Методы измерения параметров движения

Параметрами однонаправленного поступательного, вращательного или колебательного движения (с периодически изменяющимся направлением) являются пройденный путь, скорость и ускорение, связанные между собой простейшими дифференциальными или интегральными зависимостями (скорость и ускорение могут быть найдены как первая и вторая производные пройденного пути, а скорость и путь интегрированием ускорения и скорости соответственно).

Приборы для измерения скорости и пути поступательного движения называют счетчиками и спидометрами, измерители скорости вращательного движения – тахометрами, измерители секундных расходов и количеств жидкостей и газов – расходомерами и счетчиками количества. Приборы для измерения параметров вибрационного движения подразделяют на виброметры (измерители амплитуды вибраций), велосиметры (измерители скорости) и акселерометры (измерители ускорений). Диапазон изменения всех перечисленных параметров движения в зависимости от области приложений чрезвычайно широк и не может быть перекрыт каким-либо универсальным измерительным устройством – такие приборы строятся как специализированные устройства для узких интервалов изменения. В ряде случаев (например, в задачах инерциальной навигации) требуется перекрытие значительного диапазона изменения измеряемого параметра: так, инерциальная система управления полетом ракеты предназначена для определения пройденного пути двукратным интегрированием ускорения (очень больших запускных порядка 100 м/сек² и малых тормозных порядка 10^-5 м/сек²). Эта задача в полной мере пока не решена.

Измерение пути осуществляют обычно преобразованием линейных перемещений во вращательное движение и подсчетом числа оборотов этого движения.

Для измерения скорости часто используется вращающееся магнитное поле – с вращающимся валом связывают магнит, индуцирующий ток в расположенном через воздушный зазор проводящем диске; этот диск будет испытывать вращающий момент, пропорциональный угловой скорости вращения и этот момент можно измерить как угол скручивания измерительной упругой пружины. Дистанционное измерение скорости можно осуществить также с помощью индукционных преобразователей, называемых тахогенераторами – это маломощные генераторы постоянного или переменного тока, выходное напряжение или частота которых пропорциональны измеряемой скорости движения.

Для измерения количества протекающей в трубопроводе жидкости или газа используют индукционные преобразователи, сочлененные с измерительными турбинами, свободно вращающимися в потоке. В тело крыльчатки такой турбины встраивают стержень из магнитномягкого материала, а снаружи трубы устанавливают постоянный магнит с надетой на него катушкой – в этой катушке возникает при вращении крыльчатки э.д.с., частота которой равна удвоенной частоте вращения.

Измерение мгновенных расходов газов и жидкостей в трубопроводах чаще всего осуществляют установкой внутри труб сужающих устройств (диафрагм, труб или сопел Вентури) и измерением создаваемого на таком сужении динамического перепада давлений до и после сужения с поправками на температуру и давление протекающей по трубопроводу среды. Используют и приборы, построенные на других методах, например, тепловой расходомер газа представляет собой участок трубы с электрическим нагревателем и стабилизирующим регулятором температуры после нагревателя – до и после нагревателя газ имеет различную температуру, измеряемую с помощью терморезисторов. Чем больше расход измеряемой среды, тем больше нужна подводимая к нагревателю мощность для поддержания заданной разности температур до и после нагрева и измеряющий эту мощность ваттметр можно отградуировать в единицах расхода газа. Если вместо ваттметра включить счетчик электроэнергии, то его показания можно пересчитать в единицы количества протекшего газа.

Измерение параметров вибраций и ускорений чаще всего осуществляют с помощью механических колебательных систем и электрических преобразователей, воспринимающих колебания системы. При небольшой инерционной массе, прикрепленной к основанию относительно жесткой пружиной (при высокой собственной частоте подвижной системы) перемещения массы относительно основания пропорциональны внешнему ускорению, действующему на основание. При большой массе, закрепленной на мягкой пружине (низкой собственной частоте), эта масса остается практически неподвижной, несмотря на колебания основания и относительное перемещение основания равно перемещению корпуса преобразователя. Таким образом, этот принцип можно использовать как для построения виброметров, так и акселерометров (но соотношения между собственной резонансной частотой механической системы и диапазоном частот измеряемых вибраций для виброметров и акселерометров прямо противоположны). Наиболее часто измерения производятся в области частот 20–3000 Гц, при этом собственные частоты механических систем виброметров лежат в пределах 2–7 Гц, а акселерометров – 10–15 кГц и выше.

Дата добавления: 2015-07-25