Электронные методы и приборы для измерения перемещений. Аналоговые и цифровые измерительные системы

Перемещения можно измерять емкостными, индуктивными и индукционными преобразователями. В емкостных преобразователях используется чаще всего зависимость расстояния между пластинами конденсатора и его емкостью.

Индуктивные преобразователи построены на зависимости индуктивного сопротивления катушки, питаемой переменным током, от перемещения деталей магнитопровода. Измерительный комплекс состоит из датчика и регистрирующего устройства. Датчик представляет собой катушку с отводом по середине. Внутри катушки перемещается ферро-магнитный сердечник, соединенный с исследуемой конструкцией. Регистрирующий комплекс содержит такую же катушку, внутри которой перемещается регулировочный сердечник. Катушки соединены так, чтобы образовался индуктивный мост. С помощью регулировочного сердечника мост балансируется. При перемещение конструкции, перемещается связанный с ней сердечник катушки-датчика, мост разбалансируется, величина разбаланса пропорциональна исследуемому перемещению. Это напряжение подается на индикатор и устройство памяти.

15. Оптические методы измерения перемещений. Фотограмметрия и стереофотограмметрия.

Фотограмметрия: пространственные координаты точек объекта определяются путём измерений, выполняемых по двум или более фотографиям, снятых из разных положений.

При помощи специального устройства с высокой разрешающей способностью (фототеодолит) делают фотографии до нагружения и после. На фотографии, выполненной после нагружения, фиксируется объект в деформированном состоянии. Сопоставляя фотографии, отслеживают перемещения. Для этой цели используется оптический компаратор, который представляет собой стол 1, с двумя перемещающимися площадками 2. На эти площадки направлены два микроскопа 3 и оператор видит два изображения. Одно из них – изображение конструкции в недеформированном состоянии, другое – в деформированном.

Системы перемещения площадок снабжены отсчетными устройствами. Первоначально добиваются совмещения двух неподвижных точек (на фундаменте) и фиксируют отсчет. Разница между отсчетами соот-т исследуемому перемещению. Зная фокусное расстояние теодолита и расстояние от центра оптической системы до объекта, из подобия треугольников определяют исследуемое перемещение. Этот метод позволяет получить плоскую картину.

Расстояние 50м, точность 0,1 мм.

Стереофотограмметрия: Этот вид съемки позволяет производить высокоточные 3-х мерные измерения, как на малых, так и на больших пространствах, но требует использования сложной и дорогостоящей техники. При этом съемка производится с двух разных точек и для обработки используется стереокомпаратор.

16. Измерение деформаций. Механические методы. Тензометр Гугенбергера, тензометр Аистова, индикаторы.

Тензометр Гугенбергера является одним из наиболее известных и широко используемых средств измерений. Корпус его имеет в нижней части поперечину с неподвижной призмой, которая вместе с подвижной призмой определяет базу измерений. Изменение длины базы при деформации детали приводит к повороту подвижной призмы и связанного с ней рычага. Отклонение вершины рычага передается через траверсу на стрелку, которая поворачивается в шарнире и перемещается перед зеркальной шкалой. Траверса опирается на штифты, к которым она прижимается натяжением пружины. Пружина выбирает зазоры в соединениях для устранения мертвого хода. Винт оси стрелки позволяет поставить ее в закрепленном тензометре на любое место шкалы, а также переставлять стрелку при измерениях деформаций, больших, чем деформация, соответствующая данной шкале. Высокую точность измерений тензометра обеспечивают призмы, которые входят во все его сочленения.

Тензометр Аистова также использует принцип системы рычагов и винтовой пары. Деформация исследуемого объекта приводит к перемещению ножа, вызывающего отклонение второго плеча рычага. Это приводит к размыканию электрической цепи и прекращению сигнала индикатора. Повторное замыкание цепи происходит при вращении винта, перемещение которого фиксируется. Точность отсчета при этом зависит от шага резьбы винта и при соотношении плеч рычагов.

Широкое распространение также получили тензометры с индикаторами. При этом деформация исследуемого объекта воспринимается подвижным рычагом и передается на измерительный шток индикатора. Точность измерений определяется точностью используемого индикатора и может быть повышена изменением соотношения плеч рычагов. Приборы могут применяться для измерения как временных, так и статических деформаций, вызванных либо приложением к конструкции внешней силы, либо температурным градиентом. Тензометры имеют подвижные и неподвижные ножки, которые выполняются в виде конуса и устанавливаются в отверстия, нанесенные в исследуемой детали и равные до деформации базе прибора, либо они имеют углубления соответствующей формы, которыми тензометр прижимают при измерении к шарикам, запрессованным в деталь. Для учета удлинений детали, обусловленных изменениями температуры, применяют контрольную пластинку из того же материала, что и исследуемая деталь, с нанесенной базой, равной базе тензометра. Контрольную пластинку располагают при измерениях так, чтобы температура ее была равна температуре детали, а механические напряжения отсутствовали. Она служит также для проверки тензометра и устранения погрешностей, связанных с износом ножек. В качестве измерительного механизма в тензометрах используются индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм и 0,002 мм., регистрация показаний визуальная. Приборы просты в обращении и надежны в работе.

17. Метод электротензометрии. Тензорезистры, устройство, виды, принцип работы.

Сущность метода электротензометрии закл. в существовании связи между изменением Эл. Сопротивления и относит. деформацией.

На испытуемую конструкцию крепятся тензорезистры, тонкие полоски металла с заданным сопротивлением. Через мостовую схему они соединяются с компьютером. Конструкция нагружается и деформируется. Вместе с ней деформируются и тензодатчики, они растягиваются и изменяют свое сопротивление. Это изменение регистрируется компьютером. По величине изменения сопротивления определяется величина деформации конструкции.

Тензорезистры бывают: плоскими и объемными, фолговыми, с рисками, многоразовые.

Тензодатчик представляет собой прибор, преобразующий механическую величину (силу или пропорциональную ей деформацию) в электрический сигнал.

Одна из основных частей любого тензодатчика — силоизмерительный упругий элемент из специальной легированной стали. На его поверхности расположены преобразователи, выполненные из проволоки, обладающей особым свойством—тензочувствительностью, т. е. способностью изменять сопротивление электрическому току при деформации.

18. Мостовые измерительные схемы. Термокомпенсация тензорезисторов.

Измерительный мост

Измерительный мост (Мост Уинстона, мост Уитстона, мостик Витстона) — устройство для измеренияэлектрического сопротивления

Если все сопротивления, составляющие мост (см. схему в начале статьи), равны между собой, то, при любых значениях напряжения между точками А и В, токи через все резисторы по закону Ома будут равны между собой. Следовательно, напряжение между точками С и B будет равно нулю. Но если какое-либо сопротивление будет отличаться от трёх других, то между точками C и B появится разность потенциалов (напряжение). Если же это сопротивление будет менять своё значение под воздействием какого-либо внешнего физического фактора (изменения температуры, светового потока извне и т. д.), то напряжение между точками C и B будет менять своё значение в соответствии с изменением параметров внешнего физического фактора. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом, а напряжение между точками C и B — выходным сигналом. Далее выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его анализировать, раскладывать на гармонические составляющие и т. д.

Термокомпенсация

На тензодатчики, и соответственно на точность измерений, проводимых с их использованием, существенное влияние оказывает температура.

Это обусловлено следующими факторами:

· зависимостью удельного сопротивления материала тензодатчика от температуры;

· зависимостью коэффициента объемного расширения материала от температуры;

· разностью коэффициентов температурного расширения датчика, подложки, материала исследуемого образца.

Таким образом, сопротивление тензодатчика изменяется с изменением температуры даже при отсутствии воздействия сил на исследуемый образец.

Для решения задачи защиты от температурного воздействия используются различные методы термокомпенсации.

При изготовлении тензорезистров, фирмы производители используют специальные сплавы, минимизирующие влияние температурных воздействий в заданных интервалах температур.

Для исключения влияния температуры используют следующий метод. Перед проведением испытаний, подбирают точно такую же поверхность(конструкцию), идентичную испытуемой. На нее вместе с испытуемой конструкцией крепят тензодатчики. Но при этом конструкция, которая не подвергается испытанию, находится в нормальных температурных условиях. Снимают показатели, и находят разницу в показаниях изменений сопротивления тензодатчиков. Данное значение покажет разницу: влияние температуры на тензодатчик. И при проведении испытаний, данное значение учитывают и вносят поправки в показания тензодатчиков, которые находятся испытуемой конструкции.

19. Калибровка элуктротензометрической аппаратцры

Тензометрическая аппаратура состоит из: тензодатчиков и прибор для снятия показаний.

Тензометрический датчик (тензодатчик; от лат. tensus — напряжённый) — датчик,

преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), основной компонент тензометра.

Конструктивно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде петлеобразной решетки, который крепится с подложкой с помощью клея. Чувствительные элементы обычно изготавливаются из тонкой проволоки, фольги, а также могут быть образованы напылением в вакууме полупроводниковой пленки. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, пленку и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь в тензорезисторе имеются выводные концы или контактные площадки. На исследуемый объект тензорезисторы крепятся с помощью связующего (клея)со стороны подложки.

Калибровке подвергаются оба элемента.

Тензодатчики калибруются прям на заводе у производителя тензодатчиков.

Аппаратура калибруется на месте проведения испытаний. Обусловлено это тем, что аппаратура принимающая сигнал с тензодатчиков может быть настроена на разные тензодатчики, и в зависимости от испытания возможно использование тензодатчиков разного сопротивления. Поэтому аппаратуру необходимо калибровать перед каждым новым испытанием.

Для калибровки аппаратуры используют следующий метод:

Берется конструкция, с заведомо известными деформационными характеристиками. На нее прилагается нагрузка и проверяются показания аппаратуры. Определяют отклонения от показаний и настраивают аппаратуру на нужные показания.

20. Аналоговые и цифровые измерители деформации. Автоматизированные системы измерений.

Прибор АИД-1М – автоматический измеритель деформации.

Состоит из синхронно-реактивного двигателя, измерительного моста.

Принцип работы СРД. Статор двигателя имеет 2 обмотки, сдвинуты друг относительно друга на 90град. Ротор двигателя представляет собой полый алюминиевый цилиндр. Одна из обмоток наз. Обмотка возбуждения ОВ, др. – обмотка управления ОУ.

При включении двигателя ОВ создает магнитный поток, который наводит в контуре якоря ток. Якорь представляет собой замкнутый цилиндр, поэтому возникает магнитное поле, полярность которого противоположна полю ОВ.

Эти потоки взаимно притягиваются и двигатель заторможен. Если на ОУ подать напряжение, к-е по фазе отл-ся от напряжения на ОВ, двигатель начнет вращаться, причем в ту сторону, в которую сдвинута фаза.

Измерительный мост прибора состоит из актив. и компен. Тензорезисторов, добавочных сопротивлений R1, R2 и реохорда Rp. Сигнал с движка реохорда подается на вход усилителя и на ОУ СРД. Ось двигателя через редуктор (понижает скорость движения двигателя) соединена с отсчетным устройством и реохордом так, чтобы образовалась отрицательная обратная связь.

При включении устр-ва сигнал разбаланса моста подается на вход усилителя и после усиления на ОУ СРД. Двигатель начинает вращаться, движок реохорда перемещается в сторону баланса моста. При наступлении баланса сигнал на выходе становится равным нулю, двигатель затормаживается и по стрелке отсчет. устр-ва можно снять отсчет.

Если под активным сопротивлением произойдет деформация, то баланс моста нарушится, и на выходе усилителя появится сигнал. Двигатель начнет вращаться, и когда, мост будет сбалансирован, двигатель затормозится. Но стрелка переместиться. Разница отсчетов – деформация.

Цифровые измерительные устройства. Мост питается импульсным напряжением. Сигнал разбаланса подается на усилитель и после усиления на один из входов схемы сравнения. На другой вход схемы сравнения подается сигнал в виде импульса ступенчатой формы. Счетчик считает число ступеней. Как только амплитуды сигналов на входах схемы сравнения сравняются, на выходе появится сигнал запрещающий счет.

Счетчик считает число импульсов, соот-х амплитуде сигнала. Результаты счета подаются в память компьютера.

Дата добавления: 2015-05-10