3.10.2. Вимірювання сил і крутячих моментів.

Діапазони вимірювань механічних сил і крутячих моментів дуже широкі, звідки і велика різноманітність методів їх вимірювань. Практично всі ці методи можна поділити на методи з безпосередніи перемворенням вимірюванях сил і моментів в електричний сигнал і методи з приміжним перетворюванняи вимірюванних величин у переиіщення.

В приладах, що бажеються на першому різновиді методів використовуються магнітопружні і пєзоелектричні перетворювачі. Ці прилади не потребують додаткових перетворюючих елементів оскільки тут вимірювані вили і моменти безпосередньо сприймаються магнітопружним чи пєзоелектричним перетворювачем.

Структурні схеми вимірюавнь, що базуються на 2 різновиді методів являє собою послідовне зєднання пружного елемента, що перетворює вимірювану силу чи крутячий момент у переміщення; перетворювача переміщення у електричний сигнал; електровимірювального прилада.

Як перетворювачі переміщення у електричний сигнал тут здебільшого використовуються тензорезистори, індукційні та ємнісні перетворювачі, а як перетворювачі сили чи момента у переміщення – мембрани та пружні муфти. Похибки перетворювачів сила чи момент у електричний сигнал складають: 0,5–2% - пєзоелектричні перетворявачі, 3–4 % - індукційні перетворюавчі, 1-2% - ємнісні перетворювачі, 5-10% -тензористорні перетворювачі (без попереднього градуювання), від 1-2% - тензорезисторні перетворювачі з попереднім градуюванням. Як вторинні електровимірювальні прилади, що вимірюють електричний сигнал на виході перетворювача сили, момента чи переміщення використовують електровимірювальні прилади, як прямого перемворення (здебільшого мілі- чи мікровольтметри) так і зрівноважуючого перетворення (здебільшого вимірювальні мости).

Слід зауважити, що методи вимірювання сили за допомогою її перемворення у електричний сигнал можеть застосовуватись і застосовуються на приклад при проведені бурових робіт для контроля тиску газу або рідини.

Тема 11. Вимірювання частоти обертання (кутової швидкості).

3.11.1. Вимірювання частоти обертання.

В системі одиниць СІ одиницею частоти обертання є радіан за с, але поряд з цим досить широко застосовують одиниці оберти за секунду чи оберти за хвилину. Вимірювання чистоти обертання виконується тахометрами, за допомогою тахогенераторів та стробоскопічним методом.

Тахометри – це прилади, які перетворюють (частіше за все за допомогою відцентрового елемента) кутову швидкість у повертаючий момент, що викликає переміщення показчика прилада по його шкалі. Для приєднання вала тахометра до обертових деталей машин кожний тахометр комплектується гумовими та сталевими наконечниками, які при вимірюванні уставляються у конічне заглиблення не торці вала машини. Гумові наконечники застосовуються для вимірювання великих швидкостей, сталеві – для середніх і малих щвидкостей.

В набор приладів до тахометра крім наконечників входить також круглий гумовий шків, який при вимірювання притискують до зовнішніх поверхонь обертових елементів машин. При використанні шківа вимірювану швидкість визначають за формулою . Тутn_T – показ тахометра, d, D – діаметри шківа і обертової деталі машини відповідно. Границі вимірювань відцентрових тахометрів лежать в межах 25-10000 обхв, оберти тахометрів дорівнюють 0,5-1%. Вимірювання кутовох швидкості тахогенераторами грунтується на тому, що вихідна напруга тахогенератора пропорційна швидкості обертання його вала. Але прицьому слід враховувати, що лінійна залежність справедлива тільки прироботі тахогенератора на холостому ході і при підмиканні до нього вторинногоелектровимірювального прилада (мілівольтметра). Ця залежність спотворюється, тому для зменшення методичної похибки рекомендується вибирати мілівольтметр з можливо великим вхідним опором. Методичні похибки вимірювальної схеми тахогенератор-мілівольтметр можна уникнути користуючись градуювальною таблицею, складеної для конкретної пари тахогенератор-мілівольтметр. Основна зведена інструментальна похибка тахогенераторів дорівнює 0,5 – 1%.

Методи вимірювання кутової швидкості тахометром або тахогенератором є контактними, бо потребують безпосереднього еонтакта тахометра чи тахогенератора з обертовим тілом, швидкість якого вимірюється. Швидкість такий контакт викликає на контрольованій машині або деталі гальмовий момент,що зменшує її швидкість, особливо це стосується вимірювання швидеості тахометром.

Стробоскопічний метод вимірювання кутової швидкості не має цоьго недоліка, бо грунтується не світлових ефектах, що виникають при порівнянні чистоти обертання вала контрольованого механізма з частотою мигання імпульсного ждерела світла.

Наступний рисунок пояснює принцип дії стробоскопічного метода.

Очевидно, що мітка нанесена на обертовий диск буде нерухомод при освітлюванні диска імпульсним джерелом світла з частотою, що співпадає з частотою обертання диска.

Отже, тут

.

Якщо в якості імпульсного джерела світла використовувати неонову лампу можна рекомендувати таку електричну схему експеременту по стробоскопічному визначенню кутової швидкості обертання обєкта.

Точність і границі вимірювання кутової швидкості стробоскопічним методом залежать від точності частоти мигань імпульсного джерела світла і значення границь частоти цих мигань. Вони значно вищі ніж при використанні тахометрів або тахогенераторів. Так, наприклад, зразковою універсальною тахометричною установкою ОТХ-150 можна вимірювати швидкість обертання в діапазоні 5-150000обхв з похибкою, що не перевищує 0,01%.