Тема 9. Вимірювання розмірів і переміщень

9.1 Вимірювання розмірів штангенінструментами та мікрометричними приладами

Розміри деталей машин та механізмів з похибкою менше ніж 1 мм вимірюють штангенінструментами та мікрометрами. І одні і другі вимірювання виконують за допомогою ноніусного відліку розміру. При цьому для розмірів не рівних цілому числу мм цілі міліметри відлічують на основній шкалі , а частки міліметра по додатковій шкалі по тій поділці додаткової шкали, яка співпадає з поділкою основної шкали. Для штангенінструментів різних класів точності вимірювання розмірів можна провадити 0.1; 0,05; 0,02 мм. Мікрометри дають можливість одержати результат вимірювання з точністю 0,01 мм. Діапазон вимірювання штангенінструментів в деяких випадках досягає до 1 м, для мікрометра - діапазон вимірювання біля 1см.

Для контролю невеликих зазорів (від часток до одиниць мм) використовують щупи, що являють собою калібровані сталеві пластини, товщина яких виконана з високою точністю (до ±0,01 мм).

9.2. Вимірювання лінійних переміщень, вібрацій та деформацій

Досить великі (від часток мм до кількох мм) лінійні переміщення та вібрації рухомих тіл вимірюють за допомогою механічних індикаторів побудованих на базі кінематичних безлюфтових передач. В таких індикаторах малі переміщення вимірювальної головки за допомогою безлюфтової зубчастої передачі перетворюється у значні переміщення покажчика індикатора по його шкалі. Передача індикатора, як правило, розрахована таким чином, що переміщення вимірювального стрижня на 1 мм відповідає повному обходу стрілкою індикатора всієї шкали. Шкала має 100 поділок, отже ціна 1 поділки = 0.01 мм. В деяких індикаторів на циферблаті є додаткова шкала зі стрілкою. Яка показує число обертів основної стрілки, тобто число мм. Границі вимірювання індикаторів від 2-10 мм.

Прилади призначені для вимірювання параметрів вібрації називається віброметрами та вібрографами.

Стрілка віброметра індикаторного типу здійснює коливальний рух між двома поділками шкали, різниця яких дорівнює подвоєній амплітуді коливань вібрації.

Вібрографи за допомогою механічної передачі записують криві вібрації на рухому стрічку. За цими кривими можна визначити не тільки амплітуду, але й частоту вібрації.

Індикаторні вібрографи і віброметри бувають ручного і переносного типів. Точність їх порівняно не висока. Так у ручних вібрографів похибка досягає ±25%.

Дуже малі переміщення, які неможливо виміряти індикаторними приладами вимірюють за допомогою перетворювачів-давачів переміщення. В цих випадках спочатку переміщення перетворюється у зміну тих чи інших електричних параметрів первинних давачів переміщення, а потім ці електричні параметри вимірюються вторинними електровимірювальними приладами. Чутливість і точність таких вимірювань набагато вищі ніж при використанні механічних індикаторів.

Один з можливих варіантів вимірювального кола вимірювання малого переміщення при деформації деталі має такий вигляд:

Т ут R_т - робочий тензорезистор, наклеєний на досліджувану модель у напрямку досліджувальної вісі Х, електричний опір якого змінюється при деформації цієї деталі через зменшення діаметра дроту тензорезистора при його розтягуванні .

R_то - неробочий, тобто не зв'язаний з досліджуваною деталлю тензорезистор, аналогічний робочому, і який знаходиться в однакових з робочим тензорезистором температурних умовах. Його призначення - компенсувати похибку вимірювання при змінюванні (испр. зміні) вихідної температури робочого тензорезистора. U_вих - вихідна напруга вимірювального кола, що надходить на вторинний електровимірювальний прилад.

Як відомо для наведеної мостової схеми U_вих = 0 при R₁R₃ = R₂R_4.

Якщо вибрати R₂ = R₃ = R, то при відсутності деформації R₁ = R_т ,

R₄ = R_то = R_т.

Звідси маємо: R_тR = RR_т , тобто при відсутності деформації розглянутий міст знаходиться в рівновазі і U_вих = 0.

Під дією вимірюваної деформації опір вимірювального тензорезистора зміниться на ε_RR_т , де ε_R = f(x) - відносна зміна опору тензорезистора, викликана деформацією. Рівновага моста при цьому порушиться і на його виході з’явиться напруга U_вих = f(ε_R).

Кількісне значення ε_R визначає коефіцієнт відносної тензочутливості тензорезистора:

Це є однією з паспортних характеристик тензорезистора, яка пов’язує відносну зміну опору тензорезистора

з відносною зміною його довжини: