Измерение больших линейных геометрических размеров
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра «Метрология и измерительная техника»
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Средства измерения неэлектрических величин»
на тему: «Измерение больших линейных геометрических размеров»
Выполнила: Проверил:
ст. гр. МИТ-02-1 ст. пр. Белокурский Ю.П.
Крючкова Л.Д.
2005
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов..…...3
Введение….……………..………………………………………………………………..4
1 Измерение уровней……………………………………………………………….……5
2 Измерение расстояний………………………………………………………………...8
3 Поверочная схема………………………………….....................................................10
Заключение……………………………………………………………………………...11
Перечень ссылок………………………………………………………………………..12
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
Гц – герц;
кг – килограмм;
кГц – килогерц;
км – километр;
м – метр;
МГц – мегагерц;
мкс – микросекунда;
мм – миллиметр;
ОКГ – оптический квантовый генератор;
с – секунда;
АМ – амплитудная модуляция;
GPS – Глобальная Позиционная Система.
ВВЕДЕНИЕ
Измерение линейных размеров требуется выполнять в значительно большом диапазоне – от долей микрометра, например, при измерении микрогеометрии шероховатостей в процессе производственного контроля чистоты отделки поверхностей в точном машиностроении до многих сотен и тысяч километров при измерении расстояний в геодезии, навигации, строительстве, тяжелом машиностроении или астрономии.
Диапазон размеров, встречающихся при технических измерениях, можно подразделить на ряд характерных групп. Это, во-первых, размеры, измеряемые в машиностроении и лежащие в диапазоне от долей микрометра до нескольких метров. Ко второй группе можно отнести размеры от 100 мм до 100 м, которые требуется измерять при определении уровней горючего в нефтехранилищах, баках самолетов и автомобилей, уровней зерна в элеваторах, разностей уровней верхнего и нижнего бьефов гидростанций и т.п. И, наконец, третья группа размеров – это расстояния между какими-либо телами, когда измеряемые размеры превосходят несколько метров и могут достигать многих тысяч километров [1]. В данном реферате рассмотрены методы измерения охватывающие вторую и третью группы размеров, а именно – от 1 метра и до тысяч километров.
1 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ
Наиболее простым методом измерения уровней, т.е. расстояний порядка долей метра или нескольких метров, является применение масштабных преобразователей в виде рычажных или ременных передач с последующим измерением относительно небольших выходных перемещений.
Примером может служить серийно выпускаемый прибор УДУ-5, показанный на рис. 1.1 [2]. Металлический поплавок 8 перемещается по направляющим тросам 6 и соединен со стальной перфорированной лентой 7, которая проходит в защитной трубе через направляющие ролики 5 и гидрозатвор 4 в виде колена, залитого незамерзающей жидкостью. Стальная лента навивается на барабан 1 или сматывается с него. Постоянное натяжение ленты обеспечивается спиральной пружиной, механически связанной с мерным зубчатым шкивом 2, зубцы которого входят в отверстия ленты, обеспечивая тем самым надежное зацепление ленты со шкивом. Вращение шкива передается на механический счетчик, установленный в блоке 3 и позволяющий отсчитывать уровень в миллиметрах в виде пятизначного числа. В этом же блоке 3 установлен связанный со шкивом реостатный преобразователь или кодовый диск, позволяющие производить дистанционную передачу результатов измерения уровня на расстояние 1-5 км.
Рисунок 1.1 - прибор УДУ-5:
1 – барабан; 2 - мерный зубчатый шкив; 3 – блок; 4 – гидрозатвор; 5 - направляющие ролики; 6 - направляющие тросы; 7 - стальная перфорированная лента;
8 - металлический поплавок
Прибор УДУ-5 при пределе измерения 12 м имеет погрешность ±3 мм при отсчете показаний по механическому счетчику, ±15 мм при применении реостатного преобразования и ±1 мм при использовании кодового диска [3].
Широкое применение при измерении уровня находят емкостные преобразователи, так как в них может быть достигнуто линейное изменение емкости на протяжении сравнительно большой длины. В качестве иллюстрации на рис. 1.2 показано устройство уровнемера, позволяющего исключить зависимость результатов измерения от изменения диэлектрической проницаемости среды, уровень которой измеряется [4]. Датчик уровнемера (рис. 1.2, а) содержит четыре коаксиальных конденсатора, два из которых (верхние компенсационные) находятся в воздухе (С и С), один (нижний компенсационный) полностью погружен в исследуемую среду (С) и один (рабочий) частично погружен в исследуемую среду (С).
Измерительная цепь уровнемера (рис. 1.2, б) содержит генератор Г, усилитель Ус, вольтметр и два трансформатора Тр1 и Тр2 и работает в режиме статического уравновешивания. Если коэффициент усилителя достаточно велик, то можно считать, что напряжение на его входе, зашунтированном паразитной емкостью кабеля С, практически равно нулю. Это означает, что равна нулю сумма токов, поступающих на вход усилителя через емкости С, С, С, С:
,
где - - количество витков соответствующих обмоток трансформаторов. Отсюда
.
Выразим величины емкостей датчика через длины l соответствующих конденсаторов, измеряемый уровень h, емкость на единицу длины в воздухе и относительную диэлектрическую постоянную исследуемой среды . Тогда ; ; ; . Соответственно выражение для преобразуется следующим образом:
.
Рисунок 1.2 – Устройство уровнемера:
а) датчик уровнемера; б) измерительная цепь уровнемера
Если датчик и измерительную цепь выполнить так, чтобы соблюдались равенства и , то получим .
Таким образом, показания прибора пропорциональны измеряемому уровню h и не зависят от величины диэлектрической постоянной ε.
На рис. 1.2, б штриховыми линиями показаны экраны, которые позволяют практически полностью исключить погрешности от емкостей кабелей, соединяющих датчик с измерительной цепью [4]. Поскольку емкости воздушных конденсаторов С и С зависят от диэлектрической проницаемости воздуха, которая достаточно стабильна, то вместо верхних компенсационных конденсаторов С и С (рис. 1.2, а) могут быть использованы обычные постоянные конденсаторы.
2 ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ
Простейшим и наиболее распространенным методом измерения расстояния, пройденного движущимся объектом, является подсчет числа оборотов колеса, сцепляющегося с полотном дороги. Таким методом измеряется путь автомобиля с помощью механического счетного механизма барабанного типа, подключаемого к трансмиссии автомобиля через соответствующий понижающий редуктор. В более сложных устройствах, например в морских лагах, передача угла поворота крыльчатки лага к измерительному устройству осуществляется электрическим путем с помощью синхронной сельсинной передачи. А в наиболее совершенных современных приборах этого типа преобразователь, воспринимающий скорость вращения колеса или крыльчатки, преобразует ее в частоту электрических импульсов. Пройденный путь определяется как интеграл от скорости по времени путем подсчета полного числа электрических импульсов за время пути. Этот подсчет осуществляется электронными счетчиками числа импульсов с непрерывной выдачей результатов на светящееся табло цифрового прибора и с их одновременным вводом в цифровые вычислительные или управляющие устройства.
Страницы: 1, 2
