evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 44
Текст из файла (страница 44)
В гидравлическую систему включается поверяемый манометр 4. Грузопоршне- 213 вой манометр заполняется трансформаторным маслом через воронку 5. Для регулирования вы- 7 2 — ~-~-, соты поршня с гирями имеется вспомогательный поршень 6, который вытесняет масло иэ своего цилиндра в цилиндр грузовой колонки.
Для увеличения точности создания давления поршень 1 с гирями 3 приводится во вращение. При вращении значлгельно ряс 4.22 уменьшается трение. Образцовые грузопоршневые манометры имеют класс точности 0,05. Измерение перемещений при вибрации. Для измерения перемещений тела при его вибрации необходимо иметь неподвижную систему отсчета. При этом перемещения измеряются с помощью любого преобразователя перемещений„связанного с колеблющимся телом и неподвижной точкой в системе отсчета.
Однако в измерительной практикечасто встречаются случаи, когда неподвижная точка недоступна. Таковы, например„условия измерения вибрации на движущйхся транспортных средствах. На подобных объектах неподвижная точка делается искусственно спомальюсейсмического преобразователя (рис. 4.72'2. Он состоит из корпуса 1, установленного на объекте, вибрация которого иэмериется, сейсмической массы 2, гюдвешенной на пружине 3, и демпфера 4, служащего для улучшения динамической характеристики преобразователя. Сейсмический преобразователь преобразует вибрацнонные перемещения корпуса в перемещения массы относительно корпуса.
Он содержит отсчетное устройство 5 или иной преобразователь, служащий для преобразования перемещения массы в электрическую величину. Сейсмическая масса выбирается возможно большей. В силу инерции она стремится сохранить свое положение в пространстве и служит точкой отсчета вибрационных перемещений. При вибрации корпуса пружина периццически растягивается н стремится сместить сейсмическую массу. Поскольку сила пружины пропорциональна ее жесткости, то чем меныпе жесткость, тем лучше сейсмическая масса сохраняет свое положение в пространстве.
Под действием пружины развивается ускорение сейсмической массы и начинаегся ее смещение. За время половины периода вибрации масса несколько смещается. За вторую половину периода сила пружины действует в обратную сторону н производит обратное смешение. Смещение массы является смещением "неподвижной" точки отсчета и обусловливает динамическую погрешность. С увеличением частоты измеряемой вибрапни смещение массы уменьшается и уменьшается динамическая погрешность. 214 Для определения частотных характеристик сейсмического преобразователя и определения его динамической погрешности нужно составить дифференциальное уравнение движения сейсмической массы, найти его решение и проанализировать его. Сумма всех сил, действующих на сейсмическую массу, равна ее силе инерции (4.178) где у — ускорение сейсмической массы относительно неподвижной генки (относительно абсолютной системы координат).
На массу действует сила пружины (4.179) 'у где с — жесткость пружины; у — растяжение пружины, равное смещению массы относительно корпуса. Сила демпфирования (4.180) где у — скорость массы относительно корпуса; х — коэффициент демп- фирования. Подставив (4.179), (4.180) в (4.178), получим ау +су= тР. (4. 181) Перемещение массы относительно абсолютной системы координат (4.182) г = х — у, где х — измеряемое перемещение корпуса относительно неподвижной системы координат.
Учитывая (4.182), получим дифференциальное уравнение движения массы: (4. 183) ту + ху + су = тх. Параметрами уравнения являются конструктивные параметры преобразователя: т, х, с. Бели демпфирование отсутствует ~7с = О) и масса совершает свободное движение внутри неподвижного корпуса (х = О), то уравнение (4.183) имеет вид (4.184) ту + су =- О. Известно, что решение этого уравнения у 1 нишед (4. 185) 215 Подставив решение (4. 185) в (4.184), получим шо1 нпшо1 + (с/гл) зю азот = О. (4.186) Из этого следует, что шо = /с/т является круговой частотой собственных колебаний массы сейсмического преобразователя. Разделив уравнение (4.183) на ш, получим (4.
187) .у+ 2шф~+ сосу х, где Р = о/(2соогл) — степень успокоения. Величины /3 и ш являются вибрационными параметрами сейсмического преобразователя, Для получения частотных характеристик положим, что корпус испьпывает гармоническое колебание х = Хяпид В этом случае колебания массы относительно корпуса также гармонические с круговой ч4стотой ш. Для решения задачи используем символический метод Х = = Хетол, 1' = Уе1ол ч. Подставив эти значения в (4.187), получим (4.188) — ш 1 + /оэ2РссоУ + шо1 = — о ~ Х откуда (4.
189) Амплитуда и фаза колебаний массы зависят от частоты. Комплексная чувствительность (передаточная функция) преобразователя (4. 190) Если ввести понятие относительной частоты Л = ш/шо, то (4.190) принимает вид Я(/сд) = дз/((дз — 1) — 2/др) . (4 191) Модуль комплексной чувствительности 1Я(/со) 1 определяет амплитудночастотную характеристику, т. е.
зависимость чувствительности от частоты: с(д) — дг/ (4. 192) Графики амплитудно-частотной характеристики при различных б представлены на рис". 4.73. При малых /1 имеется резонансный максимум, расположенный вблизи Д = 1. При Д Э 1 чувствительность стабилизируется и становится равной 1. При этом амплитуда у вибрации массы относительно корпуса равна амплитуде Х колебаний корпуса относительно неподвижной системы координат. Относительно этой системы масса неподвижна (г = О) .
216 Относительная амплитудная погрешность сейсмического преобра- зователя (4.193) Погрешность практически отсутствует при большой частоте (Л-+ ) и возрастает при приближении к резонансу. При измерении простой гармонической вибрации рабочая область частот преобразователя ограничивается частотой иа или Ха, при которой погрешность б У не превышаетдопустимой величины. Частота гоа зависит ст степени успокоения б и минимальна при б = О,б ьз 0,7.
Часто требуется измерить сложные периодические и непериодические вибрации. Пусть корпус преобразователя испытывает перемещение х = Дг). Сейсмический преобразователь работает без погрешностей, если при этом перемещение массы относительно корпуса описывается выражением у = 2'(т). Для такой работы сейсмический преобразователь должен иметь одинаковую чувствительность, ранную 1, на всех частотах, составляющих спектр измеряемой вибрации, и фазовый сдвиг между спектральными составляющими входной и выходной величин должен отсутствовать.
Эти условия часто невыполнимы. Поэтому обычно считают, что погрешность отсутствует, если перемещение массы относительно корпуса описывается выражением у = кГ(г — т), где т — время запаздывания. Чтобы величина у удовлетворяла такому выражению, необходимо постоянство чувствительности во всем спектре измеряемой вибрации и необходимо также, чтобы в этой полосе частот фазовый сдвиг линейно возрастал при возрастании частоты. Зти условия выполняются проще, чем условия, рассмотренные ранее.
Зависимость фазового сдвига 217 от частоты можно получить из выра женин для комплексной чувствительности р = агсгя (2Щ()Р— 1)). (4.194) Нижняя частота спектра, при кото- Е рой отсутствуют амплитудная и фаз зовая погреплюсти, зависит от степени успокоения ~3 и минимальна при 13, лежащей в диапазоне от О,б до 0,7. Рис.
4. 74 Успокоение сейсмического преоб- разователя создается жидкостным„ воздушным или магнитоиндукционным демпфером. Нри использовании любого типа демпфера коэффициент демпфирования зависит от температуры, что затрудняет получение оптимальной величины б. В качестве преобразователя перемещения массы относительно корпуса может использоваться реостатный, индуктивный или какой-либо иной преобразователь перемещения в электрическую величину. Измерение скорости. Измерение скорости при малых линейных перемещениях может производиться с помощью индукционных вибродатчиков. Одна часть датчика (катушка или магнитная система с постоянным магнитом) монтируется на подвижном обьекте, другая соединяется с каким-либо неподвижным объектом. ЗДС на выходе датчика пропорциональна скорости перемещения.
В качестве неподвижной точки может служить сейсмическая масса сейсмического датчика вибрации. Сейсмический датчик вибрации схематически показан на рис. 4.74. Он состоит иэ корпуса 1, в котором на плоских пружинах 2 укреплена ферромагнитная сейсмическая масса 3. На корпусе смонтирован кольцевой постоянный магнит 4 с полюсными наконечниками 5. Магнитный поток постоянного магнита проходит через полюса и сейсмическую массу. На последней в магнитном псле находятся две катушки б, соединенные встречно (диф. ференциально). При движении сейсмической массы относительно корпуса в катушках наводится ЭДС, пропорциональная скорости ее движения.
Она пропорциональна измеряемой скорости вибрации корпуса относшельно неподвижной точки. Диапазон рабочих частот определяется частотными характеристиками сейсмического вибродатчика. Для улучшения частотных характеристик н уменьшения частаппях погрешностей в датчике имеется воздушный демпфер 7. Индукционный вибродатчик может использоваться также для измерения амплитуды вибрации и ее ускорения. Поскольку выбрацнонные перемещения равны интегралу от скорости, то для получения на21в ивия Рис. 4 75 пряжения, пропорционального перемещению, достаточно проинтегрировать выходное напряжение датчика. Интегрирование может производиться с помощью интегрирующего усилителя (рис.
4.75,а), построенного на базе операционного усилителя. Последний представляет собой стабилизированный с помсчцью обратной связи усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления К. Он имеет большое входное сопротивление и инвертирует входное напряжение. Пусть от датчика на схему рис. 4.75,а поступает гармоническое напряжение 67вх; под его действием через резистор й и конденсатор С течет ток К Можно считать, что в операционный усилитель он не ответвляется. Это обусловлено следующим. При нормальной работе усилитель не перегружается и его выходное напряжение не превосходит некоторого конечного значении, определяемого номинальным режимом.
На входе усилителя напряжение в К раз меньше. При большом К можно считать, что напряжение на входе усилителя равно нулю, и входной ток усилителя отсутствует. Усилитель регулирует ток 1 так, чтобы точка а была практически при нулевом потенциале, В силу этого (4.195) (4. 196) Выходное напряжение пропорционально интегралу от входного. Выражение (4.196) справедливо, если можно пренебречь входным сопротивлением операционного усилителя. С уменьшением частоты сопротивления конденсатора Х = 1/ссС возрастает и становится соизмеримым с входным сопротивлением усилителя.
Это вызывает погрешность. Ее относительное значение (4. 197) 6 17 „= 1/2 (КоЯС) Для получения напряжения, пропорционального ускорению вибрации, необходимо продифференцировать напряжение датчика. Это можно сделать с помощью дифференциального усилителя (рис. 4.75,6) . Анализируя его работу аналогично предыдущему„можно получить, 219 что выходное напряжение цифференцируюшего усилителя, пропор- циональное производной от входного, — "амх 1сс11С~вх' (4.198) При измерении скорости на больших линейных перемещениях, когда нельзя применить индукционный преобразователь, линейная скорость преобразуется в угловую. Для преобразования могут использоваться колеса и рейки с зубчатым или фрикционным соединением. Подобным же образом в угловую скорость преобразуется линейная скорость наземных транспортных средств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
