Слайд 1Урок 12.1
«Измерение и контроль механических величин. Методы и средства измерения
и контроля кинематических величин»
Слайд 2Параметры механического движения
Перемещение – (м)
Скорость – перемещение / время (м/с)
Ускорение –
перемещение/квадрат времени (м/с2)
Слайд 3Линейные скорости (до), м/с:
околосветовые……………………….3·106
космические……………………………2·104
авиационных объектов………..103
транспортные………………………….50
промышленные………………………10
малые технические……………….10-1
весьма малые…………………………..10-5
Слайд 4Угловые скорости (до), рад/с:
весьма большие……………………….3·104
средние………………………………………102
малые……………………………..………….10
малые технические………………..1
весьма малые…………………………..10-5
Слайд 5Ускорения (до), м/с2:
весьма большие……………………….2·104
большие……………………………………..103
средние………………………………………102
малые……………………………..………….10
весьма малые…………………………..10-5
Слайд 6Средства измерения и контроля
Измеритель скорости – для измерения линейных скоростей
Тахометр –
для измерения и контроля угловых скоростей (частоты вращения)
Акселерометр – для измерения ускорений
Виброметр – для измерения вибраций машин, устройств и сооружений
Сейсмограф – для измерения параметров движения земной поверхности
Слайд 7Методы измерения линейных скоростей движущихся твердых тел:
Аэрометрический
Компенсационный
Термодинамический
Корреляционный
Доплеровский
Электромагнитный
Инерциальный
Слайд 8Аэрометрический метод
1 – приёмник статического давления;
2 – корпус;
3 –
манометрическая коробка;
4 – стрелка;
5 – трубопроводы;
6 – приёмник полного давления
Основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью тела, движущегося в воздушной среде
Слайд 9Компенсационный метод
Основан на автоматическом уравновешивании полного давления Рп и давления Рк,
развиваемого воздушным компрессором
1 – воздушный компрессор;
2- манометрическое реле;
3 - двигатель
Слайд 10Термодинамический метод
Основан на измерении температуры заторможенного потока воздушной среды с помощью
открытой термопары 1 и экранированной термопары 4 (либо других преобразователей давления)
1 – открытая термопара;
2 – сумматор;
3 – делитель;
4 – экранированная термопара
Слайд 11Турбинный метод
Основан на использовании кинетической энергии воздушного или водного потока для
вращения тангенциальной 1 или аксиальной 2 турбинки
1 – тангенциальная турбинка;
2 – аксиальная турбинка
Слайд 12Методы контроля скоростей вращения:
Центробежный
Магнитоиндукционный
Электрический (постоянного и переменного тока)
Индукционный
Стробоскопический
Слайд 13Центробежный метод
Чувствительный элемент реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами вращающегося
вала
Центробежные тахометры:
а – конический (1 – муфта, 2 – пружина);
б – кольцевой ( 1 – муфта; 2 – невращающаяся ось)
Слайд 14Магнитоиндукционный метод
Основан на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от
частоты вращения
Магнитоиндукционные тахометры:
а – с полым ротором; б – с диском;
1 – постоянный магнит; 2 – чувствительный элемент; 3 – термомагнитный шунт; 4 - магнитопровод
Слайд 15Электрический метод
Основан на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения (для постоянного,
переменного и импульсного тока)
Схемы электрических тахометров постоянного тока:
а – тахогенератора с φ≤φ◦; б – тахометра постоянного тока; 1 – постоянный магнит; 2 – обмотка якоря; 3 – коллектор со щетками; ОУ – отсчетное устройство
Слайд 16Индукционный метод
Схема индукционного тахометра:
1 – внешний магнитопровод;
2 – внутренний магнитопровод;
3 – обмотка;
4 - ротор
Слайд 17Стробоскопический метод
Основан на свойстве глаза сохранять видимое изображение на десятые доли
секунды после его исчезновения
Схема стробоскопического тахометра:
1 – вращающийся вал;
2 – источник света;
3 – глаз оператора;
4 – отметка;
УРВ – устройство регулирования вспышки
Слайд 18Методы измерения ускорений:
Инерциальный
Метод дифференцирования скорости
Метод двухкратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы
Слайд 19Инерциальный метод
Основан на измерении силы, развиваемой инерциальной массой при её движении
с ускорением
Схема акселерометра:
1 – инерционная масса;
2 – пружина;
3 – электромагнит;
4 – корпус прибора;
5 – демпфер;
6 – преобразователь;
7 – ось;
У - усилитель
Слайд 20Методы одно- и двухкратного дифференцирования
Схема маятникового акселерометра:
1 – подвеска;
2 –
жидкость;
3 – корпус;
4 – чувствительный элемент;
5 – преобразователь;
У - усилитель
Слайд 21Методы одно- и двухкратного дифференцирования
Схема струнного акселерометра:
1 и 5 – струнный
преобразователь;
2 и 4 – струна;
3 – упругий подвес;
6 – генератор;
7 – механизм натяжения струн;
8 – регулирующее устройство
Слайд 22Методы одно- и двухкратного дифференцирования
Схема акселерометра с волоконно-оптическим преобразователем:
1 – источник
света; 2 – акселерометр; 3 и 8 – линза; 4 – поляризатор; 5 – фотоупругий материал; 6 – четвертьволновая пластина; 7 – анализатор; 9 – волоконный светопровод; 10 – приемник излучения - фотодиод
Слайд 23Методы и средства измерения вибраций
При измерении вибраций всегда участвуют три элемента:
Вибрирующее
звено;
Исходное (невибрирующее) звено; устройство для измерения движения вибрирующего звена относительно невибрирующего
Слайд 24Конструкция виброметра
1 – масса;
2 – пружина;
3 – демпфер;
4
– основание прибора;
5 - преобразователь
Слайд 25Виброметры
Электромагнитный линейный виброметр:
1 – направляющий диск; 2 – ось чувствительности;
3 – жидкость; 4 – опорный стержень; 5 – втулка; 6 – постоянный магнит; 7 – обмотка; 8 – сейсмический элемент; 9 – каркас катушки; 10 – паз; 11 – воздушный зазор; 12 – пружинный мост; 13 – корпус прибора
Виброметр с индуктивным мостом:
1 – опорный стержень; 2 – входная ось; 3 и 9 – немагнитная втулка; 4 – пружина; 5 – катушки; 6 – лента; 7 – сейсмический элемент; 8 – пластинчатая пружина; 10 – паз; 11 – жидкость; 12 – якорь; 13 – корпус; 14 – шток)
Слайд 26Урок 12.2
«Методы и средства измерения и контроля динамических величин»
Слайд 27К динамическим величинам относят:
Масса;
Сила;
Давление;
Механическое напряжение;
Момент силы (крутящий момент);
Массовый расход вещества;
Работа;
Энергия;
Мощность.
Слайд 28Динамометры
Принцип действия основан на использовании деформации упругих тел под действием
силы, пьезоэффекта, тензоэффекта, магнитоупругости материалов и др.
По принципу действия динамометры бывают:
механические,
гидравлические,
электрические
Слайд 29Механический динамометр с упругим элементом
Принцип работы:
Деформация упругого элемента 1 воспринимается стрелочным
указателем 2. Малые значения деформаций упругого элемента под действием сил F преобразуются в значительные перемещения стрелки или пера самопишущего устройства.
Назначение – измерение силы тяги транспортных средств, усилий свинчивания резьбовых деталей.
Слайд 30Основные метрологические характеристики механических динамометров
Область применения: крановые, автомобильные, конвейерные весы; весовые
дозаторы; электрические силовые измерительные системы и др.
Слайд 31Конструкция гидравлического силоизмерителя (месдозы):
Принцип работы:
Сила, воспринимающаяся поршнем 2, через мембраны 1
и 3 трансформируется в давление, измеряемое манометром 6
1 и 3 – мембрана;
2 – поршень;
4 – полость;
5 – трубопровод;
6 - манометр
Слайд 32Схемы электрических динамометров
а – контактный; б – угольный; в, г –
полупроводниковые; д – металлический; е – резонансный; ж – индуктивный; з – емкостный; и – пьезоэлектрический; к, л – магнитоупругие; м – с силовым уравневешиванием
Слайд 33Электрические динамометры
В электрических динамометрах в качестве преобразователей в электрический сигнал применяются
устройства с
электрически неактивными упругими элементами (а - з),
электрически активными упругими элементами (и – л),
силовым уравновешиванием (м)
Слайд 34Преобразователи с электрически неактивными упругими элементами
Измеряемая сила сравнивается с силой упругости
элемента, а его деформация преобразуется в электрический сигнал.
К этой группе относятся преобразователи:
контактный,
угольный,
резонансный,
индуктивный,
емкостный,
полупроводниковый,
металлический.
Слайд 35Схемы механических резонаторов:
а – маятник;
б – баланс-пружина;
в – струна;
г – V-образная пластина;
д – цилиндрическая оболочка;
е – камертон;
ж – кварцевая пластина;
з – магнитострикционный стержень;
1 – магнит;
2 – стержень;
3 – изолятор;
В – возбудитель;
П – приемник;
х – измеряемая величина
Слайд 36Схемы индуктивных преобразователей
а, б, в – дроссельных; г – дифференциального;
1
– сердечник; 2 - якорь
Слайд 37Схемы емкостных преобразователей
а – с переменным зазором (1 и 2 –
неподвижные электроды);
б – с переменной площадью (1, 2 и 4 – обкладка, 3 – диэлектрик)
Слайд 38Преобразователи с электрически активными упругими элементами
Измеряемая сила действует на электрические и
магнито-активные упругие элементы, которые меняют свои электрические или магнитные свойства при изменении напряжения или деформации.
К этой группе относятся преобразователи:
тензометрические (резисторные);
магнитоупругие (магнитоизотропные);
пьезоэлектрические
Слайд 39Тензометрические преобразователи
а – схема проволочного тензорезистора ( 1 – измеряемая поверхность;
2 – проволока; 3 – выводы; 4 – бумажная прокладка);
б – измерительная схема с дифференциальным включением преобразователей
Слайд 40Пьезоэлектрические динамометры
а – схема преобразователя типа ДТ (1 – выводной электрод;
2 – кварцевые пластины; 3 – корпус);
б – конструкция пьезоэлектрического частотного динамометра ( 1 и 2 – металлизированная обкладка; 3 и 5 – обойма; 4 – резонатор)
Слайд 41Преобразователи с силовым уравновешиванием
Измеряемая сила уравновешивается электромагнитной или электростатической силой, формируемой
на основе сигнала, пропорционального измеряемой силе.
В этих приборах достигается полное уравновешивание и упругий элемент практически не деформируется.
Слайд 42Моментомеры
Принцип действия моментомеров основан на измерении деформации кручения вала, передающего крутящий
момент.
Моментомеры бывают:
с предварительным преобразованием в угловое перемещение;
с непосредственным преобразованием.
Слайд 43Конструкция индуктивного моментомера (а) и упругого элемента (б)
1 – катушка; 2
– центральная часть; 3 и 7 – полюсный наконечник;
4 и 10 – подшипник; 5 – выходной вал; 6 – диафрагма;
8 – торсионный упругий элемент; 9 – входной вал;
11 - магнитопровод
Слайд 44Схема оптико-электронного моментомера
1 и 9 – диск; 2 – растровые решетки;
3 и 14 – фоторезистор;
4 – усилитель; 5 – фазовый детектор; 6 – фильтр;
7 – показывающее устройство; 8 – выходной вал; 10 – трубка;
11 – упругий торсион; 12 – входной вал; 13 – растр; 15 - осветитель