзбираме единичен индуктивен преобразувател с променлива въздушна междина, тъй като той се характеризира с измервания в диапазон от 0,01 до 10 mm, което ви позволява да измервате даден параметър.
Нека изобразим блоковата схема на това устройство на фигура 4. Изходният сигнал се получава под формата на променливо напрежение, взето от съпротивлението на натоварване R N, свързано към веригата на намотка 2, поставена на сърцевина 1. Захранването се доставя от променлив напрежение U. Под въздействието на входния сигнал котвата 3 се движи и променя празнината:
Ориз. 4 - Единичен индуктивен преобразувател с променлива въздушна междина
Нека изчислим основните параметри на рамката на сензора, който се разработва:
Материал - прецизна сплав 55 ВТЮ;
Коефициент на Поасон - 0,295;
Модул на еластичност - 11 * N/ = 1.1209 * kgf/;
Нека радиусът на мембраната;
24,77 MPa = 2,43 kgf;
42,46 MPa = 4,17 kgf.
Нека изчислим дебелината на мембраната, използвайки формула (2)
h = 0,0408 cm;
Използвайки формула (3), определяме минималното и максималното отклонение на мембраната
P = 0,044 cm;
P = 0,076 cm;
Използвайки формула (4), изчисляваме индуктивността при максимално отклонение на мембраната.
Площ на напречното сечение на въздушната междина;
Магнитна пропускливост на въздуха;
Променлива площ на въздушната междина.
Представяме получените данни в таблица 1 и показваме зависимостта (P) (Фигура 5) и зависимостта L(P) (Фигура 6):
маса 1
Изчисляване на индуктивен преобразувател
Ориз. 5 - Зависимост (P)
Ориз. 6 - Зависимост L(P)
5 . Изчисляванепаважсхема
Мостът Максуел-Вина е показан на фигура (3)
Да вземем = 800 Ohm;
Нека изчислим при минималните и максималните стойности на индуктивност.
6 . Определениегрешкииндуктивенконвертор
Информационният капацитет на индуктивния сензор до голяма степен се определя от неговата грешка при преобразуване на измерения параметър. Общата грешка на индуктивния сензор е сумата от голямо числокомпоненти на грешката, като грешка от нелинейност на характеристиката, температурна грешка, грешка от влияние на външни електромагнитни полета, грешка от магнитоеластичен ефект, грешка от свързващия кабел и др.
Според референтните данни грешката на амперметъра е 0,1%, грешката на моста е 0,02%.
0,25 - (0,02 + 0,1) = 0,13%;
Грешката на индуктивния сензор се определя по формула (1):
Нека намерим необходимите променливи.
0,065*24,77=1,61 MPa;
169,982 mH.
Заместваме получените данни в израз (6) и намираме грешката на индуктивния сензор:
Нека сравним получената грешка с дадената
0,23% < 0,25%
По този начин получената грешка е не повече от посочената, така че заключаваме, че разработената система удовлетворява поставените изисквания.
Заключение
Курсовата работа беше посветена на разработването на метод за измерване на сила с помощта на индуктивен преобразувател, който отговаря на изискванията на техническите спецификации. По време на проектирането са изследвани различни методи за измерване на силата, въз основа на които е разработен полученият метод за измерване на този параметър.
Извършен е преглед на методите за измерване на силата, избран е подходящият метод в измерения диапазон, изчислени са основните параметри на преобразувателя и е изчислена грешката на резултатния метод за измерване на сила.
По този начин в процеса на изпълнение на курсовата работа бяха изпълнени всички точки от техническото задание и беше разработен метод за измерване на съответния параметър, който отговаря на изискванията към него.
списъклитература
1. Мейзда Ф. Електронни измервателни уреди и методи за измерване: Прев. от английски М.: Мир, 1990. - 535 с.
2. Бриндли К.Д. Измервателни преобразуватели. М.: Електр, 1991. - 353 с.
3. Spektor S.A. Електрически измервания на физични величини: Методи за измерване: Урокза университети. Л.: Енергоатомиздат, 1987. - 320 с.
4. Левшина E.S. Електрически измервания на физични величини. М.: Мир, 1983 г. - 105 с.
Публикувано на Allbest.ru
...Подобни документи
Разработване на измервателен канал за наблюдение на физическите параметри на технологична инсталация: избор на технически средства за измерване, изчисляване на грешката на измервателния канал, дроселово устройство, разходомерни диафрагми и автоматичен потенциометър.
курсова работа, добавена на 03/07/2010
Мостови и косвени методи за измерване на постояннотоково съпротивление. Резонансни, мостови и индиректни методи за измерване на параметрите на индуктор. Решение на проблема за измерване на параметрите на кондензатора с помощта на хомогенен мост.
тест, добавен на 04.10.2013 г
Характеристики на измерване на ток във верига с помощта на амперметър. Метод за изчисляване на силата на тока в неразклонена част от електрическа верига съгласно първия закон на Кирхоф, проверка на неговата коректност. Анализ на абсолютни и относителни грешки на параметрите на веригата.
лабораторна работа, добавена на 12.01.2010 г
Основни видове, конструкция, принцип на работа на сензори, използвани за измерване на налягане. Техните предимства и недостатъци. Разработване на пиезоелектричен преобразувател. Неговите елементи блокова схема. Изчисляване на преобразувателните функции и чувствителността на устройството.
курсова работа, добавена на 16.12.2012 г
Избор на измервателен уред за допусков контрол на параметри. Определяне на доверителните граници на неизключената доверителна грешка на резултата от измерването. Предназначение и принцип на действие на цифрови универсални волтметри и техните компоненти.
курсова работа, добавена на 14.04.2019 г
Уреди за измерване на нивата на осветеност. Разработване на измервателни техники. Определяне на осветеността с помощта на селенова фотоклетка. Измерване на осветеност с луксметър Ю117. Определяне на грешка при измерване. Обхват и работа на устройството.
курсова работа, добавена на 05/05/2013
Класификация на средствата за измерване и определяне на техните грешки. Разглеждане на законите на Нютон. Характеристика фундаментални взаимодействия, сили на гравитацията и уравнение. Описание на предназначението на гравиметрите, динамометрите и уреда за измерване на силата на натиск.
курсова работа, добавена на 28.03.2010 г
Директни и индиректни измервания на напрежение и ток. Приложение на закона на Ом. Зависимост на резултатите от преки и косвени измервания от стойността на ъгъла на завъртане на регулатора. Определяне на абсолютна грешка индиректно измерваневеличина на постоянен ток.
лабораторна работа, добавена на 25.01.2015 г
Магнитоелектрични измервателни механизми. Метод за индиректно измерване на активно съпротивление до 1 Ohm и оценка на систематичната, случайната, компонентната и общата грешка на измерване. Неелектрически измервателни уреди физическо количество(налягане).
курсова работа, добавена на 29.01.2013 г
Параметри и характеристики на тензодатчици, преобразуване на деформация. Изчисляване на функцията и коефициента на предаване, като се вземе предвид влиянието на крайните и контактните сечения. Определяне на параметрите на измервателния модул. Транспорт, монтаж и съхранение на уреда.
Определението за сила се подразбира в трите закона на движението на Нютон.
1. Всяко тяло остава в състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато някакви сили не го извадят от това състояние.
2. Неуравновесена сила придава ускорение на тялото в посоката, в която действа. Това ускорение е пропорционално на силата и обратно пропорционално на масата на тялото.
3. Ако тялото Аупражнява някаква сила върху тялото IN, след това тялото INдейства със същата, но противоположно насочена сила върху тялото А.
Въз основа на втория закон на Нютон единицата сила се определя като произведение на масата и ускорението (F = ma). Има друга формулировка на втория закон на Нютон. Импулсът на тялото е равен на произведението на неговата маса и скоростта на движението му, т мае скоростта на промяна на импулса. Силата, действаща върху тялото, е равна на скоростта на промяна на неговия импулс. Яжте различни начиниизмервания на сила. Понякога това е достатъчно, за да се балансира силата с товара или да се определи колко разтяга пружината. Понякога силите могат да бъдат изчислени от други наблюдаеми величини, като ускорения, когато се разглежда скок или хвърляне на снаряд. В други случаи е най-добре да използвате едно от многото електрически устройства, известни като механоелектрически преобразуватели. Тези устройства под въздействието на приложени сили генерират електрически сигнали,
които могат да бъдат усилени и записани в някаква форма на запис и преобразувани в стойности на сила.
Силата на действието на дадено лице зависи от състоянието на дадено лице и неговите волеви усилия, тоест от желанието да прояви една или друга сила, по-специално максимална сила, както и от външни условия, по-специално от параметрите на двигателните задачи, например ставните ъгли в биоверигите на тялото.
Постиженията в почти всички спортове зависят от нивото на развитие на силовите качества и следователно методите за контрол и
Обръща се значително внимание на подобряването на тези характеристики.
Методи за измерване на сила
Методите за контрол на якостните качества имат дълга история.
Първите механични устройства, предназначени за измерване на човешката сила, са създадени още през 18 век. При наблюдение на якостните качества обикновено се вземат предвид три групи показатели.
1. Основни: а) моментни стойности на сила във всеки момент на движение (по-специално максимална сила); б) средна якост.
2. Интеграл, като импулс на сила.
3. Диференциал, например градиент на силата.
Максимална силамного визуален, но при бързи движения той характеризира сравнително слабо техния краен резултат (например съотношението на максималната сила на отблъскване и височината на скока може да бъде близо до нула).
Според законите на механиката крайният ефект на силата, в
По-специално силата, постигната в резултат на промяна на скоростта на тялото, се определя от импулса на силата. Ако силата е постоянна, тогава пулс- е произведението на силата и времето на нейното действие ( Si =F·∆T). В други условия, например при ударни взаимодействия, изчисленията на импулса на силата се извършват чрез интегриране, поради което индикаторът се нарича интегрален. По този начин най-информативният импулс на сила е кога
контрол на ударните движения (в бокс, удряне на топката и др.).
Средна сила- това е условен показател, равен на частното от разделянето на импулса на силата на времето на нейното действие. Въвеждането на средна сила е еквивалентно на предположението, че постоянна сила (равна на средната) е действала върху тялото през същото време.
Има два начина за регистриране на якостни качества:
1) без измервателно оборудване (в този случай оценката на нивото на силова готовност се извършва въз основа на максималното тегло, което спортистът може да вдигне или задържи);
2) с помощта на измервателни уреди - динамометри
или динамографи.
Всички измервателни процедури се извършват задължително
спазване на общия мониторинг на физическата годност
метрологични изисквания. Необходимо е също така стриктно
отговарят на специфични изисквания за измерване на мощността
1) дефинирайте и стандартизирайте при многократни опити
позицията на тялото (ставата), в която се извършва измерването;
2) вземете предвид дължината на сегментите на тялото при измерване на моменти
3) вземете предвид посоката на вектора на силата.
Контрол на мощностните качества без измерване устройства. В масовия спорт нивото на развитие на силовите качества често се оценява по резултатите от състезателни или тренировъчни упражнения. Има два метода за контрол: преки и непреки. В първия случай максималната сила съответства на най-голямото тегло, което един спортист може да вдигне в технически сравнително просто движение (например лежанка). Във втория случай те измерват не толкова абсолютната сила, колкото скоростно-силовите качества или силовата издръжливост. За целта се използват упражнения като дълъг и висок скок от изправено положение, хвърляне на медицинска топка, набирания и др.
