Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции. Технические измерения и приборы - файл 1.doc


Лекции. Технические измерения и приборы
скачать (4606.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc4607kb.16.11.2011 02:31скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Реклама MarketGid:
Загрузка...



Вопрос № 1.1.




Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи.



К механическим параметрам (величинам) относят:

  1. линейные и угловые перемещения;

  2. механические усилия, деформации, напряжения, моменты и т.д.

Реостатные преобразователи.


Предназначены для преобразования линейных и угловых перемещений в омическое сопротивление.

Достоинства: высокая точность – до 0,05% и высокая мощность.

Реостатный преобразователь – каркас, на который намотана проволока из манганина или константана (из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления).

При высоких температурах используется нихром или сплав палладия с вольфрамом.

Отличия от обычного реостата:

  • очень тщательная линейная намотка с равномерным шагом;

  • материал намотки должен обладать низким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС);

  • температурные коэффициенты линейного расширения каркаса и проводника должны быть одинаковы.


х – перемещение, l – длина реостатного датчика,

ro- шаг намотки, сопротивление на единицу длины.




Статическая характеристика ступенчатая:





аддитивная погрешность

дискретности





берут 1/3 полного хода.

Для a характеристика линейная.


Для получения линейной статической характеристики реостатные преобразователи включают в цепи следящего астатического уравновешивания.




RП – реостат приемник

RД – датчик

На РД будет ноль, когда движки на

сопротивлениях будут находиться в

одинаковом положении.


^

Тензометрические преобразователи.


Предназначены для измерения упругих деформаций и механических напряжений в узлах и деталях машин при статических и динамических нагрузках.

Принцип действия основан на использовании тензоэффекта, т.е. на изменении сопротивления проводника при его деформации.

- сопротивление прямого проводника. При деформации изменяются все параметры.

где ρ – удельное сопротивление; l – длина; S – площадь поперечного сечения.

(1) – для круглого проводника. Установлено экспериментально.

Возьмем полный дифференциал выражения (1):



Разделим левую и правую части этого равенства на (1) и перейдем к конечным приращениям:



Обозначим - коэффициент Пуассона ()

; - коэффициент структурного изменения материала

Тогда

Обозначим = γ - коэффициент тензочувствительности материала.

Материал тензодатчика должен обладать высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом сопротивления.

Для изготовления используется константан (до 300ºС), сплавы никеля и молибдена (до 500ºС),

нихром (до 700ºС), сплавы на основе платины (до 1000ºС).

Тензодатчики бывают двух типов: проволочные и фольговые.

Проволочный тензодатчик:





база = 1,5 ÷ 100 мм

Ø проволоки = 0,01 ÷ 0,05 мм

Недостаток – наличие поперечной тензочувствительности

(0,2 ÷ 0,1% от продольной тензочувствительности).


Фольговые тензодатчики изготавливаются травлением или электростатическим напылением.

Достоинство – отсутствие поперечной тензочувствительности, хороший тепловой контакт с

деформируемой деталью.

Размеры: толщина = 5 ÷15 мкм; база 0,1 ÷ 0,5 мм


Тензодатчики включают в качестве плеч неравновесных мостов.

Чтобы исключить температурную погрешность измерения включают два тензодатчика.


Т1 наклеивают на деформируемую деталь, а Т2 – на

недеформируемую, но имеющую ту же температуру.

Выходной сигнал моста подают на усилитель, т.к. Uпит не

может быть большим.

У – усиливает выходной сигнал.

Усилитель многоканальный (до 24 каналов)

(для одновременного контроля нескольких деталей).

^

Индуктивные преобразователи.





Предназначены для преобразования линейных и угловых

перемещений в индуктивное сопротивление.

В простейшем случае индуктивный преобразователь

состоит из магнитопровода и подвижного элемента,

который связан с перемещаемым узлом.

Может работать и в режиме переменной толщины зазора

и в режиме переменной площади зазора.

; ; ;

- индуктивность; - толщина зазора; - площадь воздушного зазора; - магнитная проницаемость в зазоре; W - число витков; и - магнитные сопротивления стали и воздуха;

Т.к. , то пренебрегают.

Тогда магнитное сопротивление ; ;




Характеристика линейна по отношению к и обратно

пропорциональна .

x – перемещение (либо , либо )

Z = f () - более чувствительна

Z = f () - менее чувствительна

Поэтому на производстве в основном используют датчики в

режиме переменной толщины воздушного зазора.


Недостаток – обратное воздействие на чувствительный элемент со стороны якоря (он притягивается).

Для устранения этого недостатка используют дифференциальные индуктивные преобразователи.

У них чувствительность в 2 раза больше.

В

режиме переменной толщины. В режиме переменной площади.
^

Роторный индуктивный преобразователь (индуктивный круговой дискретный).


Предназначен для преобразования угловых перемещений в переменный сигнал индуктивности.





Магнитная цепь состоит из двух концентричных зубчатых сердечников, сдвинутых между собой на 1/2 шага зубьев. При повороте ротора изменяется взаимное расположение зубьев, а следовательно и полное сопротивление катушек индуктивности. Это сопротивление изменяется периодически, с периодом Т =, где - число зубьев.

Получаем импульсы: когда зубья совпадают – индуктивность максимальна;

когда зуб попадает на впадину – индуктивность минимальна.

Высокая точность такого преобразователя обеспечивается тем, что точность изготовления отдельных зубьев не влияет на точность работы, т.к. используются только суммарные величины. Сдвиг зубьев на 1/2 шага позволяет определить направление угла поворота ротора. Аналогичный преобразователь может быть выполнен в виде линейки.




Чаще ползуны закреплены, а линейка движется;

редко, наоборот.
^

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы.


Предназначены для преобразования угловых перемещений в напряжение переменного тока. Эти преобразователи имеют электромашинное исполнение, с обмотками на статоре и роторе. Выходной сигнал зависит от взаимного расположения обмоток.




(справедливо только для режима х.х.)

U2 – выходной сигнал, U1 – напряжение источника, W – число витков обмотки, - угол взаимного расположения.

Недостаток: при нагрузке вторичной обмотки, ее магнитный поток оказывает обратное размагничивающее действие на первичную обмотку. Для устранения этого явления на статоре и роторе размещают по две обмотки, сдвинутые между собой на 90º.









статор ротор


Балластное сопротивление Rб и сопротивления нагрузки Z1 и Z2 подбирают так, чтобы во вторичных обмотках сила тока не менялась при повороте ротора.


Рассмотренные преобразователи относят к преобразователям накапливающего типа

(преобразователи отрезков шкал)


^

Вопрос № 1.2. Оптический преобразователь, работающий с датчиками накапливающего типа.


Имеется диск с двумя дорожками, на которых есть светлые и темные участки.




Ф1 и Ф2 –фотоприемники;

Д1 и Д2 – дифференцирующие

элементы (одновибраторы);

У1 и У2 – усилители;

К1 и К2 – ключи;

Т – триггер;

Счетчик при движении вправо накапливает; влево – сбрасывает.

Вправо – по шине А; Влево – по шине B.
^

Абсолютные (кодирующие) преобразователи перемещений – более совершенные.


В этих преобразователях каждому значению угла поворота соответствует своя кодовая комбинация. Маска двоичного кода не применяется из-за больших ошибок при считывании. Вместо них используются маски циклических кодов, в которых ошибка при считывании может быть только в самом младшем разряде. Наибольшее распространение получил код Грея.

Чтобы найти циклический код десятичного числа, необходимо найти его двоичный эквивалент, а затем перевести его в циклический по правилу:

Если в старшем разряде двоичного кода стоит ноль, то в данном разряде циклического кода цифра не меняется, а если единица, то в данном разряде циклического кода цифра меняется на обратную.


Дес.

Дв. Код

Код Грея

0

0000

0

1

0001

0001

2

0010

0011

3

0011

0010

4

0100

0110

5

0101

0111









































































































































































































































маска двоичного кода маска циклического кода


Обратный переход от кода Грея к двоичному осуществляется по правилам:

  1. Все цифры в старших разрядах до первой 1 - в двоичном коде такие же, как и в коде Грея.

  2. В остальных разрядах цифры совпадают, если перед данным разрядом (со стороны старших) было четное число единиц.

  3. Если число единиц в коде Грея было нечетным, то данная цифра в двоичном коде заменяется на обратную.

Пример:

1100101 - код Грея

1000110 - двоичный код


С
хема преобразователя:


диск


Д – диафрагма; Ф – фотоприемник; П – преобразователь; ДШ – дешифратор; ЦОУ – цифровое

отсчетное устройство. На вращающемся диске нанесен код Грея.


^ Рассмотрим работу преобразователя П:




2 – для получения инверсного сигнала;

Г – импульсный генератор;

БЗ – блок задержки;

На триггер Т со счетным входом подаются импульсы

кода Грея, начиная со старшего разряда. С выхода 1

триггера импульсы подаются на первый вход

логического элемента И. На второй вход И через БЗ

синхронно с импульсами кода Грея подаются

импульсы от тактового генератора Г. БЗ задерживает

импульсы Г, чтобы триггер успел переброситься из одного устойчивого состояния в другое.

Пример:

1100 = 8 в коде Грея

1000 = 8 в двоичном коде.


^

Вопрос № 1.3.

Дифференциально-трансформаторные преобразователи перемещений.


Предназначены для преобразования линейных перемещений в диапазоне от –5 до +5мм в нормализованный выходной сигнал в виде взаимоиндуктивности от –10 до +10мГн.

На двух катушках (I и II) намотаны обмотки возбуждения W1 и W2 и вторичные обмотки W3 и W4. W1 и W2 соединены последовательно(синфазно). W3 и W4 – встречно(противофазно). Магнитный поток, возникающий при протекании тока по первичной обмотке, создает взаимоиндуктивность М в обмотках W3 и W4. А т.к. они включены встречно, то общая взаимоиндуктивность: ;

Величина взаимоиндуктивности зависит от расстояния между катушками I и II и положения плунжера внутри катушек, который связан с чувствительными элементами датчика, который преобразует перемещения. Плунжер выполнен из магнитомягкого железа.

.

Если плунжер находится в среднем положении, то результирующая взаимоиндукция будет рана нулю. Если его поднять, то М3 увеличится, а М4 уменьшится, и наоборот при опускании. Возникает разностный сигнал:


Линейная статическая характеристика. Угол ее наклона (чувствительность) можно изменять, меняя расстояние между катушками.


Класс точности 0,5.

^

Ферродинамические преобразователи.


Предназначены для преобразования угловых перемещений в нормализованный сигнал в виде взаимноиндуктивности от –10 до +10мГн.


1 – магнитопровод

2 – сердечник.

3 – рамка

4 – вывод с рамки

5 – неподвижный плунжер

6 – зазор

7 – подвижный плунжер (с помощью него меняют

чувствительность)

N – магнитная нейтраль

Wв – обмотка возбуждения;

Wс – обмотка смещения; Wр – рамка.


В зазоре между полюсным наконечником может поворачиваться рамка, которая связана с чувствительным элементом. В одной части намотана обмотка возбуждения WВ, а также обмотка смещения WC.

Магнитный поток, возникающий при протекании тока по обмотке WВ создает взаимоиндуктивность в обмотке WР. Взаимоиндуктивность в рамке будет зависеть от угла поворота относительно магнитной нейтрали N.

; где Мн – номинальная взаимоиндуктивность (при мах α)

Обмотка смещения (Wс) может включаться последовательно с обмоткой рамки (WР) синфазно или противофазно.

- в обмотке смещения , где kкоэффициент трансформации.

Общая взаимоиндуктивность:



Рамка связана с чувствительным элементом. Будем поворачивать рамку и получим ЭДС на выходе:




Статическая характеристика k = 1 – Wс в фазе

k = 0 – Wс не подключена

k = -1 – Wс в противофазе


Класс точности 0,5.


Преобразователи типов ПФ и ПД включают в цепи следящего астатического уравновешивания.


При перемещении плунжера возникает сигнал Е1 и если он не равен Е2, на вход усилителя поступает сигнал ∆Е = Е1 – Е2

и РД перемещает рамку до того момента, пока ∆Е не станет = 0.

Одновременно перемещается стрелка.


^

Электросиловой нормирующий преобразователь.


Предназначен для преобразования усилия в нормализованный сигнал постоянного тока. Сигнал может передаваться на большие расстояния. Преобразователь работает по схеме следящего астатического уравновешивания.




Дистанционность до 10км. КН – корректор нуля.

Нагрузка до 2,5КОм. ПН –преобразователь неравновесия.

Класс точности 0,5. ОП – обратный преобразователь.
^

Пневмосиловой нормирующий преобразователь.


Преобразователь перемещений и механического усилия в нормализованный пневматический сигнал 20 – 100КПа.

Основным элементом является устройство типа «сопло-заслонка».

Воздух переходит через отверстие между соплом и заслонкой при подаче в сопло Рпит. Сопло и заслонка образуют переменный дроссель. Рпит – давление питания (140 кПа от редуктора). Давление междроссельной камере определяется расстоянием между соплом и заслонкой. Постоянный дроссель создаёт делитель давления, иначе в междроссельной камере было бы Рпит.

Рx – давление на пневмоусилитель.

^ Уравнение расхода:



ρ – плотности воздуха до и после постоянного дросселя; α – коэффициенты расхода;

S – площади отверстий постоянного и переменного дросселя;

х – расстояние между заслонкой и соплом.

Будем считать, что в первом приближении , тогда: ;




Преобразователь работает по принципу следящего статического уравновешивания.

Нужно создать местное сопротивление, чтобы получилось РХ (делитель давления)




Под действием усилия F заслонка приближается к соплу. При этом возрастает давление в междроссельной камере. Это давление подается на вход пневмоусилителя, а Рвых усиливается и подается в сильфон обратной связи и поднимает заслонку. Но не до начального положения. Существует остаточное неравновесие, из которого формируется выходной сигнал. Из сильфона ОС выходит выходной сигнал. Чтобы увеличить преобразуемое усилие в 2 раза (поменять чувствительность) надо передвинуть ромбик вправо.

Нечувствителен к перемещениям, воспринимает только усилия.

Сигнал передается на расстояние до 300м.

Работает по принципу компенсации усилий.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11



Скачать файл (4606.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru