5.4 Описание стенда

Стенд для исследования кулисных преобразователей (рисунок 5.4) включает три преобразовательных элемента: два синусных рычажных (I и III) и один кулисный (II).

Добавление двух синусных рычажных преобразователей, включенных в измерительную цепь стенда в противофазе, позволяет исключить нелинейность их функций преобразователя, заменить точные измерения углов α и β кулисного преобразователя более точными линейными шкалами микровинтов 8 и 9 и приводит к тому, что нелинейность выходного сигнала измерительной цепи стенда Y будет зависеть только от нелинейности кулисного преобразователя ∆ β_нл(α).

Задавая входной сигнал X при помощи микровинта 9, и устанавливая расчетное значение выходного сигнала Y при помощи микровинта 8, можно сразу по показаниям измерительного преобразователя 10 получить значения нелинейности функции преобразования кулисного преобразователя в линейных единицах:

∆Y_нл=Y(X) –Y_л(X) . (5.7)

Экстремальная относительная нелинейность δ_ст измерительной цепи стенда и является относительной нелинейностью функции преобразования исследуемого кулисного преобразовательного элемента δ_кп

δ_кп= δ_ст. (5.8)

а) структурная схема: I, III – синусные рычажные преобразователи; II – кулисный преобразователь; б) принципиальная схема: 1–основание; 2, 4–рычаги; 3–кривошип; 5–кулиса; 6–направляющие качения; 7–пружины растяжения; 8, 9–микровинты; 10–измерительный преобразователь

Рисунок 5.4. Стенд для исследования кулисных преобразовательных элементов

5.5 Порядок выполнения работы

5.5.1 Подготовка стенда к работе.

5.5.1.1 Убедиться в годности штангенциркуля и индикатора.

5.5.1.2 Для облегчения вычислений рекомендуется отрегулировать равными длины плеч рычагов 2 и 4 и кривошипа 3 (рисунок 5.4), т. е. а₂ = а₄ = а₃, соблюдая при этом соотношение a₁ = 2а₃, застопорить регулировочные элементы.

5.5.1.3 Выбрать люфты в микровинтах 8 и 9 и в шарнирах рычагов 2 и 4, при необходимости смазать минеральным маслом.

5.5.1.4 Протереть салфеткой, смоченной спиртом, все соприкасающиеся поверхности измерительных наконечников и кулисного преобразователя.

5.5.1.5 Закрепить в кронштейне над рычагом 4 индикатор 10 с плоским измерительным наконечником, установив предварительный натяг 1 мм, проверив крепление измерительного наконечника.

5.5.2 Определение начального положения входного сигнала X_о, при котором входной сигнал кулисного преобразователя α_о=0.

Для этого необходимо использовать свойство погрешностей симметричных преобразовательных элементов изменять знак на противоположный при отклонении входного сигнала X от начального положения в плюс и в минус при сохранении одинаковости абсолютных значений погрешностей (рисунок 5.3), т. е.

|∆Y(+Х) | = |∆Y(–Х) |. (5.9)

При выполнении условий п. 5.5.1.2, средняя чувствительность преобразовательной цепи стенда 1 и поэтому Y_л X.

5.5.2.1 Установить с помощью микрометрического винта 9 кулису 5 в горизонтальное положение, при котором её входной сигнал α=0^о. С помощью микрометрического винта 9 восстановить нулевое показание измерительного преобразователя 10. Снять предварительные значения X_пр, Y_пр начального положения микровинтов и занести их в среднюю строку протокола, аналогичного протоколу в таблице 5.1.

5.5.2.2 Изменяя ступенчато входной сигнал X с помощью микровинта 9 от предварительного значения начального положения X_пр с интервалами 0,50 мм в пределах X_п = + 5 мм, и одновременно изменяя ступенчато выходной сигнал Y с помощью микровинта 9 от предварительного значения выходного сигнала Y_пр с теми же интервалами 0,50 мм в пределах Y_п = + 5 мм, находим значения погрешностей ∆Y_нл по отклонениям показаний индикатора 10 от нулевой отметки шкалы, соответствующей предварительному натягу 1 мм по малой шкале индикатора 10 с ценой деления 1 мм.

5.5.2.3 Построить график изменения нелинейности функции преобразования кулисного преобразователя в координатах X, ∆Y_нл и по графику найти, используя условие (5.9), начальное положение входного сигнала Х_о и выходного сигнала Y_о, которые соответствуют начальному положению кулисного преобразователя.

5.5.3 Определение нелинейности функции преобразования кулисного преобразовательного элемента.

5.5.3.1 В начальном положении входного сигнала Х_о зафиксировать значение выходного сигнала Y_о и установить индикатор на ноль с предварительным натягом 1 мм.

5.5.3.2 Изменить ступенчато с интервалами 0,5 мм входной сигнал X на значение предела измерения по входу X_п = + 5 мм, одновременно ступенчато изменяя выходной сигнал Y так, чтобы показание индикатора все время оставалось равным нулю. При X_п = + 5 мм определить нижний и верхний пределы изменения выходного сигнала.

5.5.3.3 Рассчитать среднюю чувствительность измерительной цепи стенда по формуле (5.4)

= / ,

где = Y_в –Y_н ;

=X_в –X_н .

5.5.3.4 По формуле (5.3) рассчитать значения линейной зависимости Y_л(Х) и занести их в протокол (таблица 5.1):

Y_л(Х)= Y_о+ ∙ ( X –X_о).

5.5.3.4 Ступенчато восстановить начальное положение Y_о и, изменяя одновременно входной сигнал на 0,5 мм и выходной сигнал до значения Y_л(X), определить нелинейность преобразования по показаниям индикатора в пределах всего диапазона измерения с учетом знака. Оценку произвести два раза при прямом и обратном ходе. Вычислить средние значения нелинейности и определить наибольшее абсолютное значение нелинейности функции преобразования преобразовательного механизма. По средним значениям нелинейности построить график изменения нелинейности в пределах диапазона измерения в координатах Х, ∆Y_нл.

Таблица 5.1

Протокол аттестации нелинейности функции

преобразования кулисного преобразователя

Значение входного сигнала Х, (мм)	Значение линейной зависимости Yл(Х), (мм)	Нелинейность функции преобразования – ∆Yнл (Х), (мм)			Значения выходного сигнала Y(Х), (мм)
		Прямой ход	Обратный ход	СР.
Хо + 5,00	Yло +
Хо + 4,50	Yло +
…
Хо + 0,50	Yло +
Хо	Yло
Хо – 0,50	Yло –
…
Хо – 4,50	Yло –
Хо – 5,00	Yло –

5.5.3.5 Вычислить значения выходного сигнала Y (X) по формуле:

Y(х)=Y_л(х)+∆Y_нл(х).

В координатах Х, Y построить функцию преобразования Y = F(Х) и линейную зависимость Y_л(X) и графически определить нелинейность |∆Y_нл |_нб (аналогично рисунку 5.3). Рассчитать относительную нелинейность по формуле (5.6).

5.5.4 Самостоятельные исследования.

При наличии времени и желания иметь дополнительные знания и рейтинговые баллы, выполнить исследования из п. 5.6 или по собственной тематике.

5.5.5 Завершение работы.

Показать результаты работы преподавателю, и, получив одобрение, разрегулировать стенд, привести рабочее место в порядок, оформить отчёт и защитить работу.