М. Бабаев - Приборостроение
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.
44. Приборы для измерения параметров движения
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.
45. Измерение сил, моментов и напряжения
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.
46. Определение механических свойств материалов
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:
47. Контактные методы измерения температуры
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).
