Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Средства измерения давления с гидростатическим уравновешиванием Поршневые манометры

Средства измерения параметров давления можно разделить на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические.

Действие жидкостных средств измерений основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной (рабочей) жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.

Простейшим прибором для измерения давления или разности давлений является двухтрубный (или U – образный) манометр (рис. 2.141,а), представляющий собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью или водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединяется с атмосферой, а другой подключается к объекту, где изменяется давление. Его значение определяется из выражения P=hrg,

Где р – измеряемое давление, Па; h – разность уровней жидкости, м; r - плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2

Более удобным средством измерения давления является однотрубный (чашечный) манометр Принцип действия аналогичен

В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерения давления существенно ограничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений. К числу средств измерений, которые еще применяются, относятся поплавковые, колокольные и U-образные дифманометры.

 

  Рис. 25 Схема поплавкового дифманометра

Поплавковые дифманометры представляют собой два сообщающихся сосуда (рис. 25). Площадь сечения F широкого сосуда 1 значительно больше площади сечения f узкого сосуда 7. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки. О значении измеряемой величины судят по указателю 3. При подключении прибора большее давление подается в сосуд 1, а меньшее – в сосуд 7.Колокольные дифманометры представляют собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений (рис. 26). Противодействующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъеме и уменьшения тяжести колокола при его погружении. Достигается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закону Архимеда.

Рис. 26 Схема колокольного дифманометра

 Если давления в измерительных камерах 2 и 3 равны между собой, то колокол 1 находится в среднем положении.Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешиванием обладают высокой чувствительностью и могут использоваться для измерения малых давлений, перепадов давлений и разрежений.Некоторые модификации колокольных дифманометров оснащаются преобразователем механического перемещения в токовый унифицированный сигнал для передачи информации на расстояние.Самым простым по устройству среди жидкостных средств измерения давления является U-образный дифманометр. Дифманометр состоит из двух прямых стеклянных трубок, соединенных по способу сообщающихся сосудов (рис. 27).

 Трубки и шкала крепятся на подставку 3 скобами 4, что позволяет удерживать измерительную систему в фиксированноположении и обеспечить стабильность измерения.Эти приборы нашли широкое применение на производстве, т.к. они надежны, просты в эксплуатации и имеют достаточную точность измерения.К недостаткам можно отнести необходимость постоянного слежения за уровнем рабочей жидкости, т.к. вода сравнительно быстро испаряется.

Поршневые манометры

Впервые поршневой манометр был применен для измерения давления в 1833 г. Парротом и Ленцсм (Российская Академия наук) при изучении сжимаемости воздуха и других свойств газов, причем значение давления для того времени было очень большим (10 МПа

 Поршневые манометры –это приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся поршень. Манометры этого типа отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений.На рис.2 изображен простейший поршневой манометр, который состоит из цилиндрического поршня 1, притертого к цилиндру 2 с минимально возможным зазором. Если на нижний торец поршня действует измеряемое давление р, то для его уравновешивания к поршню должна быть приложена сила Р.

   Рис. 2. Простейший поршневой манометр

 поршневые манометры являются идеальными преобразователями давления в силу.

градуировки и поверки манометров других типов, при точных измерениях и контроле давления с выходом показаний на цифровой счётчик или с передачей их на расстояние. В наиболее распространенных поршневых манометрах давление уравновешивается весом грузов. Такие манометры называются грузопоршневыми. .

Наиболее распространены грузопоршневые манометры с простым неуплотнённым поршнем (рис.3)

Рис.3. Грузопоршневой манометр МП-60 с простым неуплотнённым поршнем:

 1 — грузы; 2 — грузоприёмная тарелка; 3 — ограничитель; 4 — воронка; 5 — поршень; 6 — цилиндр.Пространство под поршнем заполнено маслом, которое под давлением поступает в зазор между поршнем и цилиндром, что обеспечивает смазку трущихся поверхностей. Вращение поршня относительно цилиндра предотвращает появление контактного трения. Давление определяется весом грузов, уравновешивающих его, и площадью сечения поршня. Изменяя вес грузов и площадь сечения поршня, можно в широком диапазоне менять пределы измерений, которые для манометров данного типа составляют 0,04—10 Мн/м² (0,4—100 кгс/см²). При этом погрешности наиболее точных эталонных манометров не более 0,002—0,005 %. При дальнейшем повышении пределов измерений площадь поршня становится столь малой, что для грузов необходимо конструировать специальное устройства (опорные штанги, рычажные устройства). Например, для уменьшения веса грузов в манометрах системы манометр К.Жоховского уравновешивающее усилие создаётся при помощи гидравлического мультипликатора. В этом случае даже при измерении высоких давлений 2,5 Гн/м²(2,510⁴кгс/см²) измерительная установка предельно компактна и не требует наложения большого числа грузов.Поршневые манометры специальных конструкций[ 4 ] применяются также при измерении небольших избыточных давлений, разрежений, абсолютного и атмосферного давлений.Точными (образцовыми) приборами для измерения высоких давлений являются поршневые манометры, устройство которых показано на рис 4.Грузопоршневой образцовый манометр МП-60.В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров. Наиболее существенное достоинство поршневых манометров состоит в том. что они непосредственно воспроизводят давление по определению: давление равно силе, деленной на площадь поршня. Этот метод так же, как и метод уравновешивания давления столбом жидкости, является фундаментальным, т. е. измерение давления в конечном итоге сводится к измерению массы, длины и времени. Вышеизложенное позволяет сформулировать следующее определение.

Деформационные средства измерения давления основаны на уравновешивании силы, создаваемой давлением или вакуумом контролируемой среды на чувствительный элемент, силами упругих деформаций различного рода упругих элементов. Эта деформация в виде линейных или угловых перемещений передается регистрирующему устройству (показывающему или самопишущему) или преобразуется в электрический (пневматический) сигнал для дистанционной передачи.

В качестве чувствительных элементов используют трубчатые пружины (рис.2.142, а), многовитковые пружины (рис.2.142, б), упругие мембраны (рис.2.142, в), упругие мембранные коробки (рис.2.142, г, д), двойные упругие мембранные коробки (рис.2.142, е, ж), пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис.2.142, з), сильфонные (рис.2.142, и) и пружинно-сильфонные (рис.2.142, к).

Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин применяются бронза, латунь, хромоникелевые сплавы, отличающиеся достаточно высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры.Рассмотрим подробнее некоторые деформационные средства измерения давления

Мембранные приборы применяются для измерения небольших давлений (до 40 кПа) нейтральных газовых сред. Класс точности данных приборов 2,5.

На рис. 2.143 показана конструкция мембранного вакуумметра с профильной шкалой от 250 до 25 000 Па. Чувствительным элементом служит мембранная коробка 6, соединенная с изменяемой средой с помощью трубки 12. Мембрана прикреплена к корпусу прибора с помощью штуцера 13. Изменение давления измеряемой среды вызывает соответствующее изменение прогиба мембранной коробки 6. При этом поводок 9, прикрепленный к верхней части мембранной коробки 6, поворачивает рычаг 7, установленный на оси 8. Для увеличения жесткости упругой системы ось 8 закреплена на плоской пружине 10. Поворот рычага 7 вызывает перемещение тяги 14 и рычага 1, установленного на оси 4. На этой же оси с помощью стопорного винта 2 закреплена указательная стрелка 5 с противовесом 3. Конец указательной стрелки 5 перемещается вдоль горизонтальной профильной шкалы. Спиральная пружина 15 служит для устранения влияния зазоров в сочленениях рычажного механизма. Для установки стрелки на начальную отметку шкалы служит винт 11 корректора нуля. ,0

Сильфонные приборы предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления неагрессивных газов с пределами измерений до 40 кПа, до 400 кПа (как манометры), до 100 кПа (как вакуумметры).Чувствительным элементом этих приборов является сильфон (см. рис. 2.142,и), представляющий собой тонкостенную цилиндрическую емкость с поперечной гофрировкой, которая изменяет свои линейные размеры при перепаде давлений внутри и вне ее. Сильфоны изготавливают их фосфористой бронзы, нержавеющей стали или медноникелеевого сплава.

Применяют сильфоны диаметром 8…150 мм толщиной стенки 0,1…0,3 мм, с числом волн 4; 6; 10 и 16.

Существует значительное число схем дистанционного типа, в которых сигнал деформации упругого элемента (мембраны, сильфона, пружинной трубки и т.п.) используется для перемещения элемента преобразователя

Манометрические термометры.

Жидкостный термометр - прибор для измерения температуры, принцип действия которого основан на тепловом расширении жидкости. Представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала), и нанесенной на толстостенный капилляр или жестко закрепленную пластину измерительной шкалой. Применяются для измерения температур в области от -200°С до +

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре. При этом, очевидно, показания жидкостного термометра зависят не только от изменения объема термометрической жидкости, но также и от изменения объема стеклянного резервуара, в котором находится эта жидкость. Таким образом, наблюдаемое (видимое) изменение объема жидкости преуменьшено на размер, соответственно равный увеличению объема резервуара (и частично капилляра). Для заполнения жидкостных термометров применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан и т

КлассификацияТермометры стеклянные жидкостные по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы: образцовые; лабораторные и специального назначения технические метеорологические; термометры для сельского хозяйства; термометры бытовые.

В зависимости от конструктивных форм различают 2 основных типа конструкция жидкостных термометров: палочные со вложенной шкалой. Палочные термометры имеют массивный (толстостенный) капилляр с внешнимдиаметром 6—8 мм, почти равным диаметру резервуара.

Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные. Они обладают рядом преимуществ благодаря существенным достоинствам ртути, которая не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур (от —38,87 до +356,58° С).

К числу недостатков ртути с точки зрения термометрии следует отнести сравнительно малый коэффициент расширения. При измерении температуры термометрами, заполненными органическими жидкостями, необходимо иметь в виду, что они смачивают стекло, а вследствие этого понижается точность отсчета показаний.

Биметаллические и манометрические термометры.

Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры. Эти термометры широко применяются во взрывоопасных производствах и выпускаются такими фирмами как «Орлекс» (г. Орел), ОАО «МаноТомь» (г. Томск), Wika, Jumo (Germany) и др. Конструктивно термометр состоит из термобаллона 1, погружаемого в контролируемую среду, манометра 3 для измерения давления и соединяющего их капилляра 2 (рис. 1). Такие термометры используются для измерения температур от -200 до 600 °С и выпускаются следующих разновидностей

Рис. 1. Схема манометрического термометра : 1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр

Газовые манометрические термометры применяются для измерения температур в интервале от -200 до 600 °С.

В жидкостных манометрических термометрах может иметь место гидростатическая погрешность, возникающая при различных уровнях расположения термобаллона и измерительного прибора. Для снижения возможных гидростатических погрешностей длину капилляра уменьшают до 10м. Жидкостные термометры выпускаются показывающими класса 1 или 1,5.

Манометрические термометры могут работать в условиях вибрации, а также во взрывоопасных и пожароопасных помещениях. Для термометров с регламентированной погрешностью для первой трети устанавливается последующий низкий класс точности. Вариация показаний не превышает абсолютного значения предельной основной погрешности.

Биметаллические термометры. Принцип их действия основан на том, что полоска из двух свальцованных друг с другом пластин из металлов с различными коэффициентами расширения (биметалл), искривляется при изменении температуры.Искривление находится в приблизительной пропорции с температурой. Биметаллическая пластина легла в основу двух различных измерительных элементов:        винтовая пружина, спиральная пружина

Рис. 2. Схема биметаллического термометра с винтовой пружиной

В результате механической деформации биметаллических пластин при изменении температуры в указанных элементах возникает вращательное движение. Если внешний конец биметаллической измерительной системы жестко закреплен, то другой конец без промежуточного элемента проворачивает вал указательной стрелки. Диапазоны показаний лежат между -70 и 600 °С при измерениях с классом точности 1 или 2,5. Условное изображение термометра с винтовой пружиной приведено на рис. 2. Биметаллические термометры являются наиболее простыми измерителями температуры. Они выпускаются НПО «Юмас» (Москва), ЗАО «Орлэкс» (г. Орел),ф. Wika (Germany) и др.

Рис.1.Проволочная конструкция термометра сопротивления

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров

Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом - электрическим сопротивлением, для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный сигнал. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока. Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. Однако, измерить температуру одним лишь термометром сопротивления нельзя. Они работают в комплекте со вторичным прибором - мостом или логометром. Термометр сопротивления погружают в контролируемую среду и соединяют электрическими проводами со вторичным прибором, шкала которого отградуирована в 0С.

Преимущества термометров сопротивления перед манометрическими термометрами:

1. более высокая точность измерения;2. возможность передачи показаний на большие расстояния;

3. возможность централизации контроля температуры (до 12 Rt может быть подключено к одному мосту);

4. меньшее запаздывание показаний.

Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента и наружной (защитной) арматуры. В качестве материала для чувствительного элемента используют медь и платину. Эти материалы выбраны потому, что на их сопротивление заметно влияет изменение температуры окружающей среды (большой температурный

Увствительный элемент термометра сопротивления представляет собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную на каркас из диэлектрика. Концы проволоки припаивают к выводам, которые присоединяют к зажимам головки термометра. Такой чувствительный элемент помещают в стальную защитную арматуру, снабженную устройством для установки на объекте измерения.

Ротаметры

 Расходомеры постоянного перепада давления — ротаметры — применяются для измерения расходов однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих ..... по трубопроводам и не подверженных значительным колебаниям. Особенно широко они используются в винодельческом, спиртовом, ликерно-водочном и других производствах. Ротаметр (рис. VIII.4) представляет собой длинную коническую трубку 1, располагаемую вертикально, вдоль которой под действием движущегося снизу вверх потока перемещается поплавок 2. Поплавок перемещается до тех пор, пока площадь кольцевого отверстия между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки не достигнет такого размера', 'при котором перепад давления по обе стороны поплавка не станет равным расчетному. При этом действующие на поплавок силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода.

 Рассмотрим силы, действующие на поплавок. Масса поплавка в рабочем состоянии, т. е. при полном погружении в измеря Поплавковые и поршневые расходомеры -

 Поплавковый расходомер постоянного перепада давления (рис. VIII.5) состоит из поплавка 1 и конического седла 2, расположенных в корпусе прибора (отсчетное устройство на схеме не показано) . Коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка ротаметра. Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у ротаметров длина конической трубки значительно больше ее диаметра

В поршневом расходомере (рис. VIII.6) чувствительным элементом является поршень /, перемещающийся внутри втулки 2. Втулка имеет входное отверстие 5 и выходное отверстие 4, которое является диафрагмой переменного сечения. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 3. Протекающая через расходомер жидкость поступает под поршень и поднимает его. При этом открывается в большей или меньшейемую среду (в кг), тепени отверстие выходной диафрагмы. Жидкость, протекающая через диафрагму, одновременно 'заполняет также пространство над поршнем, что создает противодействующее усилие

Вихревые расходомеры

В настоящее время разработаны и имеют весьма широкие перспективы применения вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. Измерительный преобразователь вихревого расходомера (рис. VIII.19) представляет собой завихритель 1, вмонтированный в трубопровод, с помощью которого поток, завихряется (закручивается) и поступает в патрубок 2. На выходе из патрубка в расширяющейся области 4 установлен электроакустический преобразователь 3, воспринимающий и преобразующий вихревые колебания потока в электрический сигнал, который далее приводится к нормализованному виду, отвечающему требованиям ГСП.

 Завихрения потока формируются таким образом, что внутренняя область вихря — ядро, поступая в патрубок 2, совершает только вращательное движение. На выходе же из патрубка в расширяющуюся область 4 ядро теряет устойчивость и начинает асимметрично вращаться вокруг оси патрубка.

Ультразвуковые расходомеры

Для измерения расходов загрязненных, агрессивных и быстро-кристаллизующихся жидкостей и пульп, а также потоков, в которых возможны большие изменения (пульсации) расходов и даже изменения направления движения, когда не могут быть применены другие виды расходомеров, используются расходомеры акустические, чаще всего ультразвуковые. Преимуществами акустических расходомеров также являются бесконтактность измерений, отсутствие движущихся частей в потоке, отсутствие потерь давления в трубопроводах и др.

Принцип действия акустических расходомеров основан на зависимости акустического эффекта в потоке от расхода вещества. Известно несколько методов использования звуковых (ультразвуковых) колебаний для измерения расходов жидкостей и газов. Акустический расходомер,работающий по двухканальной фазовой схеме (рис. VIII.20), состоит из ультразвуко­вого генератора УЗГ, являющегося источником питания; излучающих пьезо-преобразователей ИП1 и ИП2; прием­ных пьезопреобразователей ПП1 и ПП2; фазовращающего устройства ФУ для устранения путем асимметрии ка­налов преобразователей возникающих фазовых сдвигов;' электронного усилителя Ус и измерительного прибора ИП, который градуируется в единицах расхода. В качестве пьезоэлементов в преобразователях чаще всего применяются пластины из титаната бария, могут также использоваться пьезоэлементы из кварца, титанато-циркониевой керамики, а также магнитострикционные.

Импульсы ультразвука посылаются под углом к оси трубопровода так, что их направление в одном канале совпа­дает с направлением потока, а в другом направлено против потока. При отсутствии движения жидкости время передачи импульса т (в с) на расстояние d

Разновидностью акустических уровнемеров являются ультразвуковы е уровнемеры.

Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. Электронный блок служит для формирования излучаемых ультразвуковых импульсов, усиления отраженных импульсов, измерения времени прохождения импульсом двойного пути (в воздухе или жидкости) и преобразования этого времени в унифицированный электрический сигн

Наиболее современным является радарный уровнемер. Принцип действия его основан на измерении времени переотражения от поверхности раздела газ – контролируемая среда высокочастотных радиоволн. Последний тип уровнемера позволяет производить измерение уровня, как жидкостей, так и сыпучих тел. При этом его можно использовать и при измерении уровня агрессивных сред, например кислот, расплавленной серы, аммиака и т.д.

В последнее время получают распространение ультразвуковые расходомеры, в которых используется эффект Допплера , заключающийся в том, что ультразвуковые волны, генерируемые излучателями, отражаются от взвешенных частиц, завихрений, пузырьков газа и т. п. в потоке измеряемой среды и воспринимаются приемниками отраженных излучений. Разность между частотами излучаемых и отраженных акустических волн позволяет определить скорость потока.

Измерительный преобразователь таких расходомеров представляет собой устройство, состоящее из двух пьезокристаллов, один из которых является генератором ультразвуковых колебаний, излучаемых под утлом к потоку измеряемой среды, а второй — приемником отраженных колебаний. Излучаемый и отраженный сигналы сравниваются с помощью специальных электронных устройств. В настоящее время акустические расходомеры интенсивно разрабатываются, и в ближайшее время, очевидно, предстоит их широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности.

 

 

15.Тахометрические и маркерные расходомеры.

Тахометрическими называются расходомеры и счетчики, имеющие подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу. Принцип действия тахометрического водосчетчика (расходомера) основан на измерении скорости вращения или подсчете оборотов помещенной в поток крыльчатки или турбины. Разница между тем и другим подвижными элементами состоит в том, что ось вращения крыльчатки расположена перпендикулярно, а турбины — параллельно направлению движения потока. Все тахометрические расходомеры (счетчики) являются энергонезависимыми.

Тахометрические расходомеры делят на:

-скоростные; -турбинные; -шариковые; -роторно-шаровые; -камерные.

Скоростные При измерении скорости движения подвижного элемента получаем расходомер, а измеряя общее число его оборотов — счетчик количества прошедшего вещества. Наибольшее распространение получили счетчики воды и газа, так как для этого надо лишь соединить вал турбинки или другого преобразователя расхода через зубчатый редуктор со счетным механизмом.

Для создания тахометрического расходомера скорость движения элемента предварительно преобразуют в сигнал, пропорциональный расходу и удобный для измерения, для чего необходим двухступенчатый преобразователь расхода:первая ступень — турбинка (шарик или другой элемент), скорость движения которой пропорциональна объемному расходу;вторая ступень — тахометрический преобразователь, который вырабатывает измерительный сигнал (частоту электрических импульсов), пропорциональный скорости движения тела.

Крыльчатые и турбинные расходомеры применяются для измерения расхода различных жидкостей за исключением очень вязких и загрязненных, При диаметрах трубопроводов от 15 до 40 мм применяются крыльчатые расходомеры, а от 50 до 250 мм — турбинные. На рис. 1, а схематично показано устройство турбинного преобразователя расхода жидкости.

Рис. 1. Устройство турбинных преобразователей расхода:

Уровнемеры еще называют датчиками (сигнализаторами) уровня или же преобразователями уровня Визуальные – являются наиболее простым видом измерителей уровня. Их работа основана на принципе сообщающихся сосудов, а за уровнем жидкости следят напрямую через водомерное стекло.

Акустические уровнемер ы – принцип действия основан на измерении времени отражения звуковых колебаний от поверхности раздела газ – контролируемая среда. Разновидностью акустических уровнемеров являются ультразвуковые уровнемеры.

Аналитические весы

Аналитические весы —очень точный и хрупкий прибор. Они позволяют взвешивать с точностью до 0,0001—0,0002 г. Максимальная нагрузка этих весов 200 г. В настоящее время в лабораториях применяют демпферные электровесы различных конструкций.

Одной из самых важных частей аналитических весов является коромысло с укрепленными на нем тремя агатовыми призмами. Средняя призма служит опорой коромысла в момент взвешивания. Призмы, помещенные на концах коромысла, являются опорой для чашек весов. К коромыслу прикреплена длинная вертикальная стрелка, на конце ее прикреплена микрошкала. На экране особого оптического приспособления, так называемого вейтографа, наблюдатель видит перемещение увеличенного изображения микрошкалы около неподвижной от-счетной линии. Каждое деление микрошкалы, обозначенное цифрой, отвечает нагрузке 1 мг (0,001 г). Расстояние между двумя соседними делениями разделено на 10 или 5 делений (в зависимости от марки весов), каждое деление соответствует, следовательно, 0,0001 или 0,0002 г.

К дужке или чашке весов прикреплены демпферы — приспособления для торможения колебания весов. Вследствие этого стрелка весов быстро приходит в состояние равновесия. Это облегчает и ускоряет взвешивание.

 Аналитические весы снабжены специальным приспособлением— арретиром. При помощи арретира коромысло весов приподнимается и становится в такое положение, при котором ни одна из призм не касается своих опорных подушек. Арретир приводится в движение рукояткой, прикрепленной к нижней части доски весов. Поворачивать ручку арретира надо очень осторожно и плавно. Нужно твердо помнить, что, когда на чашки весов помещают нагрузку или взвешиваемый предмет, а также когда весами не пользуются, они должны быть арретированы.

Весы помещены в стеклянный футляр, защищающий их от пыли, изменения температуры и резкого движения воздуха.

Аналитические весы должны находиться в специальном помещении — так называемой весовой комнате. Аналитические весы периодически должны проверяться мастером-специалистом.

Весы должны иметь плавный ход, т. е. Взвешиваемый предмет должен иметь ту же температуру, что и весы

Для взвешивания на демпферных электровесах применяется специальный аналитический разновес (рис. 20). Это набор граммовых гирек, помещенных в специальную коробочку с отдельными гнездами для каждой гирьки. В ящике находятся гирьки массой 50, 20, 10, 10, 10, 5, 2,1, 1, 1 г или 50, 20, 20, 10, 5, 2, 2, 1 г. В коробке также находится пинцет, при помощи которого берут гирьки.

Весы для аналитических работ подразделяют на 1-й и 2-й класс точности; по конструкции — на весы периодического качания и апериодические, или демпферные.По системе нагрузки мелкого разновеса аналитические весы, кроме обычных, бывают с цепочкой, полуавтоматические и автоматические.Установка аналитических весов. Аналитические весы помещают в специальной так называемой весовой комнате, причем при установке их руководствуются следующими правилами.

Для каждых аналитических весов должна быть установлена полка на кронштейнах, укрепленных на капитальной стене. На эту полку, кроме аналитических весов, нельзя ничего ставить; нельзя также облокачиваться на нее. Около аналитических весов Нельзя ставить нагретые до высокой температуры предметы. Недопустимо также, чтобы па весы падал прямой солнечный свет или чтобы они были расположены близко от отопительных приборов, так как это вызывает неравномерное нагревание плеч коромысла весов, приводящее к неравноплечию. Весы нельзя помещать также у наружной стены здания, имеющей неодинаковую температуру летом и зимой, что отражается на точности аналитических весов.Весы нельзя располагать в тех местах, где фундамент или "стены дрожат в результате движения транспорта.

Аналитические одноплечие весы ВАО – 200:1 – верхняя крышка; 2 – лимбы; 3 – боковая дверца; 4 – арретир; 5 – табло; 6 – кнопка установки нуляЧашка с гирями уравновешена на другом плече коромысла демпфером – противовесом. Взвешивание производится при постоянной нагрузке коромысла по методу замещения (способ Д.И. Менделеева). Уравновешивают груз на чашке путем снятия гирь с подвески.

Взвешивание производят в следующем порядке:

1. Проверяют, не загрязнены ли весы и правильно

ли они установлены; проверяют наличие всех разновесок

в комплекте.

2.    Включают весы в осветительную сеть

3. Проверяют нулевую точку.

4. Помещают взвешиваемый предмет на левую чашку весов и закрывают дверцу.

Открывают правую дверцу и начинают подбирать гирьки, начиная от большейк меньшей по очереди. 

10. По окончании взвешивания надо убедиться, что

весы арретированы, нагрузка снята, дверцы полностью

 

 

Торсионные и счетные весы

Весы пружинного типа, предназначенные для быстрого и относительно точного взвешивания грузов до 500 мг. Имеют арретир, чашки весов заключены в шкафчик. Техника взвешивания: весы устанавливают по уровню, открывают арретир, стрелке указателя придают нулевое положение, закрывают арретир, открывают дверцы шкафчика, ставят на подвеску взвешиваемый груз, дверцу шкафчика закрывают, открывают арретир и поворачивают указатель веса до тех пор, пока указатель равновесия не совместится с чертой равновесия, закрывают арретир и по делению, к-рое указывает стрелка, определяют вес.

Особое место в лабораторной практике занимают торсионные весы. Преимуществом этих весов является их портативность, простота пользования, значительная экономия времени при взвешивании с сохранением достаточной точности.
Чувствительным элементом Пружинных(торсионных) весов является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания весов отсчитываются по шкале, вдоль которой перемещается соединенный с пружиной указатель. При помощи пружинных весов измеряют не массу, а вес, однако в большинстве случаев шкала пружинных весов градуируется в единицах массы.
В крутильных (торсионных) весах чувствительным элементом служит упругая нить или спиральная пружина. Нагрузка определяется по углу закручивания нити, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту. Схема крутильных весов представлена на рис. 37.Рис. 37. Схема торсионных весов.
1 — спиральные пружины; 2 — рычаг для помещения груза; 3 — магнитный успокоитель; 4 — стрелка; 5 — шкала.Весы торсионные ВТ-500 отечественного производства предназначаются для быстрого взвешивания проб и образцов в пределах от 10 до 500 мг.
Коромысло весов с крючком для чашечки, на которой помещается проба, перемещается при вращении оси между полюсами постоянного магнита, служащего успокоителем. На оси смонтирована также контрольная стрелка — указатель нулевого положения коромысла весов.
Внешний конец жестко связан с отсчетной стрелкой, показывающей результаты взвешивания на шкале циферблата, а внутренний конец соединен с осью весов. При вращении тарировочной головки происходит совмещение контрольной стрелки с контрольным штрихом на циферблате. В нерабочем состоянии весы должны быть арретированы рычагом арретира, находящегося в нижней части корпуса.Как уже указывалось ранее, перед загрузкой центрифуги пробирками их необходимо уравновесить. Для этой цели служат весы для уравновешивания центрифужных пробирок емкостью от 10 до 100 мл. Весы простейшего типа представляют собой равноплечий рычаг, по краям которого с обеих сторон подвешены дужки с чашками для установки пробирок. Весы подвешиваются на стойку, закрепленную на подставке.Высокоинтеллектуальные счётные весы просты в использовании и укомплектованы диском с программным обеспечением счетные весы отличаются тем, что информация отображается на нескольких цифровых дисплеях: общий вес одного образца и текущей партии, общее количество образцов в партии.

Весы счетные МК-С.Электронные настольные счетные весы МК-С предназначены для подсчета и учета одинаковых по весу мелких деталей. Весы преимущественно используются на производственных складах и предприятиях тор

 

19.Измерение сил с помощью  тензометрических преобразователей Тензометрический датчик силы представляет собой гибкое тело, которое под влиянием действующей силы подвергается линейной деформации. На подходящих местах тела приклеены чувствительные элементы, так называемые тензометры.

Измерение силы.Тензорезистор, наклеенный на рабочее тело датчика, являющегося опорой для груза или прилагаемого усилия, может измерить силу, направленную на эту опору, или вес, лежащего на ней груза.Тензометр — это резистивный элемент, электрическое сопротивление которого вследствие механической деформации (растяжения или сжатия) изменяет свое значение. Действующая сила, таким образом, способствует изменению электрического сопротивления. На датчике обычно расположены четыре тензометра, которые включены в мостовую систему для того, чтобы изменение сопротивления было можно легче определить.По описанному принципу функционируют датчики с металлическими тензометрами.

Тензометрический датчик силы работает по принципу моста Уитстона (рис . 1), поэтому при подключении датчика поступаем так же, как и при резистивном мосте. Практически это значит, что необходимо обеспечить:Питание датчика постоянным или переменным напряжением. Усилить выходное напряжение от датчика (то есть напряжение подиагонали моста).

Рис. 1.  Электрическое подключение тензометрического датчика силыУказанные действия обеспечиваются при помощи преобразователей, которые содержат, кроме источника питания и усилителя, и другие контуры, например активный фильтр и преобразователь тока. Параметры тензометрических датчиков силы.Форма датчика.Для применения тензометров в конкретных случаях очень важен тип датчика, то есть его форма и возможности закрепления. Диапазон измерения.Основным параметром тензометричес-кого датчика является его диапазон измерения, который можно повысить максимально на 30-50%.Чувствительность датчика.Важным параметром, особенно с точки зрения обработки выходного сигнала, является чувствительность датчика.Температурные характеристикиС ростом или падением температуры изменяется как сигнал ненагруженного датчика Точность датчикаУ датчиков для измерения силы точность характеризуется с помощью класса точности, который указывает процентную ошибку датчика, относящуюся к его диапазону.Оценка Блок-схема преобразователя типа EMS170 представлена на рис. 2. Некоторые типы датчиков, например, ESM150, позволяют вложить преобразователь прямо в тело датчика. В таком случае на выходе датчика будет прямой стандартный сигнал напряжения или тока. Однако применение преобразователя не всегда обязательно. На рынке присутствуют и цифровые электронные приборы, которые позволяют прямое подключение датчика, и обычно они бывают более точными

 рис.5

Тензометрический датчик для испытаний EMS70EMS70 (рис. 5) — кольцевой датчик силы сравнительно сложной конструкции. В него вложен двойной или тройной (в зависимости от диапазона) тензометрический мост, это гарантирует лучшие свойства, прежде всего, с точки зрения устойчивости по отношению к боковым силам. Он имеет широкий диапазон измеряемых сил (от 1 до 500 кН) и отличные метрологические свойства. Этот датчик успешно применяется, например, в автомобильной промышленности. Параметры тензометрических датчиков силыФорма датчикаДля применения тензометров в конкретных случаях очень важен тип датчика, то есть его форма и возможности закрепления.Универсальные мембранный датчик EMS230.Они имеют простую конструкцию, универсальны в применении и выгодны по цене предназначены для измерения силы по отношению к подставке.Диапазон измерения .Основным параметром тензометричес-кого датчика является его диапазон измерения, который можно повысить максимально на 30-50%.Чувствительность датчика .Важным параметром, особенно с точки зрения обработки выходного сигнала, является чувствительность датчика. Температурные характеристики .С ростом или падением температуры изменяется как сигнал ненагруженного датчика Точность датчика .У датчиков для измерения силы точность характеризуется с помощью класса точности, который указывает процентную ошибку датчика, относящуюся к его диапазону.Оценка по виду чувствительного элемента различаются следующие тензорезисторы: Проволочные тензорезисторы. В качестве чувствительного элемента в них применяется проволока из сплава Ni-Cu или Ni-Cr, толщиной 13-25 микрометров.Фольговые тензорезисторы. У фольговых тензорезисторов чувствительный элемент выполнен из фольги толщиной несколько микрометровПолупроводниковые тензорезисторы. Их чувствительный элемент изготовлен из монокристалла кремния, К-фактор таких тензорезисторов - может достигать 90 - 200 Выпускаются тензорезисторы с различной конфигурацией (рис. 40): Одиночные. Двойные..Тройные.. Специальные. Для проведения специализированных измерений применяются особые конфигурации тензорезисторов . Более броским примером использования тензометров являются весы. Весы на тензодатчиках используются в разных отраслях индустрии: цветная и темная металлургии, хим, строительная, пищевая и другие отрасли.

Индукционные тахометры

Индукционные тахогенераторы редко применяются как измерительные приборы вследствие больших погрешностей, но они незаменимы в качестве датчиков угловой скорости в системах автоматики. К ним относятся магнитоиндукционные тахо­метры, которые бывают двух типов: с чувствительным элементом в виде тонкостенного электропроводящего полого цилиндра 1 (рис. 6. а), помещенного в зазоре между вращаемым магни­том 2 и магнитопроводом 3, или с чувствительным элементом в виде диска 1 (рис. 6. б), помещенного в зазоре между вращаемыми цилиндрическими магнитами 2. Обычно постоянные маг­ниты вращаются с частотой, пропорциональной измеряемой час­тоте вращения вала двигателя, а чувствительные элементы (ци­линдры и диски) закреплены на самостоятельных осях и могут поворачиваться лишь на некоторый угол, ограниченный спираль­ной противодействующей пружиной П.

Рис. 6 Кинематические схемы магнитоиндукционных тахометров:а – с полым цилиндром; б – с диском; 1 – чувствительный элемент; 2 –магнит; 3 – магнитопровод.При вращении магнитной системы в теле чувствительного эле­мента (ЧЭ) за счет магнитной индукции наводится ЭДС, прямо пропорциональная скорости вращения магнита:Е=k1nm, (3.1)где k1 - коэффициент, зависящий от индукции магнитного пото­ка, пронизывающего ЧЭ; пм — угловая скорость вращения магнита.

Рис.1.

(10кГц и более) понижается частота до 1 или 0,5 Гц. Импульсы генератора подаются в управляющий блок. В этот же блок через усилитель поступают импульсы от датчика импульсов, в данном случае от фотоэлектрического модулятора. Управляющая схема пропускает в индикаторный блок импульсы от фотоэлектрического модулятора в течение интервала между двумя импульсами хронизатора (1 или 2 секунды). В индикаторном блоке производится счет и показывается число импульсов датчика. Максимальная допустимая частота импульсов датчика в одном из тахометров этого типа составляет 20000 в секунду, что ограничено быстродействием индикаторного блока. По истечении периода счета управляющая схема запирает индикаторный блок, и полученное показание тахометра сохраняется в течение установленного времени от 5 до 15с., после чего управляющая схема сбрасывает отсчет и приводит индикаторный блок в готовность к новому счету, который начинается после получения ближайшего импульса хронизатора. Точность счетно-импульсного тахометра высока; она соответствует точности счета импульсов ±1 импульс в секунду. С помощью тахометра можно измерять скорости до 40000об/мин, а с внешней декадной ступенью до 400000об/мин. Счетно-импульсный тахометр является стационарным прибором, предназначенным главным образом для целей исследования и испытания машин. Схема прибора довольно сложна и его стоимость высока. В качестве датчиков импульсов могут служить фотоэлектрические, емкостные, радиоактивные и другие

Работа стробоскопических тахометров основывается на эффекте кажущейся остановки вращения вала. Для получения ее периодически прерывают световой поток от вращающегося вала или предмета к глазу оператора. Частота перерывов при этом задается такой, чтобы в каждом импульсе были видны одинаковые фазы вращения предмета, а длительность перерывов между смежными импульсами не превышала времени, в течение которого может полностью исчезнуть зрительное восприятие импульса. При повторении импульсов остатки зрительных восприятий одинаковых фаз вращения сливаются в картину кажущейся неподвижности предмета или вала.

Эффективность применения стробоскопических тахометров зависит от четкости наблюдаемой фигуры, от соотношения между интенсивностью световых вспышек и постоянной освещенностью объекта. Это соотношение определяется контрольной чувствительностью глаза, которая, в частности, зависит от частоты повторения и интенсивности вспышек.

Точность стробоскопического метода зависит в основном от точности задания и поддержания частоты следования зрительных импульсов. Большой точностью обладают электронные строботахометры с импульсными лампами, питаемыми от специальных, чаще всего релаксационных генераторов со ступенчатым и плавным изменением частоты. Например, стробоскопический тахометр СТ-5 предназначен для точных измерений скоростей вращения или колебаний движущихся деталей машин и аппаратов, а также для изучения особенностей их движения, и работы. Включение строботахометра производится выключением с надписью "сеть", при этом должны загореться лампочки подсветки шкалы.

Главное достоинство строботахометра – возможность измерения скорости без контакта с объектом измерения, что, с одной стороны, позволяет измерять скорость видимых, но труднодоступных объектов, а с другой стороны, позволяет измерять скорость маломощных объектов без всякого силового воздействия на них со стороны прибора.

 

 

Лазерные виброметры

Лазерная виброметрия – современный, качественно новый уровень измерения параметров механических колебаний объектов. Уникальные физические особенности лазерных методов определяют многие их достоинства. Это возможность дистанционного бесконтактного измерения вибрации и отсутствие влияния на резонансные свойства объектов, в том числе микроскопических размеров; возможность измерений без предварительной подготовки поверхности объекта и оперативное измерение вибраций в различных точках объекта в опасной для персонала зоне (химически агрессивной, с высокой температурой, радиацией и т.д.). Свое место лазерные виброметры находят в различных областях науки, промышленности, а также в медицинских применениях. Вот некоторые примеры использования лазерных доплеровских виброметров (ЛДВ) Авиакосмическое – ЛДВ в этом случае являются инструментами не вызывающей разрушений диагностики компонент летательного аппарата;Акустическое – ЛДВ – стандартные инструменты акустической системы, которые также помогают диагностировать и настраивать музыкальные инструменты; Автомеханическое – ЛДВ активно используются во многих автомеханических Биологическое – ЛДВ используются для диагностики слухового аппарата в медицине, Калибровка – С тех пор как ЛДВ измеряют смещения, калибруемые до длины волны света, они часто используются для калибровки других типов преобразователей;Диагностика жесткого диска – ЛДВ широко применяются для диагностики жестких дисков преимущественно для позиционирования головки;Детектирование наличия мин – ЛДВ показали многообещающие результаты в сфере определения положения спрятанных мин. Методика использует аудио источник такой, как акустическую систему, чтобы взволновать землю и заставить ее колебаться в очень малых пределах. Затем ЛДВ измеряет эти колебания земли, и области поверхности над спрятанной миной показывают повышенный уровень вибрскорости на резонансной частоте пустой породы.[1Первый отечественный портативный лазерный виброметр повышенной чувствительности разработал ФГУП ННИПИ "Кварц" [2]. В 2007 году после проведения государственных испытаний прибор включен в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.Лазерный виброметр предназначен в первую очередь для дистанционного измерения виброскорости исследуемого объекта или его части в пределах от 0,01 до 50 мм/с на виброчастотах от 80 Гц до 11 кГц с возможностью расширения диапазона виброчастот в сторону низких частот до 10 Гц. Измерительная дистанция от лазерного виброметра до испытуемого объекта составляет от 1,5 до 10 м и более. Напряжение питания виброметра – 12 В постоянного тока от переносной аккумуляторной батареи или от источника питания, подключаемого к сети переменного тока 220 В (50 Гц). Потребляемая мощность – 15–20 Вт (в зависимости от режима работы).Принцип работы лазерного виброметра основан на доплеровском сдвиге частоты оптического (лазерного) излучения, отраженного от движущегося объекта.В этом случае применяют метод оптического гетеродинирования отраженного от объекта слабого оптического сигнала на основе двухлучевой интерференционной оптической схемы с последующим формированием квадратурных компонент электрического сигнала фотодетекторами балансного типа. Микропроцессоры, входящие в состав лазерного виброметра, производят цифровую обработку и анализ вибрационных сигналов. Результаты в виде спектрограмм или осциллограмм отображаются на экране внешнего компьютера, подключенного через каналы RS-232 или USB, разъемы которых размещены на панели управления прибора. Измерение параметров сигнала проводится при помощи подвижного маркера на экране дисплея.

 

В состав портативного лазерного виброметра входит карманный персональный компьютер (КПК). Он в графическом виде отображает результаты измерений на дисплее; управления режимами работы лазерного виброметра через виртуальную панель управления, в том числе режимами обработки сигнала и отображения его во временной (осциллограф) или в частотной (анализатор спектра) областях; выбирает пределы амплитудных измерений и длительности развертки в режиме осциллографа, а также частотную полосу обзора в режиме анализатора спектра и число усреднений реализаций спектров от 1 до 256; выполняет функцию установки линейного или логарифмического масштабов в режиме анализатора спектра и в режиме записи результатов измерений на флэш-карту в формате, выбранном оператором и с возможностью последующего воспроизведения на другом компьютере. Разработано программное обеспечение, которое позволяет управлять всеми перечисленными функциями и режимами при помощи стандартных компьютеров по каналам RS-232 или USB, что дает возможность включать лазерный виброметр в автоматизированные измерительные системы. В состав лазерного виброметра входят оптическая система, формирующая квадратурные составляющие доплеровского сигнала, и электронная система

 

Частота ультразвука, принятого от движущегося отражателя (или рассеивателя), отличается от частоты излученного сигнала. Это явление называют эффектом Доплера, а величину изменения частоты, пропорциональную скорости движения отражателя (или рассеивателя), — доплеровским сдвигом. Смешивая излученной и принятый сигналы, получают разностный (доплеровский) сигнал, частота которого равна доплеровскому сдвигу. Для связанных с движением многих физиологических процессов в организме величина этого сдвига находится в диапазоне звуковых частот, что и привело к созданию простых индикаторов скорости, в которых доплеровский сигнал подается на наушники или громкоговорители. Оператор, работающий с таким прибором, может на слух определить наличие перемещения какого-либо отражателя (или рассеивателя) на пути ультразвукового пучка, а при некотором опыте — судить о характере движения.

2. Эффект Доплера

Эффект Доплера — зависимость наблюдаемой частоты периодического колебания от любого изменения расстояния между источником колебаний и наблюдателем. Этот эффект появляется, если наблюдатель или источник (или они оба) движутся или если излучение от неподвижного источника к неподвижному наблюдателю приходит, отражаясь или рассеиваясь от движущегося объекта.

Если источник и наблюдатель движутся вдоль одной прямой со скростями соответственно то наблюдаемая частота определяется определенным выражением где частота колебаний источника, с — скорость распространения излучения. Отсюда получаем выражение для доплеровского смещения:

Термоанемометр.

Дурст и Уайтлоу даже ввели классификацию оптических измерителей скорости на допплеровские и интерференционные

 Спектральный анализ рассеянного излучения

В допплеровском методе измерения скорости наибольший интерес представляют спектральные характеристики рассеянного света, поскольку

в них содержится информация о движении объекта.

Такие устройства были использованы для определения внутриутробного сердцебиения плода [10, 34] и вибраций стенок сосудов при измерении артериального давления Диагностические возможности ультразвукового измерителя скорости кровотока можно расширить в нескольких направлениях. Его можно применять для визуализации кровотока в сосудах [42], прикрепив ультразвуковой зонд к координатному устройству, которое позволяет синхронно с зондом перемещать на запоминающем мониторе яркостную отметку.

Доплеровские приборы, обладающие разрешением по глубине, могут применяться в устройствах визуализации, которые позволяют формировать изображения, требующие знания о глубине. Они могут использоваться не только для селекции сосудов, залегающих на разных глубинах, но и для построения профиля скоростей, распределения скорости кровотока в поперечном сечении сосуда

Но некоторые физиологические характеристики, такие, как профиль скоростей, необходимые для оптимизации системы и понимания особенностей формирования доплеровских сигналов, могут быть измерены только с помощью самих доплеровских методов.

 

Где:

— масса колеблющегося грузика.

— коэффициент жёсткости пружины в направлении, перпендикулярном плоскости.

— величина поворота в плоскости перпендикулярно движению колеблющегося грузика.

Разновидности[править вики-текст]

 Вибрационные роторные гироскопы (в том числе динамически настраиваемые гироскопы)[14].

МЭМС-гироскопы[14]. Свойства гироскопа используются в приборах — гироскопах, основной частью которых является быстро вращающийся ротор, который имеет несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

Чаще всего используются гироскопы, помещённые в карданов подвес. Такие гироскопы имеют 3 степени свободы, то есть он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей АА', BB' и CC', пересекающихся в центре подвеса.Гироскопы применялись в контроллерах для игровых приставок: Sixaxis для Sony PlayStation 3 и Wii MotionPlus для Nintendo Wii и в более поздних. Вместе с гироскопом в них установлен акселерометр.

 С 2010 года смартфоны стали дополнительно оснащаться трехосевым вибрационным МЭМС-гироскопом, одним из первых был iPhone.Самыми простыми примерами игрушек, сделанных на основе гироскопа, являются йо-йо, волчок (юла) (волчки отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки).

Гироскоп выполняет функции детектора угловой скорости в инерциальном пространстве и по праву может называться абсолютным тахометром, являясь структурным элементом инерциальной навигационной системы, обрабатывающей информацию о местонахождении самолета или судна сцелью выведения его на курс.

  Рис.24.1 .Принцип возникновения эффекта Саньяка

Принцип действия оптического гироскопа основан на эффекте Саньяка. По круговому оптическому пути, как показано на рис. 24.1, благодаря расщепителю луча свет распространяется в двух противоположных направлениях. Если при этом система находится в покое, оба световых луча распространяются встречно по оптическому пути одинаковой длины. Поэтому при сложении лучей в расщепителе по завершении пути нет фазового сдвига. Однако когда оптическая система вращается с угловой скоростью Ω, между световыми волнами возникает разность фаз. Это явление и называется эффектом Саньяка.

Кольцевой лазерный гироскоп.Кольцевой лазерный гироскоп изготовляется подобно газовому лазеру: в кварцевом блоке путем расплавления создается полость (канал) в форме треугольника и заполняется смесью гелия и неона. Таким образом, кольцевой лазерный гироскоп достиг уже стадии практического

применения, но, тем не менее, остается ряд нерешенных проблем:1. Нелинейность выходного сигнала при малой угловой скорости (влияние синхронизма).2. Дрейф выходного сигнала из-за газовых потоков в лазере.3. Изменение длины оптического пути под воздействием теплового расширения, давления и механических деформаций.

Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.

Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время. Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.

 

 

Кварцевые часы

Кварцевые наручные часы получили распространение благодаря возможностям современной технологии изготовления полупроводников и созданию интегральных микросхем. Ч. с электронной схемой и цифровой индикацией на жидких кристаллах или светодиодах называются электронными. Электронная часть этих Ч. содержит, кроме кварцевого генератора, делители частоты (счётчик), дешифраторы (рис. 7а

Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни человека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему все больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам.Основными элементами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.

1. Катушка

 2. Стартор

 3. Ротор

 4. Триб ротора

 5. Магниты

Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название. Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании. Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр. По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно

Зачем часам кристалл Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц

      

1. Источник питания

 2. Шаговый двигатель

 3. Передаточное колесо

 4. Секундное колесо

 5. Центральное колесо

 6. Часовое колесо

 7. Рычаг кулачковой муфты

 8. Переводной рычаг

 9. Переводная головка

 10.Переводной вал

 11. Кулачковая муфта

 12.Тормозной рычаг

 13. Минутное колесо

 14. Промежуточное колесо

 15. Блок кварцевого генератора

 

Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.

Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора - постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки. Сколько же прослужит "кварц"? Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.Статистики по "долгожительству" кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день. С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка. Преимущества кварцевых часов. Точность – В связи с маленькими показателями в отставании/опережении заданного времени. Надёжность – В таком виде механизма очень мало деталей и это обеспечивает постоянную надёжную работу. Ударопрочность – Из-за особенностей конструкции и отсутствия сложносоставных деталей эти часы не боятся обычных механических повреждений, что могут произойти в повседневной жизни. Долговечность элемента питания – Срок службы батарейки в часах составляет в среднем 2 – 3 года. Простота и надёжность механизма – Так как механизм таких часов в основном своём виде состоит из разных видов пластика и его производство полностью автоматизировано, эти свойства дают долговечность и понижают стоимость продукции на выходе.

 

 

10. Радиационные и цветовые пирометры

В общем случае радиационный пирометр состоит из следующих основных элементов: телескопа, приемника излучения и вторичного прибора.

Телескоп с помощью линзы объектива или вогнутого зеркала обеспечивает фокусирование излучения от нагретого тела на приемник. В качестве приемника излучения используются термопары, термобатареи, болометры (металлические и полупроводниковые), биметаллические спирали и др. Наибольшее распространение получили пирометры с термобатареями, представляющими несколько последовательно соединенных термопар.

Излучение, будучи сфокусированным на рабочих спаях термопар, нагревает их, в результате чего развивается тэдс, измеряемая с помощью вторичных приборов. К термобатареям как приемникам излучения в пирометрах предъявляются следующие требования: они должны быть малогабаритными, развивать возможно большую тэдс, обеспечивать малую инерционность. Для повышения тэдс увеличивают площадь поверхности рабочих спаев термопар, расплющивая термоэлектроны или припаивая к ним тонкие пластинки, а для повышения коэффициента поглощении рабочие концы термопар чернят

Вторичными приборами в радиационных пирометрах служат пирометрические милливольтметры и электронные потенциометры, шкалы которых проградуированы в градусах температуры получения (яркостная, цветовая и радиационная).

Количество лучистой энергии, попадающей на объектив телескопа, определяется не только температурой контролируемого тела, но и его размерами, а также расстоянием между ним и телескопом. Чтобы обеспечить независимость показаний от размеров объекта и степени его удаленности, в телескопах предусматривается диафрагма поля зрения, с помощью которой ограничивается телесный угол визирования. В зависимости от этого угла телескопы радиационных пирометров разделяются на широкоугольные, узкоугольные и остроугольные. При ограничении угла визирования на термобатарею поступает излучение только с небольшого участка нагретого тела, за пределами которого излучение не фиксируется, чем и обеспечивается независимость показаний от размеров излучателя. С увеличением расстояния между прибором и объектом измерения площадь его поверхности, ограниченной полем визирования, возрастает пропорционально квадрату этого расстояния, а количество лучистой энергии, попадающей на приемник с единицы площади нагретой поверхности измеряемого тела, уменьшается пропорционально квадрату расстояния между пирометром и контролируемым объектом. Суммарное влияние этих факторов должно обеспечить независимость показаний прибора от степени удаленности объекта, хотя на практике полная компенсация не достигается, что обусловливает наличие дополнительных погрешностей.

При измерении быстро меняющихся температур необходимо, чтобы приемник обладал возможно меньшей инерционностью. Термическая инерционность радиационных пирометров оценивается интервалом времени с момента облучения телескопа, имеющего температуру 20° С, до того момента, когда развиваемая приемником тэдс достигает значения, на 2% отличающегося от тэдс, соответствующей измеряемой температуре. В зависимости от этого телескопы радиационных пирометров согласно ГОСТ 6923— 68 разделяются на малоинерционные (инерционность менее 0,5 с); со средней инерционностью (от 0,5 до 2 с); с большой инерционностью (свыше 2с).

Наименьшая инерционность может быть достигнута в телескопах, у которых в качестве приемников излучения используются полупроводниковые болометры.

Радиационные пирометры, включая и вторичные приборы, должны быть взаимозаменяемы по их градуировочной характеристике. Установлены четыре градуировочные таблицы: гр. РК-15 (от 400 до 1500 ° С); гр. РК-20 (от

600 до 2000 ° С); rp. PC-20 (от 900 до 2000 ° С) и гр. РС-25 (от 1200 до

2500° С). Кроме того, существует широкоугольный объектив градуировки Р-5 с оптикой из фтористого лития для измерения температур в инфракрасной области (от 100 до 500 ° С). В настоящее время разработано много конструкций радиационных пирометров, отличающихся по ряду признаков, основным из которых является интервал температур, для измерения которых предназначен прибор.

На рисунке 7.1.1 показано конструктивное исполнение узкоугольного телескопа ТЕРА-50. Его основными частями являются: массивный металлический корпус 1 с диафрагмой 2, объектив, состоящий из стеклянной или кварцевой линзы 3, фокусирующей изображение контролируемого объекта на

термобатарею 5. На фланец с резьбовой частью навинчивается диафрагма 4, ограничивающая угол визирован я телескопа. При градуировке с помощью трубки 10 диафрагму перемещают вдоль резьбового хвостовика, подгоняя тэдс термобатареи до градировочного значения. Вблизи холодных спаев

термобатареи помещается терм 9 из медной проволоки, который

уменьшает влияние изменений температуры телескопа на его показания.

 

 

 

Рисунок 7.1.1 – Схема радиационного пирометра

 

На передней стенке корпуса расположен окуляр, состоящий из линзы8 и защитного стекла 7, которое предохраняет глаз наблюдателя при большой яркости визируемого объекта. Термобатарея подключается к вторичному прибору с помощью соединительных проводов 6.

Радиационным пирометрам присущи как методические, так и инструментальные погрешности. Источниками первых являются отличия коэффициента черноты контролируемого тела от абсолютно черного, потери лучистой энергии в промежуточной среде и зависимость показаний пирометра от размеров излучателя и удаленности его от телескопа. Из числа инструментальных следует отметить погрешности, обусловленные отклонением характеристики пирометра от стандартной градуировочной таблицы, отклонением температуры телескопа от нормальной (+20° С), а также погрешности вторичных приборов.

При контроле температуры тел, близких по своей излучающей способности к абсолютно черному телу, основная погрешность измерения температуры

помощью радиационных пирометров не превышает 1% от верхнего предела измерения.

9. Монохроматические (яркостные) пирометры

В основу действия яркостных пирометров положена зависимость монохроматической яркости абсолютно черного тела от его температуры, которая описывается законами Вина и Планка. Измерение температуры с помощью этих пирометров сводится к сравнению яркости излучения контролируемого тела с яркостью градуированного источника излучения, находящегося в пирометре, в узком участке спектра излучения.

На рисунке 7.2.1 представлена принципиальная схема яркостного визуального пирометра (пирометра с «исчезающей нитью»).

 

 

Рисунок 7.2.1 – Схема яркостного пирометра

 

Излучение от контролируемого объекта 1 с помощью линзы 2 объектива фокусируется в плоскости нити накаливания пирометрической лампы 5. Наблюдая через окуляр 8 и красный светофильтр 7, оператор видит нить накала лампы на фоне изображения контролируемого объекта. Пирометрическая лампа включена в электрическую цепь, состоящую из источника тока 10, реостата 11, регистрирующего прибора 9. Изменяя реостатом силу тока, проходящего через пирометрическую лампу, оператор плавно изменяет яркость нити лампы. Если яркостная температура нити ниже яркостной температуры объекта, то нить видна темной на фоне объекта (рисунок 7.2.1, а); если температура нити выше температуры объекта, то нить ярче объекта (рисунок 7.2.1, б). При равенстве ее видимой яркости с яркостью контролируемого объекта нить лампы на фоне изображения излучателя не видна (рисунок 7.2.1, в), что свидетельствует о равенстве их яркостной температуры. Определив заранее зависимость между силой тока, проходящего через лампочку, и яркостной температурой последней по показаниям регистрирующего прибора, находят яркостную температуру измеряемого тела.

В пирометре применены две диафрагмы 4 и 6, которые ограничивают входной b и выходной a углы прибора. Значения этих углов выбираются исходя из диаметра нити лампы, ее формы и сечения . Красный светофильтр 7 применен для выделения узкого спектрального интервала (шириной примерно 100 им), при котором происходит сравнен е яркостей. Чтобы избежать перегрева нити лампы, ее нагревают не свыше яркостной температуры 1500° С, а при измерении более высоких температур яркость контролируемого объекта ослабляют путем установки между ним и лампой поглощающего стекла 3 серого цвета.

В яркостных       пирометрах применяются лампы с вольфрамовой нитью накаливания. С повышением силы тока в лампе соответственно возрастает ее

температура как следствие увеличиваются сопротивление и напряжение на ее зажимах. Очевидно, каждый из этих параметров может служить мерой ее яркостной температуры. В соответствии с этим существуют пирометры, и которых для измерения указанных величин применяются различные вторичные приборы: амперметры, включенные с лампой последовательно, вольтметры, контролирующие напряжение, логометры и мосты, фиксирующие изменение сопротивления лампы.

Пирометры с «исчезающей нитью» ОППИР-017 используются для измерения температуры от 800 до 6000 ° С и в зависимости от пределов измерения имеют три разновидности. Кроме того, каждый прибор снабжен двумя шкалами с различными пределами измерений.

Прибор ОППИР-017 состоит из следующих узлов: оптической системы, включающей в себя объектив, окуляр, красный светофильтр, две диафрагмы и поглощающий светофильтр; пирометрической лампы с дугообразной нитью накаливания, включенной последовательно с регулировочным реостатом и встроенным показывающим прибором, в качестве которого применен дифференциальный амперметр. К нему в комплекте придаются два последовательно включенных щелочных аккумулятора с напряжением от 2 до 2,6 В.

Применяемые в пирометрах ОППИР-017 пирометрические лампы не взаимозаменяемы, поэтому при каждой смене лампы требуется индивидуальная градуировка прибора. Регулировочный реостат выполнен в виде кольца и установлен в крышке корпуса.

Яркостным пирометрам присущи методические и инструментальные погрешности. Появление первых обусловлено отличием характера излучения контролируемого тела от абсолютно черного, поглощением лучистой энергии в промежуточной среде, ошибкой наблюдателя при уравнивании яркостей. Инструментальные погрешности возникают из-за отклонения температуры прибора от нормальной (20° С), изменения градировочной характеристики пирометрической лампы, отклонения параметров красного светофильтра от установленных стандартом и изменения пирометрического ослабления поглощающего стекла от стандартного значения. Основная допустимая погрешность измерения зависит от диапазона температур и составляет ±20° С (при пре-делах измерения 800—1400° С) ±30° С (при пределах измерения 1200— 2000° С).

 

 

Анкерный спуск

В спусковых регуляторах с балансом чаще применяются свободные анкерные спусковые механизмы. На рисунке 4.1 показаны основные части свободного анкерного спускового механизма. На оси баланса (на рисунке не показана) неподвижно посажен двойной ролик 1, в который запрессован импульсный штифт (эллипс) 2, посредством которого баланс взаимодействует с анкерной вилкой. Узел баланс с волоском и двойным роликом при сборке регулируется так, что в равновесном положении баланса импульсный штифт находится на линии центров баланса и анкерной вилки. Анкерная вилка насажена на ось 13, опирающуюся на подшипники (на рисунке не показаны), и имеет две палеты: входную палету 14 и выходную палету 6. Рабочими поверхностями палет являются плоскости импульса 7 и плоскости покоя 5. Угол поворота анкерной вилки ограничен двумя штифтами, запрессованными в пластину и расположенными симметрично относительно линии центров баланса и анкерной вилки. Палеты находятся в зацеплении с зубьями спускового анкерного колеса 9. Расстояние между палетами таково, что одновременно могут находиться в соприкосновен только один из зубьев анкерного

колеса с одной из палет. Обычно анкерное колесо имеет 15 зубьев, и расстояние между серединами импульсных плоскостей палет, измеренное по дуге

окружности острий зубьев анкерного колеса, составляет 2 ^1/₂ шага колеса.

анкерное колесо зубчатой передачей с двигателем (чаще пружинным) и

Анкерное колесо неподвжно посажено на анкерный триб 8, связывающий анкерное колесо зубчатой передачей с двигателем и стрелками часов. Зубья анкерного колеса имеют плоскость импульса 12, острие 11 и пятку 10. Анкерное колесо и анкерная вилка современных карманных и наручных часов обычно изготавливаются из стали. Импульсный штифт и палеты изготавливаются из синтетического рубина, их рабочие поверхности полируются.

 

 

 

 

  Рассмотрим работу анкерного спуска (рисунок 4.2). Предположим, что баланс находится в крайнем положении и начинает вращение против хода часовой стрелки. Под воздействием момента, развиваемого волоском, баланс движется свободно, без какого бы на то ни было взаимодействия с анкерной вилкой. Энергия колебательной системы в это время расходуется только на трение в подшипниках баланса, сопротивление воздуха и гистерезис волоска. Анкерная вилка в это время отклонена влево от линии центров вилки и баланса и давлением зуба 1 на плоскость покоя входной палеты прижата к левому ограничительному упору. Это положение механизма показано на рисунке 4.2 а. Прижим (притяжка) вилки к ограничительному упору достигается благодаря расположению плоскости покоя входной палеты под острым углом к радиусу, проведенному из оси вращения анкерной вилки на переднее ребро входной палеты (рисунок 4.3). Дополнительный до 90° угол τ называется углом притяжки. Для обеспечения прижима вилки к

упору угол притяжки должен быть больше угла трения зуба о палету. Обычно τ= 10 -15°. На рис. 3 показан также угол притяжки на выходной палете.

 

 

Угол поворота баланса от его крайнего положения до начала взаимодействия с анкерной вилкой называется дополнительным углом. В спусковых регуляторах карманных или наручных часов дополнительный угол составляет 90 - 95% амплитуды колебаний (135 - 285). Таким образом, баланс большую часть своего движения совершает свободно, без взаимодействия с анкерной вилкой. Отсюда и произошел термин «свободный анкерный спуск». Свободное движение баланса продолжается до тех пор, пока импульсный штифт, войдя в паз вилки, ударится о правую стенку паза (рисунок 4.2, б). С этого момента начинается взаимодействие колебательной системы (баланса) со спусковым механизмом. Баланс, продолжая движение, поворачивает анкерную вилку и выводит входную палету из-под острия зуба 1 анкерного колеса, тем самым, освобождая анкерное колесо. В это время баланс является ведущим звеном, а вилка – ведомым, и происходит расход части запаса энергии колебательной системы на освобождение анкерного колеса. Благодаря наличию угла притяжки при освобождении анкерное колесо поворачивается на небольшой угол против хода часовой стрелки. Положение механизма к концу освобождения показано на рисунке 4.2, в. Угол поворота анкерной вилки во время освобождения называется углом освобождения, или полным углом покоя. Освобождение анкерного колеса закончится, когда баланс повернет вилку на столько, что острие зуба окажется на переднем ребре входной палеты. Колесо получило возможность вращаться в направлении хода часовой стрелки под действием усилия заводной пружины. Острие зуба скользит по плоскости импульса входной палеты, сообщая анкерной вилке подталкивающий импульс, который передается балансу. При передаче импульса ведущим звеном в паре баланс-анкерная вилка, является вилка. Запас энергии баланса пополняется за счет энергии пружинного или иного двигателя часового механизма. Положение спускового механизма во время передачи импульса давлением острия зуба на плоскость импульса входной палеты показано на рисунке 2, г. Во время передачи импульса баланс проходит положение равновесия, причем эллипс проходит линию центров анкерной вилки и баланса. После того как острие зуба до дет до заднего ребра палеты, передача импульса продолжается, но уже при скольжении заднего ребра палеты по плоскости импульса зуба (рисунок 4. 2, д). Таким образом, в рассматриваемом спусковом механизме передача импульса как бы распределена между плоскостями импульса на палете на зубе. Такие спусковые механизмы называются механизмами с распределенным импульсом. Существуют механизмы, где передача импульса осуществляется только за счет скольжения острия зуба по плоскости импульса палеты – это механизмы с острыми зубьями спускового колеса, а также механизмы с передачей импульса только на плоскости импульса – э о механизмы типа штифтового спуска, изображенного на рисунке 4.3. Угол поворота анкерной вилки во время передачи импульса называется углом импульса  _a. Он складывается из угла импульса на зубе aз и угла импульса на палете an (рисунке 4.3):

 a   a з   an ;

( 4.1)

Автоматический мост.

Автоматический мост состоит из 4-х плечего измерительного моста в измерительную диагональ, которого включен электронный усилитель разболанса. Для установления мостовой измерительной схемы в равновесие служит особое сопротивление включенное в оба плеча моста наз. реохорд. Длина этого сопротивления имеет длину шкалы прибора. Подвижный контакт реохорда перемещается по виткам этого сопротивления изготовленного из нихромовой проволоки, закрепленный указатель двигается по шкале.

В измерительное плечо моста включен чувствительный элемент (ПИП) практически любого резистивного типа. Но на каждом таком приборе отличается с какими ПИПами он может работать. Прибор имеет несколько точек, к которым может подключаться до 10-ка различных преобразователей. А подключение к ним происходит поочередно, автоматически. В случае разбалансировки моста на выходе усилителя ЭУР появляется сигнал, в результате чего начинает вращаться синхронный двигатель (СД - двигатель вращается с постоянной частотой). Вал этого двигателя соединен с движком реохорда и вращение происходит до тех пор пока не установится равновесие схемы (двигатель остановиться в точки соответствующей новому равновесию моста).

Отклонение от равновесия пропорционально изменению сопротивления R_t1, то сопротивление которое помещается в исследуемый образец.

Шкала такого прибора может градуироваться в значениях измеряемого параметра окружающей среды (t,v,p). Подключение ПИП может осуществляться как по 2-х, так и по 3-х проводной схеме.

Метрологические характеристики: погрешность измерения ±5⁰, класс точности 0,5.

 

Средства измерения давления с гидростатическим уравновешиванием Поршневые манометры

Средства измерения параметров давления можно разделить на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические.

Действие жидкостных средств измерений основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной (рабочей) жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.

Простейшим прибором для измерения давления или разности давлений является двухтрубный (или U – образный) манометр (рис. 2.141,а), представляющий собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью или водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединяется с атмосферой, а другой подключается к объекту, где изменяется давление. Его значение определяется из выражения P=hrg,

Где р – измеряемое давление, Па; h – разность уровней жидкости, м; r - плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2

Более удобным средством измерения давления является однотрубный (чашечный) манометр Принцип действия аналогичен

В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерения давления существенно ограничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений. К числу средств измерений, которые еще применяются, относятся поплавковые, колокольные и U-образные дифманометры.

 

  Рис. 25 Схема поплавкового дифманометра

Поплавковые дифманометры представляют собой два сообщающихся сосуда (рис. 25). Площадь сечения F широкого сосуда 1 значительно больше площади сечения f узкого сосуда 7. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки. О значении измеряемой величины судят по указателю 3. При подключении прибора большее давление подается в сосуд 1, а меньшее – в сосуд 7.Колокольные дифманометры представляют собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений (рис. 26). Противодействующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъеме и уменьшения тяжести колокола при его погружении. Достигается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закону Архимеда.

Рис. 26 Схема колокольного дифманометра

 Если давления в измерительных камерах 2 и 3 равны между собой, то колокол 1 находится в среднем положении.Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешиванием обладают высокой чувствительностью и могут использоваться для измерения малых давлений, перепадов давлений и разрежений.Некоторые модификации колокольных дифманометров оснащаются преобразователем механического перемещения в токовый унифицированный сигнал для передачи информации на расстояние.Самым простым по устройству среди жидкостных средств измерения давления является U-образный дифманометр. Дифманометр состоит из двух прямых стеклянных трубок, соединенных по способу сообщающихся сосудов (рис. 27).

 Трубки и шкала крепятся на подставку 3 скобами 4, что позволяет удерживать измерительную систему в фиксированноположении и обеспечить стабильность измерения.Эти приборы нашли широкое применение на производстве, т.к. они надежны, просты в эксплуатации и имеют достаточную точность измерения.К недостаткам можно отнести необходимость постоянного слежения за уровнем рабочей жидкости, т.к. вода сравнительно быстро испаряется.

Поршневые манометры

Впервые поршневой манометр был применен для измерения давления в 1833 г. Парротом и Ленцсм (Российская Академия наук) при изучении сжимаемости воздуха и других свойств газов, причем значение давления для того времени было очень большим (10 МПа

 Поршневые манометры –это приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся поршень. Манометры этого типа отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений.На рис.2 изображен простейший поршневой манометр, который состоит из цилиндрического поршня 1, притертого к цилиндру 2 с минимально возможным зазором. Если на нижний торец поршня действует измеряемое давление р, то для его уравновешивания к поршню должна быть приложена сила Р.

   Рис. 2. Простейший поршневой манометр

 поршневые манометры являются идеальными преобразователями давления в силу.

градуировки и поверки манометров других типов, при точных измерениях и контроле давления с выходом показаний на цифровой счётчик или с передачей их на расстояние. В наиболее распространенных поршневых манометрах давление уравновешивается весом грузов. Такие манометры называются грузопоршневыми. .

Наиболее распространены грузопоршневые манометры с простым неуплотнённым поршнем (рис.3)

Рис.3. Грузопоршневой манометр МП-60 с простым неуплотнённым поршнем:

 1 — грузы; 2 — грузоприёмная тарелка; 3 — ограничитель; 4 — воронка; 5 — поршень; 6 — цилиндр.Пространство под поршнем заполнено маслом, которое под давлением поступает в зазор между поршнем и цилиндром, что обеспечивает смазку трущихся поверхностей. Вращение поршня относительно цилиндра предотвращает появление контактного трения. Давление определяется весом грузов, уравновешивающих его, и площадью сечения поршня. Изменяя вес грузов и площадь сечения поршня, можно в широком диапазоне менять пределы измерений, которые для манометров данного типа составляют 0,04—10 Мн/м² (0,4—100 кгс/см²). При этом погрешности наиболее точных эталонных манометров не более 0,002—0,005 %. При дальнейшем повышении пределов измерений площадь поршня становится столь малой, что для грузов необходимо конструировать специальное устройства (опорные штанги, рычажные устройства). Например, для уменьшения веса грузов в манометрах системы манометр К.Жоховского уравновешивающее усилие создаётся при помощи гидравлического мультипликатора. В этом случае даже при измерении высоких давлений 2,5 Гн/м²(2,510⁴кгс/см²) измерительная установка предельно компактна и не требует наложения большого числа грузов.Поршневые манометры специальных конструкций[ 4 ] применяются также при измерении небольших избыточных давлений, разрежений, абсолютного и атмосферного давлений.Точными (образцовыми) приборами для измерения высоких давлений являются поршневые манометры, устройство которых показано на рис 4.Грузопоршневой образцовый манометр МП-60.В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров. Наиболее существенное достоинство поршневых манометров состоит в том. что они непосредственно воспроизводят давление по определению: давление равно силе, деленной на площадь поршня. Этот метод так же, как и метод уравновешивания давления столбом жидкости, является фундаментальным, т. е. измерение давления в конечном итоге сводится к измерению массы, длины и времени. Вышеизложенное позволяет сформулировать следующее определение.