КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Методические указания к самостоятельной работе студентов
Часть 4
Могилев 2006
УДК 621.317.39
ББК 31.22
К 65
Рекомендовано к опубликованию
учебно-методическим управлением
ГУВПО «Белорусско-Российский университет»
Одобрено кафедрой «Физические методы контроля» «17» октября 2005г.,
протокол № 3
Составители: канд. техн. наук, доц. В. Ф. Поздняков,
ассистент К. Б. Прудников
Рецензент канд. техн. наук, доц. Н. П. Бусел
В методических указания кратко изложены основные теоретические сведения для самостоятельной работы студентов дневной и заочной форм обучения специальности 1-54 01 01 «Методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов». Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Контрольно-измерительная техника».
Учебное издание
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Часть 4
Ответственный за выпуск С. С. Сергеев
Технический редактор А. Т. Червинская
|
|
Компьютерная верстка Н. П. Полевничая
Подписано в печать. Формат 60х84 /16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Усл. печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 115 экз. Заказ №
Издатель и полиграфическое исполнение
Государственное учреждение высшего профессионального образования
«Белорусско-Российский университет»
ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.
212005, г. Могилев, пр. Мира, 43
© ГУВПО «Белорусско-Российский
Университет», 2006
Содержание
1 Измерительные цепи приборов для измерения НВ …………... | |
2 Фотоэлектрические преобразователи …………………………. | |
3 Лазерные измерительные приборы и системы ……………….. | |
3.1 Измерение расстояний и контроль размеров ………………. | |
3.2 Интерферометрические методы измерения расстояния …... | |
3.3 Погрешности лазерных интерферометров …………………. | |
3.4 Лазерный измеритель скорости ……………………………… | |
3.5 Измерение размеров изделий ………………………………… | |
3.6 Измерение степени чистоты обработки поверхности ……… | |
3.7 Система обнаружения дефектов поверхности ……………… | |
4 Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров ……………………………………………………………….. | |
4.1 Понятие о единстве измерений ……………………………… | |
4.2 Эталоны единиц физических величин ………………………. | |
4.3 Поверочные схемы ……………………………………………. | |
4.4 Способы поверки средств измерений ……………………….. | |
4.5 Стандартные образцы ………………………………………… | |
4.6 Эталоны единиц системы СИ ………………………………... | |
Список литературы ………………………………………………. |
Измерительные цепи приборов для измерения неэлектрических величин
|
|
В зависимости от типа первичного измерительного преобразователя и выходного информативного параметра используются различные вторичные электрические измерительные приборы, предназначенные для измерения электрических величин. При этом градуируются, как правило, с учетом функций преобразования измерительного преобразователя в единицах измерения неэлектрической величины. Для наиболее эффективного использования информативного параметра измерительного преобразователя с вторичным измерительным прибором – следует всегда обращать внимание на согласование выходных характеристик измерительного преобразователя с входными характеристиками вторичного электрического измерительного прибора. Так как выходными информативными параметрами генераторных преобразователей являются напряжение и ток, а параметрических – R, L, C, то различными являются и схемы их согласования.
Измерительные цепи генераторных преобразователей. Они характеризуются выходной ЭДС, являющейся функцией выходной величины X и внутренним сопротивлением преобразователя – ZП (Рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Цепь генераторного преобразователя
Эти две величины определяют мощность, развиваемую преобразователем в режиме короткого замыкания,
РКЗ = Е2(X)/Z1.
Мощность РН, отдаваемая генераторным преобразователем вторичному прибору, имеющая сопротивление ZН, определяется мощностью короткого замыкания преобразователя Рк.з. и некоторым безразмерным коэффициентом эффективности преобразования, зависящим только от соотношения сопротивлений Z1 и Zн. Теоретические и экспериментальные результаты позволили сформулировать правило: при проектировании измерительных приборов максимальная мощность на нагрузке генераторного преобразователя достигается при согласовании модулей нагрузки и внутреннего сопротивления преобразователя.
Следует иметь в виду, что правило согласования не требует абсолютного равенства R1 и Rн, поэтому практически согласование обеспечивается при RН/R1 от 0,2 до 5.
В ряде случаев приходится сознательно отступать от условий согласования. Чаще всего это делается для уменьшения тех или иных погрешностей измерительной аппаратуры.
Измерительные цепи в параметрических преобразователях.
Для работы с параметрическими преобразователями используются измерительные цепи с питанием как переменным, так и постоянным токами. Будем рассматривать свойства всех измерительных цепей на примерах цепей постоянного тока, имея в виду, что полученные соотношения в равной степени справедливы и для цепей переменного тока. В тех же случаях, когда цепи переменного тока имеют какие-либо специфические особенности, они могут быть рассмотрены отдельно.
Сопротивление параметрического преобразователя является функцией измеряемой величины R = f (х) и может быть выражено как
R = Ro + ΔR (х),
где Ro – начальное сопротивление преобразователя;
ΔR – изменение сопротивления преобразователя от величины х.
Источники питания преобразователей, как правило, обладают достаточным запасом мощности, и мощность, которая прикладывается к преобразователю, ограничивается не возможностями источника, а условиями работы преобразователя, т. е. его допустимой мощностью рассеяния Рi доп. Таким образом, характеристиками параметрического преобразователя являются допустимая мощность рассеяния Рi доп, начальное сопротивление Roи относительное изменение сопротивления ε = ΔR/R0.С параметрическими преобразователями используются три вида измерительных цепей: цепи последовательного включения, цепи в виде делителей и цепи в виде мостов. Формулы для выходного напряжения на сопротивлении нагрузки Uвых,начального напряжения Uoпри ε = 0 и изменения напряжения ΔU вых = f (ε) в зависимости от ε и а = Rн/R0 для цепи последовательного включения и цепей в виде делителя с одинарным и дифференциальным преобразователями представлены в таблице 1.1.
|
|
Условием согласования сопротивлений преобразователя и нагрузки для цепи последовательного включения будет а = 1/3 или Rнаг = 1/3 ·Rн. При выполнении условия согласования мощность сигнала, получаемого указателем с сопротивлением Rн, составляет Рн = 3/16 ∙Рi доп. ∙ε2.
Зависимость эффективности преобразования ζ = Рн/ (Рi доп ∙ε2) от а для параметрических преобразователей показана на рисунке 1.2. Максимум кривой получается гораздо более острым, и условия согласования для параметрических преобразователей должны выполняться строже, чем для генераторных.
Таблица 1.1 – Формулы для выходного напряжения на сопротивлении
нагрузки
Вид измерительной цепи | Формула для напряжений | ||
Uвых | Uо | ΔU | |
Измерительные цепи последовательного включения и цепи в виде делителей характеризуются нелинейной зависимостью между ΔUвых и ε, причем погрешность линейности будет тем больше, чем больше ε. При включении в цепь делителя дифференциального преобразователя погрешность линейности может быть уменьшена при увеличении а и становится равной нулю при а → ∞
(RH → ∞). Кривые ΔUвых/E = f (ε) для различных значений а представлены на рисунке 1.2. Для обеспечения линейности приходится значительно отступать от согласованного значения нагрузки. При работе же с указателями малого сопротивления (при а < 10) некоторое уменьшение нелинейности может быть достигнуто при работе на начальном участке характеристик. Основным недостатком как цепей последовательного включения, так и цепей в виде делителей является то, что значению х = 0 соответствует выходное напряжение Uвых ≠ 0.
Рисунок 1.2 – Зависимость эффективности преобразователей от Rн/R0
|
|
Измерительные цепи в виде неравновесных мостов. Основная идея построения неравновесных мостовых цепей состоит в исходной компенсации начального значения выходного сигнала, чтобы при х = 0 он был равен нулю. Для этой цели используются мосты постоянного и переменного токов. Схемы измерительных мостов были рассмотрены ранее.