Измерения с помощью цифровых измерительных приборов

Измерения с помощью цифровых измерительных приборовИзмерения с помощью цифровых измерительных приборов. 4.8. Измерения с помощью цифровых измерительных приборов. В настоящее время расширяется разработка и применение в промышленности электронных цифровых вычислительных машин, в которых требуемые действия выполняются электронными счетчиками и управляющими схемами. По своим эксплуатационным свойствам цифровые электроизмерительные приборы характеризуются высокой точностью измерения, быстродействием, автоматизацией измерения и удобством регистрации результатов измерения. Цифровое отсчетное устройство может быть придано к средству измерения, содержащему электронную часть прибора, или как комплекс измерительных средств может быть непосредственно придано (встроено) в металлообрабатывающее оборудование. Например [35], к микроскопу инструментальному БМИ-1Ц придано устройство цифровое пересчетное УЦП-1м. Электронная часть прибора будет содержать преобразователь электронно-оптический в координатах Х и У и устройство цифровое пересчетное. Преобразователь электронно-оптический предназначен для преобразования реверсивных линейных перемещений в пропорциональное им число электрических импульсов. Преобразователь включает в себя механическую и электронно-оптическую системы.

Основой механической системы является узел микровинта с приводом для вращения. Микровинт преобразует круговое вращение в продольное перемещение. Цифровое отсчетное устройство (ЦОУ) для оснащения универсальных металлорежущих станков (рис. 4.53) контролирует перемещение рабочих органов станка (суппорта, каретки, стола и т. п.) и в наглядной форме на цифровом табло показывает их положение относительно выбранного начала координат. В соответствии с показаниями на цифровом табло станочник обрабатывает деталь до получения нужных размеров, управляя станком, как и обычно, вручную. Цифровое устройство установлено на отсчетные барабаны микрометрических винтов поперечного и продольного перемещения стола.

Оно состоит (рис. 4.53) из круглого реостатного преобразователя 1, механизма 2 сброса показаний на нуль, счетчика 3 перемещений целых миллиметров и цифрового прибора 4, по которому отсчитывают доли миллиметра с дискретностью 0,001 мм. Для преобразования линейных перемещений в цифровой отсчет. служит проволочный реостат сопротивлением 10 кОм, выбранный из расчета, что каждые 10 Ом соответствуют 0,001 мм линейного перемещения при шаге микрометрического винта 1 мм. В качестве цифрового отсчетного устройства взят цифровой килоомметр, серийно выпускаемый отечественной промышленностью. Устройство цифровое пересчетное (рис. 4.54) включает в себя устройство управления, реверсивный счетчик, счетчик, переключатели и источники питания. Предустановка любого пятиразрядного десятичного числа со знаками (+) или (-) осуществляется с помощью переключателя «Предустановка». При нажатии кнопки «Запись» импульсы с устройства управления поступают одновременно на входы счетчика и реверсивного счетчика и через дешифратор на табло индицируются числа.

При помощи вращения привода механической системы передаются числа с оптико-механического преобразователя. Цифровое отсчетное устройство (ЦОУ) для оснащения уни­версальных металлорежущих станков (рис. 4.55) контролирует перемещение рабочих органов станка (суппорта, каретки, стола и т. п.) и в наглядной форме на цифровом табло показывает их положение относительно выбранного начала координат. В соответствии с показаниями на цифровом табло станочник обрабатывает деталь до получения нужных размеров, управляя станком, как и обычно, вручную. Цифровое отсчетное устройство на базе выпускаемых датчиков и электронных блоков имеет основные характеристики: цена отсчета от 0,001 до 0,02 мм; наибольшая скорость контролируемого перемещения при цене отсчета 0,01 — 15 м/мин при цене отсчета 0,001 мм — 1,5 м/мин; наибольшая величина контролируемого перемещения не больше 1 м при цене отсчета 0,001 мм и не более 10 м при цене отсчета 0,01 мм. 4.9. Измерение электрических и магнитных величин. По системе SI единицы электрических и магнитных величин, применяемые в Российской Федерации, приведены в табл. 4.1. Единицы электрических и магнитных величин. Величина Наименование Обозначение Величина Наименование Обозначение Рус-ское Меж-дуна-род-ное Рус-ское Меж-дуна-род-ное Сила электри-ческого тока, магнитодвижущая сила Ампер А А Электричекая постоянная, абсолютная диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая восприимчивость Фарад на метр Ф/м F/m Линейная плот-ность электри-ческого тока, напряженность магнитного поля Ампер на метр А/м A/m Магнитная индукция, плотность магнитного поля Тесла Тл Т Поверхностная плотность электрического тока Ампер на ква-дратный метр А/м2 А/m2 Индуктивность, взаимная индуктивность, магнитная проводимость Генри Гн Н Магнитный момент Ампер- квадратный метр А×м2 А×m2 Магнитное сопротивление Генри в ми-нус первой степе-ни Гн-1 Н-1 Количество электричества, электрический заряд, поток электрического смещения. Кл С Магнитная постоянная, абсолютная магнитная проницаемость Генри на метр Гн/м Н/ m Линейная плот-ность электри-ческого заряда Кулон на метр Кл/м С/m Магнитный поток Вебер Вб Wb Электрическое смещение, поверхностная плотность электрического заряда Кулон на квадратный метр Кл/м2 С/m2 Электрическая проводимость Си-менс См S Объемная плотность электрического заряда Кулон на куб. метр Кл/м3 С/m3 Удельная электрическая проводимость. См/м S/m Момент электрического диполя Кулон-метр Кл×м С×m Электрическое сопротивление Ом Ом W Напряжение, потенциал, раз-ность потенци-алов, электро-движущая сила Вольт В V Удельное электрическое сопротивление Ом-метр Ом×м W×m Напряженность электрического поля Вольт на метр В/м V/m. Ватт Вт W Электрическая емкость Фарад Ф F. Электроизмерительные приборы подразделяются (рис.4.56) на: электромеханические (магнитоэлектрической системы, электродинамические, электромагнитные с подвижным магнитом, индукционной системы, электромагнитные); электротермические (с нагреваемой нитью, биметаллические, термоэлектрические преобразователи). 4.9.1. Электромеханические измерительные приборы. Приборы магнитоэлектрической системы (рис. 4.56) могут работать на постоянном токе, а при использовании дополнительных преобразований — и на переменном. Наименование Приборы магнитно-электрической системы Электродинамические приборы Электродинамические приборы (с замкнутой магнитной цепью) Символическое изображение Принципиальная схема Символическое изображение. Рис. 4.56. Электроизмерительные приборы: ЕМ – измерительные приборы; QM – приборы для измерения отношений [46] В однородном магнитном поле постоянного магнита располагается на опорах рамка, которая может вращаться. Ток, проходящий через витки этой рамки, имеет направление, перпендикулярное направлению магнитных линий поля. Электрический ток подается через два пружинных элемента (ленточные растяжки, спиральные пружины), которые одновременно создают механический противодействующий момент. Электродинамические измерительные приборы основаны на принципе взаимодействия токов. Они могут применяться для измерений как на переменном, так и на постоянном токе. Электродинамический измерительный прибор с замкнутой магнитной цепью (см. рис. 4.56) работает как прибор магнитоэлектрической системы, но с той разницей, что вместо постоянного магнита используется электромагнит. В электродинамическом измерительном приборе без ферромагнитного сердечника (см. рис. 4.56) полностью отсутствуют ферромагнитные элементы. При возбуждении магнитного поля принцип действия прибора такой же, как у прибора с замкнутой магнитной цепью. Электромагнитные измерительные приборы с подвижным магнитом также основаны на магнитоэлектрическом принципе. Они могут быть использованы для измерений на постоянном токе, а с дополнительными преобразователями — и на переменном токе. В поле неподвижной катушки находится вращающийся постоянный магнит (магнитная игла, диск или полый цилиндр), который устанавливается в направлении постоянного внешнего поля (например, магнитного поля Земли). При прохождении тока вращающийся магнит перемещается в направлении результирующего поля, образуемого направляющим полем и полем катушки. Прибор с подвижным магнитом представляет собой обращенный измерительный прибор магнитоэлектрической системы, т.е. катушка и постоянный магнит меняются местами. Электроизмерительные приборы индукционной системы могут применяться только для измерений на переменном токе. Во вращающемся магнитном поле располагается подвижный замкнутый проводник (барабан или диск). В результате наведения вихревых токов подвижный проводник перемещается в направлении вращающегося магнитного поля. Электромагнитные измерительные приборы (см. рис. 4.56) могут быть использованы для измерений на постоянном и переменном токе. Важнейшими типами этих приборов являются приборы с плоской и круглой катушками. В приборах с плоской катушкой внутри катушки возбуждения находится эксцентрично закрепленная подвижная ферромагнитная пластина, ось поворота которой расположена перпендикулярно оси катушки возбуждения. При протекании электрического тока пластинка под воздействием электромагнитного поля перемещается в катушке, т. е. поворачивается вокруг своей оси. В приборе с круглой катушкой внутри катушки возбуждения находятся неподвижная и подвижная ферромагнитные пластинки, причем ось поворота последней параллельна оси катушки. При протекании электрического тока пластинки намагничиваются в одинаковом направлении и, следовательно, отталкиваются друг от друга. При этом подвижная пластинка поворачивается в направлении меньшей ширины неподвижной пластинки. Электростатические измерительные приборы могут быть использованы для измерений как на постоянном, так и на переменном токе. Измерительный прибор состоит из конденсатора, электроды которого закреплены так, что имеется возможность, прикладывая электрическое напряжение, получать механическое усилие, действующее в направлении увеличения емкости. Изменение емкости может осуществляться путем изменения либо эффективной площади электродов, либо расстояния между электродами.