ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тихоокеанский государственный университет»
Кафедра технологической информатики и информационных систем
Контрольная работа по дисциплине
«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»
Объект исследования:
«Методы и средства измерений скорости движения»
Выполнил:
Студент группы)
Номер зачетной книжки.
Проверил:
_____________________________
Хабаровск 2020 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Методы и средства измерения линейных скоростей 3
2 Методы и средства измерения скоростей вращения 8
Список использованных источников 13
1 Методы и средства измерения линейных скоростей
Параметрами механического движения (кроме перемещения), подлежащими измерению на практике, являются скорость и ускорение. Это кинематические параметры и они связаны между собой.
Параметры движения по характеру изменения во времени можно разбить на параметры поступательного, вращательного и колебательного движений.
Средства измерений и контроля, предназначенные для измерения линейных скоростей, называются измерителями скорости, средства для измерения и контроля угловых скоростей (частоты вращения) -тахометрами, а средства для измерения ускорений − акселерометрами.
Наиболее распространённые методы измерения линейных скоростей движущихся твёрдых тел: аэрометрический, компенсационный, термодинамический, корреляционный, доплеровский, электромагнитный, инерциальный и др.
Аэрометрический метод(рис. 1, а) основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью тела, движущегося в воздушной среде.
Скоростной напор определяется манометрической коробкой 3 путём сравнивания статического давления, образуемого при движении воздушной среды в приёмнике статического давления 1 и приёмнике полного давления 6. Результат сравнения показывается стрелкой 4 на отсчётном устройстве.
Средства измерения, построенные на аэрометрическом методе, позволяют измерять скорость с погрешностью, не превышающей 2...3%.
Компенсационный метод (рис. 1, б) основан на автоматическом уравновешивании полного давления рп и давления рk, развиваемым воздушным компрессором 1. В манометрическом реле 2 с двумя полостями, в одну из которых поступает полное давление рт а во вторую − давление рk, рп и рk уравновешиваются. Замыкание цепи двигателя 3, приводящего во вращение компрессор, происходит тогда, когда давление рп больше рk. При этом мембрана манометрического реле 2 прогибается влево. При замыкании и размыкании контактов частота вращения электродвигателя поддерживается такой, при которой обеспечивается равенство рп и рk.
Рис. 1. Методы измерения и контроля линейных скоростей:
а − аэрометрический (1 − приёмник статического давления; 2 − корпус;
3 − манометрическая коробка; 4 − стрелка; 5 − трубопроводы; 6 − приёмник
полного давления); б − компенсационный (1 − воздушный компрессор;
2 − манометрическое реле; 3 − двигатель); в − термодинамический
(1 − открытая термопара; 2 − сумматор; 3 − делитель; 4 − экранированная
термопара); г −турбинный (7 − тангенциальная турбинка;
2 − аксиальная турбинка)
Термодинамический метод(рис. 1, в) основан на измерении температуры заторможенного потока воздушной среды с помощью открытой термопары 7 и экранированной термопары 4 (либо других преобразователей температуры). Разность сигналов этих термопар улавливается сумматором 2 и делителем 3. Для реализации этого метода необходимы малоинерционные измерители температуры. Погрешности средств измерений скоростей по этому методу обусловлены непостоянством параметров преобразователей температуры (7 и 4).
В турбинном методе(рис. 1, г) используется кинетическая энергия воздушного или водного потока для вращения тангенциальной 7 или аксиальной 2 турбинки. Частота вращения турбинки со будет пропорциональна скорости движения. Средства измерений в виде аксиальной турбинки нашли широкое применение при измерении скорости морских кораблей.
В последнее время всё чаще применяются корреляционные измерительные устройства, в частности, бесконтактный измеритель скорости проката, бумажного полотна или скорости движения транспортных средств.
Схема измерителя приведена на рис. 2. За перемещаемым объектом следят два фотоприёмника 7 и 2, размещённые на расстоянии l друг от друга. Они воспринимают отражённый от движущегося объекта свет. Сигналы фотоприёмников усиливаются, фильтруются и преобразуются в цифровой вид блоками 3, после чего поступают в процессор, который выполняет функции коррелятора. При появлении нерегулярностей (окалины на ленте проката, цветного рисунка и т.д.) соответствующие пики выходного сигнала второго фотоприёмника оказываются сдвинутыми на интервал времени Δt относительно аналогичных выбросов выходного сигнала первого фотоприёмника. Интервал Δt определяется корреляционным методом, по взаимно-корреляционной функции R(τ), которая описывается интегральным выражением
Так как сигнал второго фотоприёмника отстаёт на интервал времени Δt, то можно записать, что
, т.е. сигналы u1 и u2 подобны по форме, а сигнал u1 отстаёт во времени на величину транспортного запаздывания. Для определения R(τ) в корреляторе (вычислителе) сигнал u1 последовательно задерживается блоком регулируемого запаздывания и умножается на сигнал u2, а их произведение интегрируется во времени. Выходным сигналом интегратора является взаимно-корреляционная функция. Эти операции выполняют до появления максимума функции, указывающего на то, что регулируемая задержка сигнала u1 в корреляторе достигла значения Δt. Значение регулируемой задержки при этом известно. Средняя скорость движения контролируемого объекта v составляет l/Δt и при постоянстве базы l равна обратному значению величины Δt.
Рис. 2. Бесконтактный корреляционный измеритель скорости перемещения объекта: а − функциональная схема измерителя скорости; б − зависимости сигналов фотоприёмников 7 и 2 от времени
Для измерения скоростей газовых потоков применяются термоанемометры − приборы, основанные на зависимости между количеством тепла, теряемым непрерывно нагреваемым или предварительно нагретым телом, и скоростью потока газа (редко жидкостью), в котором это тело находится. Таким образом, по температуре данного тела (например, нагреваемой током проволочки, помещённой в поток газа (воздуха) можно судить о скорости этого газа (воздуха)). При скорости газа более 3 м/с чувствительность термоанемометров очень низкая, поэтому они пригодны для измерения только малых скоростей потоков воздуха, газов или жидкости.
Измерители скорости, работающие на использовании эффекта Доплера, имеют в своём составе радар, включающий в себя источник ультразвуковых колебаний с частотой fo, и приёмник ультразвуковых колебаний, отразившихся от движущегося со скоростью v объекта. Если объект приближается к радару, то частота колебаний f, отразившихся от него, будет больше первоначальной. Если наоборот, то частота будет меньше. Таким образом, по разности частот (f − fo) можно узнать о скорости объекта и о направлении его движения [1-2].
2 Методы и средства измерения скоростей вращения
В настоящее время наиболее широкое распространение в технике получили следующие методы измерения и контроля скоростей вращения: центробежные, магнитоиндукционные, электрические (постоянного и переменного тока), индукционные и стробоскопические.
Центробежный метод характерен тем, что чувствительный элемент реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами вращающегося вала. Этот метод реализуется в коническом и кольцевом тахометрах.
В коническом тахометре (рис. 3, а) на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузики т, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2. Изменение положения муфты 1 регистрируется показывающим элементом тахометра − стрелкой. В кольцевом тахометре (рис. 3, б) при не вращающейся оси 2 (ω = 0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на определённый угол. При вращении кольцо стремится занять положение, перпендикулярное оси вращения, и вызывает перемещение муфты 1 и стрелки отсчётного устройства.
Рис. 3. Центробежные тахометры:
а − конический (1 − муфта; 2 − пружина); б − кольцевой (1 − муфта; 2 − ось)
Центробежные тахометры нередко применяются в качестве преобразователей в регуляторах частоты вращения. Недостатком этих средств измерения является отсутствие дистанционности, значительные погрешности и технологические трудности в изготовлении и регулировании.
Магнитоиндукционный методоснован на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от частоты вращения. Та
хометры, построенные на этом методе, выполняются в двух вариантах: с цилиндрическим чувствительным элементом (рис. 4, а) и дисковым чувствительным элементом (рис. 4, б). Основной частью магнитоиндукционного тахометра являются измерительный узел, который состоит из постоянного магнита 1 и чувствительного элемента 2, выполненного в виде полого цилиндра или диска. Обычно постоянный магнит имеет частоту вращения, которую необходимо измерить, а чувствительный элемент, выполненный из металла с большим удельным сопротивлением, удерживается от вращения спиральной пружиной. За счёт взаимодействия магнитных полей постоянного магнита и вихревых токов создаётся вращающий момент, вызывающий поворот чувствительного элемента на угол, зависящий от значения измеряемой скорости вращения. В целях уменьшения температурной погрешности от непостоянной магнитной индукции в зазоре применяют термомагнитный шунт 3.
Рис. 4. Магнитоиндукционные тахометры:
а − с полым ротором; б − с диском; 1 − постоянный магнит;
2 − чувствительный элемент; 3 − термомагнитный шунт; 4 − магнитопровод
Магнитоиндукционные тахометры выполняются со шкалами, проградуированными в с-1 (типа ТЭ) и с процентными шкалами (типа ИТЭ).
Электрический методизмерения основан на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения (для постоянного, переменного и импульсного тока), а для переменного и импульсного тока −на зависимости частоты тока от частоты вращения.
Электрические тахометры(рис. 5) включают в себя тахогенератор и гальванометр. Тахогенераторы бывают двух типов: с вращающимся постоянным магнитом и неподвижным постоянным магнитом.
Тахогенератор с вращающимся постоянным магнитом (см. рис. 5, а) выполняется с неподвижной статорной обмоткой, внутри которой помещается постоянный магнит, связанный с валом, скорость вращения которого измеряется. При вращении магнита и его магнитного поля индуцируется ЭДС в обмотках статора, пропорциональная скорости вращения. Такие тахогенераторы применяются в качестве преобразователей угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления. Достоинство такого тахогенератора − отсутствие коллектора и щёток.