Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физические основы методов контроля и испытания. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

4565

Рязань 2014

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

С.Н. ДЬЯКОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ

КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЯ

Д ь я к о в Сергей Николаевич

Физические основы методов

контроля и испытания

Редактор Н. А. Орлова Корректор С. В. Макушина

Подписано в печать 20.09.14 Формат бумаги 6084 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 6,0.

Тираж 50 экз. Заказ

Рязанский государственный радиотехнический университет.

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно–издательский центр РГРТУ.

УДК 621.317

Физические основы методов контроля и испытания: учеб. посо-

бие/ С.Н. Дьяков; Рязан. гос. радиотехн. ун–т. – Рязань, 2014. – 96 с.

Рассмотрены методы и средства измерения испытания и контроля

физических величин, методы обработки результатов измерения.

Предназначено для студентов специальности 200503 «Стандар-

тизация и сертификация» и 220500 «Управление качеством».

Табл. 15. Ил. 43. Библиогр.: 5 назв.

Методы измерения, методы контроля, методы испытания

Печатается по решению редакционно–издательского совета Ря-

занского государственного радиотехнического университета.

Рецензент: филиал Ивановского государственного политехниче-

ского университета (директор канд. техн. наук, доц. В. А. Фатькин)

Введение

Основными формами проверки качества продукции являются

различные виды контроля и испытания. Большой объем производи-

мых контрольных операций, который определяется требованиями со-

временного производства, оказывает интенсивное влияние на разви-

тие средств измерений как в количественном, так и в качественном

отношении. В настоящее время разработано большое количество ме-

тодов измерения, контроля и обработки результатов. Испытания по-

зволяют экспериментально определить влияние различных воздействий на количественные и качественные характеристики изделий при

их функционировании. Цели испытаний различны на различных эта-

пах проектирования и изготовления устройств. К основным целям

испытания, общим для всех устройств, можно отнести: выбор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании но-

вых изделий; доводку изделий до необходимого уровня качества; объ-

ективную оценку качества изделий при их постановке на производст-

во, в процессе производства и при техническом обслуживании; гарантирование качества изделий при международном товарообмене.

Испытания служат эффективным средством повышения качества

продукции, так как позволяют выявить:

 недостатки конструкции и технологии изготовления уст-

ройств, приводящие к срыву выполнения заданных функций в условиях эксплуатации;

 отклонения от выбранной конструкции или принятой техно-

логии, допущенные в производстве;

 скрытые случайные дефекты материалов и элементов конст-

рукции, не поддающиеся обнаружению существующими методами технического контроля.

– 4 –

Рис. 1.1. Упрощенная схема измерительной системы с использованием преобразователя

Рис. 1.2. Схема пассивного преобразователя

1. КОНТРОЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Любую контрольно–измерительную систему можно представить

в виде схемы рис. 1.1.

Преобразователь обычно первое звено в измерительной системе.

Он может располагаться в корпусе прибора или может быть отнесен от прибора, например, расположен во вредной среде. Согласующее устройство изменяет сигнал преобразователя, например, усиливает

или формирует его, чтобы он соответствовал требованиям выходного устройства. Выходное устройство может быть индикатором или системой памяти.

1.1. Преобразователи физических величин

Преобразователь – это прибор, который преобразует одну фор-

му энергии в другую. Имеются два основных типа преобразователей: активный и пассивный. Активный, или автогенерирующий, преобра-

зователь непосредственно преобразует одну форму энергии в другую,

не нуждаясь во внешнем источнике энергии или в возбуждении. Пас- сивный преобразователь не может непосредственно преобразовывать энергию, но он управляет энергией или возбуждением, которые по-

ступают от другого источника. В общем виде преобразователь можно представить в виде рис. 1.2. На рисунке показан простой преобразова-

– 5 –

тель, в котором механические изменения на входе вызывают на выходе электрический сигнал, пропорциональный входному сигналу.

При выборе преобразователя руководствуются тремя условиями:

требуемые характеристики, тип преобразователя и используемый силовой элемент.

1.2. Характеристики преобразователей

При выборе преобразователя для конкретного применения учи-

тывают следующие параметры.

Чувствительность преобразователя – это выходной сигнал,

обычно выраженный в вольтах, который вырабатывается при заданном входном сигнале или уровне возбуждения.

Разрешение – это наименьший сигнал, который может быть из-

мерен преобразователем.

Воспроизводимость – это величина, которая указывает, насколь-

ко близки результаты двух измерений одной и той же величины.

Точность преобразователя обычно зависит от рабочих условий.

Необходимо учитывать воздействие окружающей среды (например, изменения температуры, ускорения, вибрации, коррозии) на свойства преобразователя.

Частотная характеристика преобразователя – это зависимость

выходного сигнала от изменений частоты на входе; частотная характеристика должна быть плоской в диапазоне измерений.

Динамическая характеристика преобразователя определяет его

реакцию на ступенчатое изменение входного сигнала.

Постоянная времени – это время, необходимое преобразовате-

лю, чтобы достичь 63 % от уровня его оконечного сигнала.

Временя отклика – это время, необходимое преобразователю для

достижения 90 % от уровня оконечного сигнала.

1.3. Классификация преобразователей

Преобразователи обычно классифицируются по их практическо-

му применению (измеряемому параметру) или по принципу работы. В табл. 1.1 представлены основные типы преобразователей для измере-

– 6 –

Таблица 1.1. Матрица типа преобразователя – контролируемый па-

раметр

Параметры Тип преобразователя

Давление

(сила)

Смещение

Положение

Скорость

Ускорение

Вибрация

Температура

Магнитный

поток

Оптические

измерения

Тензодатчик

* * * * * *

Потенциометрический

* * * * *

Линейный дифференциальный трансформатор

* * * * *

Переменная индуктивность

* * * * *

Эффект Холла

* * *

Вихревой ток

* * *

Магниторезистивный

* * *

Емкостный датчик

* * * * *

Пьезоэлектрический

* * * * *

Термометр сопротивления

Термистор

Термопара

Фотоэлемент

Фотосопротивление

Фотогальванический элемент

ния физических параметров [2].

Любой преобразователь для механических измерений требует

передачи смещения или механического напряжения, чтобы генерировать электрический сигнал; это и осуществляют силовые элементы. Например, можно применять силовые элементы с плоской диафраг-

мой, мембраной или гофрированной диафрагмой, чтобы привести в действие емкостный или пьезоэлектрический преобразователь (см. рис. 1.3, а). Для передачи больших усилий или больших смещений, можно использовать элементы, показанные на рис. 1.3, б – в. На этом же рисунке показан ряд других элементов (рис. 1.3, г – ж), их выбор

зависит от типа измеряемой силы и характеристик преобразующего устройства. Частоту резонанса диафрагмы f можно определить по формуле

– 7 –



2/)/(

2/1

mCfr

Рис. 1.3. Силовые элементы: а – плоская диафрагма, б – гофрированная диафрагма, в – мембрана, г – сильфом, д – кольцевая трубка Бурдона, е – скрученная трубка Бурдона, ж – спиральная трубка Бурдона

Рис. 1.4. Схема сейсмического преобразователя

где C – коэффициент упругости диафрагмы, m – ее масса.

Следовательно, если требуется высокая резонансная частота,

чтобы сделать преобразователь устойчивым к ударам и вибрации, нужно иметь высокое значение C и низкое значение т. В этом случае

предпочтительнее элемент, показанный на рис. 1.3, а.

Широко используется

также конструкция сейсмиче-

ского преобразователя, показанная на рис. 1.4, она не имеет

фиксированной точки отсчета.

Если прибору сообщается ус-

корение, направленное вверх,

сила инерции будет противо-

действовать этому движению

до тех пор, пока сила сжатия пружины не будет равна произведению

, (1.1)

– 8 –

Рис. 1.5. Упрощенная схема потенциометрического преобразователя для измерений силы

массы и ускорения. Следовательно, масса будет смещаться на величи-

ну, пропорциональную ускорению, и это приведет в действие преоб-

разовательный элемент, на выходе которого появится сигнал. Если

сигнал проинтегрировать по времени, то результат будет пропорцио-

нален скорости. Резонансная частота системы определяется по формуле (1.1), и для точного измерения ускорения его частота должна быть, по крайней мере, меньше одной трети резонансного значения.

1.4. Резистивные преобразователи

К резистивным преобразователям относят устройства, в которых

измеряемая величина прямо или косвенно, обычно через силовое уст-

ройство, вызывает изменение сопротивления резистора. Наиболее

часто используются такие типы преобразователей, как потенциомет-

ры, тензодатчики, магниторезисторы, фотосопротивления, термометры сопротивления, термисторы.

1.4.1. Потенциометрический преобразователь

На рис. 1.5 представлена упрощенная схема потенциометриче-

ского преобразователя, в котором диафрагма действует как силовой

элемент, перемещающий скользящий контакт вдоль потенциометра.

Изменение сопротивления пропорционально смещению и может быть измерено мостовой схемой на клеммах А и В или А и С. В другом ва-

рианте напряжение возбуждения подается на клеммы В и С, а измеряется напряжение на клемме А.

Для измерений с помощью

потенциометрического преобразо-

вателя могут быть использованы и

переменный, и постоянный ток.

Переменный ток предпочтитель-

нее, так как его затем легче уси-

лить, но на высоких частотах со-

противление потенциометра изме-

няется с частотой из–за скин–

– 9 –

 



% 100)1(11







/ RR



Рис. 1.6. Влияние внутреннего сопротивления прибора на точность потенциометрического преобразователя

эффекта, который необходимо ком-

пенсировать. Межвитковые паразит-

ные индуктивность и емкость потен-

циометра должны учитываться при высоких частотах.

Потенциометрические преобра-

зователи широко распространены, так

как их выходной сигнал можно ис-

пользовать без дополнительного усиления. Они имеют ограниченный срок службы – около 106 циклов и шумовой фон из-за механического перемещения скользящего контак-

та. Потенциометрические преобразователи нуждаются также в отно-

сительно большом усилии и значительном движении диафрагмы для

перемещения скользящего контакта по длине потенциометра. Приме-

няются две конструкции потенциометров: с проволочной намоткой и

с использованием проводящей пластмассы. Проволочная конструкция

более прочная и надежная, но ее разрешение ограничивается значени-

ем, равным сопротивлению, деленному на число витков. Разрешение пластмассового потенциометра – порядка 0,002 %.

Чтобы избежать влияния нагрузки, внутреннее сопротивление

любого прибора, подсоединяемого к потенциометрическому преобра-

зователю, должно быть в несколько раз больше сопротивления потенциометра. На рис. 1.6 показан преобразователь с сопротивлением R которому подключен прибор с сопротивлением R2. Если показание потенциометра составляет часть  от всей шкалы, то погрешность можно определить по формуле:

, к

где

Погрешность минимальна в начале и конце потенциометра и

максимальна в середине. Чтобы обеспечить линейность характеристики преобразователя, сопротивление R2 на несколько порядков величины должно превышать R1. В пределе при R2  ,   0 и погрешность будет минимальна.

(1.2)

– 10 –

R

//











,





1.4.2. Тензодатчики

Тензодатчики изменяют свое сопротивление под действием механической деформации. Тензодатчики бывают разных размеров от 0,025 см до 3 см в длину и могут измерять деформации до 10 могут располагаться на поверхности или могут быть вмонтированы в материал, деформация которого измеряется [2].

Имеются три принципиальных типа тензодатчиков: проволоч-

ные, фольговые и полупроводниковые. Проволочные тензодатчики

могут быть наклеиваемыми и ненаклеиваемыми, а полупроводниковые – наклеиваемыми или диффузными.

Принцип действия проволочных или фольговых тензодатчиков

заключается в том, что когда металлическая деталь подвергается на-

пряжению, она изменяет свою длину и сечение; это сопровождается изменением сопротивления в соответствии с выражением

–6

. Они

где



– удельное сопротивление материала, l—длина и S – сечение.

, (1.3)

Чувствительность тензодатчика измеряется как отношение изме-

нения сопротивления к изменению длины. Оно называется коэффициентом тензочувствительности (К) и определяется по формуле

. (1.4)

При деформации проводника происходит изменение длины и

поперечного сечения образца. Эти изменения можно определить через относительное удлинение (l) и утоньшение (d) проволочки металла при деформации

, (1.5)

где l, d – абсолютное изменение длины и диаметра проволочки, а l, d – начальные размеры проволочки. Относительные удлинения связа-

ны между собой коэффициентом Пуассона:

. (1.6)

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]