Підготовленості студентів до роботи

1. Для чого використовуються пристрої проміжного перетворення?

2. На якому принципі заснована робота тензомоста ІДЦ-1, у яких випадках він застосовується?

3. Якими перевагами і недоліками володіють тензометричні підсилювачі постійного струму?

4. Чим викликана необхідність балансування моста в тензопідсилювачі?

5. Який метод виміру застосовується при дослідженні динамічних процесів?

6. У чому відмінність підсилювачів постійного струму від підсилювачів, що працюють на несучій частоті?

7. У чому особливість вибору несучої частоти підсилювача?

8. Для чого робиться тарування вимірювального тракту?

9. Як визначається середньоквадратична похибка?

10. Що виражає масштабний коефіцієнт і як він обчислюється?

Матеріали, інструмент, пристосування, устаткування

1. Вимірник деформацій ІДЦ-1.

2. Тензометричний підсилювач 8АН4-7М.

3. Підсилювач постійного струму ТОПАЗ-1.

4. Вимірювально-інформаційна система (підсилювач ТА-5, світлопроменевий осцилограф К12-22, деталь із установленими резисторами і навантажувальним пристроєм).

5. Блок живлення.

6. Вимірник деформацій ІДЦ-1.

7. Градуйований пристрій.

Порядок виконання лабораторної роботи

При виконанні лабораторної роботи необхідно виконувати наступне:

2.4.1 Вивчити конструкцію, органи керування, роботу проміжних перетворювачів: ІДЦ-1; ТОПАЗ-1; 8АН4-7М; ТА-5.

2.4.2 Зібрати інформаційно-вимірювальну систему: деталь із установленими тензорезисторами - навантажувальний пристрій - підсилювач ТА-5 - реєстратор К12-22.

2.4.3 Установити органи керування підсилювача ТА-5 у вихідне положення (вхідні деталі в положення «0», тумблер «R-C» у положення «R»), умикнути підсилювач і прогріти 15 хв.

2.4.4 Перевірити калібрування каналу, установивши вхідний дільник у положення «К». Стрілка індикатора повинна установитися в оцінки «30».

2.4.5 Обравши необхідну чутливість каналу, зробити балансування послідовним наближенням по «R» і «C».

2.4.6 Сполучити поворотом гальванометра осцилографа К12-22 світлова пляма з нульовою оцінкою шкали лабораторного екрана.

2.4.7 Провести 6-8 навантажень деталі зростаючими щаблями навантаження, що потім убувають. Результати вимірів занести в таблицю вимірів 2.1.

2.4.8 Визначити масштабний коефіцієнт m і його похибку, виконавши необхідні обчислення і заповнивши графів таблиці.

2.4.9 Побудувати тарувальний графік у координатах .

2.4.10 При побудові тарувального графіка непрямим методом зібрати вимірювальну схему з підсилювача ТА-5, градуйованого і світлопроменевого пристроїв.

2.4.11 Виконати дії пунктів 2.4.3-2.4.7. Результати вимірів занести в таблицю 2.2.

2.4.12 Виконати пункт 2.4.8.

2.4.13 Побудувати тарувальний графік у координатах .

Зміст звіту

У звіті за результатами роботи повинні бути приведені наступні дані:

- найменування роботи, цілі і задачі;

- короткі теоретичні відомості;

- таблиця результатів вимірів з обчисленням масштабного коефіцієнта m і його похибки;

- тарувальний графік деталі в координатах  із нанесенням всіх експериментальних точок  і апроксимуючої прямої , ;

- висновки.

Література: [1], c.113-118; [2], c.22-30; [5], c.66-79.

3  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИХІДНІ ПРИСТРОЇ ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ

Ціль роботи

3.1.1 Вивчити реєструючи пристрої, застосовувані для запису і збереження інформації при випробуванні автомобіля.

3.1.2 Вивчити конструкцію світлопроменевого осцилографа К12-22.

3.1.3 Визначити чутливість гальванометра і його амплітудно-частотної характеристики.

Загальні відомості

Сигнали від об'єкта дослідження, сприйняті і перетворені датчиком, посилені і сформовані в проміжних ланках, повинні бути перероблені, класифіковані і подані у виді, зручному для оперування. Для вимірювальних систем звичайно застосовують автоматичну реєстрацію результатів вимірів, використовуючи на виході пристрої прямого перетворення, системи, що стежать і розгортають, і цифрові системи дискретної дії.

Принцип прямого перетворення використовують у багатьох універсальних реєструвальних приладах електричної дії. Це самописні вольтметри, гальванометри, логометри, прилади магнітного запису, електричні й електронні осцилографи й ін. Ці прилади дозволяють записувати інформацію за рахунок енергії самого вихідного сигналу, тому підсилювачі зворотної зв'язок для них мають допоміжне значення.

При необхідності застосовують координатні реєстратори з двома виконавчими перетворювачами, використовуючи для цього електроннопроменеві трубки або вимірювальні гальванометри від електричних осцилографів.

Розглянемо деякі види вихідних пристроїв, застосовуваних при випробувані ДВЗ.

Електронні або катодні осцилографи практично безінерційні і дуже зручні для візуального спостереження досліджуваних процесів у двигунах внутрішнього згоряння. Роль рухливого елемента виконує в них електронний промінь. Основу катодних осцилографів складає електроннопроменева трубка з цоколем 4, яка виконувана зі скла і містить джерела електронів, яким служить катод (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Схема електронопроменева трубка

Оскільки електрони є електричними негативними зарядами, то на створюваний ними потік можна впливати електричними або магнітними полями. При реєстрації процесів звичайно застосовують трубки з електричним керуванням за допомогою двох анодів 1 і 2. Перший з них фокусує електронний промінь, а другий створює додаткове велике прискорення потоку для підвищення яскравості плями на екрані осцилографа. Електронний промінь проходить між двома парами пластинчастих електродів 6 і 7, названих відхиляючими пластинами, знаходячись під напругою, створюють електростатичне поле, що відхиляє промінь у напрямках двох взаємно перпендикулярних осей 5 і 8. Величина відхилень променя залежить від напруги, які подаються на пластини. Промінь 9 падає на поверхню екрана 10, що із внутрішньої сторони покритий люмінесцирувальним складом, а поверхні 11 покриті напівпровідниковим складом (аквадагом), що забезпечує стікання зарядів з екрана.

Під дією потоку електронів на екрані виникає світіння, що загасає після зняття променя, залишаючи на екрані відповідне зображення, що є первинною реєстрацією досліджуваного процесу. Вторинну реєстрацію здійснюють фотографуванням зображення з екрана осцилографа.

Істотними нестачами катодних осцилографів є обмеженість числа реєструвальних параметрів і визначені трудності фотографування зображень з екрана трубки.

Принцип системи, яка слідкує, використовують в автоматичних потенціометрах, рівноважних мостових схемах та інших реєструвальних пристроях, заснованих на зрівноважуванні вхідних електричних або неелектричних сигналів допоміжними компенсувальними сигналами. Такі пристрої постачають реверсивними електричними двигунами, які узгоджено переміщають реєструючи інструменти із великою точністю.

Так як в системах, які слідкують, сполучаться компенсаційні методи виміру, які забезпечують високу точність, із реверсивними двигунами з потужністю, достатньої не тільки для реєстрації вимірювальних розмірів, але і для автоматичного регулювання процесів, то ці системи знаходять широке застосування в практиці випробувань. Відомі пристрої з системами, які слідкують та забезпечують запис у прямокутних або полярних координатах із почерговим записом до 100 вимірювальних розмірів.

Розгортаючи системи удало сполучать компенсаційний метод вимірів з імпульсним відображенням результатів. При використанні в цих пристроях засобів електроніки вони набувають порівняно велику швидкодію і дозволяють переходити до реєстрації результатів у цифровій формі.

Цифрові системи дискретної дії відрізняються від вищенаведених наявністю пристроїв, що кодують і декодують та які працюють із застосуванням механічних, електромагнітних і електронних елементів. Такі системи діють по релейному принципу методами механічного друкування, перфорації, фотографії з використанням цифродрукуючих телеграфних апаратів (телетайпів), електричних друкарських машинок, автоматичних перфораторів і т.д.

Найбільше широке застосування в якості реєструвального приладу при випробуванні одержали світлопроменеві магнітоелектричні осцилографи. Чутливим елементом осцилографа є гальванометр. Миттєві значення струму реєструють променем світла на рухомому фотопапері та фотоплівці. Такий фотографічний запис називають осцилограмою. Звичайно на осцилограмі одночасно роблять запис декількох процесів.

У залежності від призначення осцилографи мають різну кількість гальванометрів від 3 до 36 шт. Для того, щоб можна було визначити, який із гальванометрів у якому місці осцилограми зробив запис, застосовують спеціальні відмітники лінії запису або запис роблять на кольоровому фотопапері або плівці. У останньому випадку перед кожним гальванометром або групою установлюють відповідний світлофільтр. Для візуального спостереження за процесом до осцилографу прикладають екран із матовим склом. У деяких моделях осцилографів для цієї цілі додатково є механізм розгортки, що представляє собою обертовий багатогранний дзеркальний барабан, на який потрапляє частина світлового променя, що йде від гальванометра. Від барабана промінь через призму потрапляє на матове скло, на якому можна спостерігати реєструвальний процес.

У ряді випадків застосовують осцилографи із записом ультрафіолетовим променем. Осцилограма із записом ультрафіолетовим променем не вимагає прояви і може знаходиться при денному світлі протягом 5-10 днів. Для тривалого збереження запис необхідно закріпити.

У більшості осцилографів для одержання оцінок часу на осцилограмі використовують імпульси струму, які подаються від електрогодинників. Імпульси струму через трансформатор надходять на гелієву лампу, що дає спалах при розмиканні контактів електрогодиннику і наносить вузьку смугу по всій ширині стрічки.

У деяких конструкціях осцилографів застосовують у якості штатного відмітника часу, що перебуває з двох дисків із радіальними щілинними вікнами, щілинної діафрагми, лампи і дзеркальця. Диски сидять на одному валу і приводяться в обертання електродвигуном. Кількість вікон на дисках не однакове і збігається лише частина вікон. Змінюючи установку диска на валу, можна змінювати кількість вікон дисків, що збігаються. Відповідно лінійний промінь відмітника буде робити на осцилограмі стільки оцінок за один оборот диска, скільки вікон збігається на дисках.

В мініатюрних осцилографах оцінка часу регулюється одним із гальванометрів.

В осцилографі можна здійснювати східчасте переключення швидкостей руху стрічки. У сполученні з відповідним набором гальванометрів це дає можливість використовувати осцилографи для запису як параметрів, що повільно змінюються, так і порівняно процесів, що швидко протікають. Осцилографи комплектуються гальванометрами різних типів, що відрізняються друг від друга характеристиками. Застосовують гальванометри петльові та рамкові.

У петльовому гальванометрі (рис. 3.2а) обертаючий момент утворюється в результаті взаємодії струму в петлі з металевої стрічки або дроти, у середині якої укріплене дзеркало 4 із магнітним полем між полюсами 3, створюваним постійним магнітом. Протидіючий момент виникає від механічного опору петлі, що з однієї сторони закріплена в тримачах 2, з іншої натягнута за допомогою пружини 7. Призматичні опори фіксують робочу частину петлі. Вимірювальний струм, який підводиться до гальванометру, по одній стороні петлі йде в однім напрямку, а по іншій - у протилежному.

Відповідно до правила лівої руки унаслідок взаємодії магнітного поля і струму струни петлі гальванометра будуть вигинатися в протилежні сторони. Дзеркало, наклеєне на петлю, буде провертатися, а відбитий промінь світла переміщається у виді світлової плями на фотострічці.

а - петльовий, б - рамковий (стрільцями показані промені світла);

1 - виводи, 2 - тримачі, 3 - полюси магніту, 4 - дзеркало, 5 - петля,

6 - блок опори петлі, 7 - натяжна пружина, 8 - рамка

Рисунок 3.2 - Гальванометр світлопроменевих осцилографів

У рамковому гальванометрі (рис. 3.2б) між полюсами магніту приміщена не петля, а вимірювальна рамка 8 із декількома витками провідника, що значно збільшує чутливість гальванометра. Обертальний момент створюється в результаті сумарної взаємодії струму у витках рамки з магнітним полем між полюсами 3. Протидіючий момент визначається механічним опором розтягнень, що одночасно служить для кріплення рамки з дзеркалом до тримачів 2 і для підведення струму до неї.

Висока чутливість по струму рамкових гальванометрів дозволяє використовувати їх для безпосередньої реєстрації (без посилення) сигналів на виході тензометричного моста.

При вимірі динамічних процесів із мінімальними динамічними похибками, необхідно, щоб основна частота досліджуваного процесу була в 5-10 разів менше частоти власних коливань гальванометра. Співвідношення частот в основному визначається вірністю добору загасання власних коливань дзеркала. У гальванометрах необхідного загасання можна досягти, помістивши систему в прозору рідину визначеної в'язкості.

У рамкових гальванометрах необхідне загасання власних коливань крім зазначеного способу досягається ще і шунтируванням рамки спеціально підібраним резистором (електромагнітне демпфування). Електромагнітне демпфування діє незалежно від бажання експериментатора, тому що рамка гальванометра завжди шунтирується вимірювальним ланцюгом. Розмір цього демпфування буде залежати від опору вимірювального ланцюга. У багатьох випадках електромагнітне демпфування при наявності низькоомних вимірювальних ланцюгів (~50см) поліпшує характеристики гальванометрів, що мають рідинне демпфування.

Основною характеристикою гальванометра є чутливість S_r:

                                       ,                             (3.1)

де Δα - відхилення світлового променя в мм на довжині 1м;

Δi - струм у мА, що викликав це відхилення.

Так як в різних осцилографах відстань від гальванометра до фотострічки по-різному, то чутливість гальванометрів відносять до довжині променя в 1м.

Осцилографи найбільше зручні у випадку реєстрації обмеженої кількості досліджуваних процесів і за умови, що довжина осцилограми не перевищує декількох метрів. Опрацювання осцилограм великої довжини представляють значні труднощі.

Запис вимірювальної інформації на магнітну стрічку за допомогою магнітографа значно спрощує переробку вимірювальної інформації в електронному аналізаторі, дозволяє використовувати ЕЦВМ, різні пристрої для автоматичного опрацювання результатів досліджуваного процесу, але вона вносить значно більш високі апаратурні похибки, чим осцилографування.