Каким прибором измеряется ускорение?

Содержание

Измерение скоростей и ускорений

Так как скорость и ускорение взаимосвязаны с изменяющимся перемещением, то для их измерения могут быть использованы преобразователи перемещения, выходной сигнал которых подвергается дифференцированию. При выполнении дифференцирования аналогового сигнала в зависимости от вида сигнала и требуемой точности применяют пассивные дифференцирующие цепи, трансформаторы (ЭДС на вторичной обмотке пропорциональна скорости изменения магнитного потока) и активные дифференцирующие цепи (на базе операционных усилителей).

Рисунок 16.28 – Тахогенератор

Индукционные преобразователи скорости. Принцип действия индукционных преобразователей рассмотрен на рисунке 16.28, где изображен индукционный преобразователь, выходной сигнал которого пропорционален скорости линейного перемещения катушки. Широкое распространение на практике получили индукционные преобразователи угловых скоростей (тахогенераторы). На рисунке 16.28 схематически показан тахогенератор с вращающимся постоянным магнитом. В зазоре магнитопровода расположен постоянный магнит, связанный с контролируемым объектом. При вращении магнита изменяется магнитный поток, пронизывающий обмотку ω. Подбирая определенную форму магнита и по­люсов магнитопровода, можно добиться синусоидального изменения магнитного потока в магнитопроводе при вращении магнита. Амплитуда выходного напряжения и его частота пропорциональны частоте вращения о магнита. Существуют также тахогенераторы переменного тока с вращающимся ферромагнитным якорем, в которых магнитный поток создается дополнительной обмоткой возбуждения, а при вращении якоря изменяется магнитное сопротивление цепи, и тахогенераторы переменного тока с короткозамкнутым ротором. Иногда используются тахогенераторы постоянного тока, представляющие собой генератор с коллектором и щетками и возбуждением от постоянных магнитов или от внешнего источника постоянного тока. Электростатические преобразователи скорости. В простейшем случае электростатический преобразователь скорости выполнен в виде конденсатора, одна из пластин которого перемещается относительно другой со скоростью V, Принцип действия таких преобразователей основан на следующем явлении: при изменении емкости С конденсатора.

Рисунок 16.29 – Преобразователь скорости с электретом

Рисунок 16.30 – Индукционный преобразователь скорости.

Индукционный преобразователь скорости, к которому приложено постоянное напряжение U, его зарядный ток (изменяется пропорционально скорости изменения емкости) вычисляется по формуле (16.34)

i = dq/dt == U (dC/dt), (16.34)

где q=UC – заряд конденсатора.

Если изменение емкости пропорционально перемещению пластины конденсатора, то выходной ток пропорционален скорости этого перемещения.

В последние годы вместо конденсатора с источником питания используют электреты. Электрет представляет собой диэлектрик, имеющий постоянную поляризацию. Плотность остаточных зарядов электретов составляет примерно 10 -7 -10 -8 Кл/см 2 . Заряд сохраняется в течение многих лет. Преобразователь скорости с электретом (рисунок 16.29) состоит из конденсатора с подвижным электродом 1 и электрета 2. Выходной ток преобразователя имеет значения около 10 -7 А.

Преобразователи скорости с вязким трением. Принцип действия этих преобразователей основан на зависимости усилия от скорости перемещения тела, преодолевающего вязкое трение. В преобразователях скорости гидравлической системы поршень, связанный с контролируемым объектом, движется в цилиндре с жидкостью. При этом на цилиндр действует сила, пропорциональная скорости.

Широкое распространение получили преобразователи скорости индукционной системы (рисунок 16.30). Преобразователь состоит из постоянного магнита 1 и диска 2 из электропроводного материала, укрепленных на полуосях. Между диском и магнитом имеется воздушный зазор. При перемещении магнита относительно диска в последнем индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с потоком постоянного магнита создает момент, вращающий диск 2. С помощью спиральной пружины 3 этот момент преобразуется в угол поворота α. В резуль­тате угол поворота α пропорционален угловой скорости ω вращения магнита. В дальнейшем этот угол α преобразуют в электрический сигнал преобразователем угловых перемещений.

Корреляционный и доплеровский методы измерения скорости. Сущность корреляционного метода измерения скорости можно проиллюстрировать на примере измерения скорости движения ленты (рисунок 16.31). Лента 1 движется со скоростью V. На расстоянии 1 друг от друга установлены две оптические системы, содержащие осветители 2 и 5 и оптоэлектрические преобразователи 3 и 6. Выходные сигналы преобразователей 3 и 6 усиливаются усилителями 4 и 7 и подаются на входы коррелятора 9, причем сигнал с выхода усилителя 4 проходит через блок регулируемой задержки 8. Неоднородность поверхности контролируемой ленты приводит к модуляции яркости сигналов, воспринимаемых оптоэлектрическими преобразователями, и соответственно к модуляции электрических сигналов на выходах усилителей 4 и 7. Очевидно, что взаимная корреляционная функция этих сигналов будет иметь максимум при временном сдвиге τх=l/V, равном времени прохождения лентой расстояния /между оптическими системами. Задержка сигнала с выхода усилителя 4 на время τх осуществляется блоком регулируемой задержки 8, который управляется сигналом с выхода экстремального регулятора 10, обеспечивающего максимальное значение сигнала на выходе коррелятора 9. Величина у, пропорциональная задержке τх сигнала в блоке 8, выводится на отсчетное устройство 11, шкала которого может быть проградуирована непосредственно в единицах скорости движения. Корреляционный метод измерения скорости находит практическое применение в таких задачах, как измерение скорости проката, скорости движения судна (относительно дна водоема) и т. п. При этом обеспечивается весьма высокая точность измерений. Так, погрешность корреляционного измерителя скорости проката составляет 0,1 %.

Для дистанционного измерения скоростей самолетов, автомобилей и других быстродвижущихся объектов используют доплеровские измерители скорости. Как известно, эффект Доплера заключается в том, что если передатчик, или приемник, или отражатель радиоволн (акустических волн) сближается (удаляется) со скоростью V, то частота принятого сигнала отличается от частоты излученного сигнала на величину, пропорциональную этой скорости. Поэтому выходной величиной доплеровских преобразователей скорости является частота, равная разности частот излученного и принятого сигналов.

Рисунок 16.31 – Структурная схема прибора для измерения скорости движения ленты

Рисунок. 16.32 – Преобразователь ускорений сейсмического типа

Преобразователи ускорения. Для измерения ускорений могут быть применены датчики перемещения или скорости, выходной сигнал которых дифференцируется соответствующее число раз. Однако наибольшее распространение на практике получили преобразователи ускорений сейсмиче­ского типа. Отличительной особенностью указанных преобразователей является отсутствие механической связи между контролируемым объектом и неподвижным, относительно которого этот объект перемещается.

Принцип действия преобразователя сейсмического типа иллюстрируется на рисунке 16.32.

Преобразователь состоит из корпуса 1, которому сообщается входное перемещение х с ускорением a=d 2 x/dt 2 , массивного тела (инерционной массы) 3, упруго укрепленного к корпусу через систему упругих элементов (пружин) 4, и демпфера 2. Сила, действующая на массу m под воздействием ускорения а, равна F=ma и вызывает перемещение у инерционной массы 8 относительно корпуса 1 до тех пор, пока эта сила не уравновесится противодействующей силой сжатой пружины 4. При этом перемещение у и ускорение а связаны соотношением (16.35)

где с= 1/W – эластичность пружины;

W – жесткость пружины.

Полученное перемещение у преобразуется далее в электрический сигнал преобразователем перемещений того или иного типа.

Для улучшения динамических свойств преобразователя при работе с изменяющимися ускорениями в его конструкцию вводится демпфер 2, использующий вязкое трение для создания силы, пропорциональной скорости движения инерционной массы относительно корпуса и равной

Читайте также:  Четыре схемы на к157уд2

где R – коэффициент вязкого трения.

В этом случае движение инерционной массы относительно корпуса описывается операторным способом.

При измерениях изменяющихся ускорений и, в частности, колебательных процессов представляет интерес амплитудно-частотная характеристика преобразователя (16.36)

, (16.36)

где – собственная частота колебаний;

– отношение частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний;

– коэффициент демпфирования.

Анализ (16.36) показывает, что динамические погрешности преобразователя малы при коэффициентах демпфирования v = 0,6-0,7 и при измерениях ускорений, меняющихся с частотой ω 3ω отноше­ние y/x

1 , т. е. инерционная масса 3 остается практически неподвижной, а корпус колеблется относительно нее с перемещением х.

Дата добавления: 2015-01-13 ; просмотров: 2085 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Самодельный измеритель инерционных перегрузок в автомобиле (индикатор ускорения)

С помощью этого измерителя вы сможете узнать, сколько “G” вы сможете выжать на своем авто. Измеритель в действии:

Целью данного проекта является сборка устройства, которое смогло бы измерить перегрузки, которые вы испытываете в своем автомобиле. К тому же оно должно удобно устанавливаться у лобового стекла автомобиля. Устройство имеет трехсимвольный 7-сегментный светодиодный дисплей, отображающий перегрузки в режиме реального времени с точностью до десятых. Список необходимых деталей:

  • Стабилизатор напряжения LM7805 5 В

  • Микроконтроллер PIC 18F452 Является «мозгом» всего устройства

  • Акселерометр ADXL320 Основной сенсор – измеряет ускорение и выдает аналоговое значение эквивалентное ускорению.

  • 7-сегментный светодиодный индикатор Необходим для отображения текущего значения перегрузки. Управляется микроконтроллером. Требуется 3 шт.

  • Кварцевый резонатор 20 МГц Может быть заменен на кварцы частотой в 4 МГц и 8 МГц без каких-либо последствий.

  • Элемент питания типоразмера «Крона» 9 В
  • Пластиковый корпус для проекта
  • Все необходимое оборудование для пайки
  • Макетная плата
  • SPST переключатель

Теперь перейдем к схеме. Схему можно разделить на три главные части : схема сенсора, в которой сенсор подключается к аналого-цифровому преобразователю микроконтроллера; схема питания, включающая в себя переключатель, стабилизатор напряжения и элемент питания; схема подключения 7-сегментных индикаторов к микроконтроллеру.

Характеристики каждой части схемы:

  • Схема питания Схему питания представляет собой соединенный с стабилизатором 9 В элемент, что гарантирует стабильной напряжение в 5 В и конденсатор емкость в 10 мкФ между землей и плюсом питания.
  • Схема сенсора Подключается сенсор крайне просто – соединяем аналоговый вывод микроконтроллера AN с выводом Y-axis сенсора. Остальные выводы сенсора не используются, естественно за исключением Vcc и Gnd.
  • 7-сегментные светодиодные индикаторы Возможно, соединение индикатора с микроконтроллером может показаться несколько хаотичным. Причина такого соединения крайне проста – вначале писалась программа для микроконтроллера, а лишь потом разводилась схема. Попробую описать теорию работы акселерометра вкратце – акселерометр измеряет ускорение, учитывая гравитационную силу земли, поэтому его также можно использовать для измерения наклона (см. видео).

Теперь перейдем от теории к практике, а именно пошаговой инструкции:

Шаг 1 – Достаем все необходимые детали.

Шаг 2 – Подготавливаем корпус.

Шаг 3 – Отмечаем расположение выводов индикаторов на бумаге.

Шаг 4 – Просверливаем отверстия для выводов индикаторов.

Шаг 5 – Приклеиваем индикаторы к корпусу.

Шаг 6 – Просверливаем отверстие для выключателя и закрепляем его с помощью эпоксидной смолы.

Шаг 7-8 – Вырезаем нужную «фигуру» из макетной платы и помещаем ее в корпус. Устанавливаем элемент питания (это объясняет L-образную форму макетной платы).

Шаг 9 – Собираем все вместе.

Шаг 10 – Подключаем индикаторы к микроконтроллеру.

Шаг 11 – Так все должно выглядеть на данном шаге.

Шаг 12 – Просверливаем отверстия для акселерометра.

Шаг 13 – Приклеиваем акселерометр к корпусу.

Шаг 14 – Соединяем акселерометр с микроконтроллером.

Шаг 15 – «Наводим лоск» с помощью изоляционной ленты.

Шаг 16 – Прикрепляем присоски к корпусу.

Что же касается программного обеспечения, тут все намного проще.

Исходный код предоставлен ниже:

while(1) <
update_char_display(char_disp); //Update 7-Segs
Delay1KTCYx(250); //Delay A Little While
Delay10TCYx(5); //Redundant Delay For A/D
ConvertADC(); //Do A/D Conversion
while( BusyADC() );
current_result = ReadADC();
temp = current_result – past_result;

Единицы измерения ускорения.

Ускорение – это физическая величина (a, от лат. acceleratio), характеризующая быстроту изменения скорости тела. Ускорение является векторной величиной, показывающей, насколько изменяется вектор скорости тела при его движении за единицу времени:

Единицей ускорения в Международной системе единиц (СИ) служит метр в секунду за секунду (m/s 2 , м/с 2 ).

Метр на секунду в квадрате равен ускорению прямолинейно движущейся точки, при котором за одну секунду скорость этой точки увеличивается на 1 м/с. Иными словами, ускорение определяет, насколько изменяется скорость тела за одну секунду. Например, если ускорение равно 5 м/с 2 , то это означает, что скорость тела каждую секунду увеличивается на 5 м/с.

Рассмотрим движение автомобиля. Трогаясь с места, он увеличивает скорость движения, то есть движется ускоренно. Вначале его скорость равна нулю. Тронувшись с места, автомобиль постепенно разгоняется до какой-то определённой скорости. Если на его пути загорится красный сигнал светофора, то автомобиль остановится. Но остановится он не сразу, а за какое-то время. То есть скорость его будет уменьшаться вплоть до нуля – автомобиль будет двигаться замедленно, пока совсем не остановится. Однако в физике нет термина «замедление». Если тело движется, замедляя скорость, то это тоже будет ускорение тела, только со знаком минус.

Мгновенное ускорение тела (материальной точки) в данный момент времени – это физическая величина, равная пределу, к которому стремится среднее ускорение при стремлении промежутка времени к нулю. Иными словами – это ускорение, которое развивает тело за очень короткий отрезок времени:

Направление ускорения также совпадает с направлением изменения скорости Δ при очень малых значениях промежутка времени, за который происходит изменение скорости. Вектор ускорения может быть задан проекциями на соответствующие оси координат в данной системе отсчета.

Равнопеременное движение точки – это движение с постоянным ускорением,

Под словом равнопеременное понимают:

1. Равноускоренное движение – если модуль скорости увеличивается, т.е. ускорение параллельно скорости – ,

2. Равнозамедленное движение – если модуль скорости уменьшается, т.е. ускорение антипараллельно скорости: .

Поскольку ускорение равнопеременного движения постоянно, оно равно изменению скорости за любой конечный интервал времени:

где – скорость в начальный момент времени, принятый за нуль; – текущее значение скорости (в момент времени t). Формула для определения ускорения из состояния покоя (равноускоренное движение, начальная скорость равна нулю: имеет вид:

Если же нулю равна не начальная, а конечная скорость ( торможение при равнозамедленном движении), то формула ускорения принимает вид:

При движении по криволинейной траектории изменяется не только модуль скорости, но и ее направление. В этом случае вектор ускорения представляют в виде двух составляющих: тангенциальной – по касательной к траектории движения, и нормальной – перпендикулярно траектории

В соответствии с этим проекцию ускорения на касательную к траектории называют касательным или тангенциальным ускорением, а проекцию на нормаль – нормальным или центростремительным ускорением.

Тангенциальное (касательное) ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траектории в данной точке траектории движения. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по модулю при криволинейном движении.

Направление вектора тангенциального ускорения совпадает с направлением линейной скорости или противоположно ему. То есть, вектор тангенциального ускорения лежит на одной оси с касательной окружности, которая является траекторией движения тела.

Нормальное ускорение – это составляющая вектора ускорения, направленная вдоль нормали к траектории движения в данной точке на траектории движения тела. То есть, вектор нормального ускорения перпендикулярен линейной скорости движения. Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению. Вектор нормального ускорения направлен по радиусу кривизны траектории.

Полное ускорение при криволинейном движении складывается из тангенциального и нормального ускорений по правилу сложения векторов и определяется формулой:

.

44. Приборы для измерения параметров движения

44. Приборы для измерения параметров движения

Рассмотрим такие параметры движения, как скорость, ускорение, угловые скорость и ускорение.

Для измерения скорости поступательного перемещения достаточно знать длины пути и времени. Тогда средняя скорость:

где ?S – длина пути; ?t – промежуток времени.

Погрешность измерений, само собой разумеется, складывается из погрешностей измерений перемещений и времени

Измерение ускорения при поступательном перемещении измеряется точно так же:

Читайте также:  Сверхнизковольтный преобразователь напряжения

Погрешность измерения ускорений также определяется погрешностями, допущенными при измерении величины перемещения и времени, затраченного на это перемещение.

Для измерения скорости перемещения поступательного движения часто пользуются приборами, которые преобразуют угловую скорость в линейную.

Сперва разберемся с угловой скоростью: это измерение угла поворота х за время ?t; эту величину называют средней угловой скоростью.

Если взять производную по времени, то получим угловое ускорение.

Для измерения линейной скорости применяются различные приборы с электрическими датчиками. Наиболее надежными из них являются приборы с индукционными датчиками: чувствительность – 0,07 мА/мм; погрешность – 12 мм при при 1 см/с.

Для измерения угловых скоростей применяются различные тахометры: механические, гидравлические, магнитные, электрические (обоих типов тока), импульсные и др.

Для измерения линейных ускорений при поступательном движении применяют акселерометры; наибольшей точностью из них обладают те, у которых имеются индуктивные датчики.

Для измерения угловых ускорений используют инерционные приборы с упругим стержнем, с инерционным диском и пружиной.

Перемещения в виде смещений и все другие параметры движения имеют место также при вибрации. Измеряются также частота и амплитуда вибраций, а также фаза, с этой целью применяются виброметры.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Похожие главы из других книг:

Административный регламент Министерства внутренних дел Российской Федерации исполнения государственной функции по контролю и надзору за соблюдением участниками дорожного движения требований в области обеспечения безопасности дорожного движения

Административный регламент Министерства внутренних дел Российской Федерации исполнения государственной функции по контролю и надзору за соблюдением участниками дорожного движения требований в области обеспечения безопасности дорожного движения Приложение к

2.6.2. Настройка параметров соединения на компьютере

2.6.2. Настройка параметров соединения на компьютере Определите, какая операционная система стоит на компьютере, и зайдите в настройки сети.Windows XP: Пуск ? Панель управления ? Переход к классическому виду (если окно на синем фоне) ? Сетевые подключения ? Подключение по

6. Законы Паскаля. Приборы измерения давления

6. Законы Паскаля. Приборы измерения давления Что произойдет в других точках жидкости, если приложим некоторое усилие ?p? Если выбрать две точки, и приложить к одной из них усилие ?p1, то по основному уравнению гидростатики, во второй точке давление изменится на ?p2. откуда

14. Методы определения движения жидкости

14. Методы определения движения жидкости Гидростатика изучает жидкость в ее равновесном состоянии.Кинематика жидкости изучает жидкость в движении, не рассматривая сил, порождавших или сопровождавших это движение.Гидродинамика также изучает движение жидкости, но в

21. Разновидность движения

21. Разновидность движения В зависимости от характера изменения поля скоростей различают следующие виды установившегося движения:1) равномерное, когда основные характеристики потока – форма и площадь живого сечения, средняя скорость потока, в том числе по длине,

43. Частные производные параметров состояния. Термические коэффициенты

43. Частные производные параметров состояния. Термические коэффициенты Свойства реальных веществ описываются термическими коэффициентами.Определение 1. Коэффициентом объемного расширенияaназывается изменение объема вещества при повышении его температуры на один

16. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

16. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ В данном разделе приведены указания по ТО и ремонту различных типов электроизмерительных и регулирующих приборов и приборов теплового контроля (измерения расхода жидкостей и газа, измерения и регулирования давления, измерения

СОТРУДНИКИ ЦНИИ ИМ. АКАД. А. И. КРЫЛОВА Специалисты в области совершенствования параметров магнитного поля ММК

СОТРУДНИКИ ЦНИИ ИМ. АКАД. А. И. КРЫЛОВА Специалисты в области совершенствования параметров магнитного поля ММК И. М. Фомин Л. А. Рудня В. А. Скулябин Е. П. Лапицкий И.И. Гуссв Э. П. Рамлау С. Т. Гузеев К). И. Назаров И. П. Краснов Г. Н.

Специалисты в области совершенствования параметров акустического поля ПМК

Специалисты в области совершенствования параметров акустического поля ПМК И. И. Клюкин М. Б. Якубовский Г. Л. Хорошев Л. С. Никифоров М. М. Мачсварианн В. Л. Постников В. Л.

Глава XI. Судовые навигационные приборы и связь § 52. Электро и радионавигационные приборы

Глава XI. Судовые навигационные приборы и связь § 52. Электро и радионавигационные приборы На каждом судне для следования по намеченному курсу, выбора пути следования, контроля местонахождения в открытом море с учетом изменяющейся навигационной и гидрометеорологической

37. Выбор фильтров: расчет необходимых параметров

37. Выбор фильтров: расчет необходимых параметров Выбор фильтров зависит от замысла разработчика радиоэлектронного узла, а также от типа выпрямителей, которые различают от однополупериодных до мостовых. Если выбрать П-фильтр, то его элементы рассчитывают следующим

39. Приборы для измерения механических величин

39. Приборы для измерения механических величин Измерение механических величин сводится к измерению параметров движения.Для измерения перемещения требуется измерять длины пути. Для этого используются не только механические, но и оптоэлектронные и другие принципы

49. Приборы для измерения давления

49. Приборы для измерения давления Давление – это напряженность жидкостей и газов, а также паров, которую формирует некоторое внешнее воздействие на них.Как измерять эту напряженность?С этой целью измеряют данные, приходящие на единичную площадь той поверхности, на

52. Средства измерения гидравлических параметров жидкости

52. Средства измерения гидравлических параметров жидкости В зависимости от принципа действия, приборов для измерения гидравлических параметров можно выделить много. В качестве работы в них применяются принципы, начиная от перепада давлений до самых современных,

Методы и средства измерения ускорений

Ускорения измеряются в метpax на секунду в квадрате (м/с 2 ). В качестве единицы измерения ускорения часто применяют величину, связанную с ускорением земного притяжения – g. Например, ускорение, равное 0,1g; l0g и т.д. Ускорения могут быть линейными и угловыми. Средства измерения ускорений называются акселерометрами.

Инерциальный метод

Для измерения линейных ускорений применяются инерциальный метод, метод дифференцирования скорости и метод двухкратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы.

Рис. 8.33. Средства измерения ускорений: а – схема акселерометра (1 – инерционная масса; 2 – пружина; 3 – электромагнит; 4 – корпус прибора; 5- демпфер; 6 – преобразователь; 7- ось; У- усилитель); б – схема маятникового акселерометра (1 – подвеска; 2 – жидкость; 3 – корпус; 4 – чувствительный элемент; 5 – преобразователь; У- усилитель); в – схема струнного акселерометра (7 и 5- струнный преобразователь; 2 и 4- струна; 3 – упругий подвес; 6- генератор; 7 – механизм натяжения струн; 8- регулирующее устройство); г – схема акселерометра с волоконно-оптическим преобразователем (1 – источник света; 2 – акселерометр; 3 и 8 – линза; 4 – поляризатор; 5 – фотоупрутий материал; 6 – четвертьволновая пластина; 7 – анализатор; 9 – волоконный светопровод; 10 – приемник излучения – фотодиод)

Инерциальный метод основан на измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Принцип действия средств измерений, реализующий инерциальный метод, состоит в следующем (рис. 8.33, а). Инерционная масса 7, связанная с корпусом прибора 4 с помощью пружины 2 и демпфера 5, может перемещаться в направлении оси 7, называемой осью чувствительности. Перемещение инерционной массы, пропорциональное измеряемому ускорению, преобразуется посредством резистивных, индуктивных или емкостных преобразователей 6 в электрический сигнал, который после усиления в усилителе поступает на электромагнит 3. Последний создает усилие F, уравновешивающее инерционную силу тах, т.е.

Методы дифференцирования

Методы одно- или двухкратного дифференцирования сводятся соответственно к дифференцированию измеренных скорости или расстояния до неподвижной базы.

Требования к точности измерения ускорений определяются областью применения. Так, в инерциальных системах погрешности не должны превышать ±0,001 %. При применении акселерометров в системах управления погрешности могут составлять ±(1 . 2) %. Погрешности средств измерения ускорений в машинах могут достигать ±4 %.

Акселерометры

Рассмотрим некоторые возможные схемы акселерометров (рис. 8.33, б, в, г).

Основными элементами акселерометров являются подвесы инерционных масс, преобразователи сигналов, моментные (силовые) устройства, усилители сигналов и корректирующие устройства (демпферы).

Для уменьшения потерь в осях подвеса, обеспечения линейной зависимости между отклонениями массы и измеряемым ускорением подвес помещают в жидкость с удельным весом, равным удельному весу чувствительного элемента, либо устанавливают его на воздушной подушке, на струнах. Применяют также электромагнитные и криогенные подвесы.

В качестве преобразователей сигналов применяются емкостные, индуктивные, фотоэлектрические, струнные и др. Основные требования к ним: большая разрешающая способность, линейная зависимость выхода от входа, отсутствие реакции преобразователя на чувствительный элемент.

Моментными (силовыми) устройствами для ввода сигналов обратной связи являются моментные двигатели (электродвигатели, работающие в заторможенном режиме) и электромагниты.

Читайте также:  Болтовое соединение с пружинной шайбой

Маятниковый аеселерометр

В маятниковых акселерометрах (см. рис. 8.33, б) чувствительный элемент 4 находится в жидкости 2, заключенной в корпусе 3. Температура жидкости поддерживается с точностью до 0,01 “С, что позволяет устранить ее конвективные движения. Сигнал с чувствительного элемента снимается преобразователем 5 и подается на усилитель У. С выхода усилителя сигнал поступает на моментный двигатель, развивающий момент, зависящий от ускорения.

Струнный акселерометр

В акселерометрах со струнными преобразователями 1 и 5 (см. рис. 8.33, в) смещение массы т меняет упругие свойства струн 2 и 4. натянутых в направлении оси чувствительности. Упругий подвес 3 исключает движение массы т в поперечном направлении. Сумма частот колебаний струн 2 и 4 (f1 +f2) поддерживается постоянной посредством регулирующего устройства 8, для чего она сравнивается с эталонной частотой f0, вырабатываемой генератором 6. Разность Δf = (f1 +f2)-fo используется для управления механизмом 7 натяжения струн. При поддержании значения (f1 +f2) постоянным получается линейная зависимость между измеряемым ускорением ах и разностью частот Δf.

Струнные акселерометры находят применение в инерциальных системах управления. При диапазоне измерения ускорений до 20 g погрешность не превышает ±0,004 %.

Акселерометр с преобразователем

Акселерометр с волоконно-оптическим измерительным преобразователем основан на эффекте фотоупругости. Некоторые материалы (эпоксидная смола, нитрат лития и др.) меняют свои оптические свойства при их деформировании. На этой основе создан целый ряд средств измерения, в которых сила преобразуется в деформацию. На рис. 8.33, г источник света 1 (например, полупроводниковый лазер), проходя через линзу 3 и поляризатор 4, поступает на стержень из фотоупругого материала 5, изменяющий свое напряженное состояние в зависимости от ускорения груза акселерометра 2. Преобразуя полученный сигнал с помощью четвертьволновой пластины 6, анализатора 7 и линзы 8, он поступает по волоконному светопроводу 9 на приемник излучения (фотодиод) 10. В результате определяется величина ускорения с достаточно высокой точностью. Так, при массе груза 25 г чувствительность рассмотренного акселерометра составляет 0,01g.

Тема 5 Измерение угловых и линейных размеров. Приборы для измерения скорости, ускорений и вибрации

1. Измерения абсолютных и условных величин;

2. Измерение угловых величин;

3. Измерение перемещений;

4. Общие сведения о движении;

5. Тахогенераторный преобразователь скорости;

6. Электростатический и индукционные преобразователи скорости;

7. Определение пройденного пути и ускорения;

8. Измерение перемещения при вибрации.

5.1 Общие сведения

Угловые размеры ограничены полной окружностью, и измеряются применяемые в технике методами с погрешность 0,5-1%.

Наибольшее применение получили методы, использующие реостатные преобразователи, верхний предел измерения которых может достигать 3600. На практике эти преобразователи выполнены на углы 90, 60 и 10-150 и обеспечивают порог чувствительности порядка 10-20 %.

Для точных измерений применяют дискретные методы на основе электроконтактных преобразователей, кодовых дисков с контактными, фотоэлектрическими и индуктивными методами съема сигнала. Погрешность 1-30%.

Измерение линейных размеров производят в широком диапазоне от долей микрометра до сотен тысяч км.

Диапазон измерений подразделяют на ряд характерных групп:

1. измерение между телами (расстояние более 1 метра );

2. измерение уровней (разность уровней верхнего и нижнего размеров от 100 мм до 100 м );

3. измерение в машиностроении (от единицы микрометра до нескольких метров);

4. измерение толщины тонких пленок и шероховатостей (от долей до десятков микрометров).

Для каждой из групп имеются свои методы измерения, которые будут рассматриваться ниже.

5.2 Измерение условных величин

Устройства для измерения перемещений выполняют на основе реостатных преобразователей. Достоинства: высокая точность, погрешность составляет 0,03-0,05 %, большая выходная мощность, простота, работа без усилителей.

Рисунок 5.1 – Устройство серийного преобразователя МУ-62

(1 – рычаг перемещения, 2 – движок реостата, 3 – преобразователь)

Устройство серийного преобразователя МУ-62. Сопротивление преобразователя – 250 Ом. Полный угол поворота ползунка – 60 0 . погрешность ±0,3%.

5.3 Устройство индуктивного преобразователя

Структурная схема индуктивного преобразователя представлена на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 – Индуктивный преобразователь

Подвижный якорь 1 имеет две степени свободы и может отклоняться от центрального положения по направлениям Х и У. Два дифференциальных преобразователя 2 и 3 включены соответственно в два питаемых переменных таком частот 500 Гц неравновесных моста МХ и МУ, с фазочувствительным демодуляторами и двумя указателями УК, по которым подсчитываются координаты jХ и jУ измеряемого углового отклонения. Предел измерения этих приборов составляет 2.5 %, порог чувствительности – 0.5 %.

5.4 Устройство электрического преобразователя

Структурная схема электрического преобразователя представлена на рисунке 5.3


Рисунок 5.3 – Электрический преобразователь

Верхняя крышка сосуда выполнена из изоляционного материала, в ней находятся 4-ре симметрично расположенных контакта. Металлическое дно является токопроводом к электролиту 4. Воздушный пузырек 5 при строго вертикальном расположении перекрывает половину каждого из четырех контактов.

При изменении положения преобразователя от вертикали на угол φ, воздушный пузырек располагается несимметрично. Таким образом, некоторые контакты перекрываются электролитом больше, другие – сухие. Их сопротивление становятся неравными между собой. Эти сигналы поступают на два равновесных моста.

Рисунок 5.4 – Измерение с использованием равновесного моста

5.5 Измерение расстояний

Простой способ измерения расстояния, пройденного движущимся объектом, является подсчет числа оборотов колеса, сцепляющегося с полотном дороги. Этот метод используется для измерения пройденного пути автомобилем с помощью механического счетного устройства барабанного типа, подключенного к трансмиссии автомобиля через понижающий редуктор.

В современных морских лагах передача угла поворота крыльчатки лага к измерительному устройству осуществляется электрическим путем с помощью синхронной сельсинной передачи. Кроме того, используется преобразование частоты вращения колеса или крыльчатки в частоту электрических импульсов. Пройденный путь определяется как интервал от скорости по времени, путем подсчета полного числа импульсов за время пути с непрерывной подачей информации на табло прибора.

Этот метод используется для точного измерения пути на участке движения космической ракеты. При этом в качестве исходного явления используют эффект Доплера, состоящий в том, что для неподвижного наблюдателя появляется явление изменения частоты передатчика удаляющейся ракеты. Это изменение частоты пропорционально скорости движения, обеспечивая непосредственный отсчет мгновенных значений пройденного пути.

5.5.1 Радиолокационный метод измерения расстояний

Применяется для определения расстояния удаленных предметов. Этот метод состоит в том, что мощный передатчик излучает короткий радиоимпульс в 1 мкс в направлении объекта. Достигнув объекта, он отражается и через некоторое время он воспринимается приемником.

Рисунок 5.5 – Радиолокационный метод измерения расстояний

Время, прошедшее со времени излучения импульса до момента его возвращения, тем больше, чем больше расстояние до объекта. Так как скорость распространения радиоволн известна (300000 км/с), то при расстоянии до объекта в 30 км время посылки импульса и возврата составит в 200 мкс.

Наблюдение таких коротких отрезков времени производится на экране осциллографа, причем экран трубки должен быть отградуирован в значениях измеряемого расстояния.

Для измерения малых расстояний используют акустические колебания, скорость распространения которых в несколько раз меньше. Этот метод применяется для измерения морских глубин. Он называется методом гидролокации. Скорость распространения звуковых волн в морской воде составляет 1.5 км/с, это позволяет измерять расстояние от нескольких километров до нескольких миллиметров.

Этот метод используется для ультразвукового просвечивания металлических изделий для обнаружения в них трещин, раковин и других дефектов. Этот метод в данном случае называется ультразвуковой дефектоскопией. В этом случае передатчик и приемник ультразвуковых колебаний непосредственно соприкасаются с исследуемой деталью, т.к. время прохождения импульса очень мало, используют осциллограф для измерения расстояний.

Для точных измерений малых длин в пределах единицы десятков миллиметров применяются приборы с лазерными интерферометрами, приведенная погрешность которых составляет ±0,00025%. Применение лазерной техники позволяет осуществлять бесконтактный контроль и измерение размеров объектов, находящихся в труднодоступных местах и сложных условиях производства.

5.6 Измерение скорости, ускорений, вибрации

Движение бывает двух видов:

1. однонаправленное поступательное движение или вращательное движение;

2. колебательное движение, которое бывает линейным или крутильные колебания, когда периодически меняется направление движения.

Параметры этих движений:

1. пройденный путь;

Эти параметры связаны дифференциально-интегральными зависимостями, т.е. если мгновенное значение пройденного пути равно Х, то значение мгновенной скорости равно:

Таким образом, зная один параметр, используя интернирование или дифференцирование, можно найти два других.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector