Второй раздел принципы измерения физических величин
13 Принципы измерения линейных и угловых размеров
Широкое распространение измерений линейных и угловых размеров обусловлено тем, что наиболее используемые принципы измерений ряда физических величин, таких как механическое напряжение, сила, момент, давление, параметры движения, основаны на промежуточном преобразовании этих величин в угловое или линейное перемещение и измерении этих перемещений. Диапазон линейных измерений (10-15 - 1023 м), угловые размеры чаще ограничены полной окружностью, и требуемый диапазон измерений составляет 0,0001// – 3600.
Измерение линейных и угловых размеров связано с определением координат границ раздела отдельных объектов, веществ, сред и фаз, отличающихся по каким-то параметрам. Многие методы основаны на использовании различных свойств сред или объектов, образующих границы измеряемого размера.
Основные методы и средства измерений можно разделить на контактные и бесконтактные. В зависимости от принципа измерительного преобразователя принципы делятся на электромеханические, электрофизические, спектрометрические (волновые).
13.1 Электромеханические принципы
Электромеханические принципы (принципы осязающего щупа) основаны на преобразовании измеряемого параметра в перемещение чувствительного элемента преобразователя, который прямо или в определенном масштабе воспроизводит измеряемый размер. В качестве измерительных преобразователей используются контактные, реостатные, емкостные, индуктивные и другие типы преобразователей, входной величиной которых является перемещение.
На рис. 13.1 прибор состоит из неподвижного золотого электрода 3, напыленного на полированный стеклянный брусок 6, и неподвижного электрода 2, жестко связанного с иглой щупом 1. Датчик при помощи кабеля 4 соединен с кварцевым генератором 5, частота которого является информативным параметром. Кварцевый генератор возбуждается по частоте последовательного резонанса, это обеспечивает высокую временную и температурную стабильность. Емкость меняется при перемещении подвижного электрода. Частота кварцевого генератора после преобразования
при помощи смесителя 7, опорного генератора 8, измерителя периода 9, микропроцессора 10 поступает на цифровое отсчетное устройство 11, которое вызывает результат измерения.
Рис. 13.1. Схема цифрового измерителя
на основе емкостного преобразователя
При использовании таких приборов возникают погрешности нелинейности искажений, погрешности из-за отрыва щупа в некоторых точках и деформация. Пределы измерения 0,1 – 1 мм.
Для измерения больших линейных (до 1м) и угловых перемещений применяются индуктивные и трансформаторные преобразователи с распределенными параметрами. Высокая точность обеспечивается при использовании индуктосинов – многополюсных безжелезных трансформаторных преобразователей с печатными обмотками [6].
13.2 Электрофизические принципы
Электрофизические принципы основаны на использовании отличия физических свойств веществ, находящихся на разных сторонах границ, определяющих измеряемый размер. Для измерения линейных и угловых размеров используются принципы и приборы, основанные на различии тепловых, электрических, магнитных, механических (плотность, вязкость) и других свойств веществ или их сочетаний.