Читать онлайн «Приборостроение». Страница 12

Поправка U определяется по эталонным часам: без этого параметра рассчитать величины w, Ik невозможно.

На точность часов также влияет температура среды, которая характеризуется коэффициентом С; из-за этого явления возникает вторичная ошибка S.

Коэффициент С и его последствие – ошибка S – вычисляются по формулам:

В этих формулах цифры в индексах показывают сутки, для которых определены коды приборов.

Коэффициент температурного расширения зависит от технических свойств материала, от самой конструкции прибора и находится в границах

0,0005 ≤ C ≤0,5,

измеряется в с/град.

Следующая характеристика приборов времени – это барометрический коэффициент.

где w1, w2 – суточные ходы часов при соответствующих давлениях p1, p2.

Обычно 0,01 < К < 0,25 (с) на изменение давлений 1 мм рт. ст.

Причина в том, что как выше было отмечено, для работы приборов времени источником первичного толчка служит внешний сигнал: колебательные системы этого источника и своя собственная, определяют разрешительную способность прибора.

Рассмотрим такие параметры движения, как скорость, ускорение, угловые скорость и ускорение.

Для измерения скорости поступательного перемещения достаточно знать длины пути и времени. Тогда средняя скорость:

где ΔS – длина пути; Δt – промежуток времени.

Погрешность измерений, само собой разумеется, складывается из погрешностей измерений перемещений и времени

Измерение ускорения при поступательном перемещении измеряется точно так же:

Погрешность измерения ускорений также определяется погрешностями, допущенными при измерении величины перемещения и времени, затраченного на это перемещение.

Для измерения скорости перемещения поступательного движения часто пользуются приборами, которые преобразуют угловую скорость в линейную.

Сперва разберемся с угловой скоростью: это измерение угла поворота х за время Δt; эту величину называют средней угловой скоростью.

Если взять производную по времени, то получим угловое ускорение.

Для измерения линейной скорости применяются различные приборы с электрическими датчиками. Наиболее надежными из них являются приборы с индукционными датчиками: чувствительность – 0,07 мА/мм; погрешность – 12 мм при при 1 см/с.

Для измерения угловых скоростей применяются различные тахометры: механические, гидравлические, магнитные, электрические (обоих типов тока), импульсные и др.

Для измерения линейных ускорений при поступательном движении применяют акселерометры; наибольшей точностью из них обладают те, у которых имеются индуктивные датчики.

Для измерения угловых ускорений используют инерционные приборы с упругим стержнем, с инерционным диском и пружиной.

Перемещения в виде смещений и все другие параметры движения имеют место также при вибрации. Измеряются также частота и амплитуда вибраций, а также фаза, с этой целью применяются виброметры.

Общие методы измерения этих величин следующие.

1. Измерение проводится непосредственно путем обеспечения прямого контакта прибора с измеряемой величиной.

2. Измеряют деформации (в детали или в ее модели), после пересчитывают напряжение, исходя из значения деформации.

Остановимся подробнее на измерениях механических параметров косвенным методом – методом измерения деформаций.

Назовем несколько наиболее часто применяемых методов измерений деформаций в деталях (эти методы универсальны).

Тензометрия. Тензометром называется прибор, которым измеряют параметры деформации, он устанавливается прямо на детали. Тензометр – прибор с системой разветвленных датчиков.

Структурная схема тензометра следующая: датчик > > усилитель-преобразователь > регистратор.

Тензодатчик, у которого много ножек с острием, может быть приклеен на поверхность. Назовем длины участка между ножками тензометра, где определяется измеряемый параметр, длиной тензочувствитель-ной части со средней длиной S.

Относительная линейная деформация

где ΔS – изменение длины тензочувствительной части; Δ – приращение показаний регистратора; m – масштаб тензометра.

Длину тензочувствительного участка часто называют базой прибора; эта длина может дойти до 25 мм.

Чувствительность, а также точность тензометров зависит от того, какую погрешность можно считать приемлемой.

Погрешность определяется по формуле:

где Δε – величина погрешности базы тензометра; Δδ – линейное напряжение поверхности; Е – модуль упругости.

Возникает вопрос: показания (данные) датчика для визуального восприятия ничтожны; как обеспечить увеличение?

Решение этой проблемы зависит от следующих факторов: значений относительной деформации; шкалы регистратора; базы тензометра.

Определяют его по следующей величине:

где V – показатель увеличения тензометра; δmaxs– максимальное значение линейного напряжения по длине S (база тензометра); n – число делений шкалы регистратора; Е– модуль упругости.

Важное значение для точности измерений, для срока службы имеет выбор материала.

Но, чтобы выбрать материал, требуется знать его свойства при испытаниях на прочность, выносливость, вязкость, твердость и т. п.

В устройствах имеют место самовозбудительные механизмы, которые являются одним из основных факторов внесения неточностей в измерениях.

Рассмотрим наиболее распространенные из них:

1) самовозбудительные механизмы рычажно-маят-никового типа. Эти механизмы служат для испытаний металлических и полимерных материалов на растяжение, но если их дополнить специальными узлами, то можно применять и для статистических испытаний и других свойств, например, сжатие, изгиб и прочее;

2) испытатель с рычажным силоизмерителем. Выполняются в виде одно-, двух– и трехрычажных. Обладают высокой точностью в пределах 1 – 105 кГ. Для однорычажных машин шкала силоизмерителя считается по формуле:

Для многорычажныx:

3) Маятниковый силоизмеритель. У этих машин шкала не линейна и применяются они с пределом измерения до 150 кГ.

Уравнение шкалы для этих машин имеет вид:

в этой формуле R – длина маятника до центра тяжести груза; r – радиус сектора подвеса верхнего зажима; Q – вес маятника; х – угол поворота маятника, зависит от веса маятника.

Как любому прибору, силоизмерителям также свойственна случайная погрешность, которая зависит от самых разнообразных факторов.

Если требуется испытание материалов на большую прочность (150 < P < 500 кГ), то пользуются силоизме-рителями с равномерной шкалой. Как правило, такие машины имеют корректировку; расчет этих машин проводится по формуле:

где R – длина маятника до центра тяжести; r– длина плеча подвеса; Q – вес маятника; р – измеряемое усилие; β – угол между горизонтальной прямой, соединяющей оси подвеса маятника и точку подвеса верхнего зажима перед нагружением образца; х – угол поворота маятника.

Равномерность шкалы обеспечена, если углы x = β.

Силоизмерители гидравлико-маятникового типа, применяются для испытаний материалов на изгиб, растяжение, сжатие и т. д.

Предел измерений – 20—1500 m.

Расчет для этих силоизмерителей производится по формуле:

Для измерения температуры используются следующие методы.

1. Контактные методы – предполагают наличие надежного контакта с предметом, у которого снимается температура. При таком контакте пределы измерения измеряемой температуры определяются механическими (жаропрочность) и химическими свойствами материала, из которого изготовлен чувствительный элемент термометра.

Верхний предел измеряемых температур ограничен из-за ограничения вышеназванных свойств материала датчика с показателем 2500–3000 о С.

Чувствительность термометра (на 1 °C)

измеряется в миллиметрах.

Их основная характеристика – температурный коэффициент сопротивления:

где В – некоторая постоянная, определяется по таблице и измеряется в кельвинах, Т – температура, К.

Чувствительный элемент у термометров сопротивления – это проволока, намотанная на жесткий изоляционный каркас.

Поскольку сопротивление металлов изменяется по закону (в зависимости от температуры)

R = r0(1 + xt),

где R0 —сопротивление до начала измерения; t – измеряемая температура, то, какими бы точными ни были изготовлены термометры, со временем даже золото и платина окисляются (например, окисью углерода СО), и в результате нарушается точность показаний прибора (термометра).