М. Бабаев - Приборостроение
1. Плоскопараллельные концевые меры длины – это такие меры длины, которые постоянны и имеют форму прямоугольного параллелепипеда. При измерении их помещают между двумя плоскостями у детали.
Основной проблемой механического и других видов преобразований измеряемых величин является преобразование больших по величине параметров в пригодные для передачи измерительному устройству, то есть малые.
«Бичом» всех измерительных устройств является температурное расширение материалов.
Эти приборы служат эталоном для длины и через них передают эти эталоны измерительным приборам. Их применяют при поверке (настройке) измерительных устройств на необходимую шкалу (установка на нуль).
Что касается поверки, то в качестве номинальной длины концевой меры измеряют «срединную» длину концевой меры.
2. Измерительная металлическая линейка – это металлическая полоса, которая заштрихована делениями.
Измерение линейкой производится методом прямого прикладывания ее к измеряемому объекту, такой метод называют непосредственным методом измерений. Погрешность измерений линейкой обычно 0,5–1 мм. Поверка линеек проводится с помощью штриховых метров: штриховой метр – это такая линейка, на которой имеются деления через 0,2–0,05 мм.
3. Штангенинструмент – это общее название целой группы измерительных средств длины: штангенциркуль; штангенглубиномер; штангенрейсмасс и др.
Особенностью штангенинструмента является то, что у него имеется не только шкала линейки измерения, штанга с точностью до 1 мм, но и вспомогательная шкала – нониус, которая позволяет снять еще и подробную часть длины в пределах 1 мм.
У нониуса число делений 10–20, с ценой 0,9 мм = = 1 мм – 0,1 мм.
Нулевые штрихи основной шкалы и нониуса совпадают, однако у нониуса первый штрих нанесен слева от нулевой отметки, в итоге там, где у нониуса кончается, например, деление 1 мм, у основной шкалы только – 0,9 мм.
Показанию основной шкалы в 1 мм соответствует показатель нониуса уже в 1,1 мм. Поэтому возникает впечатление, что у нониуса шкала растянута.
40. Способы преобразования сигнала
Преобразование в измерительных головках реализуется тремя способами.
1. Механизм преобразования содержит только зубчатые механизмы.
2. Преобразование осуществляется рычажно-зуб-чато, т. е. используются оба способа прикрепления измерительных головок к ИП.
3. Преобразование с помощью пружинных прикреплений измерительной головки к измерительному устройству.
Поскольку речь идет о преобразовании одной величины в другую, другого масштаба, то само собой разумеется, что появляется такая характеристика, как передаточная, то есть передаточное число.
Особенностью первого типа преобразований является то, что в них преобразование перемещений может реализоваться в обоих направлениях: при двух других типах это преобразования невозможно.
С этой целью преобразование реализуется в механизм преобразования, так называемый индикатор часового типа.
В зубчатом механизме отношение чисел зубьев колеса, большего по диаметру, к числу зубьев шестерни, меньшей по диаметру, называется передаточным числом.
Если рассмотреть передаточное число, преобразующее малое перемещение в большое, т. е. когда передаточное число u ≥ 1, то для общего случая
где R – длина стрелки от оси поворота до ее свободного конца; φ – величина угла поворота стрелки, градус или радиус; R – перемещение свободного конца стрелки индикатора, градус, мм; l – величина перемещения измерительного наконечника (рейки).
Имеется в виду узел индикатора, перемещение которого при измерениях передается путем преобразования через колесо и шестерни к шкале со стрелкой.
У входного звена, т. е. у гриба, число зубьев обозначим, как z3. Тогда, выразив r как
где m – цена делений, мм; z3 – количество (число) зубьев у входного колеса, у которого радиус равен r, получим:
41. Передаточное число для рычажно-зубчатых индикаторов
Передаточное число для рычажно-зубчатых индикаторов можно вычислить двумя способами:
1)
где I – длина плеча последнего рычага; R – длина плеча первого рычага;
– произведение передаточного числа зубчатых пар;
2)
где I, R – длина плеча последнего и первого рычага соответственно; d3 – d6 – диаметры соответствующих колес в механизме.
Погрешность измерений для рассматриваемого типа преобразования – (0,005—0,015) мм при цене делений 0,01 мм.
Поверка рычажно-зубчатых индикаторов проводится по концевым мерам длины или другим способом.
Передаточное число для рычажно-зубчатых головок определяют по формулам: если головки однооборот-ные (две рычажные и одна зубчатая пары), то
для многооборотных (также две рычажных и одна зубчатая пары)
Величины передаточных чисел кулисных передач.
Наконец, о третьем способе механических преобразований, о преобразовании с пружинным механизмом.
Характерной особенностью этих механизмов является то, что передаточным механизмом измеряемой величины является полоска металлической ленты.
Следовательно, в расчетах используются упругие свойства скрученной пружинной ленты.
Передаточное число измеряется в единицах угловых градусов: град/мкм.
Передаточное число может быть определено двумя способами:
1) теоретически;
2) эмпирически
J – момент инерции поперечного сечения ленты, мм; I– свободная длина свернутой ленты, мм.
42. Приборы времени
Эти приборы в виде различных часов, как и весы, являются первыми известными приборами в истории человечества с незапамятных времен.
Сегодня перечисление только их разновидностей в быту заняло бы не одну страницу.
Приборы времени различают по принципу действия и по назначению.
Их разделяют на следующие классификационные группировки: механические; электромеханические; электронномеханические; атомно-молекулярные; синхронные; часы с непериодическим процессом.
Как видно из вышеприведенного списка, измерение времени проводится маятником в механических часах и временем разрядки или зарядки конденсатора до заданной емкости в электронных. В этом промежутке есть приборы, измеряющие время, которые используют импульсы электрического тока; квантовые свойства вещества; роторы электродвигателей и многое другое.
В каждом случае вопросы точности и погрешности измерений имеют свою специфику. Во всех случаях измерение времени сводится (или исходит) к установлению соответствия между двумя или более системами колебаний.
Поэтому, говоря о метрологических характеристиках часов в первую очередь имеют в виду постоянство частоты колебаний (или автоколебаний), с которым связано измерение: точность измерений задается именно этим постоянством.
Кроме этого, внешнего источника сигнала времени, немаловажна точность колебаний собственной колебательной системы: а это – вопросы проектирования и производства.
Для приборов, предназначенных для показания текущего времени, введен параметр поправки показаний прибора:
U = Т1– Тпр,
в которой Т1 – точное время; Тпр – показания прибора. Это измерение называют суточным ходом прибора.
w = U2 – U1,
для разных часов 180 > w > 10-7 c, где U1, U2 – поправки, соответствующие началу первых и следующих суток.
Но суточный ход может отклоняться от правильного (отстать или спешить) или зависеть от вариации (от специфических свойств системы измерения времени (часы: кварцевые, маятниковые, карманные, наручные и прочие)). У каждого прибора имеется своя специфика, следовательно, свой суточный ход.
Для учета роли случайных факторов в отклонении суточного хода l пользуются формулой:
Lk = wk – wср
W1 + W 2 + … + Wn
где
—средний суточный ход за n – суток; Ik – отклонение суточного хода за К-ные сутки.
Если w < 0 – часы спешат; w > 0 – часы отстают.
43. Приборы времени специального назначения
Для оперирования в быту и решения технических вопросов параметры U, w оказываются достаточными. Но там, где требуется наибольшая точность (астрономия, авиация, ВМФ, мореходство и др.) пользуются и другими параметрами.
В их основе – вариация.
V = w2– w1,
где w2, w1 – суточные ходы для следующих одни за другими суток; V – отклонение.
Ik = wk – wcp
где Ik – отклонения суточного хода за К-ые сутки; К = 1, 2,..., n; wcp – средний суточный ход за n суток.
Поправка U определяется по эталонным часам: без этого параметра рассчитать величины w, Ik невозможно.
