Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки




от частоты можно получить из выражения для комплексной чувствительности

< = arctg[2X/3/(X2 1)]. (4.194)

Нижняя частота спектра, при которой отсутствуют амплитудная и фазовая погретшюсти, зависит от степени успокоения Р и минимальна при (3, лежащей в диапазоне от 0,6 до 0,7.

74 Успокоение сейсмического преоб-

разователя создается жидкостным, воздушным или магнитоиндукционным демпфером. При использовании любого типа демпфера коэффициент демпфирования зависит от температуры, что затрудняет получение оптимальной величины (3.

В качестве преобразователя перемещения массы относительно корпуса может использоваться реостатный, индуктивный или какой-либо иной преобразователь перемещения в электрическую величину.

Измерение скорости. Измерение скорости при малых линейньк перемещениях может производиться с помощью индукционных вибродатчиков. Одна часть датчика (катушка или магнитная система с постоянным магнитом) монтируется на подвижном объекте, другая соединяется с каким-либо неподвижным объектом. ЭДС на выходе датчика пропорциональна скорости перемещения.

В качестве неподвижной точки может служить сейсмическая масса сейсмического датчика вибрации. Сейсмический датчик вибрации схематически показан на рис. 4.74. Он состоит иэ корпуса 1, в котором на плоских пружинах 2 укреплена ферромагнитная сейсмическая масса 3. На корпусе смонтирован кольцевой постоянный магнит 4 с полюсными наконечниками 5. Магнитный поток постоянного магнита проходит через полюса и сейсмическую массу. На последней в магнитном поле находятся две катушки б, соединенные встречно (дифференциально). При движении сейсмической массы относительно корпуса в катушках наводится ЭДС, пропорциональная скорости ее движения. Она пропорциональна измеряемой скорости вибрации корпуса относительно неподвижной точки. Диапазон рабочих частот определяется частотными характеристиками сейсмического вибродатчика. Для улучшения частотных характеристик и уменьшения частотных погрешностей в датчике имеется воздушный демпфер 7.

Индукционный вибродатчик может использоваться также для измерения амплитуды вибрации и ее ускорения. Поскольку выбрацион-ные перемещения равны интегралу от скорости, то для получения на-



i с

С I

-обых

Рмс. 4.75

пряжения, пропорционального перемещению, достаточно проинтегрировать выходное напряжение датчика. Интегрирование может производиться с помощью интегрирующего усилителя (рис. 4.75,д), построенного на базе операционного усилителя. Последний представляет собой стабилизированный с помощью обратной связи усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления К. Он имеет большое входное сопротивление и инвертирует входное напряжение. Пусть от датчика на схему рис. 4.75,д поступает гармоническое напряжение под его действием через резистор R и конденсатор С течет ток /. Можно считать, что в операционный усилитель он не ответвляется. Зто обусловлено следующим. При нормальной работе усилитель не перегружается и его вьосодное напряжение не превосходит некоторого конечного значения, определяемого номинальньпм режимом. На входе усилителя напряжение в К раз меньше. При большом К можно считать, что напряжение на входе усилителя равно нулю, и входной ток усилителя отсутствует. Усилитель регулирует ток /так, чтобы точка а была практически при нулевом потенциале. В силу этого

(4.195) (4.196)

Выходное напряжение пропорционально интегралу от входного.

Выражение (4.196) справедливо, если можно пренебречь входным сопротивлением операционного усилителя. С уменьшением частоты сопротивления конденсатора Хс = l/coC возрастае!" и становится соизмеримым с входным сопротивлением усилителя. Это вызывает погрешность. Ее относительное значение

(4.197)

Для получения напряжения, пропорционального ускорению вибрации, необходимо продифференцировать напряжение датчика. Это

можно сделать с помощью дифференциального усилителя (рис. 4.75,6). Анализируя его работу аналогично предьщушему, можно получить,



что выходное напряжение дифференцирующего усилителя, пропорциональное производной от входного,

i4b,x = fRCUx- (4.198)

При измерении скорости на больших линейных перемещениях, когда нельзя применить индукционный преобразователь, линейная скорость преобразуется в угловую. Для преобразования могут использоваться колеса и рейки с зубчатым или фрикционным соединением. Подобным же образом в угловую скорость преобразуется линейная скорость наземных транспортных средств.

Измерение ускорений. Приборы, служащие для измерения ускорения подвижных объектов, называются акселерометрами.

При измерении линейное ускорение обьино преобразуется в силу инерции:

F = та, (4.199)

где т - масса движущегося тела, и задача измерения сводится к задаче измерения силы.

Сила F с помощью пружины преобразуется в перемещение х, а перемещение - в электрическую величину с последующим преобразованием в отсчет прибора а.

Схема датчика ускорения аналогична схеме сейсмического датчика вибрационных перемещений (рис. 4.72).

Если измеряемое ускорение постоянно, а движение равноускоренное или равнозамедленное, то после некоторого начального переходного процесса масса, деформировав пружину, примет положение, соответствующее измеряемому ускорению. Для уменьшения длительности переходного процесса частоту собственных колебаний преобразователя выбирают много вьппе спектра частот, характеризующего измеряемое ускорение. Для получения высокой частоты собственных колебаний пружина преобразователя должна быть жесткой, а масса не очень большой. При этом деформация пр)окины незначительна и масса движется так же, как и корпус датчика. Их ускорения одинаковы, и деформация пружины пропорциональна измеряемому ускорению. Эти требования противоположны требованиям к динамическим характеристикам и конструктивным параметрам сейсмического вибро датчика.

Из сказанного следует, что для того, чтобы датчик имел малую динамическую погрешность при измерении переменных ускорений, его чувствительность S = dx/da должна быть малой.

Дифференциальное уравнение движения массы (4.187) одинаково у датчиков ускорения и виброперемещений. Однако при анализе уравнения необходимо иметь в ввду, что входной величиной датчика является ускорение а = dx/dt. При зтом комплексная >гувстви-220



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 [71] 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0113