evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Измерение ускорений. Приборы, служащие для измерения ускорения подвижных объектов, называется аксеаерометрамю При измерении"линейное ускорение обычно преобразуется в силу инерции: (4.199) где т — масса движушегося тела, и задача измерения сводится к задаче измерения силы. Сила К с помощью пружины преобразуется в перемещение х, а перемешение — в электрическую величину с последующим преобразованием в отсчет прибора а. Схема датчика ускорения аналогична схеме сейсмического датчика вибрационных перемешений (рис.4.72) . Если измеряемое ускорение постоянно, а движение равноускоренное или равнозамедленное, то после некоторого началыюго переходного процесса масса, деформировав пружину, примет положение, соответствуюшее измеряемому ускорению. Для уменьшения длительности переходного процесса частоту собственных колебаний преобразователя выбирают много выше спектра частот, характеризующего измеряемое ускорение. Для получения высокой частоты собственных колебаний пружина преобразователя должна быть жесткой, а масса не очень большой.
При этом деформация пружины незначительна и масса двютется так же, как и корпус датчика. Их ускорения одинаковы, н деформация пружины пропорциональна измеряемому ускорению. Эти требования противоположны требованиям к динамическим характеристикам и конструктивным параметрам сейсмического вибродатчика. Из сказанного следует, что для того, чтобы датчик имел малую динамическую погрешность при измерении переменных ускорений, его чувствительность 5 = сй121а должна быть малой. Дифференциальное уравнение движения массы (4.187) одинаково у датчиков ускорения и виброперемешений.
Однако при анализе уравнения необходимо иметь в виду, что входной величиной датчика является ускорение а = с1 х/с1гт. Призтомкомплексная .иувстви. 220 тельность ~(/с") = 1/( — щ 'г) = — 1/((щ~ — гое) — 2/оисаб) (4.200) или, подставив значение относительной частоты Л = щ/ще, получим 5 (/Л) = — 1/(с4 (3Р— 1 — 2/~4) 1. Амплитудю.частотная характеристика 5(Л) = 1/1гоз 1. (4.201) (4.202) Ве график при различных степенях демпфирования 11 представлен на рис. 4.76. При постоянном ускорении а чувствительность дат- чика Ю (О) = х/а = 1/ до, (4.203) 221 где х — перемещение массы, обусловленное действием ускорения.
Перемещение определяется только частотой собственных колебаний и быстро уменьшается с ее увеличением. С увеличением Л при малых В чувствительность вначале медленно, а затем довольно быстро возрастает. Рабочий диапазон частот лежит в области, где чувствительчгсть малс зависит от частоты. Это область, где го < ще, т.
е. Л мало. Максимальная частота рабочего диапазона частот зависит от степени успокоения В и является наибольшей при б = 0,6+ 0,7. Для преобразования перемещения массы в злектрическую величину в акселерометрах используытся реостатные, индуктивные и дифференпнально.трансформаторные датчики. Поскольку минимальный диапазон изменения входной величины у ннх составляег 1 — 10 мм, использующие их датчики ускорения имеют низкие частоты собственных колебаний, обычно не превышающие 100 Гц. Несколько выше частота собственных колебаний может быль у тензорезисторного датчика. Для намерения ускорения с более высокочастотным спектром используются аксечерометры с пьезозлектрическим преобразователем.
Конструкция преобразователя приведена на рис. 4.77. Масса 1 вмонтирована в кольцо 2, иготовленное из пьезокерамики. Пьезокерамнка поляризована так, чтобы прибор измерял только осевое ускорение. Кольцо укреплено в корпусе 3 и играет роль пружины датчика ускорения (см. рис. 4,72). Благодаря большой жесткости кольца частота собственных колебаний преобразователя довольно высокая.
Пьезозлект. рический преобразователь типа ДН-3 используется в составе виброметра типа ВМ-1 лля измерения ускорений. Верхнее значение частоты его рабочего диапазона частот составляет 4000 Гц, а нижнее определяется входными параметрами усилителя виброизмерительного устройства. На частоте 63 Гц чувствительность составляет 10 мВ/(м/са) . Неравномерность частотной характеристики не более х10%. Масса — 60 г. гэ2 86 а' Рис.
4:76 Рис. 4. 78 Преобразователь применяется также для измерения скорости и перемещения вибрации. Для этого сигнал преобразователя интегрируется. Измерение динамических снл и давлений. Датчик силы в обшем случае строится по схеме, показанной на рис. 4.78. Он состоит из кор. пуса 1, к которому одним концом прикреплена пружина 2; на второй (подвижный) ее конец действует сила Р'.
С подвижным концом соединен преобразователь перемещения в злектрическую величину или устройство отсчета 3. Конструктивные элементы датчика, к которым приложена сила, и устройство отсчета имеют некоторую массу 4. В зту же массу входит приведенная масса подвижных деталей источника силы. Масса вместе с пружиной образует колебательную систему. Для улучшения ее динамических характеристик иногда вводят демпфер 5, создающий силу сопротивления, пропорциональную скорости движения. Аналогичной схемой можно представить и датчик давлении с упругим маномегрическим злемептом (мембраной, сильфоном и т.
д.). Сила давления, развиваемая манометрнческим злементом, 222 Г= Ю,ф, (4.204) где р — измеряемое давление; Дзф — эффективная площадь манометрического элемента, Роль пружины 2 (рис. 4.78) играет сам упругий манометрический элемент. При измерении давления упругий манометрнческий элемент деформируется и его объем изменяется. Это вызывает перераспределение жццкости или газа в трубах, соединяющих датчик с объектом, где измеряется давление.
Гидродинамическое сопротивление труб обусловливает силу, аналогичную силе, создаваемой демпфером. С учетом сказанного для анализа датчика давления можно использовать схему датчика силы по рнс. 4.78. Для определения динамических характеристик датчика составим и проанализируем дифференциальное уравнение движения его массы 4. Сила инерции тх равна сумме приложенных сил балх = г (г) — Сг — ах, (4.205) где г (г) = р(г)Дэф — изменяющаяся во времени измеряемая сила; Сх — сила упругости пружины; Мх — сила демпфирования. Из (4.205) получим линейное дифференциальное уравнение, аналогичное уравнению акселерометра: тх + йх + Сг =- Е(г).
(4.206) Введя вместо конструктивных параметров датчика т, к, С внбрационные /3 и озе, получим х + 2/1сссх + сто = Г(г)/т. Передаточная функция датчика К(р) = 1/(т(лз ь 2роэ~р + щзе)). (4.207) (4.208) Для получения выражения для комплексной чувствительности заменюи оператор дифференцирования р = а/с1г на /щ: 8(/сс) = ХФ = 1/[т(с4 — с ' + 2/ еб)) = =-1/1т о~го (1р, 1 2/Ц1)] (4.209) где Х = сэ/оэс — относительная частота.
Амплитудно-частотная характеристика (4.210) 8(~) = 1/1т«~с 1. Сравнивая (4209) и (4.210) с (4201) и (4202), видим, что динамические характеристики датчиков силы и давления аналогичны 223 характеристикам акселерометра. Их частотная характеристика пред. ставлена на рис. 4.7б. Требования, предъявляемые к датчикам силы и давления для измерения процессов, имеющих сложный частотный спектр, не отличаются от требований к датчику ускорения, предназначенному для -измерения ускорения с таким же спектром. Пзмерение сташюнариых температчр. Любой термометр измеряет температуру своего чувствительного элемента.
Эта температура может отличаться от температуры среды, которую требуется измерить. Разница температур обусловливает методическую погрешность измерения. Довольно часто датчик температуры (термопара, термометр сопротивления и т. п.) расположен так, что в среде, температуру которой нужно измерить, помещается только его чувствительный конец, а нерабочий конец с выводными проводами находится вне этой среды. От среды или тела, температура которых измеряется, тепло переходит к нерабочему копну и рассеивается им в окружающую среду. Даже в стационарных условиях датчик участвует в сложном тедлдабменном продессе, Температура в различных его точках различна. Наиболее супюственна температура чувствительного элемента, который располагается на конце датчика. Чем меньше тепла рассеивает чувствительный конец, тем меньше разность температур между ним и измеряемой средой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
