Контрольні запитання:

1. Назвіть основні методи вимірювання механічних зусиль?

2. Охарактеризуйте тензометричний метод вимірювання деформацій.

3. Охарактеризуйте способи та методи вимірювання механічних сил та тиску.

4. Опишіть принцип роботи манометра з диференціально-трансформаторними перетворювачами.

5. Охарактеризуйте основні методи вимірювання крутних моментів.

Тема 5.4 Вимірювання параметрів руху твердих тіл План

1. Загальні відомості

2. Вимірювання параметрів лінійного руху

3. Вимірювання параметрів вібрацій

4. Вимірювання параметрів обертового руху

1. Загальні відомості

Під параметрами руху твердого тіла розуміють лінійні та кутові переміщення центру мас і всі їх похідні в часі - швидкість, приско­рення, різкість тощо.

Загалом параметри руху - векторні величини, тому їх необхідно вимірювати, визначаючи модуль відповідного вектора та кута, що характеризує положення вектора у вибраній системі координат, або визначення складових вектора на осях вибраної системи відліку. Необхідно, однак, зауважити, що здебільшого є потреба вимірювання лише модуля відповідного параметра руху.

Між параметрами руху існує просторовий та часовий зв'язок.

Вимірюючи параметри руху з врахуванням конкретної задачі ви­мірювання, необхідно вибрати систему відліку.

До контактних належать засоби, основані на безпосередньому контакті між рухомим об'єктом і системою, прийнятою за нерухому. Контакт не обов'язково повинен бути механічним, він може забезпе­чуватись оптичними, акустичними чи іншими способами.

Перш ніж перейти до конкретних методів та засобів вимірювань параметрів руху, нагадаємо назви засобів, призначених для вимірювань тих чи інших параметрів:

велосиметр - прилад для вимірювань швидкості при лінійному переміщенні досліджуваного об'єкта;

тахометр - прилад для вимірювань кутової швидкості обертання вала;

спідометр - прилад для вимірювань швидкості поступального руху та довжини пройденого шляху (переміщення);

акселерометр - прилад для вимірювань прискорення;

віброакселерометр - прилад для вимірювань параметрів вібрацій (амплітуди вібрацій та віброприскорень).

Діапазон вимірюваних швидкостей дуже широкий - від часток мікрометра за секунду (осідання шахтних покрівель) до космічних швидкостей (8...12)-10³ м/с і від часток оберту за секунду до понад 5 000 об/с; прискорень - від 10 ⁵ до 20 000 м/с³.

2. Вимірювання параметрів лінійного руху

В основі всіх методів вимірювань параметрів лінійного руху твер­дого тіла лежить вимірювання сили інерції, пропорційної його масі га прискоренню:

f = та.

Для вимірювань лінійного прискорення вибирають деяку "інерційну" масу т, з'єднану з досліджуваним об'єктом і вимірюють її силу інерції. Для вимірювань змінних прискорень з частотами від одиниць Гц до десятків кГц найчастіше застосовуються п'єзоелектричні перетворювачі, для вимірювань сталих та низькочастотних прискорень - перетворювачі інерційної дії. Вимірюючи параметри руху з врахуванням конкретної задачі ви­мірювання, необхідно вибрати систему відліку. Так, визначаючи пара­метри руху елементів корабля відносно самого корабля (наприклад, параметрів вібрацій корпуса двигуна), систему відліку треба зв'язати з кораблем.

Залежно від методу, покладеного в основу принципу дії вимі­рювального засобу, всі вимірювальні засоби можуть бути розділені на дві групи: Інерціальні та контактні. В інерціальних засобах вимірювань відсутній безпосередній контакт між досліджуваним об'єктом та неру­хомою системою відліку, а вхідною величиною первинних перетво­рювачів є сила інерції, що сприймається корпусом давача, з котрим зв'язана власна (рухома) система відліку. Інерціальні прилади для вимірювань параметрів лінійного руху прийнято називати сейсмічними, а кутового - гіроскопічними.

До контактних належать засоби, основані на безпосередньому контакті між рухомим об'єктом і системою, прийнятою за нерухому. Контакт не обов'язково повинен бути механічним, він може забезпе­чуватись оптичними, акустичними чи іншими способами.

Розгляд засобів вимірювань параметрів руху почнемо з "предка" сучасних вимірювачів швидкості поступального руху, так званого інтегрувального акселерометра (велосиметра), що на рис. 1.

Рис..1. Інтегрувальний акселерометр

Цей прилад - це герметична циліндрична камера 1, заповнена рідиною, в якій плаває інерційна маса 2. Камера приводиться в обертання зі сталою кутовою швидкістю за допомогою допоміжного двигуна. Під дією центробіжних сил, що виникають при обертанні рідини, інерційна маса встановлюється на осі симетрії циліндра.

Рис. 2. Схема акселерометра зрівноважувального перетворення

Якщо вимоги до точності вимірювань невисокі, використовують маятникові перетворювачі прямого перетворення, зокрема з диферен­ціальними ємнісними перетворювачами. В таких акселерометрах мірою вимірюваної величини є напруга розбалансу моста, у який ввімкнений диференціальний ємнісний перетворювач (рис.2). Недоліком таких схем є дуже малий діапазон вимірювань через нелінійність функції перетворення, а похибка таких акселерометрів знаходиться в межах декількох процентів.

На рис. 3 наведені схеми пружинних акселерометрів з реостат­ним та ємнісним вторинними перетворювачами. Інерційна маса 1 за допомогою плоских пружин 2 сумарною пружністю W підвішена в корпусі перетворювача, який кріпиться до досліджуваного рухомого тіла. Заспокоєння здійснюється за допомогою демпфера 3.

Переміщення у може перетворюватись у вихідний електричний сигнал реостатним перетворювачем або досконалішим диференціаль­ним ємнісним перетворювачем.

а б

Рис. 3. Схеми пружинних акселерометрів

Використовуються такі акселерометри в транспортній авіації для вимірювань переобтяжних прискорень.