Измерение механических усилий.

Усилия бывают:

• сосредоточенные;

• рассредоточенные.

Сосредоточенные усилия – линейные и крутящие моменты.

Рассредоточенные усилия – внутренние механические напряжения.

Сосредоточенные усилия можно измерить непосредственно через перемещение (тензометрия).

Датчик для измерения линейных моментов.

F – измеряемая сила действует на рычаг, который перемещается. Перемещение рычага измеряется дифференциальным трансформаторным датчиком. Вместо упругого преобразователя используется магнитная система. Переменный сигнал с выхода ФЧВ выпрямляется и подается в обмотку магнитной системы, которая оказывает усилие F_уравн. на рычаг.

Пусть F – увеличилась, что вызывает перемещение ферромагнитного сердечника датчика. При этом увеличивается переменное напряжение (сигнал) с выхода дифференциального трансформаторного датчика, которое выпрямляется и увеличивает ток в катушке магнитной системы, т.е. каждому значению силы F соответствует определенное значение тока магнитного преобразователя. Данный датчик, имея ООС, реализует статическое регулирование. Здесь есть статическая ошибка, которая тем больше, чем меньше коэффициент усиления системы.

Показания прибора пропорциональны величине линейного момента.

Измерение крутящих моментов

Датчики, использующие закручивание упругого вала, называют торсиометрами.

Е – модуль упругости

- длина сечения

D – диаметр вала

М_кр – момент крутящий

1. Для измерения угла поворота сечений могут использоваться любые датчики, например – емкостный датчик:

Емкость образуется пластинами. При закручивании изменяется площадь перекрытия S_X = Scosα пластины, а следовательно изменяется емкость. Если вал вращается, то нужны контактные кольца, щетки.

2. Бесконтактный оптический датчик:

Если М=0, то вырезы одного диска не совпадают с вырезами другого. При увеличении крутящего момента сечения закручиваются, при этом площадь перекрытия отверстий увеличивается, увеличивая фототок датчика.

3. Фазоимпульсный датчик момента

На валу два зубчатых колеса на расстоянии ℓ. У каждого колеса индукционный датчик и постоянный магнит с обмоткой. При закручивании импульсы c датчиков смещаются и управляют работой RS-триггера. Нашел применение в авиации.

4. Индуктивный торсиометр

U_п = 220V (400÷2000 Гц)

М_кр = 100÷8000 Нм

∆U=U’-U’’

E = U’-U’’=0 ∆φ = 0

C вторичной обмотки Тр2 снимается сигнал неравновесия моста сдвинутый на 90° по отношению к U_п и подается на вход УС. Также на вход УС подается в противофазе U со вспомогательного моста (реохорд, R₂, R₃).

Напряжения U’ и U’’сфазированы так, чтобы были всегда в противофазе.

Измерение угловых и линейных размеров

Угловые размеры приходится измерять либо в узком диапазоне (до 90⁰), либо в широком диапазоне – несколько оборотов.

В узком диапазоне используются ниже перечисленные датчики, имеющие абсолютные погрешности:

• цифровых датчиков с кодирующими дисками ~ 30 угловых сек.;

• индуктивных и фотоэлектрических датчиков ~ 1 угловую мин.;

• реостатные датчики ~ 10 угловых мин.