Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



тельность

Ow) =Z/(- =- l/[(co - cog) - 2/сосоо/з] (4.200)

или, подставив значение относительной частоты X = со/соо, получим 0Х)=-1/[2( - 1 - 2Aj3)]„ • (4.201)

Амплитудно-частотная характеристика

S(K) = l/[cogv/(X2 1)2 + 4X/1. (4.202)

Ее график при различных степенях демпфирования /3 представлен на рис. 4.76. При постоянном ускорении я чувствительность датчика

5(0) = х/а = 1/ojI, (4.203)

где X - перемещение массы, обусловленное действием ускорения.

Перемещение определяется только частотой собственных: колебаний и быстро уменьшается с ее увеличением. С увеличением X при ма-лььх /3 чувствительность вначале медленно, а затем довольно быстро возрастает. Рабочий диапазон частот лежит в области, где чзшствигель-ность малс зависет от частоты. Это область, где со соо, т. е. X мало. Максимальная частота рабочего диапазона частот зависит от степени успокоения /3 и является наибольшей при /3 = 0,6 -ь 0,7.

Для Гфеобразования перемещения массы в злектрическую величину в акселерометрах используются реостатные, индуктивные и дифференциально-трансформаторные датчики. Поскольку минимальный диапазон изменения входной величины у них составляет 1-10 мм, использующие их датчики ускорения имеют низкие частоты собственных колебаний, обычно не превышающие 100 Гц. Несколько выше частота собственных колебаний может быть у тензорезисторного датчика.

Для измерения ускорения с более высокочастотным спектром используются акселерометры с пьезозлектрическим преобразователем. Конструкция преобразователя приведена на рис. 4.77. Масса 1 вмонтирована в кольцо 2, иготовленное из пьезокерамики. Пьезокерамика поляризована так, чтобы прибор измерял только осевое ускорение. Кольцо укреплено в корпусе 3 и играет роль пружины датчика ускорения (см. рис. 4.72). Благодаря большой жесткости кольца частота собственных колебаний преобразователя довольно высокая. Пьезозлект-рический гфеобразователь типа ДН-3 используется в составе виброметра типа ВМ-1 для измерения ускорений. Верхнее значение частоты его рабочего диапазона частот составляет 4000 Гц, а нижнее определяется входными параметрами усилителя виброизмерительного устройства. На частоте 63 Гц чувствительность составляет 10 мВ/ (м/с). Неравномерность частотной характеристики не более ±10%. Масса - 60 г.




о o,v o,s 1,2 1,6 г.

Рис. 4.76


V y

Рис. 4.78


Рис. 4.77

Преобразователь применяется также для измерения скорости и пере-мешения вибрации. Для зтого сигнал преобразователя интегрируется.

Измерение динамических сил и давлений. Датчик силы в обшем случае строится по схеме, показанной на рис. 4.78. Он состоит из корпуса 1, к которому одним концом прикреплена щзужина 2; на второй (подвижный) ее конец действует сила F. С подвижным концом соединен щзеобразователь перемешения в электрическую величину или устройство отсчета 3. Конструктивные элементы датчика, к которым приложена сила, и устройство отсчета имеют некоторую массу 4. В эту же массу входит щзиведенная масса подвижных деталей источника силы. Масса вместе с пружиной образует колебательную систему. Для улучшения ее динамических характеристик иногда вводят демпфер 5, создающий силу сопротивления, пропорциональную скорости движения.

Аналогичной схемой можно щзедставить и датчик давления с упругим манометрическим элементом (мембраной, сильфоном и т. д.). Сила давления, развиваемая манометрическим элементом, 222



F = Рбэф, (4.204)

где р - юмеряемое давление; бэф - эффективная площадь манометрического элемента.

Роль пружины 2 (рис. 4.78) играет сам упругий манометрический элемент. При измерении давления упругий манометрический элемент деформируется и его объем изменяется. Это вызывает перераспределение жидкости или газа в трубах, соединяющих датчик с объектом, где измфяется давление. Гидродинамическое сопроттление труб обусловливает силу, аналогичную силе, создаваемой демпфером. С учетом сказанного для анализа датчика давления можно использовать схему датчика силы по рис. 4.78.

Для ощзеделения динамических характеристик датчика составим и гфоанализируем дифференциальное уравнение движения его массы 4. Сила инерции пос равна сумме щзиложенных сил

nix = Fit) ~ Сх - кх, (4.205)

где F(t) = р(?)6эф - изменяющаяся во времени измеряемая сила; Сх - сила упругости пружины; кх - сила демпфирования.

Из (4.205) получим линейное дифференциальное уравнение, аналогичное уравнению акселерометра:

mli + кх + Сх = Fit). (4.206)

Введя вместо конструктивных параметров датчика т, к, С вибрационные /3 и ojo. получим

X + IptooX + ojg = Fit) I т. (4.207)

Передаточная функция датчика

К(р) = 1/[т(р2 + 2f3ojoP + cog)]. (4.208)

Для получения выражения для комплексной чувствительности заменим оператор дифференцирования р = d/dt на /со:

5 (/со) = XIF = l/[m(cog - со + 2/cocoof3)] =

=-1/[шсо2(Х - 1 - 2т\, (4-209)

где Х= со/соо - относительная частота. Амплитудно-частотная характеристика

8{\) = 1/[шсоЕч/(Х - 1) - 43X2]. (4.210)

Сравнивая (4.209) и (4.210) с (4.201) и (4.202), видим, что динамические характеристики датчиков силы и давления аналогичны



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


0.0142