 |
Градуирование датчиков
|
|
|
|
1. Общие сведения
Градуировка средств измерений – это метрологическая операция, в результате которой средства измерений снабжают шкалой, градуировочной таблицей или зависимостью, позволяющими определить значения измеряемой величины по показаниям средств измерений.
При выполнении лабораторных работ на грунтовом канале в системе измерений используются датчики, позволяющие регистрировать значения сил, моментов, перемещений и углов поворота, возникающих в процессах взаимодействия элементов горных машин с породой. Как правило, датчики градуируются в системе измерений, схема которой приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Схема измерительной системы
На схеме обозначено: ВП – вторичный преобразователь;
АЦР – аналого-цифровой регистратор.
2. Градуировка датчика тягового усилия
Датчик тягового усилия используется в лабораторных работах № 3 и № 4. Для градуирования датчика используется схема, которая приведена на рисунке 2.2. В измерительную систему включается градуируемый датчик, подвешиваемый на опору и нагружаемый силой Р, различные значения которой задаются путем подвеса грузов известной массы.
1 – упругая скоба; 2 – проушины; 3 – ИПП; 4 – сердечник ИПП
Рисунок 2.2 – Схема градуировки датчика измерения тяговых усилий
Датчик измерения растягивающих усилий выполнен в виде кольцевой скобы с двумя проушинами, к которым прикладывается растягивающее усилие. Для обеспечения условия приложения силы в одной точке проушины скобы имеют конусные отверстия. Величина упругой деформации скобы измеряется индуктивным первичным преобразователем (ИПП1), закрепленным внутри скобы. ИПП1 питается переменным током частотой 9600 Гц. Диапазон измерения перемещений (упругой деформации скобы) для ИПП1 составляет ±0,5 мм с погрешностью не более ±1 мкм.
|
|
|
Перед началом градуировки при помощи табло индикации и ручки установки нуля АЦП устанавливается начальное (нулевое) n 0 показание ЦИУ. Далее датчик последовательно нагружается грузами, а его выходные сигналы индуцируются ЦИУ и вносятся в таблицу 2.1. Благодаря линейной характеристике датчика его показания связаны с усилием Р зависимостью
, (2.1)
где K д – градуировочный коэффициент;
n 0и n – показания индикатора АЦП.
Таблица 2.1 – Результаты градуирования датчика усилия
| № п/п | Масса грузов, кг | Сила Р, Н | Начальное показание n 0 | Относительные показания n АЦР | |
| загрузка | разгрузка | ||||
Массивы значений n и P обрабатываются в среде Excel, что дает возможность определить не только K д, но и получить графическое отображение зависимости Р от n. Эта зависимость описывается уравнением, получаемым методом наименьших квадратов, адекватность которого оценивается коэффициентом R 2 детерминации.
Таким образом, результатом градуировки является зависимость, представленная на рисунке 2.3.
1 – аппроксимирующая прямая; 2 – экспериментальные точки
Рисунок 2.3 – Результаты градуировки датчика тяговых усилий:
Значения градуировочного коэффициента вычисляется по формуле:
, (2.2)
где 
;
mi – масса одного груза;
mn – масса подставки;
z – число установленных грузов.
3. Градуировка датчика перемещения универсальной тележки
Датчик представляет собой «пятое колесо» с дополнительным ободом в виде звездочки, зубья которого периодически перекрывают световой поток, регистрируемый фотодиодом (рисунок 2.4), осуществляется путем измерения пути, проходимого тележкой и его деления на число импульсов, зарегистрированных фотодиодом и введенных в ПЭВМ.
|
|
|
1 – рельс; 2 – «пятое» колесо; 3 – звездочка; 4 – лампа накаливания;
5 – фотодиод; 6 – усилитель
Рисунок 2.4 – Схема датчика перемещения тележки
При градуировании датчика он подключается через ВП1 или ВП2 на вход АЦР. После этого включается привод пердвижения тележки, она премещается на некоторое расстояние l и привод выключается. Расстояние, пройденное тележкой, измеряется при помощи рулетки, а число импульсов, зарегистрированных фотодиодом, находится в ПЭВМ или на табло индикации АЦП.
Это позволяет определить градуировочный коэффициент датчика перемещения
, (2.3)
где m – число импульсов, поступивших в ПЭВМ.
Для большей достоверности опыт проводится три раза с записыванием результатов в таблица 2.2,а значение коэффициента градуировки принимается средним.
Таблица 2.2 – Результаты градуирования датчика перемещения тележки
| № п/п | Расстояние l, м (перемещение тележки) | Число импульсов n на табло АЦП | Значение Kl мм/ l отсчет | Среднее значение Kl |
4. Градуировка датчика сжимающих усилий
При экспериментальном определении удельного сопротивления резанию горных пород для регистрации силы резания используется индуктивный датчик перемещения с чувствительным элементом в виде упругой скобы.
Датчик измерения сжимающих усилий (при выполнении работы № 5), представленный на рисунке 2.5, состоит из чувствительных упругих элементов 1 и 2, укрепленных на резцедержателе 3. Измеряемое усилие сжатия передается резцедержателем на упругие элементы и далее на наконечник (упор) 9. Величина деформации упругих элементов пропорциональна прилагаемой нагрузке посредством траверс 7 и шпилек 8 передается на сердечник 5 линейного дифференциального трансформатора (ИПП2) 4, который укреплен на кронштейне 6. Диапазон измерения деформации составляет ±2 мм с погрешностью не более ±0,01 мм. ИПП2 питается переменным током частотой 1740 Гц. При градуировке датчик также включается в схему. Так как датчик измеряет не само усилие резания, а величину, пропорциональную ему, градуирование производится на установке, схема которой приведена на рисунке 2.6.
|
|
|
1, 2 – упругие элементы; 3 – резцедержатель; 4 – корпус ИПП2;
5 – подвижный сердечник ИПП2; 6 – кронштейн; 7 – траверсы;
9 – упорный наконечник
Рисунок 2.5 – Датчик измерения сжимающих усилий
1 – опора; 2 – рычаг; 3 – резец, 4 – датчик, 5 – грузы
Рисунок 2.6 – Градуирование датчика силы резания
Градуировочный коэффициент датчика усилия резания учитывает как механическую, так и электрическую трансформацию измеряемой величины. Его значение определяется выражением
, (2.4)
где P и n определяются как и раньше.
Результаты опытов заносятся в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – Результаты градуирования датчика усилия резания
| № п/п | Масса грузов, кг | Сила Р, Н | Относительные показания n АЦР | |||||
| Диапазон 1 | Диапазон 2 | Диапазон 3 | ||||||
| загрузка | разгрузка | загрузка | разгрузка | загрузка | разгрузка | |||
| … |
|
|
|
