по дисциплине: «Средства измерения неэлектрических величин» на тему: «Измерение больших линейных геометрических размеров» (стр. 1 из 2)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра «Метрология и измерительная техника»
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Средства измерения неэлектрических величин»
на тему: «Измерение больших линейных геометрических размеров»
Выполнила: Проверил:
ст. гр. МИТ-02-1 ст. пр. Белокурский Ю.П.
Крючкова Л.Д.
2005
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов..…...3
Введение….……………..………………………………………………………………..4
1 Измерение уровней……………………………………………………………….……5
2 Измерение расстояний………………………………………………………………...8
3 Поверочная схема………………………………….....................................................10
Заключение……………………………………………………………………………...11
Перечень ссылок………………………………………………………………………..12
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
Гц – герц;
кг – килограмм;
кГц – килогерц;
км – километр;
м – метр;
МГц – мегагерц;
мкс – микросекунда;
мм – миллиметр;
ОКГ – оптический квантовый генератор;
с – секунда;
АМ – амплитудная модуляция;
GPS – Глобальная Позиционная Система.
ВВЕДЕНИЕ
Измерение линейных размеров требуется выполнять в значительно большом диапазоне – от долей микрометра, например, при измерении микрогеометрии шероховатостей в процессе производственного контроля чистоты отделки поверхностей в точном машиностроении до многих сотен и тысяч километров при измерении расстояний в геодезии, навигации, строительстве, тяжелом машиностроении или астрономии.
Диапазон размеров, встречающихся при технических измерениях, можно подразделить на ряд характерных групп. Это, во-первых, размеры, измеряемые в машиностроении и лежащие в диапазоне от долей микрометра до нескольких метров. Ко второй группе можно отнести размеры от 100 мм до 100 м, которые требуется измерять при определении уровней горючего в нефтехранилищах, баках самолетов и автомобилей, уровней зерна в элеваторах, разностей уровней верхнего и нижнего бьефов гидростанций и т.п. И, наконец, третья группа размеров – это расстояния между какими-либо телами, когда измеряемые размеры превосходят несколько метров и могут достигать многих тысяч километров [1]. В данном реферате рассмотрены методы измерения охватывающие вторую и третью группы размеров, а именно – от 1 метра и до тысяч километров.
1 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ
Наиболее простым методом измерения уровней, т.е. расстояний порядка долей метра или нескольких метров, является применение масштабных преобразователей в виде рычажных или ременных передач с последующим измерением относительно небольших выходных перемещений.
Примером может служить серийно выпускаемый прибор УДУ-5, показанный на рис. 1.1 [2]. Металлический поплавок 8 перемещается по направляющим тросам 6 и соединен со стальной перфорированной лентой 7, которая проходит в защитной трубе через направляющие ролики 5 и гидрозатвор 4 в виде колена, залитого незамерзающей жидкостью. Стальная лента навивается на барабан 1 или сматывается с него. Постоянное натяжение ленты обеспечивается спиральной пружиной, механически связанной с мерным зубчатым шкивом 2, зубцы которого входят в отверстия ленты, обеспечивая тем самым надежное зацепление ленты со шкивом. Вращение шкива передается на механический счетчик, установленный в блоке 3 и позволяющий отсчитывать уровень в миллиметрах в виде пятизначного числа. В этом же блоке 3 установлен связанный со шкивом реостатный преобразователь или кодовый диск, позволяющие производить дистанционную передачу результатов измерения уровня на расстояние 1-5 км.
Рисунок 1.1 - прибор УДУ-5:
1 – барабан; 2 - мерный зубчатый шкив; 3 – блок; 4 – гидрозатвор; 5 - направляющие ролики; 6 - направляющие тросы; 7 - стальная перфорированная лента;
8 - металлический поплавок
Прибор УДУ-5 при пределе измерения 12 м имеет погрешность ±3 мм при отсчете показаний по механическому счетчику, ±15 мм при применении реостатного преобразования и ±1 мм при использовании кодового диска [3].
Широкое применение при измерении уровня находят емкостные преобразователи, так как в них может быть достигнуто линейное изменение емкости на протяжении сравнительно большой длины. В качестве иллюстрации на рис. 1.2 показано устройство уровнемера, позволяющего исключить зависимость результатов измерения от изменения диэлектрической проницаемости среды, уровень которой измеряется [4]. Датчик уровнемера (рис. 1.2, а) содержит четыре коаксиальных конденсатора, два из которых (верхние компенсационные) находятся в воздухе (С 
и С 
), один (нижний компенсационный) полностью погружен в исследуемую среду (С 
) и один (рабочий) частично погружен в исследуемую среду (С 
).
Измерительная цепь уровнемера (рис. 1.2, б) содержит генератор Г, усилитель Ус, вольтметр и два трансформатора Тр1 и Тр2 и работает в режиме статического уравновешивания. Если коэффициент усилителя достаточно велик, то можно считать, что напряжение на его входе, зашунтированном паразитной емкостью кабеля С 
, практически равно нулю. Это означает, что равна нулю сумма токов, поступающих на вход усилителя через емкости С
, С 
, С , С : 
,
где 
-
- количество витков соответствующих обмоток трансформаторов. Отсюда
.Выразим величины емкостей датчика через длины l соответствующих конденсаторов, измеряемый уровень h, емкость на единицу длины в воздухе
и относительную диэлектрическую постоянную исследуемой среды 
. Тогда 
; 
; 
; 
. Соответственно выражение для 
преобразуется следующим образом: 
.
Рисунок 1.2 – Устройство уровнемера:
а) датчик уровнемера; б) измерительная цепь уровнемера
Если датчик и измерительную цепь выполнить так, чтобы соблюдались равенства
и 
, то получим 
. 
Таким образом, показания прибора пропорциональны измеряемому уровню h и не зависят от величины диэлектрической постоянной ε.
На рис. 1.2, б штриховыми линиями показаны экраны, которые позволяют практически полностью исключить погрешности от емкостей кабелей, соединяющих датчик с измерительной цепью [4]. Поскольку емкости воздушных конденсаторов С и С зависят от диэлектрической проницаемости воздуха, которая достаточно стабильна, то вместо верхних компенсационных конденсаторов С и С (рис. 1.2, а) могут быть использованы обычные постоянные конденсаторы.
2 ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ
Простейшим и наиболее распространенным методом измерения расстояния, пройденного движущимся объектом, является подсчет числа оборотов колеса, сцепляющегося с полотном дороги. Таким методом измеряется путь автомобиля с помощью механического счетного механизма барабанного типа, подключаемого к трансмиссии автомобиля через соответствующий понижающий редуктор. В более сложных устройствах, например в морских лагах, передача угла поворота крыльчатки лага к измерительному устройству осуществляется электрическим путем с помощью синхронной сельсинной передачи. А в наиболее совершенных современных приборах этого типа преобразователь, воспринимающий скорость вращения колеса или крыльчатки, преобразует ее в частоту электрических импульсов. Пройденный путь определяется как интеграл от скорости по времени путем подсчета полного числа электрических импульсов за время пути. Этот подсчет осуществляется электронными счетчиками числа импульсов с непрерывной выдачей результатов на светящееся табло цифрового прибора и с их одновременным вводом в цифровые вычислительные или управляющие устройства.