Динамических измерениях

При часто встречающемся значении Сэкв = 100 пФ эквивалентное сопротивление (изоляции) R3Kli — 1 013 Ом. Поэтому получается /н = со„/2я ж 1,6-10~4 Гц, следовательно, достаточно низкая нижняя граница частоты для динамических измерений. Общая постоянная времени достигает тсум = 103 с. Но эта величина показывает, что при скачке силы уже через 1 с появляется погрешность в 10~3 из-за стекания заряда.

Пьезоэлектрические кварцевые датчики подходят прежде всего для динамических измерений при высоких температурах или при малых объемах для размещения датчика. При динамических измерениях сил получаются лишь небольшие систематические погрешности благодаря очень большой жесткости датчиков. Статическая градуировка, имеющая важное значение, всегда может быть гарантирована с помощью современной усилительной техники. Благодаря этому в измерении сил кварцевые датчики занимают прочное место, причем положение их укрепляется благодаря совершенствованию технологии изготовления датчиков и усилительной аппаратуры. Трудности из-за требуемых больших сопротивлений изоляции возникают также при измерениях в очень влажной окружающей среде. Хотя кварцевые датчики в принципе очень хорошо подходят для прецизионных измерений, на практике это не всегда можно использовать.

Оценочные классы четко различаются Друг от друга (в том числе сточки зрения технического применения). Характерным для класса А является нулевая нижняя граница частоты сигнала, в то время как класс Б имеет определенную нижнюю границу частоты сигнала, и соответствующие приборы пригодны только для динамических измерений. Класс В позволяет осуществить очень высокую точность измерений, однако в ограниченном диапазоне номинальных сил. Несколько затруднительно разграничение класса Г от класса А, особенно для датчиков с резисторными, емкостными или электромагнитными преобразователями, которые работают с модулируемым вибратором. Чтобы не усложнять основу для сравнения, подобные датчики, частотные по вторичному признаку, отнесены по принципу действия к классу А.

Датчики силы с упругими элементами применяют во многих испытательных машинах для статических и динамических измерений силы, действующей на испытуемый образец. При статическом градуировании такой си-лоизмерительной системы, установленной в испытательной машине, элементы колебательной системы машины остаются неподвижными, поэтому пос;:ед> вательно соединенные испытуемый образец и упругий элемент датчика силы нагружаются одинаково и показания силоизмерителя полностью соответствуют нагрузке, приложенной к образцу. А во время работы машины, когда ее колебательная система находится в движении, показания силоизмерителя уже не соответствуют действительной нагрузке на образец, так как возникают дополнительные инерционные силы, действующие на упругий элемент датчика силы. В зависимости от соотношения масс и жесткостей колебательной системы машины, показания силоизмерителя могут быть как выше, так и ниже нагрузки на образце. Разность между фактической нагру-женностью образца Р0 и упругого элемента датчика силы Ря составляет динамическую ошибку. Однако точность измерения динамической нагрузки с практической точки зрения удобнее характеризовать не абсолютной динамической ошибкой, а отношением (%) ее к усилию, действующему на образец:

Средства градуирования и поверки силоизмерителей для динамических измерений . 538

Таким образом, параметрические преобразователи применяют в датчиках для измерения статических и динамических сил, а генераторные — преимущественно в датчиках для динамических измерений.

Пьезоэлектрические и емкостные датчики силы применяют в основном в лабораторной практике для динамических измерений силы.

1000 кН. Динамометры типа DC предназначены для измерения сжимающих нагрузок при испытаниях материалов до 4000 кН. Фирма изготовляет динамометр сжатия типа FP, отличающийся малой высотой, на нагрузку 5000 кН. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде стального блока с ячейками. В четырех из них (одна в центре, остальные по периферии) установлены струнные резонаторы. Фирма производит также динамометры сжатия типа CV для измерения натяжения кабелей и тросов. Упругий элемент этого динамометра выполнен в виде цилиндра с восемью продольными скважинами, в которых размещены резонаторы. Основная погрешность всех упомянутых датчиков 0,1—0,2 % от номинальной силы, они работают в режиме «по запросу» и поэтому практически не могут быть использованы для динамических измерений.

Для отечественных датчиков допустимые поперечные силы, не вызывающие дополнительной погрешности, близки к 0,04 от величины номинальной силы, что соответствует углу перекоса около 2°. Перегрузочная способность колеблется в пределах 1,25—1,5. Указывающая и регистрирующая аппаратура для датчиков силы с тензорезисторами включает два устройства: источник питания тензорезисторной схемы и устройство для измерения ее выходного сигнала. Для питания тен-зорезисторов применяют постоянный, переменный синусоидальный и импульсный токи. Используют Два метода измерения выходного сигнала: прямой и компенсационный. При прямом методе выходной сигнал тензорезистор-ного моста усиливается и измеряется аналоговым или цифровым измерителем напряжения или тока, програ-дуированным в условных единицах или в единицах силы. Этот метод пригоден для статических и динамических измерений силы. Компенсационный (его также называют нулевым) метод основан на ручном или автоматическом уравновешивании разбалан-сированного в результате нагружения датчика моста. Уравновешивание проводят реохордом, подачей напряжения или тока компенсации от источника питания моста либо устройством с де-

для динамических измерений (измерительные усилители)

Отечественная аппаратура для статических и динамических измерений . силы тензорезисторными датчиками представлена в табл. 13.

Пьезоэлектрические кварцевые датчики подходят прежде всего для динамических измерений при высоких температурах или при малых объемах для размещения датчика. При динамических измерениях сил получаются лишь небольшие систематические погрешности благодаря очень большой жесткости датчиков. Статическая градуировка, имеющая важное значение, всегда может быть гарантирована с помощью современной усилительной техники. Благодаря этому в измерении сил кварцевые датчики занимают прочное место, причем положение их укрепляется благодаря совершенствованию технологии изготовления датчиков и усилительной аппаратуры. Трудности из-за требуемых больших сопротивлений изоляции возникают также при измерениях в очень влажной окружающей среде. Хотя кварцевые датчики в принципе очень хорошо подходят для прецизионных измерений, на практике это не всегда можно использовать.

* При динамических измерениях.

Для измерения динамических сил пользуются сравнением с силой сопротивления упругой деформации. При этом, как правило, сравнивают не силы непосредственно, а результаты их действия в виде деформаций и смещений. Скорость распространения упругих деформаций в металлах весьма высока (для сталей до 5000 м/с). Поэтому при динамических измерениях сил, изменяющихся с частотой до нескольких сотен герц, можно считать, что скорость деформации не влияет на упругие характеристики металлов: модуль упругости и коэффициент Пуассона.

мометра. Это необходимо учитывать при динамических измерениях силы.

Общая относительная погрешность динамометров при динамических измерениях на частотах до 50 Гц оценивается не более ± 4 %, а в интервале, начиная с 0,3 от номинальной нагрузки, не более ±1,5%. Общая погрешность, отнесенная к номинальному значению измеряемой силы, не превышает ±0,5 %.

При динамических измерениях горизонтальный след на экране трубки 4 преобразуется в рисунок в виде двух треугольников, соединенных вершинами, причем симметричному циклу нагружения соответствует симметричный относительно горизонтали рисунок, а асимметричному — рисунок с соответствующей асимметрией (треугольники неравнобедренные). Моменту компенсации напряжения небаланса моста на одном из максимумов измеряемой величины соответствует рис. 14, а.

Если при динамических измерениях был включен коммутатор 9, то на выходе схемы совпадения возникают пачки импульсов, повторяющиеся с частотой изменения измеряемой величины (нагрузки или деформации). Длительность пачки импульсов равна длительности импульсов, получаемых с выхода каскада 10 (см. рис. 13). Так как эти импульсы подаются на модулирующий электрод трубки 4, на изоб-

статическом режиме. Пользуясь этой градуировкой, были произведены сравнительные измерения содержания сухих веществ в различных образцах сгущенного молока с сахаром как прибором ПЖР, так и лабораторным методом высушивания до постоянного веса. Результаты сравнительных измерений показали, что при статических измерениях расхождения не превышают +1%, а при динамических измерениях (в потоке) расхождения результатов достигают ±2Э/0. Погрешность в основном определяется аппаратурными ошибками прибора ПЖР.

Критериями точности и стабильности прибора, как указывалось выше, являются погрешности показания прибора при измерении физической величины как при статических, так и при динамических измерениях.

Наклеиваемые датчики могут быть использованы для статического и динамического тензометрирования. Предельные частоты практически ограничены только измерительной аппаратурой. Угольные датчики для длительных статических измерений менее пригодны вследствие относительно больших изменений их сопротивления под влиянием температуры и влажности; влияние последних факторов при динамических измерениях менее существенно.

г) прокладка высокочастотного и экранированного провода (при динамических измерениях при высокой частоте питания и для помехоустойчивости).