Динамические характеристики отражают инерционные свойства средства измерений при воздействии на него меняющегося во времени входного сигнала или внешних влияющих величин.
По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.
К полным динамическим характеристикам относятся:
дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений;
передаточная функция;
переходная характеристика;
импульсная переходная характеристика;
амплитудно-фазовая характеристика;
амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств измерения;
совокупность амплитудно-фазовых и фазово-частотных характеристик.
Частными динамическими характеристиками могут быть отдельные параметры полных динамических характеристик, не отражающие полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуемой точностью (например, время реакции, коэффициент демпфирования).
Нормы на отдельные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации (паспорте, техническом описании, инструкции по эксплуатации и т. Д.) в виде номинальных значений, коэффициентов функций, заданных формулами, таблицами, графиками пределов допускаемых отклонений от номинальных значений функций. В ГОСТ 8. 009-84 приведены способы нормирования рассмотренных выше метрологических характеристик.
4. Назначение, принцип действия и электрическая схема весоизмерительных тензорезисторных датчиков
Современные весоизмерительные системы для измерения расхода сыпучих продуктов на предприятиях строятся на базе весоизмерительных тензорезисторных датчиков (ТД). Весоизмерительные емкости с материалом устанавливаются или подвешиваются на ТД.
В качестве чувствительных элементов ТД используются тензорезисторы. Они приклеиваются на поверхность упругого элемента подобно почтовой марке и при деформации этого упругого элемента под действием нагрузки меняют свое сопротивление. Существует несколько типов таких тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые. Таким образом, измерение нагрузки или веса продукта сводится к измерению сопротивления тензорезисторов.
На рис. 2.1 изображена схема моста Уитстона для измерения сопротивления тензорезисторов.
ТД
3
С
R2
R1
2
1
4
Источники питания
Измерительный прибор
A
B
D
R4
R3
Rt
Rt
Рис.2.1Схема моста Уитстона.
В плечи моста (А-С, С-В, В-D, и А-D) включены тензорезисторы R1, R2, R3, R4. В диагональ моста (АВ) включен источник постоянного напряжения, другая диагональ (СД) подключена к измерительному прибору, работающего в режиме измерения постоянного напряжения. При ненагруженном датчике мост находится в состоянии равновесия и ток в диагонали СД отсутствует. При нагружении датчика сопротивление тензорезисторов изменяется вследствие их деформации, нарушается равновесие моста и в диагонали СД возникает электрический ток, который фиксируется измерительным прибором. Величина напряжения, измеряемая измерительным прибором, пропорциональна нагрузке или деформации тензорезисторов.
5. Описание поверяемого сило- весоизмерительного датчика силы типа «параллелограмм»
5.1 Технические характеристики сило- весоизмерительного тензорезисторного датчика т2
1. Условные обозначения Т2.
2. Номинальное усилие (нагрузка) 20 кг.
3. Категория точности 0,03.
4. Номинальное значение РКП (рабочий коэффициент передачи) 2 Мв/В.
5. Номинальное напряжение питания 10 В.
5. 2. Градуировочная характеристика тд.
Градуировочной характеристикой ТД является зависимость выходного сигнала напряжения (мВ) от приложенной нагрузки (кг).
Номинальная статическая характеристика датчика строится исходя их его технических характеристик.
Для построения номинальной статической характеристики определяют:
1. U вых. ном. – значение выходного сигнала при номинальной н6агрузке в 20 кг при:
РКПн
– номинальное значение рабочего
коэффициента передачи, определяют по
формуле
,
где
Uтип напр.=10В – номинальное значение напряжения питания 10В.
Так как РКПн=
;
Uпит.
ном=10В, то
Uвых. ном=20 mВ - значение выходного сигнала при номинальной нагрузке 20 кг.
2. Поскольку номинальная статическая характеристика датчика представляет линейную зависимость, то значение выходного сигнала UВЫХ i при i – ой нагрузке (i=0; 2; 4; 6; 10; 12; 14; 16; 18 кг) определяют в соответствии с пропорцией:
20 мВ – 20 кг
UВЫХ i - i кг
Полученные значения заносят в таблицу 2.1 и по ним строят номинальную статическую характеристику датчика.
Таблица 2.1
Нагрузка, кг |
20 |
18 |
16 |
14 |
12 |
10 |
8 |
6 |
4 |
2 |
0 |
Вых. знач. напр. ,мВ |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
5.3. Метрологические характеристики тд.
Для силоизмерительных тензорезисторных датчиков устанавливаются следующие метрологические характеристики.
1. Систематическая составляющая погрешности, ССП – которая представляет собой отклонение среднего значения выходного сигнала на каждой ступени нагружения от истинного значения, устанавливаемого по номинальной статической характеристике.
2. Среднее квадратичное отклонение систематической составляющей погрешности, СКОССП – которое является оценкой случайной погрешности и характеризует разброс измеренных значений выходного сигнала на каждой ступени наргужения от среднего значения.
3. Гистерезис – отклонение в значениях выходного сигнала на каждой ступени наружения при прямом и обратном нагружении.
4. Нелинейность – отклонение среднего значения выходного сигнала на каждой ступени нагружения от значения точки на прямой, которой можно аппроксимировать полученную градуировочную зависимость.
5. Начальный коэффициент передачи – отклонение среднего значения выходного сигнала ненагруженного датчика от нуля.
6. Методика поверки весоизмерительного тензорезисторного датчика.
Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения соответствия их метрологических характеристик обязательным требованиям. Поверка ТД проводится на соответствие его метрологических характеристик их предельно допустимым значениям. Предельно допустимые значения метрологических характеристик для различных категорий точности приведены в табл. 2.2 (ГОСТ 28836-90). Значения метрологических характеристик не должны превышать предельно допустимых значений.
Табл. 2.2
Наименование метрологических характеристик |
Пределы допускаемых значений метрологических характеристик для категорий точности датчиков. |
||||||||||||||
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
1,0 |
2,0 |
|
Систематическая составляющая ССП |
±0,02 |
±0,03 |
±0,04 |
±0,05 |
±0,06 |
±0,10 |
±0,15 |
±0,20 |
±0,25 |
±0,30 |
±0,40 |
±0,50 |
±0,60 |
±1,0 |
±2,0 |
Нелинейность |
±0,02 |
±0,03 |
±0,04 |
±0,05 |
±0,06 |
±0,10 |
±0,15 |
±0,20 |
±0,25 |
±0,30 |
±0,40 |
±0,50 |
±0,60 |
±1,00 |
±2,00 |
Гистерезис |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
1,00 |
2,00 |
Среднее квадратичное отклонение случайной составляющей СКОССП |
±0,010 |
±0,015 |
±0,020 |
±0,025 |
±0,030 |
±0,050 |
±0,075 |
±0,100 |
±0,125 |
±0,150 |
±0,200 |
±0,250 |
±0,300 |
±0,500 |
±1,000 |
Значение начального коэффициента передачи (НКП) датчика не должно превышать 2,5%.
Методика поверки тд.
1. Метрологические характеристики датчика проверяют в соответствии с ГОСТ 25864 мерами силы (гирями) или на образцовых силоизмерительных машинах.
2. Производят измерение выходного сигнала датчика при трехкратном нагружении (циклы нагружения) в прямой и обратной последовательности по ступеням нагружения, соответствующие 10, 20 ….. 100% номинальной нагрузки, т.е. гирями 2, 4, 6 …20 кг.
3. Первое измерение выходного сигнала проводят при снятом с датчика грузоприемном коромысле.
При проведении поверки датчика заполняется таблица 2.3.
Табл. 2.3
Циклы нагружения |
Ступени нагружения |
Значение нагрузки, кг |
Значение выходного сигнала, мВ |
Среднее значение выходного сигнала, мВ |
||
Нагружение |
||||||
прямое |
обратное |
|||||
Значение выходного сигнала без коромысла U мВ |
||||||
1 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 |
|
|
|
|
2 |
0 . . 10 |
0 . . 20 |
|
|
|
|
3 |
0 . . 10 |
0 . . 20 |
|
|
|
|
4. Метрологические характеристики датчика рассчитывают исходя из полученных значений выходных сигналов на каждой ступени нагружения с помощью программы Datchic.
5. Проводят анализ полученных метрологических характеристик.
5.1. Датчик является пригодным к эксплуатации в данной категории точности, если на каждой ступени нагружения полученные метрологические характеристики не превосходят пределы допускаемых значений метрологических характеристик для данной категории точности, указанные в табл. 2.2.
5.2. Если хотя бы на одной ступени нагружения метрологические характеристики превосходят указанные в табл. 2.2 предельно допустимые значения, то датчики переводят в другую категорию точности.
7. Порядок выполнения работы.
Тензодатчик устанавливается на металлической раме. К тензодатчику крепится грузоподъемное коромысло, на которое в свою очередь помещаются весовые гири. Измерение выходного напряжения тензодатчика осуществляется вольтметром В7-34А. Питание датчика производится источником постоянного тока Б5-44А.
7.1. Собрать поверочный стенд в соответствии со схемой соединений, указанных на рис. 2.2.
Схема соединений собрана стационарно и проверяется лаборантом или преподавателем.
Рис. 2.2. Схема поверочного стенда.
7.2. Включить в сеть источник постоянного тока 65-44А. На передней панели источника установить переключатель в положение ВКЛ и установить напряжение питания 10В.
7.3. Включить в сеть вольтметр В7-34А. Выбрать диапазон изменения напряжения АВП и род измеряемого сигнала - напряжение постоянного тока V=.
7.4. Снять значение выходного сигнала с датчика без коромысла с вольтметра В7-34А, записать в таблицу 2.3.
7.5. Установить на датчик коромысло и произвести поверку в соответствии с методикой поверки (раздел 6, п.2). Полученные значения занести в табл. 2.3.
7.6. Произвести расчет метрологических характеристик датчика помощью программы Datchic и распечатать полученные значения.
7.7. Построить номинальную градуировочную характеристику тензорезисторного датчика Т-2.(раздел 5.2., табл.2.1).
7.8. Потроить градуированную характеристику датчика Т-2 по данным, полученным в табл. 2.3. (рассчитать самостоятельно среднее значение выходного сигнала для каждой ступени погружения по трем циклам прямого и обратного нагружения).
7.9. Сделать вывод о пригодности датчика к эксплуатации в указанной категории точности в соответствии с разделом 6 или о переводе его в другую категорию точности.
8. Содержание отчета.
1. Название, цель работы.
2. Технические характеристики датчика Т-2 и предельно допустимые значения метрологических характеристик в категории точности 0.03.
3. Таблицы 2.3, 2.1.
4. Рисунок 2.1.
5. Результаты расчета метрологических характеристик по программе Datchic.
6. Номинальную и градуированную характеристики датчика (на одних координатных осях).
7. Вывод о пригодности датчика к эксплуатации в заданной категории личности или переводе в другую категорию точности.
9. Контрольные вопросы.
Письменные вопросы.
1. Что называют средством измерений.
2. Что называют метрологическими характеристиками средств измерений. От чего зависит номенклатура метрологических характеристик.
3. Какие существуют основные наборы метрологических характеристик.
4. Приведите характеристики, предназначенные для определения результатов измерений.
5. Приведите характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений.
6. Приведите характеристики случайной составляющей погрешности средств измерений.
7. Приведите полные динамические характеристики.
8. Приведите пример частных динамических характеристик.
Устные вопросы
1. Назначение тензорезисторных датчиков. Принцип действия тензоререзисторов.
2. Электрическая схема тензорезисторного датчика.
4. Назначение и технические характеристики датчика Т-2, как построить номинальную статическую характеристику тензодатчика, что является градуировочной характеристикой тензодатчика.
5. Метрологические характеристики тензодатчика. Какие пределы допустимых значений метрологических характеристик поверяемого датчика.
6. Методика проверки тензодатчика.
7. Выводы по работе.