Видео:Урок 60 (осн). Гидравлический прессСкачать
Показания динамометра и площадь поршня
Давление в гидравлической машине 500 кПа (см. рис). На меньший поршень действует сила 300 Н. Площадь большего поршня 300 см 2 . Определите а) показания динамометра В, сжимаемого большим поршнем; б) площадь меньшего поршня.
а) Силу давления можно выразить как произведение давления на площадь большего поршня:
б) Площадь меньшего поршня можно выразить как отношение силы давления на меньшем поршне к давлению:
Ответ: а) 15000 Н; б) 0,0006 м 2 .
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Решение отсутствует | 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Решение содержит только один из пп. I и II, или оба пункта, но они содержат более одной ошибки | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Решение содержит пп. I и II, но в одном из них присутствует одна ошибка | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Решение содержит пп. I и II, но получен неверный ответ | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I) Верно изображены силы, действующие на кубик в двух случаях. II) Верно записаны уравнения для равновесия кубика в двух случаях; формула, связывающая плотность, объём и массу тела; сила Архимеда. Видео:Гидравлический пресс. Поршневой жидкостной насос | Физика 7 класс #35 | ИнфоурокСкачать  Измерения быстропеременных давлений.При таких измерениях датчики стремятся установить как можно ближе к точке измерения, что исключает влияние соединительной магистрали. При этом следует учитывать собственные динамические характеристики датчика, которые могут вызвать нежелательные динамические эффекты. (Пример – резонанс давления в объеме камеры сгорания). Основными причинами инерционного запаздывания являются геометрические размеры манометрической магистрали. При малых диаметрах – это длина. При больших диаметрах запаздывание растет из-за увеличения емкости, при малых – из-за роста сопротивления. Таблица 2 ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
ГЛАВА 2. Приборы измерения сил. Большинство измерителей сил основаны на принципе уравновешивания измеряемого усилия известными силами веса или упругости. Все рычажные динамометрические системы могут быть построены по одному из двух методов: измерение силы производится либо по перемещению последнего звена передаточного механизма, либо по изменению компенсирующего усилия, создаваемого грузом или упругим элементом. К первой группе относятся маятниковые динамометры и рычаги с пружинами, ко второй – рэйтерные и рычажно-пружинные системы. А). Маятниковый динамометр.
Рис.7. Маятниковый динамометр. Под действием силы F рычаг поворачивается на угол φ, что и служит мерой измеряемого усилия. Условие равновесия записывается где ℓ и ℓ1 – длины рычагов; G – сила веса постоянного груза; Мтр – момент трения в шарнирах А и О; Мр – момент устойчивости рычага Мр=mφφ. Если трением пренебречь, то Погрешность измерения таким динамометром составляет ±0,2%. Б). Рычажно–пружинный динамометр. В них измерение производится по деформации упругого элемента. Они не обладают высокой точностью, т.к. очень сложно обеспечить строгую линейность, постоянство и нечуствительность к температурным воздействиям характеристик пружин. Отклонение от линейных характеристик винтовых цилиндрических пружин достигает ±0,5%. Для снижения вариации показаний вследствие упругого последействия и гистерезиса напряжение в материале упругого элемента не должно превышать 10 – 20% предела пропорциональности. Лучшее качество имеют цилиндрические пружины специального профиля сечения или спаренные пружины с правой и левой навивкой. Для измерения малых усилий менее 1 Нм применяют торсионные стержни. В). Рейтерные динамометры.
Рис 8. Упрощенная принципиальная схема рейтерного силоизмерителя. Действие грузовых (рейтерных) динамометров основано на автоматической балансировке силоприемного рычага за счет перемещения рейтера. Условия равновесия рычага: где ℓх – расстояние от рейтера до опоры (выходной сигнал преобразователя). Статическая характеристика рейтерного динамометра при постоянных свойствах рычага и шарниров близка к линейной.
В реальных силоизмерительных устройствах момент трения Мтр есть функция F. При необходимости в рейтерных системах используются компенсаторы устойчивости, например в виде груза G1, помещаемого над рычагом на некоторой высоте h. 2.2. Гидравлические динамометры. Гидравлические силоизмерители (мессдозы) предназначены для преобразования усилия в давление жидкости, которое затем измеряется с помощью манометра любого типа. Принципиально мессдозы представляют собой простейшие поршневые пары и дают возможность дистанционно измерять усилия практически любой величины. А). Глухая гидравлическая мессдоза.
Рис. 9. Глухая гидравлическая мессдоза. Здесь измеряемое усилие F воздействует на поршень, создает давление в жидкости, заключенной между корпусом и поршнем. Для герметизации полости с жидкостью используется эластичная мембрана. Рабочие (герметизирующие) мембраны для давлений 10 6 Па изготавливаются из высокопрочной прорезиненной ткани толщиной 0,3 – 0,8 мм на шелковой или капроновой основе или из бериллиевой бронзы толщиной 0,05 – 0,06 мм. Для мембран, работающих при высоких давлениях, применяют маслобензиностойкую резину толщиной 2 – 3 мм. На точность измерения сил с помощью мессдоз оказывает влияние величина перемещения поршня. Если допустить, что рабочая полость системы заполнена абсолютно несжимаемой жидкостью и пренебречь деформациями мембраны, корпуса и соединительных трубок, то ход поршня определится лишь изменением внутреннего объема манометра. Из применяемых рабочих жидкостей наименьшую сжимаемость имеют глицерин, спирто–водяные смеси, минеральные масла. Температурные погрешности глухих мессдоз не позволяют обеспечить высокий предел точности измерений (±1,5 – 2,0%) от верхнего предела показаний из – за замкнутости рабочего объема гидравлической системы. 1 – основание корпуса; 2 – крышка корпуса; 3 – поршень; 4 – шарик; 5 – манометр; 6 – диафрагма; 7 – баллон с рабочей жидкостью; 8 – заправочный кран. Б) Проточная гидравлическая мессдоза.
Рис. 10. Проточная гидравлическая мессдоза. В ней источником давления служит внешний нагнетатель (насос или баллон с давлением), а поршень связан с золотником – регулятором давления в рабочей полости. В таких мессдозах измеряемое усилие уравновешивается давлением движущегося через полость потока жидкости. Т.к. во время работы в проточную мессдозу поступают все новые порции рабочего тела, то нет необходимости в полной герметизации гидравлической системы; в конструкции могут быть использованы весьма точные элементы типа неуплотненных поршневых пар. При измерении насос нагнетает жидкость из бака в полость под поршнем, к которому приложено измеряемое усилие F. Если F меньше силы давления жидкости РSэф, то поршень, перемещаясь вверх, откроет выпускные отверстия, перепад давления на которых начнет снижаться, т.е. начнет снижаться давление под поршнем. Перемещение поршня вверх прекратится, когда F=PSэф. Статическая характеристика мессдозы что в глухом, что в проточном варианте имеет вид P=F/Sэф. В проточном варианте мессдозы постоянство эффективной площади гораздо выше, чем в глухом. Поскольку сжимаемость жидкости в проточных мессдозах не сказывается на точности измерений, то обычно используют различные масла, вязкие свойства которых обеспечивают наименьшую протечку жидкости в неуплотненном зазоре поршневой пары. Расход масла при давлениях (1 – 2)*10 3 Па определяется по формуле где r – радиус поршня; δ – зазор (на сторону); ℓ — длина поршня, погруженного в цилиндр; η – динамическая вязкость рабочей жидкости; ΔР – перепад давления на кольцевом зазоре, через который протекает масло. Если, например, ℓ=r, ΔР=10 3 Па, δ=5*10 -6 м, η=1,75*10 -3 Па*с (минеральное масло), то получим, что расход масла через зазор Q=3,6*10 -9 м 3 /с, что говорит о ничтожности протечки. Жидкость, просочившаяся через зазор в поршневой паре, собирается в верхней проточке и отводится обратно в бак. Главным источником погрешности измерения в проточной гидравлической мессдозе является трение в поршневой паре. Для борьбы с трением на поверхности поршня делают разгружающие канавки шириной 0,3 – 1 мм и глубиной 0,2 – 0,8 мм. Наличие одной канавки по опытным данным снижает трение со 100% (при гладком поршне) до 40%, а семи канавок до 2,7%. Кроме того, наличие канавок уменьшает протечки через зазор вследствие повышения гидравлического сопротивления току жидкости. Еще более эффективным методом устранения трения в поршневой паре является принудительное вращение поршня или цилиндра. Гидравлические глухие и проточные мессдозы применяются для измерения сил от сотен до миллионов ньютонов. 2.3. Упругие динамометры с электрическими датчиками. Тензометрические датчики. Высокоточные механические и гидравлические силоизмерители могу применяться исключительно в статических или близких к ним режимах. Для измерения усилий на переходных или неустановившихся режимах используются электрические динамометры разных типов. Все они представляют собой упругие системы, деформации отдельных элементов которых пропорциональны измеряемым усилиям и моментам. Эти деформации измеряются при помощи электрических преобразователей проволочного, индуктивного или емкостного типов. Наибольшее распространение имеют проволочные тензометрические преобразователи. Тензорезистивный эффект – изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников в результате его деформации под действием нагрузки. где ρ – удельное сопротивление проводника, ℓ — длина и S – площадь поперечного сечения проводника. Материал может быть охарактеризован тензочувствительностью m где Δρ – изменение удельного сопротивления; Δℓ — изменение относительной деформации; ℓ — относительная деформация. Тензочувствительность полупроводников в десятки раз выше, чем у металлов. Тензорезистивный эффект зависит от вида деформации и температуры (слабо зависит от деформации сжатия и сильно – от изгибной деформации).
Тензорезистор из монокристалла проводника представляет собой стержень с металлическими лепестками, присоединенными к его концам. Лепестки обеспечивают электрический контакт со стержнем и необходимы для присоединения тензорезистора к образцу. Погрешность тензорезисторов от 0,5 до 2% от диапазона измерений. Среди достоинств — высокая точность измерений, малая чувствительность к вибрациям и малая масса самого датчика; недостаток – слабый выходной сигнал. Упругие элементы, работающие совместно с наклеенными на них тензодатчиками должны обеспечивать высокую сигнальную деформацию при достаточно большом запасе прочности, отсутствие нелинейности и гистерезиса. Динамометры в виде простой консольной балки пригодны для измерения малых усилий от долей ньютона и выше. При изгибе поперечной силой консольного стержня толщиной h максимальное сигнальное напряжение на расстоянии ℓ от точки ее приложения в 6ℓ/h раз больше, чем в случае растянутого или сжатого той же силой стержня с тем же поперечным сечением. Поэтому продольно нагружаемые стержни применимы в основном для измерения больших сил. Средняя квадратическая погрешность собственно тензодинамометра, вызываемая главным образом влиянием температуры на жесткость и форму упругого элемента обычно не превышает (при малом изменении температуры) ±0,3 – 0,5%. Кроме использования в тензодинамометрах для измерения усилий, наклеиваемые тензодатчики используются для измерения крутящих моментов, давлений, температур, напряжений и других физических величин, действие которых может быть преобразовано в малые перемещения (прогибы). При этом в качестве предварительных преобразователей применяются различные упругие элементы с укрепленными на них тензопреобразователями. Наиболее распространенные формы тензопреобразователей показаны на рис. 11 Плоская решетка позволяет приблизить проволочки к поверхности деформируемой детали. При этом повышается стабильность (уменьшается гистерезис и ползучесть). Преобразователь из травленой фольги имеет высокое отношение площади поверхности к поперечному сечению отдельных проводников, что улучшает теплоотдачу и увеличивает допустимую плотность тока (если только сама контролируемая деталь не обладает очень малой теплоемкостью). Способ изготовления пленочных тензопреобразователей заключается в вакуумной возгонке тензочуствительного материала и последующей его конденсации на подложку. Точность и чувствительность приклеиваемых тензоэлементов зависят от качества контакта с деталью, на которую они наклеиваются. Наибольшее воздействие на характеристику тензоизмерителя оказывает изменение температуры. Вызвано это тем, что, во – первых, температурные деформации проволочек не равны температурным деформациям детали, на которую наклеены тензорезисторы и, во – вторых, сопротивление большинства материалов зависит от температуры. Температурная компенсация достигается проще всего с помощью установки дополнительных тензопреобразователей, аналогичных основному, но расположенных т.о., что при использовании мостовых измерительных схем сигналы, наведенные изменением температуры, самоисключаются. Погрешности тензометрических измерителей деформаций тесно связаны с возможностью их градуирования. Если рабочий преобразователь по условиям эксплуатации невозможно градуировать на месте установки, то погрешность, вызванная неидентичностью элементов и качеством их приклейки, может составить 1 – 5%, а общая погрешность прибора – до 10 – 15%. К специальным видам тензорезисторов могут быть отнесены сигнализаторы появления и развития трещин и датчики усталостных повреждений. Сигнализаторы трещин представляю собой отрезки провода или узкие полоски фольги на изоляционной основе, которые приклеиваются на элементы контролируемого объекта в районе концентраторов напряжений перпендикулярно к предполагаемому направлению распространения трещин. Когда трещина достигает места расположения сигнализатора, последний разрывается и обрыв его цепи используется для получения электрического сигнала. Если обычные тензорезисторы используются в области деформаций, где статическая характеристика близка к линейной, то сигнализаторы трещин работают в области, где эта характеристика может быть как линейной, так и релейной. Датчик усталостных повреждений позволяет обнаруживать и исследовать скрытые повреждения в эксплуатирующейся конструкции по необратимому изменению удельного электросопротивления фольги, зависящему (при определенном режиме отжига фольги) от числа циклов нагружения.
Рис. 11 Наклеиваемые тензорезисторы. а, б – Плоские решетки; в – из травленной фольги. Видео:ДинамометрСкачать  ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ (ВЕСА) И ДАВЛЕНИЯДля измерения силы и веса используются приборы, которые называют динамометрами или датчиками силы. Кроме того, силу или вес можно определять путем измерения гидростатического давления, образующегося за счет действия измеряемой величины (рис. 15.1).
Такой способ очень прост, его точность зависит от класса точности манометра, погрешности измерения диаметра цилиндра и силы трения в герметичном поршневом уплотнении, которую можно легко учесть как систематическую ошибку. Зная давление и площадь поршня можно определить силу, действующую на шток. Такой метод измерения можно использовать при статических нагрузках или при контроле медленно изменяющихся сил, когда наблюдатель успевает зафиксировать измеряемую величину. Если в качестве прибора, измеряющего давление (на рис. 15.1 это манометр) использовать какой-либо датчик давления, подключенный к регистрирующей аппаратуре, то можно наблюдать и за относительно быстрым изменением силы во времени. Однако, в этом случае необходимо учитывать явление инерции, которое, несмотря на ничтожно малое сжатие жидкости, будет иметь место в связи с микроперемещением поршня. Если цилиндр сделать герметичным и над поршнем, и образовавшуюся полость также заполнить жидкостью и соединить с манометром, то таким прибором можно измерять как усилие сжатия (вес), так и силу растяжения. Для измерения стационарных или медленно меняющихся нагрузок можно использовать приборы, называемые пружинными динамометрами, в которых сила или вес преобразуются в сравнительно большие упругие перемещения, которые легко измерить. Точность таких приборов целиком зависит от погрешности индикаторов часового типа и точности тарировки. В принципе динамометры представляют собой упругую балку с защемленными концами (рис. 15.2).
При приложении нагрузки F упругие балки 2 прогибаются, расстояние L между ними сокращается, что фиксируется индикатором 4. Динамометр тарируется на разрывных машинах, где величина нагрузки определяется, чаще всего, гидростатическим методом (см. выше). Если верхнюю и нижнюю опору (3 и 5) снабдить резьбой или петлями, то динамометр сможет работать в обе стороны (на сжатие и растяжение). Динамометры этого типа могут измерять усилия от долей ньютона до десятков тонн. Расчет такого динамометра ведут с учетом желаемого упругого перемещения балок под измеряемой нагрузкой и цены деления индикатора. Обычно прогиб не превышает долей миллиметра. При расчете нужно также учитывать, что возникающие в измерительных балках напряжения должны составлять не более 0,1 предела упругости для выбранного материала. В противном случае в результате длительного применения упругость балок изменяется в связи с появлением «усталости» материала, из которого они изготовлены, и, кроме того, может возникнуть явление гистерезиса. Индикатор обычно выбирается с ценой деления 0,01 мм или менее. Индикатор часового типа такого динамометра может быть преобразован в потенциометр. В этом случае в качество стрелки используется скользящий по резистивному слою контакт, и такой динамометр может использоваться для измерения сравнительно быстро меняющейся нагрузки, т.к. напряжение, снимаемое с потенциометра, легко может фиксироваться такими оперативными приборами, как осциллограф или после соответствующей обработки в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) может быть послан в ЭВМ. Основным достоинством динамометров пружинного типа является их низкая стоимость, высокая надежность и наглядность результатов измерений. В настоящее время при проведении инженерных и научных экспериментов при измерении силы все большая часть исследователей используют тензометрические датчики, которые производятся серийно различными фирмами и имеют высокую точность и надежность.
Производители тензодатчиков все чаще встраивают в их конструкцию готовые измерительные мосты, усилители и даже АЦП, что облегчает использование этих приборов, в том числе в электронных системах контроля и управления. Кроме того, выпускаются готовые показывающие приборы, которые подключаются к тензодатчикам и имеют электронные табло. Для измерения давления жидкостей и газов наибольшее распространение получили приборы, имеющие упругие мембраны, перемещающиеся под действием перепада давления. При измерении очень малых перепадов давления применяют потенциометрические датчики (рис. 15.4)
Мембранный датчик потенциометрического типа состоит из потенциометра 1, подвижный ползун 4 которого приводится в движение мембраной 7, находящейся под перепадом давления между, например, давлением атмосферы Р0 и измеряемым давлением РИ. При одинаковых давлениях Р0 и РИ под действием пружин 3 и 9 ползунок 4 переходит в крайнее левое положение, устанавливая некоторое начальное сопротивление потенциометра. При увеличении измеряемого давления РИ, давление в полости 7 увеличивается. На мембране 7 появляется перепад давления, под действием которого мембрана 7, преодолевая суммарное усилие пружин 3 и 9, перемещается вправо на величину, пропорциональную разности давлений Р0 иРИ. Соответственно, пропорционально этой разности изменяется и сопротивление потенциометра, которое фиксируется вторичным прибором, проградуированным в единицах давления. Кроме того, падение напряжения на потенциометре может быть в виде электрического сигнала подано на осциллограф или в АЦП и далее в ЭВМ. Датчик такого типа может использоваться и в качестве дифференциального манометра для измерения расходов газа и жидкости. Перепад давления может быть измерен и датчиком с преобразователем индукционного типа (рис. 15.5). При изменении перепада между атмосферным Р0 и измеряемым давлением РИ длина мембранной камеры L также изменяется, что приводит к изменению положения стального сердечника 3 во вторичной обмотке 6 и, соответственно, к изменению индуктивности катушки 6. Катушка 6 включена в схему измерительного моста, и изменение ее индуктивности приводит к его разбалансировке. Появляющийся при этом электрический сигнал подается во вторичный показывающий прибор, или через АЦП в ЭВМ.
Камера 7 и поршень 8, выполненный заодно со стальным сердечником 3, образуют пневматический амортизатор, гасящий колебания измерительной системы, которые могут возникнуть при резких скачках измеряемого давления. Недостатком датчиков мембранного типа является наличие подвижных частей, совершающих значительные перемещения, и явление трения, приводящее к неизбежному износу и, в конце концов, – к отказу датчика. Этого недостатка лишены датчики тензометрического типа, в которых для генерации сигнала служат тензорезисторы, изменяющие свое сопротивление при чрезвычайно малых (сотые доли миллиметра и менее) деформациях активного элемента, на которых они закреплены (рис. 15.6). При появлении перепада давления между полостями 2 и 4 упругий элемент 5 (мембрана), на который наклеен тензорезистор 3, изгибается в пределах упругих деформаций (это сотые и даже тысячные доли миллиметра). При этом тензорезистор 3 удлиняется, его сопротивление меняется. Рабочий тензорезистор 3 вместе с компенсационным резистором 6 включены в мостовую измерительную схему (сопротивление резисторов 3 и 6 в исходном состоянии равны). При изменении сопротивления резистора 3 происходит разбалансировка моста, и сигнал разбалансировки, пропорциональный перепаду давления на элементе 5, подается на вторичный показывающий прибор или через АЦП на ЭВМ. Современные тензометрические датчики давления весьма компактны, и представляют собой небольших размеров цилиндры с присоединительной резьбой со стороны измерительной части и с электрическим разъемом на другой стороне.
В настоящее время для производства таких датчиков изготавливаются специальные тензорезисторы, имеющие одновременно две петли – основную измерительную и компенсационную.
Дата добавления: 2016-04-19 ; просмотров: 2516 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ 🎬 ВидеоФизика 7 класс. §49 Гидравлический прессСкачать  Физика 7 класс.Гидравлический пресс. Решение задачСкачать  Урок 35 (осн). Измерение сил. ДинамометрСкачать  Физика 7 класс. §30 ДинамометрСкачать  ДинамометрСкачать  Урок 59 (осн). Жидкостный поршневой насосСкачать  Урок 61 (осн). Задачи на гидравлический пресс - 1Скачать  Задача №503Скачать  Физика 7 класс ДинамометрСкачать  Урок 46 (осн). Передача давления жидкостями и газами. Закон ПаскаляСкачать  9 класс. Практическая работа №5. Практические способы измерения сил.Скачать  Урок 64 (осн). Задачи на закон Архимеда - 1Скачать  № 501-600 - Физика 7-9 класс Лукашик сборник задачСкачать  Урок 47 (осн). Расчет давления жидкости на дно и стенки сосудаСкачать  Урок 39 (осн). Сила трения. Коэффициент тренияСкачать  Физика-7. Фильм шестьдесят третий. - "Градуирование пружины и измерение сил динамометром"Скачать  Урок 44 (осн). Задачи на вычисление давленияСкачать  |
. При малых углах поворота φ≈tgφ и cosφ≈1, то 
.
— устойчивость рычажной системы.
В принципе, если на гибкие пластины наклеить тензорезисторы, то динамометр превращается в тензодатчик, что практически и делают при их производстве. Формы упругих элементов используют самые различные, тензорезисторы применяют резистивного типа или полупроводниковые. Тензодатчики принципиально различаются по способу их крепления на балочного и опорного (распорного) типа (рис. 15.3).
