evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024282), страница 53
Текст из файла (страница 53)
4.75пряжения,роватьпропорциональноговодитьсяспомощьюстроенногоетсобойна базебольшоедостаточнопряжениеиъх;спомощьюнаподпроинтегриможетпроиз(рис. 4.75,а),поПоследний представляобратнойсвязиусилительб о л ь ш и м к о э ф ф и ц и е н т о м усиления К. Он имеетсопротивление идатчикаусилителяоперационного усилителя.тока свходноеотинтегрирующегостабилизированныйпостоянногоПустьперемещению,выходное напряжение датчика. Интегрированиесхемурис.инвертирует4.75,аего д е й с т в и е мвходноепоступаетчерез резисторнапряжение.г а р м о н и ч е с к о е наR и конденсатор Стечет т о к _ £ .
М о ж н о с ч и т а т ь , ч т о в о п е р а ц и о н н ы й у с и л и т е л ь о н н е ответвляется.Это о б у с л о в л е н о с л е д у ю щ и м . Прин о р м а л ь н о й р а б о т е усилитель н е п е р е г р у ж а е т с я и его в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е н е п р е в о с х о д и т н е к о торогоконечногозначения,определяемогономинальнымрежимом.На в х о д е усилителя н а п р я ж е н и е в К раз м е н ь ш е . При б о л ь ш о м К м о ж н осчитать, ч т онапряжениенаток усилителя отсутствует.входеусилителяУсилительравно нулю, и входнойр е г у л и р у е т т о к _ / т а к , ч т о б ы точк а а б ы л а п р а к т и ч е с к и при н у л е в о м п о т е н ц и а л е .
В с и л у э т о г о(4.195)U—вых(4.196)=U/juiRC.—вх"Выходное напряжение пропорционально интегралу от входного.Выражение(4.196)справедливо,если м о ж н о пренебречь в х о д н ы мс о п р о т и в л е н и е м о п е р а ц и о н н о г о у с и л и т е л я . С у м е н ь ш е н и е м ч а с т о т ы соп р о т и в л е н и я к о н д е н с а т о р а Хс =римымс1/соС в о з р а с т а е т и с т а н о в и т с я с о и з м е в х о д н ы м с о п р о т и в л е н и е м усилителя. Это в ы з ы в а е тпогрешность. Ее относительное значение5£/вых =Длярации,2(4.197)Ц2(КьМС) .получениянапряжения,необходимопропорциональногопродифференцироватьускорениюнапряжениедатчика.вибЭтом о ж н о сделать с п о м о щ ь ю дифференциального усилителя ( р и с .
4 . 7 5 , 6 ) .Анализируяегоработуаналогичнопредьщушему,можнополучить,219что выходное напряжение дифференцирующегоциональное производной от входного,=Д ш хусилителя,пропор„х-(4.198)При и з м е р е н и и с к о р о с т и н а б о л ь ш и х л и н е й н ы х п е р е м е щ е н и я х , когд а н е л ь з я п р и м е н и т ь и н д у к ц и о н н ы й п р е о б р а з о в а т е л ь , л и н е й н а я скор о с т ь п р е о б р а з у е т с я в у г л о в у ю . Д л я п р е о б р а з о в а н и я м о г у т использоваться колеса и р е й к и с зубчатым или ф р и к ц и о н н ы м соединением.П о д о б н ы м же о б р а з о м в у г л о в у ю скорость преобразуется линейнаяскорость наземных транспортных средств.И з м е р е н и е у с к о р е н и й . П р и б о р ы , с л у ж а щ и е д л я и з м е р е н и я ускорения подвижных объектов, называютсяакселерометрами.При и з м е р е н и и линейное у с к о р е н и е о б ы ч н опреобразуется в силуинерции:(4.199)F = та,где т— м а с с а д в и ж у щ е г о с я т е л а , и задача и з м е р е н и я с в о д и т с я к задаче и з м е р е н и я с и л ы .Сила F спомощьюп р у ж и н ы п р е о б р а з у е т с я в п е р е м е щ е н и е х, а перемещение — в электрическуювеличинуспоследующимпреобразов а н и е м в отсчет п р и б о р а а.Схемадатчика у с к о р е н и я аналогична схемесейсмическогодатчикавибрационных перемещений (рис.
4.72).Еслиноеизмеряемоеногопостоянно,а движение равноускоренпосле н е к о т о р о г о начальногопереходп р о ц е с с а м а с с а , д е ф о р м и р о в а в п р у ж и н у , п р и м е т п о л о ж е н и е , соответствующееностиизмеряемомупереходногоразователягоускорениеили равнозамедленное, топроцессавыбираютмногоускорению.частотувышеизмеряемое ускорение. ДляДляуменьшениясобственныхспектраполучениядлительколебанийчастот,преобхарактеризующев ы с о к о й ч а с т о т ы собственн ы х к о л е б а н и й п р у ж и н а п р е о б р а з о в а т е л я д о л ж н а б ы т ь ж е с т к о й , а масс а н е очень б о л ь ш о й .
П р и э т о мна и массанаковы,икорению.ческимдеформацияп р у ж и н ы незначительд в и ж е т с я т а к ж е , к а к и к о р п у с д а т ч и к а . И х у с к о р е н и я одидеформацияЭтипружинытребованияхарактеристикамп р о п о р ц и о н а л ь н а и з м е р я е м о м у успротивоположныитребованиямконструктивнымпараметрамкдинамисейсмического вибро датчика.И з с к а з а н н о г о с л е д у е т , что д л я т о г о , ч т о б ы д а т ч и к и м е л м а л у ю динамическуюпогрешностьприизмерениип е р е м е н н ы х у с к о р е н и й , егоч у в с т в и т е л ь н о с т ь S = dx/da д о л ж н а б ы т ь м а л о й .Дифференциальноевоудатчиковуравненияка220уравнениеускорениянеобходимоявляетсяускорениеииметьа=движениямассывиброперемещений.ввиду,22d x/dt .что(4.187)одинакоО д н а к о при анализевходнойвеличинойдатчиПри этом комплексная дувстви-тельность1/[(со2_£(,'") = Y/(-TO X) = или,22- со ,)- 2/сосоо/З](4.200)з н а ч е н и е о т н о с и т е л ь н о й ч а с т о т ы X = со/со 0 ,подставив=^0'X) -l/[w2(X2- 1 - 2/Xj3)Lполучим•(4.201)Амплитудно-частотная характеристика5(Х) =2l/[co v/(X2- I)22+ 4X pj\(4.202)Ее г р а ф и к п р и р а з л и ч н ы х с т е п е н я х д е м п ф и р о в а н и я /3 представлен нар и с .
4 . 7 6 . П р и п о с т о я н н о м у с к о р е н и и я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь датчика2S(0) = х/а = 1/со ,,(4.203)где х — перемещение м а с с ы , о б у с л о в л е н н о е д е й с т в и е м у с к о р е н и я .Перемещениеопределяетсятолькочастотойсобственныхколебаний и б ы с т р о у м е н ь ш а е т с я с ее у в е л и ч е н и е м . С у в е л и ч е н и е м X при малых/3 ч у в с т в и т е л ь н о с т ьвначале медленно,а затем довольно быстров о з р а с т а е т . Р а б о ч и й д и а п а з о н частот л е ж и т в о б л а с т и , г д е чувствительсо0,ность м а л с з а в и с и т от ч а с т о т ы .
Это о б л а с т ь , г д е соМаксимальнаячастота рабочегодиапазоначастотзависитт- е. X м а л о .отстепениу с п о к о е н и я /3 и я в л я е т с я н а и б о л ь ш е й при /3 = 0,6 -ь 0 , 7 .Дляпреобразованияперемещениямассыв э л е к т р и ч е с к у ю величину в а к с е л е р о м е т р а х и с п о л ь з у ю т с я р е о с т а т н ы е , и н д у к т и в н ы е и дифференциально-трансформаторные датчики.П о с к о л ь к у м и н и м а л ь н ы й диап а з о н и з м е н е н и я в х о д н о й в е л и ч и н ы у н и х с о с т а в л я е т 1—10 м м , использ у ю щ и е и х д а т ч и к и у с к о р е н и я и м е ю т н и з к и е ч а с т о т ы с о б с т в е н н ы х колебаний, обычно не превышающие100Гц.Н е с к о л ь к о в ы ш е частотасобственных колебаний может быть у тензорезисторного датчика.Для измеренияпользуютсяускоренияакселерометрыс б о л е е в ы с о к о ч а с т о т н ы м с п е к т р о м исспьезоэлектрическимпреобразователем.К о н с т р у к ц и я п р е о б р а з о в а т е л я приведена на рис.
4.77.Масса 1вмонтирована в к о л ь ц о 2, иготовленное из п ь е з о к е р а м и к и . П ь е з о к е р а м и к аполяризованатак,чтобыприборизмерялтолькоосевое ускорение.Кольцо у к р е п л е н о в к о р п у с е 3 и играет роль пружины датчика у с к о р е н и я(см.р и с . 4 . 7 2 ) . Б л а г о д а р я б о л ь ш о й ж е с т к о с т и к о л ь ц а ч а с т о т а собственныхколебанийпреобразователядовольновысокая.Пьезоэлектр и ч е с к и й преобразователь типа ДН-3 используется в составе виброметр а т и п а ВМ-1рабочегосяд л я и з м е р е н и я у с к о р е н и й . В е р х н е е з н а ч е н и е ч а с т о т ы егодиапазонавходнымичастотпараметрамисоставляетусилителя4 0 0 0 Г ц , а н и ж н е е определяетвиброизмерительного2устройс т в а .
Н а ч а с т о т е 6 3 Г ц ч у в с т в и т е л ь н о с т ь с о с т а в л я е т 1 0 м В / ( м / с ) . Неравномерность частотной х а р а к т е р и с т и к и не более ± 1 0 % . Масса — 60 г.221Рис. 4.78ПреобразовательмещенияРис.
4.77применяетсят а к ж е д л я и з м е р е н и я с к о р о с т и и перевибрации. Д л я этого сигналИзмерениединамическихсилпреобразователяи давлений.Датчикинтегрируется.силывобшемс л у ч а е с т р о и т с я п о с х е м е , п о к а з а н н о й н а р и с . 4 . 7 8 . О н с о с т о и т и з корпуса1,рой(подвижный)к которому одним концомсоединенилиторымсу4.Всистему.зтусила, иМассаустройствовсэлектрическуюсилувеличинудатчика, кмассапружинойкоп о д в и ж н ы х деталейобразуетколебательнуюее динамических характеристиксоздающийна втоо т с ч е т а и м е ю т н е к о т о р у ю масприведеннаявместеД л я улучшения5,п р у ж и н а 2;подвижным концомКонструктивные элементыже массу входитсилы.демпферперемещенияотсчета 3.приложенаисточникадятпреобразовательустройствоприкрепленаее к о н е ц действует сила F.
Ссопротивления,и н о г д а ввопропорциональнуюскорости движения.Аналогичной схемой м о ж н огимманометрическимпредставитьэлементоми д а т ч и к д а в л е н и я с упру(мембраной,сильфономСила давления, развиваемая манометрическим элементом,222и т.д.).(4.204)г д е p — ю м е р я е м о е д а в л е н и е ; б э ф — э ф ф е к т и в н а я п л о щ а д ь манометрического элемента.Роль п р у ж и н ы 2 ( р и с . 4.78) играет с а м у п р у г и й м а н о м е т р и ч е с к и йэлемент.При и з м е р е н и и д а в л е н и я у п р у г и й м а н о м е т р и ч е с к и й э л е м е н тд е ф о р м и р у е т с я и е г о о б ъ е м и з м е н я е т с я .
Э т о в ы з ы в а е т перераспределение ж и д к о с т и или газа в трубах, соединяющих датчик с о б ъ е к т о м ,гдеизмеряетсядавление. Гидродинамическое сопротивление трубобусловливает силу, аналогичную силе, создаваемой д е м п ф е р о м . Сучетом с к а з а н н о г о д л я анализа датчика д а в л е н и я м о ж н о использоватьсхему датчика силы по рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
