Контрольная работа по «Физические основы измерений и контроля»

. (11)

С учетом того, что все тела в поле тяжести падают с одинако- вым ускорением a = g (установлено Галилеем), имеем

. (12)

Из выражения (12) видно, что инертная и гравитационная массы равны. Опыты Галилея имели малую точность. Значительно большей точности достигли Ньютон, а затем Бессель в опытах с колебаниями маятника. Так как период малых колебаний определяется в виде

. (13)

При неравенстве инертной и гравитационной масс в формуле (13) следует заменить величину g на ускорение a. Тогда формула для периода колебаний математического маятника принимает вид

(14)

В опытах Ньютона и Бесселя было установлено, что в случае инертных одинаковых массах маятников, независимо от материала, из которого они изготовлены, период колебаний одинаков. Относи- тельная точность этого равенства составляет 1/60000. Позднее в опытах Этвеша было установлено равенство инертной и гравитационной масс с относительной точностью 5. 10-9. В опытах Этвеша учитывалось, что вес тела складывается из двух различ ных сил: силы гравитационного притяжения к Земле (mg) и центробежной силы инерции (mi). Если бы эти массы не были строго пропорциональными друг другу, то направление отвеса зависело бы от материала тела. При этом изменение направления отвеса составляет  1,5. 10-6 дуговой секунды. Такая точность достигается с помощью крутильных весов и гравитационного вариометра.

 

3. Датчики веса. Методы и средства преобразования

Электромеханические датчики веса. Датчики веса с  тензорезисторами. Датчики веса с тензорезисторами относятся к наиболее точным силоизмерительным устройствам, применяемыми для взвешивания. Весы, оснащенные этими датчиками и их погрешности отвечают диапазонам погрешностей торговых весов. Наряду с тензорезисторами в датчики весов встроены сопротивления, предназначенные для настройки мостовой схемы, что обеспечивает взаимозаменяемость датчиков, а также возможность при необходимости включать в общую схему несколько датчиков. В характеристике тензометрического датчика веса указывается величина выходного напряжения в милливольтах при номинальной нагрузке, отнесенную к 1 В напряжения питания. Обычно эта величина составляет 1-2 мВ/В. Перегрузка больше номинальной на 150 % не вызывает смещения нуля. При перегрузках до 500 % номинального значения механические повреждения также не возникают.

Магнитоупругие датчики веса.

Магнитоупругий эффект обусловливает в некоторых материалах (например, пермаллое), подвергаемых нагрузке, изменение их магнитной восприимчивости. Такой материал используют в качестве сердечника обмотки, полное сопротивление которой снижается при увеличении нагрузки вследствие уменьшения магнитной восприимчивости. Подобные чувствительные элементы обладают относительно высокой выходной мощностью, что позволяет использовать их выходной сигнал без усиления. Однако малый диапазон линейности характеристики недостаточен для проведения точных измерений.

Индуктивные датчики веса.  

 В индуктивных датчиках веса  изменение индуктивности обмотки  вызывается смещением железного  сердечника под действием измеряемого  усилия.

Особое значение в области весоизмерительной техники имеют следующие устройства:

а) с двумя или четырьмя изменяемыми индуктивностями (сдвоенный дроссель с втяжным или поперечным якорем);

б) с изменяющейся взаимоиндуктивностью (дифференциальный трансформатор с втяжным якорем).  

 По сравнению с тензометрическими  датчиками индуктивные датчики веса обладают большим выходным напряжением, меньшей чувствительностью к воздействию температуры и влажности и большими перемещениями якоря. Эти свойства позволяют использовать мягкие пружины, что в свою очередь обеспечивает возможность измерения малых усилий. Однако точность индуктивных датчиков веса ниже точности тензометрических датчиков.

Датчики веса с устройством электромагнитной силовой компенсации.  

 В этом устройстве чаша  весов соединена рычагом с  компенсационной катушкой, которая находится в поле постоянного магнита. Током в обмотке этой катушки управляет датчик положения, связанный с усилителем. Изменение тока в обмотке компенсационной катушки происходит до момента достижения равновесия. При изменении нагрузки в чаще весов изменяется соответственно сила тока в обмотке, являющаяся мерой веса груза.

Весоизмерительные датчики с вибрирующей струной.

Принцип действия предусматривает возбуждение вибрации постоянной частоты предварительно натянутой струны при помощи электромагнитной системы и передачу на струну усилия, развиваемого находящимся в грузовой чаше весов грузов при помощи рычагов.

Это усилие увеличивает натяжение струны и, как следствие,- частоту ее вибрации. Изменение частоты является мерой определяемой массы груза. Ячейка выдает дискретный сигнал. С помощью таких датчиков можно достигать высокой точности измерения веса.

Гидравлические датчики веса.

Сила определяется путем измерения давления, развиваемого нагрузкой на поршне или мембране гидравлической системы. Давление жидкости измеряется манометром. Конструкция вывода с резиновой мембраной исключает трение. Кроме того, датчики этого типа допускают отклонения направления действующего усилия до 4° от вертикали без дополнительных погрешностей. Прогиб резиновой мембраны при наибольшей нагрузке составляет 1-3 мм. Погрешность оценивается в ±0,2 % в пределах взвешивания. Наибольшие пределы взвешивания от 50 кг до 500 т.

Датчики веса с применением ионизационных методов измерения.

Взвешивание с применением радиоактивных изотопов можно осуществлять двумя методами: методом просвечивания и методом рассеяния.

При использовании метода просвечивания измеряют поглощение излучения взвешиваемым грузом. Применение жесткого излучения позволяет считать значение массового коэффициента ослабления независимым от химического состава материала. При использовании метода рассеяния прямое излучение экранируется. Боковое излучение рассеивается материалом и направляется в детектор. Бесконтактность метода взвешивания позволяет использовать весы этого типа в качестве транспортерных или автомобильных весов, работающих в тяжелых внешних условиях, при которых весы с обычными измерительными системами быстро изнашиваются. Диапазоны погрешностей могут достигать несколько  процентов.

 

Заключение

 

Измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в электрический измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения и дальнейшего преобразования системой обработки информации. В составе СИКН: преобразователи расхода (объемного и массового), преобразователи плотности, преобразователи влагосодержания, преобразователи солесодержания, преобразователи вязкости, преобразователи температуры, преобразователи давления. 2.1.1.2

Датчики веса – сверхточные измерительные устройства, используемые при изготовлении и модернизации весового оборудования различного предназначения. 

Тензонометрический датчик веса представляет собой весовой компонент, преобразующий силу в сигнал. Принцип действия прибора заключается в преобразовании деформации тела, вызванной механической нагрузкой в пропорционально соответствующий электрический сигнал. После этого весовые преобразователи обрабатывают поступивший сигнал, преобразуя его в типовой аналоговый или цифровой, и уже в таком виде сигнал передают на весовой индикатор, который выводит его на дисплей. 

Основные виды датчиков веса: 

• Балочные тензометрические датчики применяются в платформенном и бункерном весовом оборудовании, для взвешивания емкостей. Представляют собой балку, один конец которой фиксируется, а другой поддается нагрузке. 

• Мостовой тензодатчик – балка с неподвижными концевыми опорами, нагрузка приходится на центр балки. Широко используется в автомобильных и железнодорожных весах, иногда – в бункерных. 

• Одноточечные тензодатчики позволяют на одном датчике создать весы, фасовочную и дозирующую систему. 

• Тензодатчики веса колонные (цилиндрические) используются в автомобильных и ж/д весах, а также в контрольно-измерительном оборудовании. Реагируют на деформацию вдоль оси колонны. 

• Датчики силы типа «шайба» - цилиндр, высота которого меньше диаметра. Работают на сжатие. Применяются в составе весовых модулей. 

• Тензорезисторные датчики S-типа используют в оборудовании, которое определяет вес груза в подвешенном состоянии. 

• Миниатюрные тензодатчики имеют малые размеры и рассчитаны на небольшие нагрузки. 

Тензодатчики функционируют независимо от условий окружающей среды, не реагируют на агрессивные среды, что способствует их использованию в любых промышленных отраслях. 

При выборе датчика следует обращать внимание на материал изготовления, класс точности, максимальный предел измерения. 

 
Список литературы

 

1. Афанасьев А. А., Погонин А. А., Схиртладзе А. Г. Физические основы измерений М.: Норма, 2010
2. Измерения в промышленности: Справочник в 3-х частях. Пер. с нем.\ Под ред. Профоса П. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Ме- таллургия. 2012
3. Камке Д., Кремер К. Физические основы единиц измере- ния: Учеб. пособие. Пер. с нем. М.: Мир, 3010
4. Кунце Х.Н. Методы физических измерений: Пер. с нем. М.: Мир. 2013
5. Тарбеев А.В. Эталоны единиц основных физических вели- чин: Учеб. пособие. Л.: СЗПИ, 2012