Вимірювання геометричних розмірів
Поняття про лінійні та кутові розміри
Геометричні розміри - це широка група понять лінійних та кутових розмірів, площі та об’єму. У свою чергу, до лінійних розмірів відносять довжину, товщину покрить, відстань між об'єктами, рівень, шорсткуватість (нерівність) поверхні тощо. Головними кутовими розмірами є плоский та тілесний кути. Час є однією із семи основних одиниць СІ. Час, як і простір, - це одна із форм існування матерії. Вони нерозривно пов'язані між собою, характеризуючи, зокрема, параметри руху матерії, тобто динаміку її в просторі і часі. Лінійні та кутові переміщення, швидкість та прискорення характеризують просторово-часовий стан об'єктів одного відносно іншого, прийнятого за нерухомий. Одним із різновидів параметрів руху є витрати рідких та газоподібних речовин.
Вимірювання лінійних та кутових розмірів займають суттєве місце в різних галузях науки і техніки, зокрема, в машино- та приладобудуванні, де на них припадає до 80 % від всіх вимірювань. Завдання вимірювань лінійних та кутових розмірів можна розділити наступним чином:
- вимірювання лінійних розмірів в межах від часток мкм до десятків метрів та кутових розмірів від 0,1" до 360°. Найпоширенішими в цій групі є вимірювання розмірів деталей та відхилення їх розміру від заданого значення, а також вимірювання параметрів шорсткуватості поверхні і товщини покрить;
- вимірювання розмірів від часток до сотень метрів при визначенні рівня рідких та сипучих матеріалів в резервуарах, свердловинах та в баках транспортних засобів;
|
|
|
- визначення координат об’єктів та відстаней між ними, в межах від одиниць міліметра до мільйонів кілометрів.
В наш час під впливом інтенсивного розвитку мікропроцесорної техніки відбувся корінний розвиток і удосконалення засобів для вимірювання лінійних та кутових розмірів. Нові апаратні рішення призводять до появи нових методів вимірювань. Донедавна для вимірювань геометричних розмірів застосовували здебільшого аналогові прилади. На даний час, у зв’язку із значним прогресом в галузі первинних вимірювальних перетворювачів та винятковими можливостями цифрової вимірювальної техніки, на перший план виходять цифрові засоби вимірювань цих величин. Їх основні переваги: можливість автоматизації вимірювального процесу і автоматичної обробки результатів вимірювань та неперервний запис результатів вимірювань. Тому, розглядаючи засоби та методи вимірювань геометричних розмірів, доцільно зупинитись тільки на електричних засобах, зокрема з цифровим виходом, не забуваючи при цьому, що основною ланкою засобів вимірювань геометричних розмірів є первинний вимірювальний перетворювач.
|
|
|
- Основні електричні методи та засоби вимірювань лінійних та кутових розмірів
Основні електричні методи та відповідні їм засоби вимірювань лінійних та кутових розмірів, залежно від наявності чи відсутності механічного контакту між досліджуваним об’єктом та засобом вимірювань, поділяють на контактні та безконтактні, а залежно від принципу вимірювального перетворення – на електромеханічні, електрофізичні та спектрометричні (хвильові).
Електромеханічні методи залежно від первинного вимірювального перетворювача поділяють на резистивні, індуктивні, ємнісні, оптоелектронні, тощо.
Електрофізичні методи вимірювань грунтуються на відмінностях електричних, магнітних теплових та інших властивостей досліджуваних речовин. Відповідно електрофізичні методи поділяються на електромагнітні, ємнісні, кондуктометричні тощо. Найпоширенішими з електромагнітних є вихрострумові та резонансні методи.
Спектрометричні методи та відповідні їм засоби вимірювань, залежно від довжини хвилі випромінювання, що використовується, поділяють на звукові, ультразвукові, радіохвильові, надвисокочастотні, оптичні (лазерні). Залежно від фізичних явищ, які використовуються при вимірюванні, спектрометричні методи поділяються на локаційні, інтерферометричні, рефрактометричні тощо.
|
|
|
Електромеханічні методи широко застосовуються для вимірювань розмірів деталей та нерівності їх поверхонь.
- Вимірювання малих лінійних розмірів
В контактних мікрометрах та профілеметрах координати досліджуваного об'єкта попередньо перетворюються в лінійне переміщення голкоподібного щупа, а потім в електричний сигнал за допомогою індуктивних, взаємоіндуктивних чи ємнісних перетворювачів.
На рис. 3.1 пояснюється принцип дії вимірювача малих розмірів за допомогою ємнісного перетворювача, який є елементом LC-контура кварцового генератора.
Рис. 3.1. Принцип дії ємнісного профілеметра
Ємнісний перетворювач плоско-паралельний конденсатор має нерухомий електрод 1, та рухомий електрод 2, який механічно з’єднаний з голкоподібним щупом, закріпленим в корпусі за допомогою пружини. Ємнісний перетворювач за допомогою кабелю з’єднаний з кварцовим генератором 
, вихідна частота 
якого є функцією ємності 
між рухомим та нерухомим електродами. Частота та частота 
від опорного генератора частоти 
подаються на вхід суматора СМ, вихідна частота якого є 
( 
). Після лінеаризації функції перетворення за допомогою мікропроцесора МП, сигнал надходить на вхід цифрового відлікового пристрою, проградуйованого в мікрометрах.
|
|
|
Оскільки
, (3.1)
де 
- відповідно індуктивність і ємність 
-контура опорного генератора , а при 
, де 
і 
- відповідно початкова ємність та приріст ємності пернетворювача, дорівнюватиме
. (3.2)
Після перетворення виразу (3.2), отримаємо
. (3.3)
За данною схемою розроблюють мікрометри з порогом чутливості в частки мкм та діапазоном вимірювань 0,1…1 мм. Такий мікрометр може використовуватись для вимірювань параметрів шорсткуватості поверхонь. Однак у цьому випадку можуть виникати значні похибки через деяку нелінійність в перетворенні шорсткуватої поверхні в лінійне переміщення щупа. Виникають також похибки через відривання щупа в деяких точках профілю поверхні та внаслідок деформації досліджуваної поверхні під дією сили з боку щупа. Ці похибки визначаються зусиллям, що створюється щупом. Зусилля загалом не є сталим і може змінюватись залежно від інерційності перетворювача, радіуса щупа, властивостей матеріалу та характеру профілю досліджуваної поверхні. В цьому відношенні, перевагу має віброконтактний метод, заснований на перетворенні в електричний сигнал коливань вібруючого щупа.
Віброконтактний метод дає змогу здійснювати вимірювання при незначних зусиллях дії щупа, який тільки періодично торкається досліджуваного об'єкта. Завдяки цьому можна використати тонкі щупи, що дозволяє вимірювати розміри деталей, які легко деформуються, а також об’єктів складної конфігурації.
Подібними за конструкцією та вимірювальним колом до ємнісних профілемірів є індуктивні мікрометри-профілеметри, в яких вимірювальний щуп у своїй верхній частині має закріплений феритовий стержень, який при переміщенні штока змінює індуктивність вимірювальної котушки. Котушка, індуктивність 
якої є функцією вимірюваного переміщенняю 
, становить частотно-залежний елемент LC-генератора. Якщо частота опорного генератора визначається як
,
а частота вимірювального генератора дорівнюватиме
, (3.4)
де 
та 
- відповідно початкова індуктивність та приріст індуктивності перетворювача, то після перетворень, матимемо
. (3.5)
Мікрометри-профілеметри з індуктивним первинним перетворю-вачем дозволяють вимірювати мікронерівності поверхонь від 0,1 мкм, а їх верхня межа вимірювань становить декілька мм.
На практиці в приладо- та машинобудуванні часто необхідно вимірювати не всі значення розміру деталей, а лише його відхилення від деякого заданого значення. Ці відхилення звичайно не перевищують часток мм, а тому, названі мікрометри можуть бути застосовані для таких потреб.
Для вимірювань розмірів в межах від частки міліметра до декількох сантиметрів, застосовують штангенциркулі (рис.3.2,а) з довгоходовим щупом 1 та ємнісним перетворювачем переміщень. Останній складається з циліндричних (зовнішнього 2 та внутрішнього 3) електродів і екрана 4 з електропровідного матеріалу, з’єднаного механічно з вимірювальним щупом. При переміщенні екрана ємність вимірювального конденсатора буде змінюватись пропорційно вимірюваному переміщенню. Для виключення впливу довкілля на результат вимірювань, передбачений компенсаційний конденсатор, ємність 
якого дорівнює ємності вимірювального конденсатора при 
. Приклади електричних вимірювальних кіл такого штангенциркуля наведені на рис. 3.2, б, в.
Рис. 3.2. Ємнісний штангенциркуль та його вимірювальні кола
- Вимірювання кутових переміщень
Прилад, призначений для вимірювання кутового переміщення, зображено на рис. 3.3. За принципом дії він являє собою диференціальний трансформаторний перетворювач, якір якого може повертатись на кут 
. При положенні рухомого якоря (як це показано на рис.3.3 а), значення вторинних напруг у обмотках 
та 
будуть однакові. Оскільки ці обмотки увімкнені зустрічно (рис. 8.3, б), то вихідна напруга 
дорівнюватиме
, (3.5)
тут 
- коефіцієнт пропорційності; - кут відхилення якоря, 
.
Рис. 3.3. Прилад для вимірювання кутового переміщення:
а) принципова схема; б) схема увімкнення обмоток диференціально-трансформаторного перетворювача: 
- первинна обмотка; 
і 
- дві однакові складові вторинної обмотки; 
- відповідно початок і кінець обмотки
Відхилення якоря від середнього положення на деякий кут спричинить до появи на виході вторинної обмотки диференціального трансформаторного перетворювача напруги 
. Причому, якщо якір відхиляється від вихідного положення вправо, то напруга в котушці 
буде більшою ніж напруга в котушці . В результаті цього 
. Якщо ж якір відхилиться у протилежному напрямку, то напруга в котушці буде більшою ніж в котушці , в результаті чого 
.
Отже змінює свою полярність. Необхідно також підкреслити, що залежність є лінійною.
Запитання для самоконтролю
1. Методи вимірювання лінійних та кутових розмірів.
2. Аналіз принципової схеми ємнісного профілеміра.
3. Індуктивні мікрометри-профілеміри.
4. Ємнісний штангенциркуль та його вимірювальне коло.
5. Вимірювання кутових переміщень за допомогою диференціально-трансформаторного перетворювача.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 898; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!