Крутящий момент, частота вращения, угол поворота




Методы и средства измерений неэлектрических величин.

 

Плотности

Перемещения

Уровня

Давления

Напряжения

Деформации

Температуры и др.

 

Методы и средства контроля неэлектрических величин

Принципы измерений. Классификация.

Развитие измерительной техники показало, что наиболее эффективными при измерении неэлектрических величин, всё равно являются электрические методы. Их преимущества заключаются в следующем.

1. Возможность измерения сигналов очень малой величины с помощью электронных усилителей.

2. Возможность передачи измеренного сигнала на значительное расстояние – возможность дистанционного управления процессом.

3. Высокая точность и скорость измерений.

4. Возможность комплектования измерительных установок унифицированными измерительными приборами.

Для измерения любой неэлектрической величины X (плотности, давления, расхода жидкости, перемещения, ускорения, деформации, вибрации и т.д.) её преобразовывают с помощью первичного измерительного преобразователя или датчика в выходную электрическую величину Y.

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в измерительный сигнал, удобный для индикации, обработки и хранения.

Прибор для измерения неэлектрических величин можно представить в виде цепи, преобразующей измеряемую величину в некоторое число, выраженное в определённых единицах измерения.

 

Классификация измерительных преобразователей

По роду измеряемой величины

1. Тепловые (измерение температуры и т.п. параметров).

2. Механические (напряжения, деформации, моменты и др.)

3. Геометрические (перемещения, размеры, и т.п.)

4. Излучения (поток излучения, спектр)

5. Для измерения параметров, характеризующих свойства веществ

 

По принципу действия и виду выходного сигнала

1. Параметрические

2. Генераторные

По принципу преобразования

1. С аналоговым прямым преобразованием в непрерывный электрический сигнал

2. С преобразованием, основанным на дифференциальном методе измерения

3. С преобразованием, основанным на принципе компенсации (уравновешивания).

По назначению

1. Первичные (датчики),

2. Унифицированные

3. Промежуточные.

По характеру преобразования

1. Линейные

2. Нелинейные.

Параметрический преобразователь. Измеряемая величина вызывает пропорциональное изменение параметра электрической цепи, например, сопротивление реостатного датчика.

Параметрические преобразователи:

1. Реостатные

2. Термочувствительные

3. Тензочувствительные

4. Индуктивные

5. Магнитоупругие

6. Ёмкостные.

7. Ионизационные.

Генераторный преобразователь. Измеряемая величина генерирует выходной сигнал при сохраняющихся неизменными параметрах электрической цепи: Например ЭДС термопары, функционально связанное с измеряемой температурой.

Генераторные преобразователи:

1. Пьезоэлектрические

2. Термоэлектрические

3. Индукционные.

4. Термоэлектрические пирометры.

 

Параметрические преобразователи.

Тензометрический метод

Тензочувствительные преобразователи – принцип действия основан на тензоэффекте, то есть изменении сопротивления проводника при его механической деформации. Относительное изменение сопротивления:

S – коэффициент тензочувствительности. Обычно применяются материалы с низким коэффициентом температурного расширения (константан, манганин). Эти датчики изготавливаются из проволоки диаметром 0.02…0.05 мм, фольги или напылением в вакууме. Деформация:

По формулам сопромата напряжение равно: .

Так как напряжение можно определить через нагрузку P и площадь поперечного сечения F:

 

где P - нагрузка, F – площадь поперечного сечения, E – модуль упругости материала, из этого следует, что тензорезисторы применяются для измерений усилий, механических напряжений, давлений.

Проволочный тензорезистор представляет собой уложенную зигзагообразно между двумя электроизоляционными подложками тонкую тензочувствительную проволоку 1. К концам проволоки присоединены (пайкой или сваркой) выводные концы 3. Для упрочнения места закрепления выводных концов сверху и снизу тензорезистора приклеивают полоски бумаги 2 и делают разгрузочную петлю 4. Электроизоляционные подложки выполняют из папиросной бумаги, лаковой пленки или цемента.

Фольговый тензорезистор – тонкая лаковая плёнка, на которую нанесена фольговая тензочувствительная решётка (1) из константана толщиной 4…12 мм. Решётка наносится на основание 2, выполненное из бумаги, плёнки или синтетического материала.

Напряжения, деформации.

Для измерения напряжений и деформаций тензометрические чувствительные элементы, подключаются по мостовой схеме.

 

Схемы подключения тензорезисторов. Примеры мостовых схем. Подключены два ортогонально расположенных активных тензорезистора.

Выходные напряжения определяются по формуле

где ε – деформация, μ – коэффициент Пуассона, G – тензометрический коэффициент Rg – сопротивление тензорезистора R – постоянное сопротивление

Подключены два тензорезистора по оппозитной схеме. Деформация изгиба исключена подключением в противоположных направлениях.

 

В схеме:

Тензорезисторы R1 R3 , сжимаются, а R2 R4 – растягиваются пропорционально коэффициенту Пуассона по формуле (См. рис):

Следовательно, сопротивления датчиков меняются так:

Силы.

Для измерения силы применяются электронные динамометры на растяжение, сжатие и универсальные типа ТМ (далее -динамометры) предназначены для измерений статической силы растяжения и сжатия. Динамометры применяются на предприятиях различных отраслей промышленности для измерений силы, при калибровке и поверке в качестве эталонных средств измерений силы.

Под действием приложенной на­грузки происходит деформация упругого элемента, которая вызывает разбаланс тензорезисторного моста. Электри­ческий сигнал разбаланса моста поступает на вторичный измерительный преобразователь для аналого-цифрового преобразования, обработки и индикации результатов измерений.

Чувствительный элемент динамометра – тензорезисторный датчик. Кроме него в измерительную систему входит вторичный преобразователь с цифровым отсчетным устрой­ством и соединительный кабель.

Универсальные динамометры типа ТМУ имеют диапазоны измерений от 1 кН (наименьший) до 300 кН (наибольший), классы точности: 00; 0,5; 1; 2. Универсальные динамометры предназначены для измерений, как на сжатие, так и на растяжение.

Классы точности динамометров электронных растяжения, сжатия и универсальных (АЦДР, АЦДС и АЦДУ)

Класс точности по ISO 376 Соответствие разрядам по ГОСТ 9500 Пределы относительной допускаемой суммарной погрешности, %
    ±0,06
0,5 1-й ±0,12
  3-й ±0.24
    ±0.45

 

Крутящий момент, частота вращения, угол поворота

Измерения крутящего момента силы используется при оценке:

1. Усилия затяжки резьбовых соединений в машиностроении, транспорте, при сборке металлоконструкций сооружений.

2. Скорости, мощности, КПД и др. характеристик двигателей и технологического оборудования.

3. Прочности материалов при статическом и динамическом нагружениях.

 

Датчики крутящего момента, угла поворота и частоты вращения

В материале вала измеряются напряжения с помощью тензорезистора, как показано на рисунке. По напряжениям определяется крутящий момент в соответствии с формулой сопромата:

где Wp = 0.1d3 – полярный момент сопротивления для сплошного круглого вала.

Происходит бесконтактная передача измерительного сигнала с тензорезистора, расположенного на валу. Напряжение питания моста – переменное (см. рис.). На выходе получается также переменное напряжение пропорциональное крутящему моменту. Таким образом, датчик для измерения крутящего момента основан на индуктивном трансформаторном преобразователе. Как показано на рисунке один трансформатор служит для питания тензорезисторного моста, другой – для передачи измерительного сигнала.

В современных измерительных системах на валу находится суженное по диаметру место, где наклеен тензометрический мост. Измерительный сигнал генерируется непосредственно на роторе посредством тензорезисторов, усиливается и оцифровывается.

Некоторые современные бесконтактные датчики с цифровым измерительным сигналом для измерения крутящего момента, угла поворота и частоты вращения вала.

M420 – бесконтактный вращающийся датчик крутящего момента, диапазон измерений: 5 Нм…100 кНм;

FF410 – статический датчик крутящего момента, диапазон измерений: 250 Нм…100 кНм;

FF420 – бесконтактный бесподшипниковый датчик крутящего момента, диапазон измерений: 250 Нм…500 кНм;

RS420 – роторный датчик крутящего момента для испытаний сельхоз- и автотракторной техники, диапазон измерений: 100 Нм…500 кНм.

Точность этих датчиков в пределах ±0,1%. Рабочие скорости до 50000 об/мин. Эти датчики используют вал с тензометром для точного и надежного измерения и электронными устройствами, которые вращаются вместе с валом. Цифровые сигналы передаются на не вращающуюся часть системы или на статор.

Давление

Единица измерения давления Паскаль (1 Па = 1 Н/м2) или её производные МПа, Кпа, Н/мм2, кН/мм2 и др. Для измерения давлений используют тензорезисторные датчики (манганиновые) или пьезоэлектрические. Термин давление датчика обозначает избыточное давление, измеренное относительно атмосферного. Статическое давление может быть найдено по формуле:

ρ – плотность, h – высота столба жидкости, g = 9/81 м/с2 – ускорение свободного падения, S – площадь поперечного сечения. Тензорезистор, наклеенный на диафрагму (мембрану), позволяет определить давление воздуха или жидкости на эту диафрагму. Как правило, тензорезистор приклеивают на заднюю поверхность диафрагмы, чтобы избежать его повреждения за счет непосредственного давления воздуха или жидкости.


 

Ёмкостные преобразователи. Принцип действия ёмкостных преобразователей – зависимость электрической ёмкости конденсатора от площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой они находятся. Для плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

Где ε0 диэлектрическая постоянная, ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, S – активная площадь, γ – расстояние между обкладками конденсатора. Измерительный сигнал является функцией ёмкости конденсатора C(X). Наиболее часто ёмкостные датчики применяют для измерений давления, уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.

Конструктивно ёмкостный датчик представляет собой плоскопараллельный или цилиндрический конденсатор.

Ёмкостные датчики перемещения: а — плоскопараллельный; б — цилиндрический; 1 и 2 — обкладки конденсатора; 3 — щуп; 4 — исследуемая поверхность.

Бесконтактные емкостные датчики серии capa NCDT (рис.) измеряют расстояние, длину, размер или положение как электропроводящих объектов, так и объектов выполненных из изоляционных материалов. Датчики серии capaNCDT выделяются также высокой разрешающей способностью и стабильностью. Диапазон измерений 0,05… 10 мм, разрешающая способность до 0,004 %.

 

 

Емкостные бесконтактные датчики

Емкостные бесконтактные датчики (выключатели) серии ВБЕ могут срабатывать не только от металлических объектов воздействия, но и от диэлектрических материалов, появившихся в зоне чувствительности датчика.

Они имеют пороговый выход и применяются для счета или контроля положения объектов из диэлектрических материалов. Но основное их назначение – контроль предельного уровня сыпучих и жидких материалов в резервуарах. Датчик устанавливается на контролируемом уровне на боковой стенке на высоте контролируемого уровня.

Емкостные датчики уровня серии ДКЕ отличаются от датчиков серии ВБЕ тем, что имеют чувствительный элемент, погружаемый в измеряемую среду, и применяются также как и ВБЕ для контроля предельных уровней. Датчики серии ДКЕ могут устанавливаться как на боковой стенке, так и на крышке резервуара. Датчики измерения уровня серии ДНЕ и системы измерения ДНЕ-ПВСУ имеют аналоговый выход и предназначены для непрерывного измерения уровней жидких и сыпучих сред и одновременного для контроля заданных предельных уровней в резервуарах (танках, силосах, бункерах).

Ёмкостный толщиномер. На бесконтактном ёмкостном принципе измерения работают толщиномеры серии KAPA с пределами измерений по ширине плёнки 400…3000 мм, по толщине до 2000 мкм с точностью 1…5 мкм.

Диапазон измерения толщины покрытия 0…1500 мкм. Предел основной допускаемой погрешности при шероховатости основания Rа<1±0,1 мкм – не более ±0.05h мм, а предел дополнительной погрешности при изменении температуры от 0 до +40 °С – не более ±0.05h, где h – номинальное значение толщины.

 

Индуктивные преобразователи. Принцип действия индуктивного параметрического датчика основан на преобразовании линейных перемещений в изменение индуктивности катушки.

Преимуществами индуктивного метода измерений являются: непрерывность измерения; возможность регистрации непрерывно изменяющихся величин, что необходимо при контроле параметров зубчатых, колес, перемещений узлов станков и др.; высокая чувствительность и простота конструкции датчиков. Недостатками метода являются сравнительная сложность электрических схем включения датчиков.

Перемещение

Индуктивный параметрический датчик положения. Якорь 2 датчика выполнен в виде диска, расположенного между катушками 6. Изменение величины воздушного зазора равно перемещению измерительного стержня 5 в направляющих втулках. Магнитопроводами датчика служат обоймы 1 и 3. Измерительное усилие в пределах рабочего хода создается пружиной 4, свободный ход измерительного стержня — пружиной 7

Датчик имеет рабочий ход измерительного стержня 0,6—0,8 мм при свободном ходе 4 мм. Пределы измерения по шкале ± 50 мкм при предельной погрешности измерения ± 2 мкм.

Индуктивный толщиномер МК3. В основу его работы положен индукционный принцип получения первичной информации. Толщиномер предназначен для измерения толщины неферромагнитных покрытий на ферромагнитной основе и измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящих неферромагнитных основаниях.

Диапазон измерения толщины покрытия 0…1500 мкм. Предел основной допускаемой погрешности при шероховатости основания Rа<1±0,1 мкм – не более ±0.05h мм, а предел дополнительной погрешности при изменении температуры от 0 до +40 °С – не более ±0.05h, где h – номинальное значение толщины.

 

ВБИ-М30-50Р-2123-С.51

Датчик индуктивный с увелич. расстоянием сраб.

Технические характеристики

Наименование ВБИ-М30-50Р-2123-С.51

Номинальное расстояние срабатывания 25 мм

Гарантированный интервал срабатывания 0…20,3 мм

Диапазон рабочих напряжений 5…26 В

Номинальный ток 500 мА.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: