Механические усилия

Механические усилия проявляются в трёх вариантах: сосредоточенная сила, давление и крутящий момент.

В большинстве случаев механические усилия измеряются с использованием предварительных преобразователей измеряемой величины в перемещение. Для сосредоточенных сил это спиральные пружины, стержни, консольные балки, кольца; для давления – мембраны, сильфоны, трубки Бурдона; для крутящего момента – вал. Чем меньше перемещение, тем меньше погрешность, вносимая предварительным преобразователем, поэтому здесь применяют ИП с малым перемещением подвижной части – тензорезисторные, индуктивные, емкостные.

Без предварительных преобразователей механические усилия измеряют с помощью пьезоэлектрических ИП.

3.10.4. Методы измерения параметров движения.

Параметры движения – это перемещение, скорость и ускорение. Они связаны между собой дифференциальными зависимостями. Поэтому, если какой-либо один из этих параметров является естественной входной величиной для данного ИП, то другие два можно измерить с использованием дифференцирующих и интегрирующих преобразователей.

Само движение может быть поступательным и колебательным (вибрация).

Приборы для измерения скорости называются велосиметрами (от лат. velocitas и англ. velocity – скорость), для измерения ускорения – акселерометрами (от лат. acceleratio, англ. acceleration и франц. accélération – ускорение), для измерения виброперемещений – виброметрами.

Параметром движения жидких и газообразных тел является расход вещества, проходящего через трубопровод данного сечения. Расход может быть объёмным (м³/ч) и массовым (кг/ч). С расходом связан его интеграл – объём или масса вещества, прошедшего за данное время.

Диапазон измеряемых скоростей огромен, он перекрывает 10 и более порядков величин: примерно от 10 ^-7 м/с (например, скорость оседания шахтной кровли) до 10⁴ м/с (космические скорости); для вращательного движения – от долей оборота в секунду до 5000 об./с.

Диапазон измеряемых ускорений также очень велик: примерно от 10^-5 до 10⁴ м/с².

Амплитуда измеряемых вибромеремещений бывает от долей микрометра до сотен миллиметров, виброускорений – от 10^-1g до 10³g (в виброметрии ускорения принято выражать в количестве значений ускорения свободного падения g ≈ 9,81 м/с²).

Диапазон измерения объёмного расхода бывает примерно от 10^-3 до 10⁴ м³/ч.

Есть две группы ИП для измерения параметров движения:

• ИП, основанные на непосредственном контакте движущегося объекта с неподвижной базой (не обязательно механическом контакте, он может быть оптическим, акустическим и др.). У этих ИП естественной входной величиной является перемещение.

• Инерциальные ИП. У них естественной входной величиной является ускорение.

Для измерения медленных перемещений при поступательном движении применяются те же методы, что и для измерения линейных размеров. Перемещения колёсного транспорта (пройденный путь) обычно определяют методом суммирования дискретных значений этого перемещения, равных длине окружности колеса. За каждый оборот колеса (или за его дробную долю) получают импульс, например, с помощью индукционного преобразователя. Импульсы суммирует счётчик. Так же проводят измерения на конвейерах, прокатных лентах и т.п.

При движении по воде применяют вертушки (лаги). Естественной входной величиной для них является объёмный расход воды, прошедшей через сечение преобразователя. Он пропорционален скорости движения, а интеграл расхода, т. е. объём прошедшей воды – пройденному пути. Для летящих тел, например, ракет, применяют инерциальные приборы и для получения пройденного пути дважды интегрируют выходной сигнал ИП, пропорциональный ускорению.

Для измерения скоростей на земле применяют индукционные ИП – их выходной сигнал пропорционален скорости. Сам их принцип таков, что они дифференцируют перемещение. Для измерения скорости ракет применяют инерциальные приборы с интегрированием их выходного сигнала.

Для измерения параметров вибраций применяют индукционные и пьезоэлектрические ИП вместе с дифференцирующими и интегрирующими преобразователями.