лекции (1233912), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При диагностировании строительных машин применяют средства измерения сил, основанные на двух методах:
Первый метод предусматривает измерение деформаций сборочных единиц, пропорциональных действующим в них силам; второй метод основан на применении специальных датчиков сил (силоизмерителей), встраиваемых в разрыв силовых цепей машины или воспринимающих реактивные силы.
Первый метод измерения сил реализуют в основном при наличии встроенных средств (тензорезисторов), наклеенных на сборочные единицы машины в процессе изготовления. Иногда применяют накладные датчики деформаций, устанавливаемые на штоки гидроцилиндров.
Второй метод измерения сил широко используют в стендах для измерения реактивных сил, воспринимаемых стендами от диагностируемой машины, а также для измерения усилий на рычагах и педалях управления машиной.
Не встроенные постоянно датчики сил редко применяют для измерения сил в сборочных единицах машин, поскольку это связано с частичной разборкой сборочных единиц для установки датчиков.
3.6 Датчики давления.
Для измерения давлений при диагностировании гидроприводов и пневмоприводов чаще всего применяют манометры и электрические датчики давления. Кроме того, давления могут быть измерены по деформациям стенок трубопроводов и рукавов или стенок корпусов гидроагрегатов.
В качестве упругих чувствительных элементов датчиков давления широко применяют мембраны, сильфоны и трубчатые чувствительные элементы. В некоторых случаях измеряемое давление воспринимает силоизмеритель или датчик перемещения, а мембрана или сильфон являются только разделителями сред.
Используют плоские и гофрированные мембраны. Плоские мембраны применяют в датчиках с высокой собственной частотой при наклейке тензорезисторов непосредственно на поверхность мембраны. Наиболее эффективно применение для наклейки на мембраны специальных фольговых мембранных тензорезисторов. Мембраны датчиков давления имеют диаметры 5...50мм при толщинах 0,15...5мм.
Датчики с плоскими мембранами отличаются довольно существенными погрешностями, связанными с изменением окружающей температуры. Однако этого можно избежать, если диагностирование производить при достаточно точно фиксированном температурном режиме. Плоские мембраны применяют также в емкостных и индуктивных датчиках давления.
Рисунок 17 - Датчики давления
а — индуктивный мембранный; б — тензорезисторный с чувствительным элементом в форме стакана; в - тензорезисторный прижимной; 1 — мембрана; 2 — корпус; 3 — якорь; 4 — катушка; 5 — вывод измерительного кабеля; 6 — тензорезисторы; 7 — упругий чувствительный элемент; 8 — трубопровод или рукав; 9 — эластичная прокладка; 10 — рычаг; 11 — пружина
На рис. 17, а показан индуктивный датчик давления с плоской мембраной. Мембрана в этом датчике впаяна в корпус или выточена с ним заодно. Измеряемое давление воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб. В результате прогиба меняется воздушный зазор между мембраной и якорем и соответственно индуктивность катушки. Для измерений с таким датчиком используют схему, показанную на рис. 12, б, однако из-за малой чувствительности датчика давления обычно применяют показывающий прибор с усилителем.
Гофрированные мембраны отличаются от плоских значительно большими допустимыми значениями прогибов до потери линейности градуировочной характеристикой. Характеристики гофрированных мембран определяются в основном отношениями толщин мембран к глубинам гофров. С увеличением толщины мембраны возрастает ее жесткость и нелинейность градуировочной зависимости. Увеличение глубины гофров улучшает линейность, но повышает жесткость мембраны при малых прогибах, что сокращает диапазон измерений. Большинство гофрированных мембран имеют краевые гофры, отличающиеся по размерам и форме от остальных, что позволяет увеличить допустимый прогиб мембраны в 3 раза.
Разновидностью мембран с большой податливостью является так называемая «мягкая» (вялая) мембрана, выполненная из эластичного материала. Мягкие мембраны применяют в основном для разделения сред в сочетании с жесткими упругими элементами. Эти мембраны работают практически только на растяжение. Усилия, затрачиваемые на деформацию мягких мембран, малы по сравнению с усилиями, необходимыми для деформации связанного с ней упругого элемента. Мягкие мембраны в сочетании с упругими чувствительными элементами применяют для измерения давлений в диапазоне 10-6...10-1 МПа. Наряду с гофрированными и мягкими мембранами для разделения сред при измерениях малых давлений применяют сильфоны.
Для измерения давления свыше 5 МПа широко используют датчики с чувствительными элементами в форме цилиндров, на наружную поверхность которых наклеивают тензорезисторы, размещая рабочий тензорезистор над полой, а тензорезистор температурной компенсации над сплошной частью цилиндра. На рис. 17, б показан разрез датчика давления с цилиндрическим чувствительным элементом, на котором тензорезисторы наклеены поперек образующей цилиндра.
Для уменьшения рабочего объема датчика давления при измерениях давлений в камерах сгорания двигателей внутри чувствительного элемента размещают сплошной цилиндр меньшего диаметра так, чтобы обеспечить небольшие зазоры между внутренними стенками чувствительного элемента и поверхностью сплошного цилиндра.
Цилиндрические чувствительные элементы датчиков, давления с целью снижения гистерезиса обычно изготовляют из сталей. Однако наиболее высокую собственную частоту датчика при сохранении большой чувствительности можно получить, если для изготовления чувствительного элемента использовать материалы с малым значением модуля упругости (дюралюминий).
Для измерения только переменных составляющих давления используют главным образом пьезоэлектрические датчики давления.
На рис. 17, в показана одна из конструкций датчика для измерения давления по деформациям наружных стенок трубопровода или рукава. Основу датчика составляет двухрычажный зажим. В дугообразных впадинах рычагов с радиусами, соответствующими размерам трубопровода, установлены прокладки из эластичного материала, на поверхностях этих прокладок, обращенных к трубопроводу, наклеены тензорезисторы основой наружу.
После установки преобразователя тензорезисторы прижимаются к трубопроводу усилием пружины, соединяющей противоположные концы рычагов. Для улучшения передачи деформаций на основу тензорезисторов, прилегающую к трубопроводу или рукаву, наносят при помощи клея слой абразивного порошка. Главное преимущество таких датчиков — возможность измерения как постоянных, так и быстроменяющихся давлений без какой-либо разборки объекта диагностирования в результате установки датчиков. К числу недостатков относится непостоянство чувствительности, обязанное разбросом толщин стенок трубопроводов и рукавов, а также упругих свойств последних. Разброс может быть существенно снижен только в результате применения на объекте диагностирования специальных калиброванных по толщине и упругим свойствам участков трубопроводов и рукавов. Чувствительность иногда оказывается слишком малой, так как трубопроводы и рукава, особенно работающие при пульсирующих давлениях, рассчитывают часто не по пределу прочности, а по пределу усталости, в связи с чем их деформации оказываются недостаточными, поэтому прижимные датчики можно применять для качественных и относительных измерений изменения давления вследствие дросселирования потока в гидравлической системе. Наиболее эффективно применение прижимных датчиков для измерения временных характеристик процессов, например момента впрыска топлива в дизельных ДВС или момента скачкообразного изменения давления в гидравлической системе.
3.7 Датчики расхода.
Из множества разновидностей датчиков расхода (расходомеров), известных в настоящее время, для диагностирования могут быть использованы следующие типы:
-
переменного перепада давления (с диафрагмами);
-
обтекания (с поворотной лопастью);
-
тахометрические:
- турбинные, (с аксиальной и тангенциальной турбинками), шариковые,
- камерные (поршневые шестеренные и лопастные гидромоторы);
- тепловые с электрическим нагревом (калориметрические с внешним нагревом и термоанемометрические);
- ультразвуковые (с перемещением колебаний движущейся средой и доплеровские).
Большинство перечисленных расходомеров основано на том, что при движении потока жидкости в цилиндрическом трубопроводе с площадью поперечного сечения А объемный расход равен Q = υcр А, где υср — средняя скорость потока жидкости в сечении. Из этой зависимости следует, что при фиксированной площади сечения трубопровода расход в этом сечении можно определить путем измерения средней скорости потока.
Расходомеры переменного перепада давления содержат диафрагму, сужающую сечение, в котором из-за повышения средней скорости часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую. В результате статическое давление падает. По измеренной дифференциальным датчиком разности давлений до диафрагмы и после нее находят объемный расход.
На чувствительность расходомеров с диафрагмой оказывают влияние конструктивные особенности гидравлической системы, в которой производят измерения. Для получения достаточной точности измерения градуировку расходомеров с диафрагмами надо проводить в системе, полностью идентичной по конструкции объекту диагностирования.
К расходомерам обтекания, применяемым для диагностирования строительных машин, относятся расходомеры с поворотной лопастью. Поворотная лопасть, воспринимая силовое воздействие набегающего потока жидкости, расход которой определяют, поворачивается или изгибается на угол, пропорциональный величине расхода. Силам, действующим со стороны потока, противодействует сила, развиваемая пружиной или упругим чувствительным элементом.
В тахометрических расходомерах движущийся поток жидкости приводит во вращение ротор или шарик (по периферии трубопровода). Частота вращения ротора или шарика является мерой расхода жидкости, протекающей через расходомер.
В турбинно-тахометрических расходомерах рис. 18, а установлена миниатюрная аксиальная или тангенциальная турбинка. Шариковые тахометрические расходомеры (рис. 18, б) содержат свободно вращающийся шарик, который приводится во вращение вследствие предварительной закрутки потока на неподвижном винтовом шнеке или в тангенциальной камере. Для измерения частот вращения турбинки или шарика применяют индукционные или индуктивные преобразователи.
Наибольшую точность имеют турбинные расходомеры. Серийные расходомеры типа ТДР имеют класс точности 0,1, при относительном диапазоне измерений — не менее 10.
Шариковые расходомеры менее точные (класс 1...2) по сравнению с турбинными и имеют меньший относительный диапазон измерений, создают несколько большие гидравлические потери, но зато сохраняют, в отличие от турбинных, работоспособность при повышенных загрязнениях жидкости.
Рисунок 18 - Датчики расхода
а — турбинно-тахометрический; б — шариковый тахометрический; в — камерный тахометрический (на основе аксиально-поршневого гидромотора); г —калориметрический с внешним нагревом; д —- термоанемометрический с пленочным датчиком; е — ультразвуковой; 1 — аксиальная турбинка; 2 — индукционный преобразователь частоты сращения; 3 — шарик; 4 — шлицевой вал гидромотора; 5— гидромотор; 6 — термопары; 7 — нагреватель; 8 — термоанемометр; 9 — пьезопреобразователи; 10 — звукопроводы
Еще меньшую чувствительность к загрязнению и к изменениям вязкости жидкостей имеют камерные тахометрические расходомеры – аксиально-поршневые, лопастные или шестеренные гидромоторы, которые из-за относительно больших габаритов и массы применяют в основном в передвижных и стационарных установках для диагностирования гидроприводов. При использовании гидромотора в качестве расходомера (рис. 18, в) на выходной вал гидромотора устанавливают индукционный или фотоэлектрический преобразователь частоты вращения. При индивидуальной градуировке такой расходомер может быть отнесен к приборам классов точности 1 ... 2,5.
Во всех тахометрических расходомерах в качестве электрических первичных преобразователей использованы индукционные или индуктивные импульсные датчики частоты вращения. При этом для определения частоты импульсов, пропорциональной измеряемому расходу, применяют аналоговые или электронно-счетные частотомеры (см. схему на рис. 14, г).
При диагностировании строительных машин также применяют две разновидности тепловых расходомеров: калориметрические с внешним нагревом и пленочные термоанемометрические.
В калориметрических (рис. 18, г) на поверхности трубопровода устанавливают нагреватель и два датчика температуры (термопары). Обычно датчики температуры располагают несимметрично нагревателю, что расширяет диапазон измерений за счет зоны малых значений расходов. При прочих равных условиях разность температур, воспринимаемых датчиками, зависит от средней скорости потока и мощности, рассеиваемой нагревателем.
Чаще всего измеряют мощность, рассеиваемую нагревателем, при разности температур ΔT=const. При этом мощность в диапазоне измерений пропорциональна массовому расходу.
Термоанемометрические тепловые расходомеры основаны на зависимости между количеством тепла, теряемым непрерывно нагретым чувствительным элементом, размещенным непосредственно в жидкости, и скоростью этой жидкости. В основном применяют пленочные термоанемометры, отличающиеся достаточной механической прочностью и долговечностью. Пленочный термоанемометр представляет собой стержень из изоляционного материала с клинообразным концом, на котором распылена тонкая пленка платины размером 1 × 0,2 мм и толщиной (0,5 ... 1) 10-2 мкм. Концы пленки припаяны к выводным проводникам. Сопротивление пленки указанных размеров около 30 Ом. Пленочные термоанемометры позволяют измерять массовые расходы, соответствующие скоростям потока до 15 ... 20 м/с при температурах до 60° С. На рис. 18 д, показана конструкция расходомера с пленочным термоанемометром, установленным в трубопроводе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
