5. Средства отображения информации. Отсчётные устройства

Средства отображения информации приборов предназначены для преобразования уловленных чувствительным элементом и усиленных усилителем или передаточным механизмом изменений состояния контро­лируемого объекта (сигналов) в воспринимаемую человеком форму. В их качестве из механизмов чаще всего используют отсчётные устройства- совокупность деталей, предна­зна­ченных для зрительного определения измеряемой величины посредством наблюдения за положением указателя относительно системы штрихов и цифр, расположенных на шкале. Иногда отсчётное устройство связано с самописцем.

Основными деталями отсчётных устройств являются шкалы и указатели. Шкала - совокупность отметок (штрихов, цифр, букв), рас­по­ложен­ных по пря­мой линии или по дуге окружности и изобра­жающих ряд пос­ледовательных чисел, соответствующих значе­ни­ям измеряемой величины. Деталь, на которую нанесена шкала, называется циферблатом. Указатель- приспособление (стрелка, световое пятно и т. п.), которое занимает опре­делённое положение относительно шкалы и тем самым отмечает численное значение измеряемой величины.

Носитель шкалы - линия, на которой штрихами (отметками шкалы) отме­чают определённое значение измеряемой величины.

Цена деления (Н) - число единиц измеряемой величины соответству­ющее одному делению (участку шкалы между двумя соседними отметками).

Цена оборота (Аш) шкалы - число единиц измеряемой величины, соот­ветст­вующее одному обороту шкалы.

Масштаб шкалы (Мш) - отношение длины деления шкалы к цене деления.

Пределы шкалы (нижний Х_MIN и верхний Х_MAX) - соответствующие пре­делам изменения измеряемой величины пределы шкалы.

Шкала считается равномерной (линейной), если величина отно­шения максимальной длины деления шкалы к минимальной не превышает 1,3. Длина деления шкалы лабораторных приборов находится в пределах 0,5 - 2,5 мм, щитовых - 3 - 10 мм.

Длина шкалы L_Ш- произведение длины деления на их количество. Если в результате расчёта эта длина получается слишком большой, то деления шкалы располагают на диске по архимедовой спирали, а на барабане - по винтовой линии. Иногда применяют две шкалы: одну - для точного отсчёта (шкала точного отсчёта ШТО), а другую - для грубого отсчёта (шкала гру­бого отсчёта ШГО). Согласованные движения ШТО и ШГО обеспечи­ваются отсчётным механизмом с передаточным отношением, равным числу делений ШГО. Обе шкалы должны иметь одинаковое направление отсчёта.

Угол шкалы - угол, соответствующий длине дуги носителя шкалы между первой и последней его отметками.

Характеристика шкалы - функция зависимости показателя положе­ния ука­зателя прибора от значения измеряемой величины. Её первая производная по этой величине называется чувствительностью прибора.

Отсчётные устройства классифицируются :

- по подвижности шкалы и указателя;

- по количеству шкал (одношкальные, многошкальные);

- по форме носителя и поверхности, на которой наносятся шкалы (шкалы плоские - прямые, дуговые, круговые, дисковые, спиральные, а также пространственные - цилиндрические, конические, винтовые);

- по расположению нулевой отметки на шкале (односторонние, безнуле­вые, двухсторонние).

Абсолютная погрешность отсчёта  зависит от погрешности снятия отсчёта (примерно равна половине цены деления прибора), погреш­ности механизмов приборов и неустойчивости измеряемого параметра.

Относительная погрешность прибора, % ,

= 100 /(Х_MAX - X_MIN).

Допускаемая относительная погрешность прибора определяет его класс точности. Классы точности бывают следующими (в порядке убывания точности): 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 6,0. Лабораторные приборы имеют классы точности от 0,005 до 0,5, производственные - от 0,5 до 1,5, щитовые - от 1,0 до 6,0. Так, для вольтметра, работающего в диапазоне измерений 0 — 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная погрешность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В. Класс точности прибора указывается на шкале прибора. Если на шкале такого обозначения нет, то данный прибор внеклассный, то есть его относительная погрешность превышает 4%.

В задачу расчёта отсчётных устройств входит определение:

- цены деления Н шкалы;

- числа делений шкалы N_ш =(Х_MAX - X_MIN)/Н;

- расчётной длины шкалы L_Ш, мм,;

- передаточного отношения отсчётного механизма (при наличии та­ко­вого).

Исходными данными для расчёта отсчётных устройств являются:

- пределы изменения измеряемой величины (Х_MAX - X_MIN);

- соответствующий этим пределам угол поворота валика исполни­тель­ного элемента (ИЭ) прибора (выходного звена передаточного механизма, кинематически соединённого с входным звеном отсчётного механизма);

- назначение и класс точности прибора с соответствующими значениями относительной и абсолютной погрешности;

- длина деления шкалы в миллиметрах, соответствующая типу прибора;

- ориентировочные значения угла и диаметра шкалы.

Примеры механизмов отсчётных устройств :

1. Механизмы со спиральными и винтовыми шкалами. Служат для уве­ли­чения угла и длины шкалы.

2. Механизм с двумя шкалами, у которых валик шкалы грубого отсчёта соединён с валиком исполнительного элемента. Различают три вида механизмов:

- механизм отсчётного устройства с двумя соосными цилиндрическими шкалами и плане­тар­ным механизмом (рис. 39, а);

- механизм с параллельными осями двух дисковых шкал (рис. 39, б);

- червячный механизм с цилиндрической шкалой точного отсчёта и дисковой шкалой грубого отсчёта (рис.39, в).

3. Микрометрические двухшкальные механизмы (микрометры, рис. 39, г).

а) б)

в) г)

Рис.39. Схемы механизмов отсчётных устройств

Счётчики делятся на две группы:

1. Одноциферблатные с непосредственным суммарным отсчётом. На рис.40 приведена схема четырёхдекадного счётчика с последовательно соединён­ными мальтийскими механизмами, у которых каждый крест 1 имеет 10 пазов. На входном валике 2 закреплён только один поводок. Каждый крест соединён со следующим поводком и оцифрованным барабанчиком 3 парой одинаковых зубчатых колёс 4. За один оборот поводка крест повора­чивается на 1/10 оборота.

Рис.40.Схема четырёхдекадного счётчика с последовательно соединён­ными мальтийскими механизмами: 1-мальтийский крест; 2-входной валик; 3- оцифрованный барабан; 4- зубчатое зацепление.

Аналогичные четырёхдекадные счётчики конструируются на основе цевочных механизмов.

2. Многоциферблатные счётчики с раздельным отсчётом. На рис.40 показано многоциферблатное отсчётное устройство, состоящее из несколь­ких пар зубчатых колёс с передаточным отношением каждой пары, равным 10. Недостатком его является неудобство отсчёта по нескольким циферб­латам при вращении соседних стрелок в разные стороны.

Функции счётчиков могут выполнять и двухшкальные механизмы отсчёт­ных устройств (см. рис.39), если валик шкалы точного отсчёта соединить с валиком прибора, число оборотов которого требуется отсчитывать.