Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Деформацій досліджуваного об'єкта або деформацій пружного елемента, які виникають під дією вимірюваного зусилля

Скачати 112.01 Kb.

Деформацій досліджуваного об'єкта або деформацій пружного елемента, які виникають під дією вимірюваного зусилля




Скачати 112.01 Kb.
Дата конвертації10.06.2017
Розмір112.01 Kb.

http://antibotan.com/ - Всеукраїнський студентський архів

ВИМІРЮВАННЯ МЕХАНІЧНИХ ЗУСИЛЬ

План

  1. Загальні відомості

  2. Вимірювання механічних напружень

  3. Вимірювання механічних сил та тиску

  4. Вимірювання крутних моментів


1.

Студе́нт (лат. studens, родовий відмінок studentis - «ретельно працюючий», «такий, що займається») - учень вищого, у деяких країнах і середнього навчального закладу.

Загальні відомості

Із механічних величин, які вимірюються найчастіше, основними є механічні зусилля, які поділяються на зосереджені, зокрема спрямовані лінійно (механічні сили) та обертові (крутні моменти), а також розподілені зовнішні зусилля (тиск) та внутрішні розподілені зусилля, що виникають в тілі досліджуваного об'єкта (механічні напруження).

Методи вимірювань різних видів механічних зусиль мають багато спільного, їх можна поділити на чотири групи, що базуються на вимірюванні:

- деформацій досліджуваного об'єкта або деформацій пружного елемента, які виникають під дією вимірюваного зусилля;

- параметрів або властивостей перетворювачів (електричний чи магнітний опір, частота власних коливань, виникнення електричного заряду тощо), що змінюються під дією досліджуваних зусиль;

Перетво́рювач - пристрій, елемент електричних, гідравлічних, пневматичних та інших схем, який перетворює один вид енергії на інший або сприяє цьому.

Деформа́ція (від лат. deformatio - «спотворення») - зміна розмірів і форми твердого тіла під дією зовнішніх сил (навантажень) або якихось інших впливів (наприклад, температури, електричних чи магнітних полів).

Елеме́нт (лат. elementum - стихія, первинна речовина) - нерозкладний (у даній системі) компонент складних тіл, матеріальних систем, теоретичних побудов; будь-який об'єкт, пов'язаний певними відношеннями з іншими об'єктами в єдиний комплекс.

Електри́чний заря́д - фізична величина, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини, що вступають в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q .

- безпосередньо властивостей досліджуваного об'єкта чи середовища (наприклад, швидкості розповсюдження звуку, теплопровідності газу, електричної провідності, магнітної проникності тощо), які залежать від зусиль, що діють на них;

- зусиль методом зрівноважувального перетворення, при якому вимірюване зусилля зрівноважується компенсуючим зусиллям.

2. Вимірювання механічних напружень

Найпоширенішим способом визначення механічних напружень є вимірювання деформації поверхні досліджуваного об'єкта.

Теплопрові́дність - здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури.

Озна́чення, ви́значення чи дефіні́ція (від лат. definitio) - роз'яснення чи витлумачення значення (сенсу) терміну чи поняття. Слід зауважити, що означення завжди стосується символів, оскільки тільки символи мають сенс що його покликане роз'яснити означення.

Напрýження (механі́чне напру́ження) - міра інтенсивності внутрішніх сил, розподілених по перетинах, тобто зусилля, що припадають на одиницю площі перетину тіла. В Міжнародній системі одиниць напруження обчислюють у паскалях, Па.

Діапазон вимірюваних деформацій дуже широкий - від часток мікрометра в ме­талах та твердих пластмасах до десятків сантиметрів у зразках еластич­них матеріалів з великим видовженням.

Діапазо́н (від грец. δϊα πασον (χορδων) - через усі (струни).

Матеріа́л - речовина, або суміш речовин, первинний предмет праці, який використовують для виготовлення виробу (основний матеріал), або які сприяють якимось діям. У останньому випадку уточнюють, що це допоміжний, чи витратний матеріал.

Пласти́чна ма́са (пластмаса) - штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних полімерів.

Сантиметр (см, cm; заст. стм.) - одиниця довжини в системі СІ.

Найпростішим та найпоширенішим методом вимірювань деформа­цій є так званий тензометричний метод, в якому як первинні перетворю­вачі деформації використовують тензорезистори.

Для вимірювання деформацій чи величин, попередньо перетворе­них у деформацію пружного перетворювального елемента, тензорезистор наклеюють на досліджувану деталь. Для температур до 200 °С за­стосовують бакеліто-фенольні клеї (БФ), бакелітовий лак, а для вищих температур - жаростійкі кремнійорганічні цементи та цементи на основі рідкого скла.

Найвища температура, досягнута за участі людини, ~ 10 трлн К (що є порівнянним з температурою Всесвіту у перші секунди його існування) була досягнута у 2010 році під час зіткнення іонів свинцю, прискорених до світлових швидкостей. Експеримент було проведено на Великому адронному колайдері.

Тензорези́стор (від лат. tensus - напружений і від лат. resisto - чинити опір) - резистор, електричний опір якого змінюється залежно від його деформації. В основі принципу роботи тензорезисторів лежить явище п'єзорезистивного ефекту.

Температу́ра (від лат. temperatura - належне змішування, нормальний стан) - фізична величина, яка описує стан термодинамічної системи.

Особливістю приклеюваних тензорезисторів є те, що вони не мо­жуть бути переклеєні з об'єкта на об'єкт.

Вихідним інформативним параметром тензорезисторів є зміна їх опору і тому здебільшого вимірювальними колами тензорезистивних перетворювачів є мостові вимірювальні кола. Тензорезистор може бути увімкненим в одне з плеч моста, в два плеча або мостове коло може бути складене повністю із тензорезисторів.

Оскільки відносна зміна опору тензорезисторів дуже мала, то суттєвий вплив на результат вимірювань може мати темпе­ратура довкілля. Отже, необхідно передбачити температурну компенса­цію. Зокрема, якщо використовують мостове коло з одним робочим тензорезистором (рис.1, а), то для температурної компенсації не­обхідний інший неробочий тензорезистор Rтк, аналогічний робо­чому Rт, який був би в однакових температурних умовах з робочим.

Поверхня Сонця має температуру близько 6000 K, а сонячне ядро - близько 15 000 000 K.

Найвища теоретично можлива температура - планківська температура. Вища температура за сучасними фізичними уявленнями не може існувати, оскільки надання додаткової енергії системі, нагрітої до такої температури, не збільшує швидкості частинок, а лише породжує у зіткненнях нові частки, за цієї обставини кількість частинок у системі зростає й зростає маса системи. Вище за планківську температуру гравітаційні сили між частинками стають порівняними із силами решти фундаментальних взаємодій. Можна вважати, що це температура «кипіння» фізичного вакууму. Вона приблизно дорівнює 1.41679(11)×10 K (~ 142 нонільйони K).

Анало́гія - (грец. αναλογια - «відповідність») - подібність, схожість у цілому відмінних предметів, явищ за певними властивостями, ознаками або відношеннями.

Тоді зміна опорів двох ідентичних (робочого та компенсаційного) тензорезисторів, зумовлена зміною температури довкілля при незмін­ному значенні вимірюваної деформації, не викликає зміни вихідної напруги


Рис 1. Схеми увімкнення тензорезисторів у мостові кола


Якщо первинними перетворювачами сили (тиску) в деформацію є консольні (мембранні) перетворювальні елементи, то як робочі можна використати два ідентичні тензорезистори, наклеєні з чутливого елемента так, що один сприймає деформацію розтягу, а інший деформацію стиску, то можливе диференціальне їх увімкнення в мостове коло (рис. 1, б). В цьому випадку температурна похибка та­кож виключається, а чутливість мостового кола збільшується вдвічі.

Рекордно низьку температуру на поверхні Землі −89.2 °С було зареєстровано на радянській внутрішньоконтинентальній науковій станції «Восток», Антарктида (висота розташування 3488 м над рівнем моря) 21 червня 1983 року.

Дві пари диференціальних тензорезисторів, які утворюють повний тензометричний міст, забезпечують найкращу корекцію температурних похибок і в чотири рази збільшують чутливість.

9 грудня 2013 року на конференції Американського геофізичного союзу група американських дослідників повідомила про те, що 10 серпня 2010 року температура повітря в одній з точок Антарктиди опускалась до −135,8 °F (-93,2 °С). Цю інформацію було отримано за результатами аналізу супутникових даних НАСА. На думку автора повідомлення Т. Скамбоса (англ. Ted Scambos) отримане значення не підлягає реєстрації як рекордне, оскільки визначене у результаті супутникових вимірювань, а не за допомогою термометра.


3. Вимірювання механічних сил та тиску

Переважна більшість силовимірювальних пристроїв (динамомет­рів) основана на методі перетворення вимірюваної сили в механічні напруження в матеріалі пружного перетворювального елемента і його деформацію, котрі за допомогою тензорезистивних, індуктивних, п'єзо­електричних, магнітопружних чи інших вторинних перетворювачів перетворюються в електричний сигнал або зміну вихідного електрич­ного параметра.

Більшість - велика частина чого-небудь, або кількісне переважання прихильників якоїсь ідеї чи рішення над їхніми противниками. Вважається найпершою засадою демократичного способу прийняття спільних рішень, головною й необхідною умовою обрання кандидата на виборну посаду.

Індуктивність (англ. Inductance) - фізична величина, що характеризує здатність провідника накопичувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.

При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.

Електричний сигнал - сигнал у вигляді електричного діяння, дієвою величиною якого є сила струму або напруга;

Залежно від значення вимірюваної сили як первинні перетворю­вачі можуть використовуватись стержневі пружні елементи, пружні кільця, балкові пружні елементи. Вторинними перетворювачами динамометрів з механічними пружними перетворювачами сили в деформацію є, переважно, тензорезистивні перетворювачі, а вимірю­вальні кола - мостові. Такі динамометри призначаються для вимірювань з похибкою 1 ...2 %.

Незважаючи на порівняно низьку точність (сумарна похибка ви­мірювання сили становить 2...3 %), широко застосовуються для вимірю­вань великих сил (Ю5...106Н) в складних умовах динамометри з магніто-пружним перетворювальним елементом, які відрізняються простотою конструкції, високою надійністю, значною потужністю вхідного сигна­лу. Магнітопружні перетворювачі виготовляють, переважно, диферен­ціальними. Один з перетворювальних елементів є робочим, а іден­тичний йому інший перетворювальний елемент, на який не діють вимірювальні зусилля, служить для компенсації початкової індуктив­ності робочого перетворювального елемента, а також для компенсації впливу зовнішніх чинників, зокрема температури довкілля, частоти джерела живлення.

Простота́ - властивість, якість або умова вважатись простим та елементарним за складом.

Рекордно високу температуру повітря поблизу земної поверхні +56,7 ˚C було було зареєстровано 10 липня 1913 року на ранчо Грінленд у долині Смерті (штат Каліфорнія, США).

Часто позначає красу, чистоту або ясність. Прості речі часто легше роз'ясняти та зрозуміти, аніж складні. Простота може значити свободу від труднощів, натуги або плутанини.

Наді́йність - властивість технічних об'єктів зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.

Джерело живлення - елемент електричного кола, в якому зосереджена електрорушійна сила.

Основою п'єзоелектричних динамометрів є п'єзоелектричні пере­творювачі сили в електричний заряд. Труднощі, що виникають під час побудови п'єзоелектричних динамометрів, зумовлені електроста­тичною природою зарядів п'єзоелектричного перетворювача: їх малим значенням, тенденцією до швидкого стікання через опір ізоляції та вхідний опір підсилювача. Надзвичайно мала вихідна потужність при великому опорі п'єзодавача вимагає використання високочутливих під­силювачів з дуже великим вхідним опором. Тому певний час п'єзодинамометри застосовувались лише для вимірювання змінних сил (тисків). Використання в п'єзодинамометрах підсилювачів заряду дає змогу в ти­сячі разів зменшити стікання заряду, а, отже, тривало підтри­мувати значення вихідного сигналу, що дало можливість створити п'єзодинамометри і для вимірювань сталих сил.

Тенденція і тенденційність (від лат. tendo - направляю, прагну) - можливість тих чи інших подій розвиватися в даному напрямку.

Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.

До переваг п'єзодинамометрів належить їх висока чутливість, ви­сока швидкодія.

Швидкодія (рос. быстродействие, англ. speed of response, нім. Schnelligkeit f, Reaktionsfähigkeit f, Ansprechgeschwindigkeit f) - швидкість реакції системи на зовнішні дії або кількість операцій, які здійснює система за одиницю часу.

Зведена похибка п'єзодинамометрів знаходиться в межах 1 %.

Широкий діапазон вимірюваних тисків - від часток Па до майже 1010 Па зумовив і велику різноманітність методів та засобів їх вимі­рювань. Значна частина методів основана на попередньому перетво­ренні тиску в механічне напруження, деформацію чи переміщення за допомогою пружних перетворювальних елементів з наступ­ним вимірюванням механічного напруження, деформації чи перемі­щення. В інших засобах використовуються фізичні ефекти, які дають змогу безпосередньо перетворювати вимірюваний тиск в електричну ве­личину, наприклад, у заряд, як у п'єзоелектричних манометрах, чи в змі­ну вихідного електричного опору в результаті баричного тензоефекту.

Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.

Манометр - (від грец. manós - рідкий, нещільний та грец. métron - міра, грец. metréo - вимірюю) прилад для вимірювання тиску рідини, газу або пари.

Переміщення - зміна положення якогось матеріального об'єкту. В фізиці - це переміщення фізичного тіла. Переміщенням також називають вектор, який характеризує цю зміну. Має властивість адитивності. Абсолютна величина переміщення, тобто довжина відрізка, що сполучає початкову й кінцеву точку, вимірюється в метрах у системі СІ та в сантиметрах у системі СГС.

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.

В ємнісних перетворювачах тиску чутливими елементами, що пе­ретворюють вимірюваний тиск в переміщення, є мембрани. Одночасно вони можуть бути використані як рухомі електроди.

Електро́д (від електро- та грецького hodos - шлях), (англ. electrode, нім. Elektrode f) - конструктивний елемент електронного, йонного чи електротехнічного приладу чи технологічної установки, який є провідником певної форми, що з'єднує відрізок електричного кола, який знаходиться в робочому середовищі (вакуум, газ, напівпровідник, рідина), з іншою частиною цього кола, яка утворюється дротами.

Ємнісні перетворю­вачі звичайно мають верхню границю 200...800 Па при чутливості 0,5...1,0 пФ/Па та початковій ємності 10...20 пФ. Основна їх похибка становить 1...2 %.

Для вимірювань тиску з попереднім його перетворенням в пере­міщення широко застосовуються вторинні прилади з диференціально-трансформаторними вимірювальними колами: як показуючі т.КПД, так і самописні т.КСД. На рис. 3 наведена спрощена схема манометра з первинним перетворювачем тиску в переміщення у вигляді одновиткової трубчатої пружини (трубки Бурдона) та вторинного приладу т.КСД. Переміщення вільного кінця трубки Бурдона, пропорційне до вимірюваного тиску, передається рухомому осердю вхідного диферен­ціально-трансформаторного перетворювача ДТП-1. Прилад т.КСД містить також аналогічний вхідному компенсувальний диференціально-трансформаторний перетворювач ДТП-2, осердя якого переміщається з допомогою профільного кулачкового механізму KM, механічно зв'яза­ного з віссю реверсного двигуна РД, а також електронний фазочутливий підсилювач.

Тру́бка Бурдо́на (трубчаста пружина) - чутливий елемент (давач) деформаційного типу приладу для вимірювання тиску, що виконаний у вигляді С-подібної трубки еліптичного або овального перерізу, закритої з одного кінця і під'єднаної до вимірюваного тиску відкритим кінцем, котрий жорстко закріплений у корпусі.

Кулачко́вий механі́зм - це триланковий механізм, що складається з двох рухомих ланок: кулачка чи копіра, що здійснюють, відповідно, обертальний або поступальний рух та штовхача, якщо ланка виконує прямолінійний рух, або коромисла, якщо ланка забезпечує коливний рух, які утворюють між собою вищу кінематичну пару, та стояка, з яким ці ланки утворюють нижчі кінематичні пари.

З віссю обертання кулачкового механізму також механічно зв'язана стрілка відлікового пристрою ВдП. Обмотки збудження ДТП-1 та ДТП-2 з'єднані послідовно і живляться від спільного джерела змінної напруги.

Збу́дження - стан нервового піднесення, неспокою, хвилювання, підвищеної активності, пожвавлення.

Змі́нний струм - електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.

Вихідні обмотки ДТП увімкнені послідовно і зустрічно.

Рис 3. Схема манометра з диференціально-трансформаторними перетворювачами


Для настроювання системи та забезпечення взаємозамінності первинних перетворювачів може бути передбачена можливість регулювання вихідної напруги ДТП для кінцевого значення діапазону ,вимірювання.

Взаємозамі́нність - придатність об'єкта (машини, приладу, механізму, деталі тощо) до використання замість іншого без змінення для виконання однакових вимог при складанні, ремонті чи заміні.

Підсилений різницевий сигнал ΔU подається на обмотку керуван­ня реверсивного двигуна РД і викликає обертання його ротора в такому напрямку, щоб переміщення осердя компенсувального ДТП-2 дало зменшення різницевої напруги ΔU аж поки вона дорівнюватиме нулю. Проградуювавши, шкалу відлікового пристрою в одиницях тиску, будемо вимірювати його зміну.

Основна похибка таких манометрів не перевищує 1%.
4. Вимірювання крутних моментів

Прилади для вимірювань крутних моментів називаються торсіометрами.

Крутний моме́нт (рос. момент вращательный, момент крутящий; англ. torque; нім. Drehmoment n) - момент внутрішніх сил у перерізі об'єкта відносно заданої осі, нормальної щодо площини перерізу, що характеризує обертальний ефект сили при дії на тверде тіло, як наприклад, на обертовий вал.

Для вимірювання крутних моментів найчастіше використовують методи, основані на перетворенні вимірюваного крутного моменту в деформацію (механічні напруження) пружного елемента, виконаного у вигляді суцільного чи плоскотілого вала (торсіона), спіральних пружин, підвісів чи розтяжок.

Спіральні (лат. Lophotrochozoa, Spiralia) - велика систематична група первинноротих двобічно-симетричних тварин, яка включає молюсків, різних червів та інших безхребетних, та на даний час має ранг надтипу.

Деформація (механічне напруження) пружного елемента перетворюється в електричний сигнал за допомогою резистивних, індуктивних, магнітопружних та інших перетворювачів

Для вимірювань тангенційних напружень можна використати тензорезистори, наклеєні безпосередньо на валах досліджуваних об'єк­тів, а якщо це неможливо, - на пружних елементах, з'єднаних штивно з робочим досліджуваним валом. Тензорезистори наклеюють у напрямі найбільших тангенційних напружень, тобто під кутом 45° до осі вала. В даному випадку чутливий елемент тензорезистора буде зазнавати деформації

Розміщенням тензорезисторів під кутом 45° до осі вала та під кутом 90° один до одного, а також попарно на діаметрально протилеж­них сторонах вала, як на рис. 4, з наступним під'єднанням їх у схему одинарного моста, забезпечується не тільки температурна компенсація, але і усувається вплив деформації згину вала на результат вимірювань.

Насіння наземних рослин зберігають здатність проростати навіть після охолодження до −269 °C (наприклад мохи, папоротеподібні).

Деформа́ція зги́ну або згин - тип деформації бруса (балки), що полягає у викривленні осі прямого бруса чи зміні кривини осі кривого бруса в результаті виникнення згинальних моментів у його перерізах від прикладених навантажень (поперечних сил і/або згинальних моментів у площині, що проходить через вісь бруса).


Рис.4. До вимірювань крутних моментів обертових валів


Одним з важливих елементів торсіометра для вимірювання крутних моментів валів, що обертаються, є струмознімач, що з'єднує тензорезистори з електричним вимірювальним колом. Його виготовля­ють у вигляді контактного кільця, насадженого на вал, та контактних щіток (рис. 4). Значний вплив на результат вимірювань у таких випадках можуть мати варіації перехідних опорів контактів та контактні термо-ЕРС, що виникають внаслідок нагрівання контактів через тертя в них. Для зменшення цього впливу кільця та щітки виготовляють з матеріалів, що у парі мають малий перехідний опір та малу термо-ЕРС, а також застосовують схемні рішення. Для усунення впливу паразитних контактних термо-ЕРС вимірювальне коло живлять від джерела змінної напруги.

Рис. 5. Схема безконтактного торсіометра

Схема безконтактного торсіометра для вимірювань крутного мо­менту валів, що обертається, показана на рис. 5. На валу 1 чотири тензорезистори Ят, розміщені попарно з обидвох сторін вала, утворюють тензорезистивний міст. Живлення мостового кола і підключеного до його виходу перетворювача напруга-частота (ПНЧ) 2 здійснюється від блока живлення 3 через трансформатор 4 з рухомою вторинною обмоткою, яка знаходиться на рухомому валу.

Блок жи́влення - вторинне джерело живлення, призначене для забезпечення живлення електроприладу електричною енергією, при відповідності вимогам її параметрів: напруги, струму, і т. д. шляхом перетворення енергії інших джерел живлення.

Первинна обмотка W, трансформатора підключена до джерела 5 синусоїдної напруги з частотою 5...10 кГц. Протягом півперіоду вихідної напруги ПНЧ, коли ключ S розімкнений, напруга, що наводиться у вторинній обмотці трансформатора, випрямляється, стабілізується і подається на тензо­метричний міст. Напруга розбалансу моста надходить на вхід ПНЧ, який служить для перетворення напруги розбалансу в пропорційну їй частоту f.

Сигнал з виходу ПНЧ у вигляді частотномодульованої змінної напруги керує ключем S, який з частотою f замикає і розмикає вторинну обмотку w2 трансформатора, викликаючи модуляцію напруги на обмотці W1. Ця напруга після амплітудного демодулятора 6 подається на аналоговий або цифровий частотомір 7.

Похибка вимірювання крутних моментів за допомогою наклеєних тензорезисторів може бути зведена до І.„1,5 % при попередньому градуюванні вимірювального приладу з наклеєними тензорезисторами.

Вимі́рювальний при́лад (рос. измерительный прибор; англ. indicating instrument; measuring instrument; нім. Ausmessungsgerät n, Messgerät n) - засіб вимірювань, в якому створюється візуальний сигнал вимірюваної інформації.

Без такого градуювання похибка може сягати 5...10 %.

Література

Гуржій А.М., Поворознюк Н. І. Електричні і радіотехнічні вимірювання: Посіб. для пед. працівників та учнів проф.- техн. навч. закл. – К.: Навч. книга, 2002.-287с.


Вимірювання крутних моментів
Прилади для вимірювань крутних моментів називаються торсіометрами.

Для вимірювання крутних моментів найчастіше використовують методи, основані на перетворенні вимірюваного крутного моменту в деформацію (механічні напруження) пружного елемента, виконаного у вигляді суцільного чи плоскотілого вала (торсіона), спіральних пружин, підвісів чи розтяжок. Деформація (механічне напруження) пружного елемента перетворюється в електричний сигнал за допомогою резистивних, індуктивних, магнітопружних та інших перетворювачів

Для вимірювань тангенційних напружень можна використати тензорезистори, наклеєні безпосередньо на валах досліджуваних об'єк­тів, а якщо це неможливо, - на пружних елементах, з'єднаних штивно з робочим досліджуваним валом. Тензорезистори наклеюють у напрямі найбільших тангенційних напружень, тобто під кутом 45° до осі вала. В даному випадку чутливий елемент тензорезистора буде зазнавати деформації

Розміщенням тензорезисторів під кутом 45° до осі вала та під кутом 90° один до одного, а також попарно на діаметрально протилеж­них сторонах вала, як на рис. 1, з наступним під'єднанням їх у схему одинарного моста, забезпечується не тільки температурна компенсація, але і усувається вплив деформації згину вала на результат вимірювань.


Рис.1. До вимірювань крутних моментів обертових валів


Одним з важливих елементів торсіометра для вимірювання крутних моментів валів, що обертаються, є струмознімач, що з'єднує тензорезистори з електричним вимірювальним колом. Його виготовля­ють у вигляді контактного кільця, насадженого на вал, та контактних щіток (рис. 1). Значний вплив на результат вимірювань у таких випадках можуть мати варіації перехідних опорів контактів та контактні термо-ЕРС, що виникають внаслідок нагрівання контактів через тертя в них. Для зменшення цього впливу кільця та щітки виготовляють з матеріалів, що у парі мають малий перехідний опір та малу термо-ЕРС, а також застосовують схемні рішення. Для усунення впливу паразитних контактних термо-ЕРС вимірювальне коло живлять від джерела змінної напруги.

Рис. 2. Схема безконтактного торсіометра

Схема безконтактного торсіометра для вимірювань крутного мо­менту валів, що обертається, показана на рис. 2. На валу 1 чотири тензорезистори Ят, розміщені попарно з обидвох сторін вала, утворюють тензорезистивний міст. Живлення мостового кола і підключеного до його виходу перетворювача напруга-частота (ПНЧ) 2 здійснюється від блока живлення 3 через трансформатор 4 з рухомою вторинною обмоткою, яка знаходиться на рухомому валу. Первинна обмотка W, трансформатора підключена до джерела 5 синусоїдної напруги з частотою 5...10 кГц. Протягом півперіоду вихідної напруги ПНЧ, коли ключ S розімкнений, напруга, що наводиться у вторинній обмотці трансформатора, випрямляється, стабілізується і подається на тензо­метричний міст. Напруга розбалансу моста надходить на вхід ПНЧ, який служить для перетворення напруги розбалансу в пропорційну їй частоту f.

Сигнал з виходу ПНЧ у вигляді частотномодульованої змінної напруги керує ключем S, який з частотою f замикає і розмикає вторинну обмотку w2 трансформатора, викликаючи модуляцію напруги на обмотці W1. Ця напруга після амплітудного демодулятора 6 подається на аналоговий або цифровий частотомір 7.

Похибка вимірювання крутних моментів за допомогою наклеєних тензорезисторів може бути зведена до І.„1,5 % при попередньому градуюванні вимірювального приладу з наклеєними тензорезисторами. Без такого градуювання похибка може сягати 5...10 %.


Література

Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: Підручник. – Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”,2000. – 360с.





Скачати 112.01 Kb.

  • 2. Вимірювання механічних напружень
  • Діапазон
  • 3. Вимірювання механічних сил та тиску
  • 4. Вимірювання крутних моментів
  • Вимірювання крутних моментів