Методы измерения общетехнических параметров. Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи.

К механическим параметрам относят линейные и угловые перемещения, усилия, деформации, моменты и т.д.

Реостатные преобразователи.

Предназначены для преобразования линейных и угловых перемещений в омическое сопротивление.

Достоинства: высокая точность – до 0,05% и высокая мощность.

Реостатный преобразователь – каркас, на который намотана проволока из манганина или константана (из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления).

При высоких температурах используется нихром или сплав палладия с вольфрамом.

Материалы каркаса и намотки должны обладать одинаковыми температурными коэффициентами расширения.

х – перемещение, l – длина реостатного датчика.

- шаг намотки, сопротивление на единицу длины.

Намотка может быть линейной и нелинейной. В отличии от обычных реостатов должен быть равномерный шаг – тщательность исполнения.

Ступенчатое изменение характеристики.

берут 1/3 полного хода.

Реостатные преобразователи включают в цепи следящего астатического уравновешивания для линейности статической характеристики.

R_П – реостат приемник

R_Д – датчик

На РД будет ноль, когда движки на сопротивлениях будут находиться в одинаковом положении.

Следящая система.

Тензометрические преобразователи.

Предназначены для измерения деформаций и механических напряжений в узлах и деталях машин при статических и динамических нагрузках.

Принцип действия основан на использовании тензоэффекта, т.е. на изменении сопротивления проводника при его деформации.

- сопротивление прямого проводника. При деформации изменяются все параметры.

(1) – для круглого проводника. Установлено экспериментально.

- коэффициент тензочувствительности материала

Возьмем полный дифференциал выражения (1):

Разделим левую и правую части этого равенства на (1) и перейдем к конечным приращениям:

- коэффициент Пуассона ()

Материал тензодатчика должен обладать высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом сопротивления.

Для изготовления используется константан (до 300ºС), сплавы никеля и молибдена (до 500ºС), сплавы на основе платины (до 1000ºС).

В зависимости от конструкции тензодатчики выполняются в виде решетки или фольги.

b = 1,5 ÷ 100 мм

d = 0,015 ÷ 0,05 мм

Недостаток – наличие поперечной тензочувствительности (0,2 ÷ 0,1% от продольной тензочувствительности). Фольговые тензодатчики могут иметь базу 0,1мм и изготавливаться либо травлением, либо электростатическим напылением.

Достоинство – отсутствие поперечной тензочувствительности, хороший тепловой контакт с деформируемой деталью.

Тензодатчики включают в схемы неравновесных мостов.

Чтобы исключить температурную погрешность измерения включают два тензодатчика.

Т₁ наклеивают на деформируемую деталь, а Т₂ – на недеформируемую, но имеющую ту же температуру.

Выходной сигнал моста подают на усилитель, т.к. U_пит не может быть большим.

Пьезоэлектрические преобразователи.

Предназначены для преобразования усилий, давлений, ускорений при переменных нагрузках.

Принцип действия основан на возникновении электрических зарядов на гранях кристаллов при их механической деформации.

Для изготовления используются кристаллы кварца, титаната бария, турмалина и т.д.

Кристаллы кварца

Ось Z – оптическая ось.

Оси Х – электрические.

Оси Y – механические или нейтральные.

Под действием усилий F_X на гранях, перпендикулярных оси Х возникают заряды, не зависящие от размеров кристаллов.

Под действием сил F_Y на тех же гранях возникают заряды с противоположным знаком, которые зависят от параметров кристалла.

- пьезокоэффициент.

При действии F_X пьезоэффект называют продольным, а под действием F_Y – поперечным.

- сигнал; с – электрическая емкость.