Метрологическое обеспечение стандартизации, сертификации и качества измерения параметров или значений физических величин

Рис.31 Гистограмма для результатов измерений расстояния аналоговым прибором с емкостным преобразователем

Для P=0.95 и n=100 коэффициент Стьюдента tx=1,98.

Результат измерений:

45,502-0,565<Xизм<45,502+0,565

Полученные результаты измерения лежат за пределами класса точности данного прибора, поэтому его требуется отправить на калибровку.

4.6 ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Принцип действия пьезоэлектрических измерительных преобразователей основан на пьезоэлектрическом эффекте, т. е. возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков под действием механических сил или деформаций. При этом различают прямой и обратный пьезоэлектрический эффект [4]. Прямой пьезоэлектрический эффект состоит в появлении электрических зарядов на гранях пьезоэлектриков при их сжатии или растяжении. При прекращении действия силы, приложенной к пьезоэлектрику, заряды на его гранях исчезают. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении геометрических размеров пьезоэлектрика при введении его в электрическое поле.

В качестве пьезоэлектриков употребляют кварц, титанат бария сегнетову соль, дигидрофосфат аммония и другие диэлектрики. Наибольшее распространение получили кварцевые пьезоэлектрики.

Схема устройства пьезопреобразователя приведена на рис.30. Преобразователь состоит: из двух пьезопластинок 1, расположенных так, чтобы их обращенные друг к другу грани имели заряды одного знака; из металлической прокладки 2; основания 3; нажимного устройства 4; изолятора 5; вывода 6. Под действием измеряемой силы F пьезопластины будут сжаты и на выводе 6 появится отрицательный потенциал, а на основании 3 положительный; отрицательный потенциал подается на сетку усилительной лампы.

Указатель прибора отградуирован в единицах силы F.

Рис. 32. Схема устройства пьезоэлектрического преобразователя

Пьезоэлектрические преобразователи применяются для измерения: силы, давления, перемещения и количества вещества.

Широкие возможности контроля динамических процессов с помощью пьезоэлектрических датчиков и разнообразие условий применения обусловили появление большого количества их моделей, отличающихся способами крепления на объекте (прижимные, приклеиваемые, клееноприжимные), способом крепления пьезоэлемента, видом и количеством используемых деформаций пьезоэлемента. В настоящее время расширяется область применения пьезоэлектрических датчиков не только для измерения вибрации и удара в области высоких частот, но и для измерения виброскорости и виброперемещения.

Датчики с использованием элементов с деформацией изгиба обладают большой емкостью, высоким коэффициентом преобразования и меньшим весом, чем с элементами, работающими на растяжение-сжатие. Повышенной вибрационной и ударной прочностью обладают клеено-поджатые чувствительные элементы. Примером такого датчика может быть виброизмеритель типа ША-6, предназначенный для работы совместно со специальными усилителями (R> > 100 МОм) для измерения, регистрации и анализа вибрационных ускорений, скоростей и смещения деталей и узлов различных машин Преобразователь ША-6 является однокомпонентным пьезоэлектрическим акселерометром.[7]

При n-кратном измерении смещения пьезоэлектрическим преобразователем получены следующие результаты.

Таблица 29. Результаты измерений смещения пьезоэлектрическим преобразователем

n=100

Среднее арифметическое равно 450,08.

СКО равно 3,202.

Xmin =444

Xmax =456

Разделим весь диапазон полученных значений на 10 интервалов. Построим статистический ряд с шириной полосы 1,2. Рассчитаем количество значений mi, попавших в тот или иной интервал, а также статистические частоты P*i=mi|n. На основании рассчитанных значений построим гистограмму (рис. 33).

Рис.33 Гистограмма для результатов измерений расстояния аналоговым прибором с емкостным преобразователем

Для P=0.95 и n=100 коэффициент Стьюдента tx=1,98.

Результат измерений:

450,08-0,635<Xизм<450,08+0,635

Полученные результаты измерения лежат в пределах класса точности данного прибора, поэтому калибровка не требуется.

4.7 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Фотоэлектрическими называются преобразователи, изменяющие свои электрические характеристики под воздействием светового потока, функционально связанного с измеряемой неэлектрической величиной. Принцип действия фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) основан на явлении фотоэлектрического эффекта, открытого русским ученым А. Г. Столетовым в 1888 году [4].

Фотоэлектрическим эффектом называется явление преобразования световой энергии в электрическую. Оно осуществляется тремя различные способами, в связи с чем различают три разновидности проявления фотоэффекта: внешний, внутренний и вентильный.

Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия), при котором кванты излучения оптического спектра (фотоны), проникая в вещество и отдавая ему свою энергию, вызывают выход электронов из поверхностного слоя вещества.

К промышленным типам фотоэлементов с внешним фотоэффектом принадлежат фотоэлементы типа ЦГ (кислородноцезиевый газонаполненный), типа СЦВ (сурьмяноцезиевый вакуумный) и типа ЦВ (кислородноцезиевый вакуумный).

Световые характеристики фотоэлементов с внешним фотоэффектом приведены на рис.32 (для номинального напряжения 240 В).

В измерительной технике отдается предпочтение вакуумным фотоэлементам, обладающим меньшей по сравнению с газонаполненными инерционностью.

Рис. 34. Приведённые вольтамперные характеристики протяженных фотоэлементов с внешним фотоэффектом

Фотоэлектрические растровые преобразователи (ФРП) предназначены для преобразования относительных угловых перемещений в прямоугольные электрические импульсы. Наличие двух смещенных на 90° эл.импульсных последовательностей А, В и реперного сигнала С (один за оборот вала) дают возможность измерять абсолютное перемещение относительно к реперному сигналу в условиях реверса. Основное применение датчиков в машинах с ЧПУ, робототехнике, автоматизированных дозирующих и контролирующих системах, системах для автоматизированного проектирования, а также и при управлении производственными процессами, в радионавигационных системах и т.д.[7] Технические характеристики ФРП-3М приведены в таблице 30.

Таблица 30.

При n-кратном измерении относительных угловых перемещений ФРП-3М получены следующие результаты.

Таблица 31. Результаты измерений относительных угловых перемещений ФРП-3М

n=100

Среднее арифметическое равно 1567,98.

СКО равно 19,52.

Xmin -=1531

Xmax =1605

Разделим весь диапазон полученных значений на 10 интервалов. Построим статистический ряд с шириной полосы 7,4. Рассчитаем количество значений mi, попавших в тот или иной интервал, а также статистические частоты P*i=mi|n. На основании рассчитанных значений построим гистограмму (рис. 35).

Рис.35 Гистограмма для результатов измерений относительных угловых перемещений ФРП-3М

Для P=0.95 и n=100 коэффициент Стьюдента tx=1,98.

Результат измерений:

1567,98-3,874<Xизм<1567,98+3,874

Полученные результаты измерения лежат в пределах класса точности данного прибора, поэтому калибровка не требуется.

4.8 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Действие термоэлектрических преобразователей основано на возникновении термо-ЭДС при нагреве или охлаждении спая двух разнородных металлов или полупроводников [4]. Термоэлектрический измерительный прибор, состоящий из двух термоэлектродов, является рабочим концом термопары, два других её свободных конца подключаются к измерительному прибору - милливольтметру или потенциометру (рис.34).

Рис.36. Включение указателя в термоэлектрическую цепь

Обычно градуировка термоэлектрических преобразователей производится при температуре свободных концов, равной 0C, поэтому при применении термоэлектрических термометров в результате измерения вводится поправка. Применяются методы автоматического введения поправки на температуру свободных концов.

Наиболее широко применяются при измерении высоких температур термопары платино-радий-платиновые, хромель-алюмелевые, хромель-копелевые.[7]

В таблице 32 приведены характеристики некоторых термопар, применяемых в измерительных приборах.

Таблица 32

При n-кратном измерении температуры термопарой (железо-копель) получены следующие результаты.

Таблица 33. Результаты измерений температуры термопарой (железо-копель)

n=100

Среднее арифметическое равно 55,08.

СКО равно 1,63.

Xmin =50

Xmax =60

Разделим весь диапазон полученных значений на 10 интервалов. Построим статистический ряд с шириной полосы 1. Рассчитаем количество значений mi, попавших в тот или иной интервал, а также статистические частоты P*i=mi|n. На основании рассчитанных значений построим гистограмму (рис.35).

Рис.37 Гистограмма для результатов измерений температуры термопарой

Для P=0.95 и n=100 коэффициент Стьюдента tx=1,98.

Результат измерений:

55,08-0,3236<Xизм<55,08+0,3236

Полученные результаты измерения лежат в пределах класса точности данного прибора, поэтому калибровка не требуется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология: Учебник для вузов. -М.: Изд-во стандартов, 1991.

2. Б.А.Князев, В.С.Черкасский Начала обработки экспериментальных данных: Учебное пособие. - Новосиб. Ун-т, Новосибирск, 1996, - 93с.

3. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов / Я.М.Радкевич, А.Г.Схиртладзе, Б.И.Лактионов. - М.: Высш. Шк., 2004. - 767 с.

4. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов/Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин и др.; -Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.-480с.

5. http://mi-kron.ru

6. http://ru.wikipedia.org

7. http://www.metrob.ru

8. http://mvf.klerk.ru

9. http://www.finleader.ru

Размещено на Allbest.ru