Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Тема 11. Вимірювання тиску

Рис. 9.4. Вимірювач товщини гальванічного покриття

На основі такого методу побудовані прилади для вимірювань

товщини покриття в межах до 3 мм з похибкою 10... 15 %.

Серед методів руйнівного контролю найпоширенішим є

хемічний метод, - оснований на усуненні покриття за

допомогою спеціальних хемічних реактивів. За цим методом

мірою товщини покриття може бути час усунення покриття або

його маса чи різниця між масою покритої деталі та масою деталі

після усунення покриття.

Тема 10. Вимірювання відстані між об’єктами

- Методи вимірювання відстані між об’єктами

Найточнішими методами вимірювань відстаней між

об'єктами є спектрометричні методи, зокрема локаційний метод,

оснований на вимірюванні часу проходження вимірюваної

відстані променем, швидкість якого відома і залишається

незмінною під час вимірювання. Практично для реалізації

локаційного методу можна використати всі види

випромінювань, але найпоширенішими є методи та засоби

радіолокації, оптичної та акустичної локації. Локаційний метод,

що грунтується на використанні звукових та ультразвукових

хвиль, називають ехо-звуковим.

У локаційних засобах джерело випромінювання та приймач

знаходяться на одній границі вимірюваного розміру, а на іншій

границі - спеціальний відбивач або замість останнього

використовується границя об'єкта, відстань до якого

визначається.

Радіолокаційний та оптичний локаційний методи

застосовуються для вимірювань великих відстаней - від десятків

та сотень метрів до багатьох мільйонів кілометрів.

Акустична локація використовується в твердих, рідких та

газоподібних середовищах для вимірювань розмірів та відстаней

від одиниць міліметрів до декількох кілометрів, тобто в

діапазоні, в якому застосування радіо- та оптичної локації

ускладнено через необхідність вимірювати дуже малі часові

інтервали (10−9 ... 10−11 с), що зумовлено великою швидкістю

розповсюдження електромагнітних хвиль, або внаслідок

швидкого загасання електромагнітних коливань у рідких та

твердих середовищах.

Швидкість розповсюдження звукових та ультразвукових

коливань у повітрі дорівнює близько 333 м/с, у морській воді

1500 м/с, а у металах 3000...10 000 м/с, тобто на 4...6 порядків

менше від швидкості розповсюдження електромагнітних

коливань, що дає змогу використовувати акустичну локацію для

вимірювань малих відстаней.

Інформація про відстань до контрольованого тіла, точніше до

деякої відображаючої зони, що належить поверхні

контрольованого тіла, визначається часовим запізненням

прийнятого сигналу, відносно випроміненого. Приблизно таким

же чином кажани орієнтуються в просторі: вони випромінюють

вперед направлений пучок ультразвукових коливань і

приймають відбитий сигнал. Звукові хвилі розповсюджуються у

повітряному середовищі з певною швидкістю, тому по затримці

приходу відбитого сигналу можна з достатнім ступенем точності

судити, на якій відстані знаходиться той предмет, який відбив

звук.

- Акустична локація

Ультразвуковий далекомір (віддалемір) проводить

вимірювання відстані до контрольованого тіла за схемою ехо-

локації (рис. 10.1).

Рис.10.1. Схема дії ультразвукового далекоміра, який працює за

принципом ехо-локації

Часова діаграма ехо-локаційного вимірювального засобу

наведена на рис.10.2.

Рис. 10.2. Часова діаграма ехо-локаційного засобу:

ô - час проходження ультразвукового променя від

випромінювача до приймача

Для вимірювання відстані L ( L = ô v / 2 , де v - швидкість

ультразвукового променя), в повітряному середовищі

використовуються п’єзокерамічні перетворювачі, що працюють

на частоті 40 кГц. Два п’єзокерамічні перетворювачі

(випромінюваний і приймальний підібрані так, щоб резонансна

частота випромінювання випромінюваного перетворювача,

співпадала з резонансною частотою приймального

перетворювача) утворюють акустичний блок.

Перевагами використання таких перетворювачів в

повітряному середовищі є: порівняна простота випромінювання

і прийому коливань, компактність приймальновипромінюючих

елементів апаратури, висока стійкість до шумового, хімічного і

оптичного забруднення навколишнього середовища, можливість

роботи в агресивних середовищах при високому тиску,

можливість значного віддалення вторинної апаратури від місця

вимірювань, тривалий термін служби, простота у використанні,

порівняно мала вартість, практично миттєва готовність до

роботи після включення, нечутливість до електромагнітних

перешкод, висока надійність, несприйнятність органів слуху

людини до ультразвука частотою 40 кГц тощо.

Прикладами застосування ультразвукового далекоміра

можуть служити: контроль дистанції між автотранспортом при

його русі в умовах недостатньої видимості на невеликих

швидкостях, вимірювання рівня заповнення резервуарів рідкою

речовиною, рівня завантаження бункерів або кузовів автомобілів

сипким або роздробленим матеріалом, контроль розмірів

продукції, вимірювання дистанції від борту судна до причальної

стінки тощо.

Розглянемо можливу схему і принцип дії ультразвукового

віддалеміра (рис. 10.3, рис. 10.4).

При увімкненні живлення та вибору функції вимірювання

відстані з допомогою відповідних кнопок кнопочного пульту КП

(рис.10.3) (на дисплеї вибирається функція Volume (рис.10.4)) і

відбувається процес вимірювання, тобто мікроконтролер МК

(рис.10.3) за програмою подає імпульс на блок випромінення, де

він підсилюється і подається на пє’зоперетворювач ПВ, що

випромінює ультразвуковий сигнал частотою 40 кГц. Відбитий

сигнал приймається п’єзоприймачем ПП і підсилюється

високочастотним трикаскадним транзисторним підсилювачем до

необхідного рівня, оскільки амплітуда прийнятого сигналу

внаслідок поглинання повітрям значно менша від

випромінюваного. Піковий детектор виділяє із

високочастотного прийнятого і підсиленого сигналу імпульс

вимірювання.

Так як в процесі вимірювання, випромінений сигнал

відбивається не тільки від поверхні, до якої треба виміряти

віддаль, але й від інших навколишніх поверхонь, то для

виділення інформативного сигналу після детектора вмикають

компаратор. Компаратор відсікає багатократно відбиті сигнали

від основного і на його виході з’являється рівень сигналу,

подібний до логічного (до 5 вольт). Цей логічний сигнал

поступає на мікроконтролер МК, який запускає програму для

обробки процесу вимірювання і відображення результату в

рядку 1 на дисплеї віддалеміра (рис.10.4).

Крім вимірювання віддалей ультразвуковий віддалемір за

даними вимірювань може обраховувати площу та об’єм

різноманітних об’єктів (див. лаборат. Робота №4).

Рис.10.3. Схема ультразвукового віддалеміра:

ПП – п’єзоприймач, ПВ – пє’зовипрмінювач,

КП – кнопочний пульт, МК – мікроконтролер

Рис.10.4. Дисплей ультразвукового віддалеміра у збільшеному вигляді:

1 – рядок індикації результуючого вимірювання, 2 – покази режиму

вимірювання, 3 – індикатор стану джерела живлення, 4 – позначення сторін

об’єкту при вимірюванні площі і об’єму, 5 – рядок індикації віддалі L (при

першому вимірюванні), 6 – рядок індикації ширини W (при другому

вимірюванні), 7 – рядок індикації висоти H (при третьому вимірюванні), 8 –

одиниці вимірювання

- Оптична локація

Є два основні способи реалізації локаційного методу:

імпульсний та модуляційний (фазовий). В першому способі

використовується випромінювання у вигляді коротких

імпульсів, а в другому - безперервне модульоване

випромінювання, фаза якого містить інформацію про

вимірювану відстань. На рис. 10.6 наведені спрощені структурні

схеми оптичних локаційних світловіддалемірів, основаних на

використанні імпульсного (рис. 10.6,а) та модульованого (рис.

10.6,б) випромінювань.

Рис. 10.5. Спрощені схеми оптичних локаційних світловіддалемірів на

основі імпульсного (а) та модульованого (б) випромінювань

В імпульсних локаторах випромінювання у вигляді короткого

імпульсу від джерела випромінювання – лазера 1 спрмовується

до об’єкта 2, відстань до якого вимірюють. Відбитий від об’єкта

імпульс приймається оптоелектронним чутливим елементом 3.

Інтервал часу, протягом якого імпульс проходить подвійну

вимірювану відстань, визначається вимірювачем інтервалів часу

4. Якщо відома швидкість v розповсюдження променя,

вимірювана відстань

lx

обчислюється за допомогою

обчислювального пристрою 5 відповідно до формули такої ж як

і для ультразвукових віддалемірів lx = ô v / 2 і безпосередньо

відраховується відліковим пристроєм 6.

Швидкість розповсюдження електромагнітного

випромінювання, зокрема оптичного, в повітряному середовищі

визначається за формулою v = c / n , де c = 299 792 458 м / с -

швидкість світла у вакуумі; n - показник заломлення світла в

середовищі, який залежить від його температури, тиску та

вологості.

У сучасних високочастотних світловіддалемірах одночасно з

вимірюванням відстаней здійснюються допоміжні вимірювання

метеорологічних параметрів середовища (температури T , тиску

p та вологості W ) в декількох точках вздовж вимірюваної

відстані, результати яких вводяться в мікропроцесор 5 для

уточнення значення швидкості світла в даному середовищі в

момент вимірювання відстані. Цей спосіб надзвичайно

трудомісткий і використовується лише при дуже точних

метрологічних вимірюваннях відстаней до декількох кілометрів,

наприклад, в установках для відтворення одиниці довжини на

ділянці 50... 1000 м.

Інший спосіб уточнення швидкості світла у цьому середовищі

полягає у використанні двохвильового дисперсійного методу,

при якому показник заломлення n визначають, вимірюючи

відстані при двох різних довжинах хвиль із застосуванням

двочастотного лазера. Цей спосіб використовується в

світловіддалемірах для точних вимірювань великих відстаней

(до сотень км).

У фазових (модуляційних) локаційних віддалемірах (рис.

10.6,б) використовується неперервне випромінювання лазера 1,

модульоване за інтенсивністю синусоїдним сигналом з частотою

fM

від генератора 5. Як інформативний параметр для

визначення часу проходження променем подвійної вимірюваної

відстані lx приймається кут фазового зсуву між напругою на

виході приймача випромінювання 3 та модулювальною

напругою, який вимірюється за допомогою фазометра 4 і

здійснюється на частоті модуляції:

ϕô = 2ð N + ∆ϕ = ùM t2 − ùM t1 = 2ð fM (t2 − t1 ) = 2ð fMô , (10.1)

де ùM t1 та ùM t2 - фази коливань відповідно в моменти часу t1 та

t2 ; N - повна кількість фазових циклів; ∆f - кут фазового зсуву

в границях неповного фазового циклу.

Вимірювана відстань визначається в обчислювальному

пристрої 5 за формулою:

v v ϕô

lx = ô = =

 N +

 =

c  ∆ϕ 

  . (10.2)

2 2 2ð fM

v 

2 fM 

∆ϕ 

2ð 

N +

2nfM  2ð 

Отже, при вимірюваннях фазовими локаційними

віддалемірами відстаней, більших від половини довжини хвилі

модуляційного сигналу, необхідно визначити повну кількість

фазових циклів і кут фазового зсуву в границях неповного

(останнього) циклу. Частота модуляції лежить, звичайно, в

межах 10... 100 МГц.

За допомогою оптичної локації та лазерів відстань від Землі

до відбивачів, установлених на Місяці, була визначена з

точністю до 2...6 см, тобто з похибкою меншою за 2 ⋅10−8 % .

Для вимірювання малих відстаней (від метра до долі

мікрометра) застосовують лазерні інтерферометри.

На рис.10.6 представлено лазерний прилад для вимірювання

переміщення деталей.

Рис.10.6. Лазерний прилад для вимірювання переміщення деталей

Лазер випромінює світловий потік Ö , який поділяється на

два потоки Ö1 і Ö2 з допомогою напівпрозорого нахиленого

дзеркала 4. Потік Ö1 відбиваючись від дзеркала 4, а потім від

дзеркала 5, попадає на фотоелемент 3. Потік Ö2 проходить

через дзеркало 4, відбивається від об’єкту 1, потім від дзеркала 4

і попадає на фотоелемент 3. В фотоелементі 3 потоки

складаються. При зміні відстані до об’єкту інтенсивність

сумарного потоку буде змінюватись, що викликає модуляцію

фотоструму. Число підрахованих з допомогою лічильника 2

періодів k фотоструму і переміщення деталі на відстань Lx

пов’язані співвідношенням

Lx = kë / 2 , (10.3)

де ë - довжина хвилі світла ( ë = const ).

При зміні відстані до 1м похибка становить 0,1-1,0 мкм.

Змістовий модуль 4. Вимірювання тиску

- Загальні відомості

Тиск є важливим параметром хіміко-технологічних процесів,

який суттєво впливає на характер і хід їхнього протікання та

стан й режим роботи обладнання.

Під тиском розуміють відношення сили, яка діє

перпендикулярно деякій поверхні тіла до площі цієї поверхні.

Розрізняють наступні різновиди тиску: атмосферний ( pä ),

абсолютний ( pa ), надлишковий ( pH ) та вакуум, або

розрідження ( pв ).

Атмосферний (барометричний) тиск, це тиск, який

зумовлений масою (вагою) повітряного стовпа земної

атмосфери.

Абсолютний (вимірювальний) тиск є параметром стану

речовини, наприклад рідин, газів чи пари.

Надлишковий тиск визначається як різниця між абсолютним

і атмосферним тисками ( pM = pa − pä ).

Про вакуум (розрідження) говорять у випадку, коли pa < pä .

Числове значення цього параметру визначається як різниця між

барометричним і абсолютним тисками ( pв = pä − pa ).

В Міжнародній системі одиниць (СІ) за одиницю тиску

прийнято паскаль (Па). Це тиск, що зумовлений силою один

ньютон (1 Н), яка рівномірно розподілена по поверхні площею

1 м2 ( Па =

м2

квадратний сантиметр ( кг ⋅ с / см ),кілограм-сила на квадратний

На практиці, поряд з системною одиницею тиску Па

знайшли своє застосування і позасистемні одиниці, а саме: бар,

міліметр ртутного стовпа (мм рт.ст.), кілограм-сила на

метр ( кг ⋅ с / м2 ) та міліметр водного стовпа (мм вод.ст.).

Для наближених розрахунків можна використовувати

наступні співвідношення:

1ат = 1кг ⋅ с / см2 = 104 кг ⋅ с / м2 = 0,97 атм = 0,98 ⋅103 мбар =

= 0,98 бар = 104 мм вод.ст. = 10 м вод.ст. = 735 мм рт.ст. =

= 0,98 ⋅105 Па = 98 кПа = 0, 098 МПа,

Де 1ат - технічна атмосфера; 1атм - фізична атмосфера.

Класифікація засобів для вимірювання тиску

Засоби для вимірювання тиску класифікуються за

принципом їх дії та родом вимірювальної величини.

За принципом дії їх можна розділити на:

- рідині, дія яких грунтується на врівноваженні тиску, що

вимірюється за допомогою гідростатичного тиску стовпа рідини

(межі вимірювання 10−2...106 Па);

- деформаційні, які вимірюють тиск за величиною

деформації пружних елементів, або за силою, яку вони

розвивають (межі вимірювання 1...109 Па);

- електричні, в яких тиск перетворюється у відповідну

електричну величину або під його дією змінюються електричні

властивості матеріалів (межі вимірювання 109...1011 Па).

За видом вимірювальної величини розрізняють:

- манометри – прилади для вимірювання абсолютного і

надлишкового тисків;

- вакуумметри – прилади для вимірювання вакуума

(розрідження) абсолютних тисків не менше 200 Па;

- мановакуумметри – прилади для вимірювання

надлишкового тиску і вакууму;

- напірметри (мікроманометри) – прилади для

вимірювання малих надлишкових тисків (до 40 кПа);

- тягометри (мікроманометри) – прилади для вимірювання

малих тисків і розріджень (з діапазоном вимірювання +20…-20

кПа);

- диференціальні манометри – прилади для вимірювання

різниці двох тисків;

- барометри – прилади для вимірювання атмосферного

тиску.

За галуззю застосування розрізняють:

- технічні (застосовують в промислових умовах);

- лабораторні (є підвищеної точності і використовуються в

лабораторних умовах);

- зразкові – для повірки технічних і лабораторних

вимірювальних засобів;

- еталонні – для збереження одиниць тиску і передачі

останніх зразковим засобам;

- спеціальні (застосовуються в нестандартних умовах).

За типом відображення результатів вимірювання діляться

на:

- показуючі (з аналоговою або цифровою шкалою);

- сигналізуючі (виробляють керуючий електричний сигнал

при досягненні встановленого контрольованого значення тиску);

- реєструючі (записують у пам’ять зміну тиску у часі і

відображують його значення на електронному табло).

Для забезпечення вимог сучасної автоматизації

технологічних процесів створюються і дістають подальшого

розвитку різні вимірювальні перетворювачі тиску (ВПТ),

наприклад:

- деормаційні (перетворення деформаційного переміщення

пружнього чутливого елемента в електричний або

електромагнітний сигнал);

- електричні (під дією вимірювальноготиску на чутливий

елемент, змінюються його електричні параметри: електричний

опір, індуктивність, ємність чи електричний заряд).

В останні роки розроблено нові принципи створення ВПТ:

волоконнооптичні, гальваномагнітні, акустичні, дифузійні тощо.

Щодо вихідного сигналу, усі ВПТ можуть бути розділені на

аналогові (з аналоговим уніфікованим пневматичним або

електричним сигналом) і цифрові.

В наш час найбільшого розповсюдження набули аналогові

ВПТ з уніфікованим струмовим сигналом 0…5 мА, 0…20 мА та

4…20 мА, проте вже досить чітко проглядаються контури

переходу до ВПТ з цифровим виходом. При цьому бурхливого

розвитку набуває інтеграція первинних перетворювачів з

різновидами промислових мереж, наприклад Foundation

Fieldbus, Modbus, Profibus тощо.

Необхідно також підкреслити, що діапазон вимірювання

тиску сучасними вимірювальними засобами надзвичайно

до 10 Па.

великий і знаходиться в межах від 10 −12

Нижче розглянемо найбільш розповсюджені засоби

вимірювання тиску.

Рідинні прилади для вимірювання тиску

Дані прилади відрізняються простотою конструкції і

порівняно високою точністю вимірювання. Вони

застосовуються в якості лабораторних і технічних

вимірювальних засобів тиску. Принцип їхньої дії, як вже

зазначалось, грунтується на врівноваженні вимірювального

тиску або розріджень тиском стовпа рідини.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.035 сек.