Диагностика строительных машин / Средства и технологии диагностирования строительных машин / Глава 2.3

Конструкции датчиков

Проводниковые термометры сопротивления имеют примерно те же области применения, что и термопары. Их выбирают в тех случаях, когда в средствах диагностирования применяют промежуточные преобразователи (усилители) для теизорезисторов, и когда надо производить измерения с достаточно большой точностью, причем отсутствует возможность термостатирования. Проводниковые термометры сопротивления получили исключительное применение в термо анемометрических расходомерах жидкостей и газов.

Термисторы используют в термощупах для поочередного измерения температур во многих точках объекта диагностирования, например в пазах электрических машин. Кроме того, термисторы удобны для контроля теплового режима объекта диагностирования в тех случаях, когда измеряемая температура не является диагностическим параметром и задана постоянной величиной.

Практически все типы термо преобразователей могут быть использованы в качестве постоянно встроенных средств диагностирования. Для этой цели применяют медьконстантановые термопары или медные проводниковые терморезисторы, выводы которых соединены со специальными штепсельными разъемами, установленными на сборочных единицах строительных машин, подлежащих периодическому диагностированию в процессе эксплуатации.

Датчики перемещений. Для измерения зазоров, люфтов и низкочастотных виброперемещений при диагностировании используют датчики, основанные на тензорезисторных, индуктивных и емкостных первичных преобразователях.

Конструкция тензорезисторного датчика

Конструкция тензорезисторного датчика перемещения показана. Корпус датчика крепят к одной из взаимоперемещающихся деталей, а штифт упирают в другую - с некоторым нажимом так, чтобы вызвать начальный прогиб консольной балки с наклеенными на нее тензорезисторами. После этого мостовую схему, в которую включены тензорезисторы, балансируют. Прогиб балки вызывает деформации тензорезисторов, пропорциональные величине этого прогиба и соответственно отклонение стрелки показывающего прибора, пропорциональное измеряемому перемещению. Такой датчик применяет для измерения перемещений до 1 ... 10 мм. Вместо упругого чувствительного элемента в виде консольной балки с целью изменения диапазона измерений и чувствительности можно применять упругие чувствительные элементы в виде образных скоб, колец, арок и т. п. Расчет чувствительных элементов тензорезисторных датчиков перемещения приведен.

Показана конструкция малогабаритного индуктивного датчика (модель 223). В основу конструкции датчика положен дифференциальный индуктивный преобразователь с продольным перемещением якоря. Измерительный стержень датчика имеет сферический наконечник, при помощи которого обеспечивается механический контакт с объектом измерения. Измерительный стержень может свободно перемещаться вдоль оси корпуса по шариковым направляющим. Измерительное усилие создает пружина. Измерительный стержень соединен с керном, на который надет ферритовый якорь. Вместе со стержнем якорь может перемещаться внутри двух дифференциально включенных катушек, заключенных в магнитный экран. Этот датчик, относится к датчикам осевого действия, т. е. воспринимающих перемещение, направленное вдоль оси.

Градуировочная характеристика

Применяют также датчики бокового действия. Конструкция такого датчика (модель 227). Измеряемые перемещения воспринимает сферический наконечник измерительного рычага. Ось рычага установлена на точных шариковых подшипниках. Плечо измерительного рычага, расположенное в корпусе датчика, передаст перемещения измерительному стержню с ферритовым якорем. Измерительное усилие обеспечивают плоские консольные пружины. Корпус датчика оснащен направляющими типа ласточкина хвоста для крепления на объекте измерения. Для дифференциальных индуктивных преобразователей используют мостовые измерительные схемы, работающие на переменном токе. Одна из распространенных схем показана. Два плеча моста образованы здесь катушками датчика, а два другие - резисторами. Для балансировки моста служит переменный резистор. На выходе мостовой схемы включен показывающий прибор переменного тока, показания которого пропорциональны измеряемым перемещениям. Индуктивные датчики выпускают серийно.

Для диагностирования строительных машин можно использовать также индуктивные бесконтактные датчики, обеспечивающие измерения малых перемещений (в том числе виброперемещений) без непосредственной механической связи с объектом измерения. Один из вариантов конструкции бесконтактного индуктивного датчика показан. Этот датчик дифференциальный. Сердечник датчика набран из пластин пермаллоя толщиной 0,1 мм и состоит из двух половин. На каждой половине сердечника установлено по катушке.

Градуировочная характеристика датчика не линейна. При изменении измерительного зазора от 0,7 до 1,2 мм погрешность от нелинейности составляет. При уменьшении диапазона измерений или применении специальных линеаризующих измерительных схем нелинейность может быть уменьшена. При помощи бесконтактного датчика возможны измерения при начальном зазоре.

Простейший датчик

Для измерения с недифференциальными индуктивными датчиками чаще всего применяют мостовые схемы с резистивно-емкостными элементами. Балансировку моста осуществляют одновременно переменными резисторами. На выходе мостовой схемы включен показывающий прибор переменного тока.

Датчики линейной, угловой скорости и частоты вращения. Для измерения этих параметров при диагностировании в основном применяют индукционные и фотоэлектрические датчики и тахогенераторы. А показана конструкция индукционного датчика линейной скорости. В корпусе закреплен постоянный магнит. Вокруг магнита расположен каркас с катушкой. Каркас соединен с корпусом через упругие подвесы. При измерении линейной виброскорости датчик устанавливают так, чтобы сферический наконечник касался вибрирующего объекта. Выходной сигнал датчика пропорционален линейной виброскорости.

На показана конструкция импульсного индукционного датчика, который используют для измерения частот вращений при установке клинообразного конца якоря датчика вблизи зубьев шестерен, зубчатых колес или шлицевых валов. Подобные датчики могут быть изготовлены на основе электромагнитных систем серийных. Генерируемый на выходе таких датчиков сигнал обычно достаточен для использования в качестве вторичных приборов серийных частотомеров без специальных согласующих усилителей. Индукционные датчики чувствительны к магнитным помехам, а крутизна и амплитуда выходного импульса зависят от частоты вращения. Этих недостатков лишены фотоэлектрические датчики.

Простейший датчик с обтюратором, установленным на вращающемся объекте измерения, показан. Здесь круглые отверстия или щели обтюратора перекрывают поток света, падающий от лампочки на фотодиод, что вызывает появление на выходе фотодиода импульсов, частота следования которых пропорциональна частоте вращения обтюратора.

Индукционные датчики

Для диагностирования строительных машин в условиях эксплуатации эффективны фотоэлектрические датчики частоты вращения, работающие по методу отражения. В таком датчике на фотодиод или фотоприемник другого типа падает отраженный свет от вращающейся сборочной единицы объекта, например вала. На вал краской или липкой лентой наносят метки, которые меняют интенсивность отраженного света.

Еще более эффективны фотоэлектрические датчики инфракрасного излучения, которые содержат источник инфракрасного излучения и фотоприемник, чувствительный к инфракрасному излучению. На работу такого датчика не влияет световой фон. Например, инфракрасный « фотоэлектрический датчик, работающий по методу отражения, генерирует импульсы с амплитудой 100 мВ, если он размещен на расстоянии 10 мм от метки из белой бумаги.

При помощи фотоэлектрических датчиков, основанных на методе отражения, можно измерять скорости поступательного движения штоков гидравлических цилиндров, если на них нанести метки.

Для измерения частот вращения до 600 мин могут быть применены датчики на основе вакуумных герметизированных контактов (герконов), показанных, или на основе бесконтактных путевых выключателей типа БК-

Индукционные датчики обычно непосредственно соединяют с аналоговыми пли электронно-счетными частотомерами. По шкале или цифровому табло частотомеров производят отсчет частоты вращения.

Фотоэлектрические датчики соединяют с частотомерами через усиливающую и формирующую схему. Пример такой схемы на основе операционного усилителя показан. На выход схем включают частотомер.

Датчики частоты вращения на основе герконов или других контактных преобразователей соединяют с частотомером с помощью формирующей схемы. В эту схему, кроме резистивно-емкостной формирующей цепочки входит источник тока и диод, пропускающий на вход частотомера однополярные импульсы. Применение формирующей схемы исключает погрешности, связанные с так называемым «дребезгом» контактов.

Стробоскопические датчики

При диагностировании строительных машин для измерения частот вращения довольно широко применяют тахогенераторы постоянного и переменного тока, а также магнито-индукционные тахогенераторы.

Для измерения частот вращения без механической связи с объектом диагностирования используют стробоскопические датчики, входящие в состав строботахометров. Основой стробоскопического датчика является газосветная лампа, частотой вспышек которой управляет напряжение отградуированного генератора с регулируемой в широких пределах частотой. Свет от лампы при измерениях частоты вращения направляют на объект диагностирования и регулируют частоту вспышек. При частоте вспышек синхронной с частотой вращения объекта диагностирования изображение последнего кажется неподвижным. В это время производят отсчет но шкале генератора в герцах или оборотах в минуту. При этом нужно знать порядок частоты вращения, так как изображение кажется неподвижным и при кратных измеряемой частотах вращения.

Стробоскопические датчики применяют также для определения углов установки зажигания карбюраторных ДВС и углов опережения впрыска в дизелях. В этих случаях запуск лампы осуществляют не от генератора, а электрическими импульсами от системы зажигания или от датчика давления впрыска.

Стробоскопические датчики обеспечивают высокую точность измерения частот вращения и не требуют механической связи с объектом диагностирования. По ряду причин эти датчики не удобны в эксплуатации, в частности при работе с ними мешает дневной свет. Довольно широкое применение их в настоящее время объясняется главным образом недостаточной контроле-пригодностью машин, т. е. сложностью, а иногда и практической невозможностью, без существенной разборки объекта, механического соединения датчиков с валами, а также отсутствием на сборочных единицах машин встроенных датчиков.

Датчики ускорений

Датчики ускорений (акселерометры). Все акселерометры, применяемые для диагностирования, основаны на инерционном принципе измерения ускорений, т. е. они содержат инерционную массу, которая с силой (где т - масса; а - измеряемое ускорение) воздействует на чувствительный элемент. Сигнал на выходе акселерометра пропорционален ускорению инерционной массы. Наибольшее применение, особенно для реализации виброакустических методов диагностирования, находят пьезоэлектрические акселерометры, которые в соответствии с видом деформации пьезоэлемента делят на работающие на растяжение-сжатие, сдвиг и изгиб.

Акселерометры с чувствительными элементами, воспринимающими деформации изгиба под действием измеряемого ускорения характеризуются малой вибрационной и ударной прочностью, поэтому в условиях эксплуатации машин их применяют редко.

На показаны конструкции пьезоэлектрических акселерометров, в которых использован пьезоэффект, возникающий при деформациях сжатия-растяжения и деформации сдвига пьезоэлемента.

В акселерометре, показанном, инерционная масса прижата к пьезоэлсментам дисковой пружиной, натянутой центральным стержнем. Такой акселерометр отличается достаточно высокой чувствительностью, но вместе с тем реагирует на деформации основания корпуса и акустические шумы, что связано с возможностью появления заметных дополнительных погрешностей.

Пьезоэлемент акселерометра,, показанного, воспринимает деформации сдвига, что при малых габаритах датчика обеспечивает высокую резонансную частоту и чувствительность датчика. Этот тип акселерометра очень слабо реагирует на изменения внешних условий.

Другой вариант конструкции акселерометра с пьезоэлементами, воспринимающими деформации сдвига, показан. Здесь три пьезоэлемента расположены по граням центральной стойки, имеющей треугольное сечение. Инерционные массы сегментного сечения установлены между пьезоэлементами и стягивающим кольцом.

Стягивающее кольцо

Стягивающее кольцо создаст большие радиальные силы прижатия инерционных масс к пьезоэлементам, благодаря чему пьезоэлементы закреплены без клеевых соединений, что обеспечивает высокую линейность, стабильность характеристик и незначительную их зависимость от температуры.

Основные характеристики серийных пьезоэлектрических акселерометров отечественного производства приведены.

Для измерения низкочастотных ускорений относительно малых величин при диагностировании тормозов грузовых лебедок башенных кранов или транспортных

тормозов самоходных машин по величине замедления применяют низкочастотные тензорезисторные акселерометры. Показан акселерометр МП-02, в котором для измерения перемещения инерционной массы применены безосновные подвесные тензорезисторы. Тонкая тензочувствитсльная проволока в местах контакта с опорными штифтами вызывает значительные контактные давления. Для исключения гистерезиса и снижения чувствительности во времени эти штифты выполняют из рубина. Начальное натяжение решеток тен-зорезисторов осуществляют при помощи регулировочного винта, который позволяет в небольших пределах разжимать боковые стенки корпуса. Чувствительный элемент акселерометра размещен в герметизированном корпусе, залитом для демпфирования поликсилоксановой жидкостью. Такие акселерометры выпускают с диапазонами измерения, частотные характеристики соответственно линейны.

Для пьезоэлектрических акселерометров применяют специальные усилители. Усилитель напряжения отличает высокое входное сопротивление (более 5 ГОм) и широкий частотный диапазон (от долей герца до 100 кГц). Недостатком усилителя напряжения является сильная зависимость чувствительности измерительного тракта от емкости кабеля, соединяющего вход усилителя с датчиком, поэтому усилитель напряжения приходится устанавливать в непосредственной близости от датчика, что не всегда возможно.

Датчики сил

Этого недостатка лишены усилители заряда, которые чувствительны не к напряжению, а к величине заряда на датчика. В связи с этим емкость кабеля незначительно влияет на чувствительность измерительного тракта.

Усилитель заряда является усилителем с большим коэффициентом усиления. Стабильность коэффициента усиления по заряду здесь определяется стабильностью емкостей, включенных в цепь отрицательной обратной связи.

Для измерений с тензорезнсторными акселерометрами применяют схемы, подобные показанной.

Датчики сил (силоизмерители). При диагностировании строительных машин применяют средства измерения сил, основанные на двух методах:

-первый метод предусматривает измерение деформаций сборочных единиц, пропорциональных действующим в них силам;

-второй метол основан на применении специальных датчиков сил (силоизмерителей), встраиваемых в разрыв силовых цепей машины или воспринимающих реактивные силы.

Первый метод измерения сил реализуют в основном при наличии встроенных средств (теизорезисторов), наклеенных на сборочные единицы машины в процессе изготовления. Иногда применяют накладные датчики деформаций, устанавливаемые на штоки гидроцилиндров.

Второй метод измерения сил широко используют в стендах для измерения реактивных сил, воспринимаемых стендами от диагностируемой машины, а также для измерения усилий на рычагах и педалях управления машиной.

Не встроенные постоянно датчики сил редко применяют для измерения сил в сборочных единицах машин, поскольку это связано с частичной разборкой сборочных единиц для установки датчиков.

Датчики давления. Для измерения давлений при диагностировании гидроприводов и пневмоприводов чаще всего применяют манометры и электрические датчики давления. Кроме того, давления могут быть измерены по деформациям стенок трубопроводов и рукавов или стенок корпусов гидроагрегатов.

Гофрированные мембраны

В качестве упругих чувствительных элементов датчиков давления широко применяют мембраны, сильфоны и трубчатые чувствительные элементы. В некоторых случаях измеряемое давление воспринимает силоизмеритель или датчик перемещения, а мембрана или сильфон являются только разделителями сред.

Используют плоские и гофрированные мембраны. Плоские мембраны применяют в датчиках с высокой собственной частотой при наклейке теизорезисторов непосредственно на поверхность мембраны. Наиболее эффективно применение для наклейки на мембраны специальных фольговых мембранных теизорезисторов. Мембраны датчиков давления имеют диаметры 5 ... 50 мм при толщинах. Существенная нелинейность градуировочной характеристики возникает, когда прогиб плоской мембраны становится соизмеримым с толщиной мембраны к, удовлетворительная линейность достигается. Датчики с плоскими мембранами отличаются довольно существенными погрешностями, связанными с изменением окружающей температуры. Однако этого можно избежать, если диагностирование производить при достаточно точно фиксированном температурном режиме. Плоские мембраны применяют также в емкостных и индуктивных датчиках давления.

На показан индуктивный Датчик давления с плоской мембраной. Мембрана в этом датчике впаяна в корпус или выточена с ним заодно. Измеряемое давление воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб. В результате прогиба меняется воздушный зазор между мембраной и якорем и соответственно индуктивность катушки. Для измерений с таким датчиком используют схему, показанную, однако из-за малой чувствительности датчика давления обычно применяют показывающий прибор с усилителем.

Гофрированные мембраны отличаются от плоских значительно большими допустимыми значениями прогибов до потери линейности градуировочной характеристикой. Характеристики гофрированных мембран определяются в основном отношениями толщин мембран к глубинам гофров. С увеличением толщины мембраны возрастает ее жесткость и нелинейность градуировочной зависимости.

Увеличение глубины гофров

Увеличение глубины гофров улучшает линейность, но повышает жесткость мембраны при малых прогибах, что сокращает диапазон измерений. Большинство гофрированных мембран имеют краевые гофры, отличающиеся но размерам и форме от остальных, что позволяет увеличить допустимый прогиб мембраны в 3 раза.

Разновидностью мембран с большой податливостью является так называемая «мягкая» (вялая) мембрана, выполненная из эластичного материала. Мягкие мембраны применяют в основном для разделения сред в сочетании с жесткими упругими элементами. Эти мембраны работают практически только на растяжение. Усилия, затрачиваемые на деформацию мягких мембран, малы по сравнению с усилиями, необходимыми для деформации связанного с ней упругого элемента. Мягкие мембраны в сочетании с упругими чувствительными элементами применяют для измерения давлений в диапазоне. Наряду с гофрированными и мягкими мембранами для разделения сред при измерениях малых давлений применяют сильфоны.

Для измерения давления свыше 5 МПа широко используют датчики с чувствительными элементами в форме цилиндров, на наружную поверхность которых наклеивают тензорезисторы, размещая рабочий тензорезистор над полой, а тензорезистор температурной компенсации над сплошной частью цилиндра. На показан разрез датчика давления с цилиндрическим чувствительным элементом, на котором тензорезисторы наклеены поперек образующей цилиндра.

Для уменьшения рабочего объема датчика давления при измерениях давлений в камерах сгорания двигателей внутри чувствительного элемента размещают сплошной цилиндр меньшего диаметра так, чтобы обеспечить небольшие зазоры между внутренними стенками чувствительного элемента и поверхностью сплошного цилиндра.

Цилиндрические чувствительные элементы

Цилиндрические чувствительные элементы датчиков давления с целью снижения гистерезиса обычно изготовляют из сталей. Однако наиболее высокую собственную частоту датчика при сохранении большой чувствительности можно получить, если для изготовления чувствительного элемента использовать материалы с малым значением модуля упругости (дюралюминий).

Для измерения только переменных составляющих давления используют главным образом пьезоэлектрические датчики давления.

На показана одна из конструкций датчика для измерения давления по деформациям наружных стенок трубопровода или рукава. Основу датчика составляет двухрычажный зажим. В дугообразных впадинах рычагов с радиусами, соответствующими размерам трубопровода, установлены прокладки из эластичного материала, на поверхностях этих прокладок, обращенных к трубопроводу, наклеены тензорезисторы основой наружу.

После установки преобразователя тензорезисторы прижимаются к трубопроводу усилием пружины, соединяющей противоположные концы рычагов. Для улучшения передачи деформаций на основу тензорезисторов, прилегающую к трубопроводу или рукаву, наносят при помощи клея слой абразивного порошка. Главное преимущество таких датчиков - возможность измерения как постоянных, так и быстроменяющихся давлений без какой-либо разборки объекта диагностирования в результате установки датчиков. К числу недостатков относится непостоянство чувствительности, обязанное разбросом толщин стенок трубопроводов и рукавов, а также упругих свойств последних. Разброс может быть существенно снижен только в результате применения на объекте диагностирования специальных калиброванных по толщине и упругим свойствам участков трубопроводов и рукавов. Чувствительность иногда оказывается слишком малой, так как трубопроводы и рукава, особенно работающие при пульсирующих давлениях, рассчитывают часто не по пределу прочности, а по пределу усталости, в связи с чем их деформации оказываются недостаточными, поэтому прижимные датчики можно применять для качественных и относительных измерений изменения давления вследствие дросселирования потока в гидравлической системе.

Статическое давление

Наиболее эффективно применение прижимных датчиков для измерения временных характеристик процессов, например момента впрыска топлива в дизельных ДВС или момента скачкообразного изменения давления в гидравлической системе.

В приведены основные характеристики индуктивных, тензорезисторных и пьезоэлектрических датчиков давления, выпускаемых отечественной промышленностью, которые могут быть использованы при диагностировании гидро- и пневмоприводов строительных машин.

Потока переходит в кинетическую. В результате статическое давление падает. По измеренной дифференциальным датчиком разности давлений до диафрагмы и после нее находят объемный расход. Вследствие квадратичной зависимости между расходом и измеряемым перепадом давления расходомеры переменного перепада давления имеют узкий диапазон измерений, обычно. На чувствительность расходомеров с диафрагмой оказывают влияние конструктивные особенности гидравлической системы, в которой производят измерения. Для получения достаточной точности измерения градуировку расходомеров с диафрагмами надо проводить в системе, полностью идентичной по конструкции объекту диагностирования.

К расходомерам обтекания, применяемым для диагностирования строительных машин, относятся расходомеры с поворотной лопастью. Поворотная лопасть, воспринимая силовое воздействие набегающего потока жидкости, расход которой определяют, поворачивается или изгибается на угол, пропорциональный величине расхода. Силам, действующим со стороны потока, противодействует сила, развиваемая пружиной или упругим чувствительным элементом.

В тахометрических расходомерах движущийся поток жидкости приводит во вращение ротор или шарик (по периферии трубопровода). Частота вращения ротора или шарика является мерой расхода жидкости, протекающей через расходомер.

Шариковые расходомеры

В турбинно-тахометрических расходомерах установлена миниатюрная аксиальная или тангенциальная турбинка. Шариковые тахометрические расходомеры содержат свободно вращающийся шарик, который приводится во вращение вследствие предварительной закрутки потока на неподвижном винтовом или в тангенциальной камере. Для измерения частот вращения турбинки или шарика применяют индукционные или индуктивные преобразователи.

Наибольшую точность имеют турбинные расходомеры. Серийные расходомеры типа ТДР имеют класс точности 0,1, при относительном диапазоне измерений - не менее 10.

Шариковые расходомеры менее точные (класс 1г. .2) по сравнению с турбинными и имеют меньший относительный диапазон измерений, создают несколько большие гидравлические потери, но зато сохраняют.

Датчики расхода. Из множества разновидностей датчиков расхода (расходомеров), известных в настоящее время, для диагностирования могут быть использованы следующие типы:

-переменного перепада давления (с диафрагмами);

-обтекания (с поворотной лопастью);

-тахометрические: турбинные, (с аксиальной и тангенциальной турбинками), шариковые, камерные (поршневые шестеренные и лопастные гидромоторы);

-тепловые с электрическим нагревом (калориметрические с внешним нагревом и термоанемометрические);

-ультразвуковые (с перемещением колебаний движущейся средой и доплеровские).

Большинство перечисленных расходомеров основано на том, что при движении потока жидкости в цилиндрическом трубопроводе с площадью поперечного сечения Л объемный расход равен средняя скорость потока жидкости в сечении. Из этой зависимости следует, что при фиксированной площади сечения трубопровода расход в этом сечении можно определить путем измерения средней скорости потока.

Датчики расхода

Расходомеры переменного перепада давления содержат диафрагму, сужающую сечение, в котором из-за повышения средней скорости часть потенциальной энергии от турбинных, работоспособность при повышенных загрязнениях жидкости.

Еще меньшую чувствительность к загрязнению и к изменениям вязкости жидкостей имеют камерные тахо-метрические расходомеры - аксиально-поршневые, лопастные или шестеренные гидромоторы, которые из-за относительно больших габаритов и массы применяют в основном в передвижных и стационарных установках для диагностирования гидроприводов. При использовании гидромотора в качестве расходомера на выходной вал гидромотора устанавливают индукционный или фотоэлектрический преобразователь частоты вращения. При индивидуальной градуировке такой расходомер может быть отнесен к приборам классов точности 1 ... 2,5. Например, аксиально-поршневые гидромоторы типа 210.20 при измерениях относительных значений расхода имеют вариацию показаний не более 0,2%.

Во всех тахометрических расходомерах в качестве электрических первичных преобразователей использованы индукционные или индуктивные импульсные датчики частоты вращения. При этом для определения частоты импульсов, пропорциональной измеряемому расходу, применяют аналоговые или электронно-счетные частотомеры.

При диагностировании строительных машин также применяют две разновидности тепловых расходомеров: калориметрические с внешним нагревом и пленочные термоанемометрические.

В первых на поверхности трубопровода устанавливают нагреватель и два датчика температуры (термопары). Обычно датчики температуры располагают несимметрично нагревателю, что расширяет диапазон измерений за счет зоны малых значений расходов. При прочих равных условиях разность температур, воспринимаемых датчиками, зависит от средней скорости потока и мощности, рассеиваемой нагревателем.

Термоанемометрические тепловые расходомеры

Чаще всего измеряют мощность, рассеиваемую нагревателем, при разности температур. При этом мощность в диапазоне измерений пропорциональна массовому расходу. Калориметрические расходомеры

имеют широкий Диапазон Измерений при погрешности 0,5 ... 3% и могут применяться без рассоединения объекта диагностирования или установки на нем специальных гнезд.

Термоанемометрические тепловые расходомеры основаны на зависимости между количеством тепла, теряемым непрерывно нагретым чувствительным элементом, размещенным непосредственно в жидкости, и скоростью этой жидкости. В основном применяют пленочные термоанемометры, отличающиеся достаточной механической прочностью и долговечностью. Пленочный термоанемометр представляет собой стержень из изоляционного материала с клинообразным концом, на котором распылена тонкая пленка платины размером 1X Х0,2 мм и толщиной (0,5... 1) 10 2 мкм. Концы пленки припаяны к выводным проводникам. Сопротивление пленки указанных размеров около 30 Ом. Пленочные термоанемометры позволяют измерять массовые расходы, соответствующие скоростям потока до 15 ... 20 мс при температурах до 60° С. На показана конструкция расходомера с пленочным термоанемометром, установленным в трубопроводе.

Ультразвуковые расходомеры основаны на том, что время прохождения ультразвуковых колебаний вдоль направления скорости потока жидкости меньше времени прохождения этих колебаний в противоположном направлении. Приращение времени прямо пропорционально скорости жидкости, а следовательно, определяемому расходу. Определение времени осуществляют чаще всего путем измерения разности фазовых сдвигов ультразвуковых колебаний или разности времени прохождения коротких импульсов, направляемых по потоку и против него.

Одна из конструкций ультразвукового расходомера показана, е. Звукопроводы расположены на поверхности трубопровода. Преломление ультразвуковых колебаний здесь происходит на границах между преобразователем и трубопроводом и между трубопроводом и жидкостью, расход которой измеряют.

Углы преломления

Углы преломления и скорость ультразвуковых колебаний меняются от изменения температуры, давления и плотности жидкости, однако для измерений относительных значений расходов при фиксированных температурах, определенных режимов диагностирования, эти погрешности являются систематическими и могут быть легко учтены.

Главное преимущество ультразвуковых расходомеров - возможность измерений без рассоединения объекта диагностирования.

Датчики температуры. Для диагностирования строительных машин могут быть использованы практически все виды электрических преобразователей температуры. Для измерения температур рабочих жидкостей в гидросистемах применяют датчики с термопарами. Термопара позволяет производить локальные измерения температуры в потоке. Датчик с термистором используют при измерениях средней температуры рабочей жидкости.

Для измерения быстроменяющихся температур в потоке рабочей жидкости гидросистем строительных машин применяют капиллярные термометры сопротивления. В этих термометрах спираль из изолированного медного провода размещается в тонком (внутренний диаметр 0,2 ... 0,5 мм) капилляре из меди или нержавеющей стали.

Для измерения температур поверхностей применяют датчики с платиновыми или медными термометрами сопротивления. Чувствительным элементом здесь является плоская спираль (в форме спирали Архимеда) из платиновой или медной проволоки диаметром 0,05 мм. На основе этой конструкции промышленность выпускает поверхностные термометры сопротивления, в частности для измерения температур подшипников.

Измерение температур поверхностей объектов диагностирования из ферромагнитных материалов можно осуществлять при помощи термопар или термисторов, размещенных в кольцевых магнитах. Постоянную силу прижатия такого датчика к поверхности объекта измерения обеспечивает миниатюрная гофрированная мембрана.

Основные характеристики

Основные характеристики серийных термометров сопротивления и термопар, которые можно использовать при диагностировании строительных машин. Для измерений температур при помощи термопар применяют милливольтметры или потенциометры. Чтобы термо ЭДС в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего спая, нужно поддерживать температуру свободного спая неизменной, т. е. термостатировать его. Это связано с известными техническими трудностями. Для автоматического введения поправки на температуру свободного спая без термостатирования применяют схему, показанную. Здесь термопара включена в измерительную диагональ моста, питаемого от стабильного источника тока. Плечи моста #1, Я2, ?5 являются резисторами, сопротивление которых практически не зависит от температуры. Резистор Я4 выполнен из медной проволоки и расположен вместе со свободным спаем термопары в термоизолированном объеме. Мост сбалансируется при температуре резистора Я4, равной 0°С. Изменение температуры резистора Ш вызывает изменение выходного напряжения моста, которое автоматически компенсирует напряжение от изменения температуры свободного спая.

Измерения с термисторами осуществляют при помощи мостовых схем. Большое номинальное сопротивление и высокая чувствительность термисторов позволяют не применять специальных мер компенсации изменения сопротивления подводящих проводов.

Проволочные терморезисторы также включают в мостовые схемы. Для исключения погрешностей, вызванных изменением сопротивления соединительной линии, применяют трехпроводную схему включения. Терморезисторы включают так, что два провода соединительной линии входят в разные плечи моста. При этом изменения сопротивления проводов соединительной линии от температуры не влияют на результаты измерений. Так как проволочные терморезисторы обладают сравнительно низкой чувствительностью, показывающие приборы применяют с усилителями.

Датчики электрических величин

Датчики электрических величин. При диагностировании электрооборудования и электропривода строительных машин в качестве датчиков (преобразователей электрических величин) применяют шунты, добавочные резисторы, резистивные и емкостные делители напряжения, измерительные трансформаторы напряжения тока и преобразователи мощности переменного тока.

Многие датчики электрических величин могут быть использованы в качестве встроенных средств диагностирования строительных машин, поскольку стоимость этих датчиков невелика, они просты по конструкции, имеют малые габариты и массу. Выводы всех датчиков могут быть подключены к одному штепсельному разъему, что обеспечивает оперативное присоединение диагностических приборов.

Для представления информации, полученной в результате диагностирования, применяют показывающие и регистрирующие приборы. В числе показывающих применяют практически все разновидности аналоговых электромеханических и электронных приборов, включая электронно-лучевые осциллоскопы, приборы с цифровым отсчетом и дисплеи.

Для регистрации используют: электромеханические самописцы, светолучевые осциллографы, электроннолучевые осциллографы, магнитографы, цифропечатающие машинки и перфораторы.

Показывающие электромеханические приборы. Среди показывающих аналоговых электромеханических приборов широкое применение нашли магнитоэлектрические стрелочные приборы, имеющие класс точности до 0,1 и ток полного отклонения от 0,1 мкА. В средствах диагностирования строительных машин с целью повышения их надежности используют показывающие магнитоэлектрические приборы классом точности не выше 1,0 и током полного отклонения не менее 0,5...1 мА.



  
 
  Время генерации страницы: 0,085 сек.
2007-2024 Ex-Kavator.Ru написать нам
Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика