Как можно сравнивать механические величины
Практическое занятие № 8. Сравнивающие устройства.
Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задатчик).
В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.
то сигнал на выходе будет пропорционален разности
Этот сигнал подается на другие элементы САР, в частности в регулирующее устройство для выработки соответствующего сигнала управления.
Для двухпозиционного регулирования используются компараторы (нуль-органы) (рис.1б), в котором в отличие от схемы (рис.1а) отрицательная обратная связь отсутствует, т.е. ОУ работает с коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности. В этом случае на выходе ОУ при ε (t)=
Схему сравнения для двух и более разрядов составляют из одноразрядных схем. Цифровые схемы более громоздки в исполнении, но более надежны в работе в сравнении с аналоговыми.
Поэтому в отдельности они применяются достаточно редко. Все большее применение находят цифровые сравнивающие устройства, реализуемые рабочими программами микропроцессорных устройств.
Рисунок 2 – Схема сравнения одноразрядных кодов двух сравниваемых величин Y(t) и Yз(t).
1. Каково назначение задающего устройства в САУ?
2. Как и в каком виде вводятся заданные величины в различных САУ?
3. Как работают и чем отличаются командоаппараты непрерывного и дискретного действия?
4. Приведите схемы кулачковых задающих устройств.
5. Поясните работу задающего устройства, выполненного по релейной схеме.
6. Какова функция устройств сравнения в составе САУ?
7. Поясните работу электрической мостовой схемы сравнения.
8. Как можно сравнивать механические величины?
Как можно сравнивать механические величины
Раздел 5 Методы и средства измерения механических величин
К механическим величинам относятся:
Все перечисленные механические параметры связывает то, что в результате их действия возникают механические напряжения, которые измерить непосредственно довольно сложно и трудоемко, поэтому используются некоторые промежуточные преобразования механического напряжения, в результате чего измеряется не оно само, а какая-то более удобная для измерения величина. Чаще всего такой величиной является величина электрическая: электрическое сопротивление, напряжение, ток, индуктивность и пр. Существуют и такие принципы преобразования, в которых механическое напряжение вызывает изменение каких-либо электрофизических параметров среды, например, оптической плотности, коэффициента преломления или поглощения, магнитной проницаемости и пр.
Условно процесс преобразования механических параметров можно представить в виде структурной формулы:
В общем случае указанные переменные являются векторными величинами, поэтому необходимо учитывать как их абсолютную величину, так и направление. Но, как известно, учет векторного характера переменных аппаратурно и методически сильно усложняет процесс измерения, а также значительно сужает число возможных методов преобразования, поэтому в большинстве случаев измеряют скалярные величины. В тех же случаях, когда необходимо знать также направление действия измеряемого параметра, используются координатные методы измерения, заключающиеся в применении или многомерных СИ, или СИ, распределенных по соответствующим координатам. Наиболее характерным примером измерений, при которых необходимо учитывать направление действия параметра, является измерение механических напряжений, силы тяги и пр.
5.1. Измерение давления
Из всех параметров наиболее измеряемым является давление. Давление – одна из основных величин, связанных с описанием поведения жидких и газообразных сред. В нефтегазовом комплексе измерение давления в трубопроводах и хранилищах используется очень широко. Так, для контроля за целостностью нефте- и газопроводов и отсутствием несанкционированного доступа к ним используется непрерывный контроль за давлением в трубопроводной системе. При наличии изменения давления в какой-либо части трубопровода ниже или выше нормы он блокируется.
Еще одним характерным примером использования датчиков давления, в которых масса газа определяется по давлению в емкости, является отпуск газа, например, на газозаправочных станциях. Значительную часть выпускаемых промышленностью датчиков давления использует энергетика. В гидравлических, тепловых, ядерных и других энергетических установках необходим непрерывный контроль за давлением для обеспечения нормального режима работы, не говоря уже о риске разрыва стенок резервуаров и трубопроводов и возникновения аварийных ситуаций. В системах контроля за технологическими процессами датчики давления дают информацию о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла и других жидкостей, обеспечивающих надлежащее функционирование машин, механизмов, и о правильном протекании ТП.
Таким образом, необходимо более подробно рассмотреть методы измерения именно давления. Все задачи измерения давления можно разделить на следующие основные группы:
измерение абсолютного или избыточного давления;
измерение разности давлений;
измерение абсолютного давления газов;
измерение параметров звуковых волн в газовой и жидкостной среде (акустические измерения).
5.2. Общие вопросы измерения давления
Большое разнообразие аппаратуры, в том числе и датчиковой, для измерения давлений объясняется тем, что понятие «давление» охватывает протяженную область значений – от сверхвысокого вакуума до сверхвысоких избыточных давлений. Оценивать величину давления можно как в абсолютных, по отношению к вакууму, так и в относительных, по отношению к атмосферному давлению, единицах; кроме того, результат измерения может быть разностью двух произвольных величин – двух разных давлений. Наконец, измерение давления может проводиться в различных средах, физические и химические характеристики которых весьма разнообразны.
Давление – это физическая величина, характеризующая воздействие усилия на единицу площади поверхности тела или условно выделенную внутри тела элементарную площадку.
Величина давления р жидкости или газа на стенку сосуда, который они полностью заполняют, определяется силой dF, действующей по нормали к элементу поверхности ds стенки сосуда:
На жидкость действует также сила тяжести. Поэтому, например, в случае, когда столб жидкости находится в открытой вертикальной емкости, давление в точке на расстоянии h от поверхности равно сумме атмосферного давления p 0 и массы столба жидкости, действующей на единицу площади:
где р — плотность жидкости; g – ускорение силы тяжести.
Если на жидкость действует еще какое-либо ускорение, необходимо учитывать также влияние силы инерции на величину давления.
Барометрическое давление в разных слоях атмосферы зависит от высоты их расположения над уровнем моря и изменяется по экспоненциальному закону:
где p0 и p H — соответственно давления на уровне моря и на высоте Н от уровня моря; ρ 0 — плотность воздуха на уровне моря.
На рис. 5.1 показано изменение давления в атмосфере Земли в зависимости от высоты над уровнем моря.
Рисунок 5.1– Распределение давления в атмосфере в зависимости от высоты над уровнем моря
Измерение давления в неподвижной жидкости или газе в замкнутых сосудах, полостях и трубопроводах сводится к измерению силы F, действующей на поверхность S стенки, ограничивающей среду – объект измерения. В движущейся жидкости или газе различают три вида давления: статическое давление неподвижной среды Р s , динамическое давление рd, обусловленное скоростью v движущейся жидкости или газа, и полное давление р, представляющее сумму этих двух давлений:
Динамическое давление, действующее на поверхность, нормальную направлению течения, увеличивает статическое давление на величину
где V – скорость движения жидкости или газа; ρ – плотность среды.
Измерение статического и динамического давлений можно осуществлять с помощью двух отдельных датчиков давления Д 1 и Д 2, соединенных с выходными отверстиями трубки Пито (рис. 5.2). Выходной сигнал первого датчика будет пропорционален величине статического давления, а второго датчика – полного давления. Разность этих сигналов позволит определить величину динамического давления.
Отдельной областью являются измерения акустических давлений – знакопеременных давлений в газах и жидкостях в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот. Датчики акустических давлений должны реагировать только на переменную составляющую измеряемого давления, т. е. на выходной сигнал не должно влиять атмосферное давление.
Рисунок 5.2–Схема измерения полного давления с помощью трубки Пито
Единицы
измерения
давления
В акустических измерениях уровень звукового давления газовой среды (дБ) обычно оценивается в относительных единицах согласно формуле
Перевод единиц из одной системы в другую в соответствии с приведенной выше формулой представлен в табл. 5. 2.
В зависимости от скорости изменения давления, т.е. характера зависимости Р(t), все разнообразие задач измерения давлений можно свести к трем вариантам: измерение статических и медленноменяющихся давлений, измерение быстроменяющихся давлений и измерение импульсных давлений.
На практике к группе статических принято относить давления, значение которых остается неизменным за время проведения измерений. Медленноменяющееся давление — это процесс, содержащий постоянную составляющую и гармонические составляющие с частотами до 20. 30 Гц.
К быстроменяющимся и импульсным давлениям относят процессы со случайными и гармоническими составляющими в частотном диапазоне от десятков до сотен тысяч герц.
Импульсные давления имеют вид одиночных или периодически повторяющихся импульсов и характеризуются значительной амплитудой импульсов и коротким временем нарастания и спада процесса. Чаще всего эти процессы не имеют постоянной составляющей (рис. 5.3, д–ж ).
Наиболее жесткие метрологические требования предъявляются к датчикам и системам, измеряющим статические и медленноменяющиеся процессы. Это объясняется тем, что датчики должны с допускаемыми погрешностями одновременно измерять переходные процессы и установившиеся давления, сопровождаемые пульсацией. Эти требования противоречивы и во многих случаях трудносовместимы в одном датчике, так как для измерения переходных процессов с малой погрешностью необходима высокая частота собственных колебаний и малая степень успокоения, а для малой погрешности измерения установившегося давления, сопровождаемого высокочастотной пульсацией, необходима низкая частота собственных колебаний и большая степень успокоения. Датчики, предназначенные для измерения быстроменяющихся и пульсирующих давлений, должны обладать малыми динамическими погрешностями, т. е. высокой частотой собственных колебаний и отсутствием механических и электрических резонансов в рабочем диапазоне частот измерения давлений и дестабилизирующих факторов. При этом для обеспечения допускаемых динамических погрешностей системы в целом все элементы системы (датчик–усилитель–преобразователь–регистратор) должны быть согласованы по частотным диапазонам измерений.
. 
5.3. Сенсоры деформации
Сенсоры деформации используются для различных целей: измерения уровня деформаций и механических напряжений, возникающих в узлах и конструкциях технологического оборудования, вооружения, изделий летной и ракетно-космической техники. Кроме того, сенсоры деформации (СД) используются в качестве чувствительных элементов в датчиках давления и силы.
Чаще всего роль ЧЭ выполняют тензорезисторы (ТР), которые закрепляются на подложке или объекте измерения специальными клеями или клеевыми композициями.
Основные механические величины и единицы их измерения
Вы будете перенаправлены на Автор24
Для количественного описания механического движения физических тел используются величины, характеризующие пространство, время и рассматриваемое тело: длина l, время t и масса m. Длина l определяется как геометрическое расстояние между двумя точками в пространстве.
В Международной системе единиц (СИ) за единицу длины принят метр (м).
Первоначально метр определяли как десятимиллионную долю четверти земного меридиана. Этим создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0$<>^\circ$ С. В настоящее время, ввиду возросших требований к точности измерений, метр определяется как длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды. Это определение было принято в октябре 1983 г.
Время t между двумя событиями в заданной точке пространства определяется как разность показаний часов (прибора, работа которого основывается на строго периодическом и равномерном физическом процессе).
В Международной системе единиц (СИ) за единицу измерения времени принята секунда (с).
Согласно современным представлениям, 1 секунда представляет собой интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного (квантового) состояния атома цезия-133 в покое при 0о К при отсутствии возмущения внешними полями. Это определение было принято в 1967 году (уточнение относительно температуры и состояния покоя появилось в 1997 году).
Готовые работы на аналогичную тему
В Международной системе единиц (СИ) за единицу измерения массы принят килограмм.
За международный прототип килограмма принята масса цилиндра, сделанного из платино-иридиевого сплава, высотой и диаметром около 3,9 см, хранящегося в о дворце Бретейль под Парижем. Вес этой эталонной массы, равный 1 кг на уровне моря на географической широте 45$<>^\circ$, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы. В практических измерениях 1 кг можно считать равным весу 1 л чистой воды при температуре +4оС.
В механике сплошных сред основными также являются единицы измерения термодинамической температуры и количества вещества.
Единицей измерения температуры в системе СИ служит Кельвин:
1 Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Температура является характеристикой энергии, которой обладают молекулы.
1 Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Прочие единицы измерения механических величин являются производными от основных, представляя собой их линейную комбинацию.
Производными от длины являются площадь S и объём V. Они характеризуют области пространств, соответственно, двух и трёх измерений, занимаемых протяжёнными телами.
Такие же производные единицы измерения есть для всех других механических величин: плотности, давления, импульса, энергии, работы и т.д.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные наименования, например, единице радиан.
Приставки можно использовать перед наименованиями единиц. Они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.
Механическое движение
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Механическое движение
Когда мы идем в школу или на работу, автобус подъезжает к остановке или сладкий корги гуляет с хозяином, мы имеем дело с механическим движением.
Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени.
«Относительно других тел» — очень важные слова в этом определении. Для описания движения нам нужны:
В совокупности эти три параметра образуют систему отсчета.
В механике есть такой раздел — кинематика. Он отвечает на вопрос, как движется тело. Дальше мы с помощью кинематики опишем разные виды механического движения. Не переключайтесь 😉
Прямолинейное равномерное движение
Движение по прямой, при котором тело проходит равные участки пути за равные промежутки времени называют прямолинейным равномерным. Это любое движение с постоянной скоростью.
Например, если у вас ограничение скорости на дороге 60 км/ч, и у вас нет никаких препятствий на пути — скорее всего, вы будете двигаться прямолинейно равномерно.
Мы можем охарактеризовать это движение следующими величинами.
Скалярные величины (определяются только значением)
Векторные величины (определяются значением и направлением)
Проецирование векторов
Векторное описание движения полезно, так как на одном чертеже всегда можно изобразить много разнообразных векторов и получить перед глазами наглядную «картину» движения.
Однако всякий раз использовать линейку и транспортир, чтобы производить действия с векторами, очень трудоёмко. Поэтому эти действия сводят к действиям с положительными и отрицательными числами — проекциями векторов.
Если вектор сонаправлен с осью, то его проекция равна длине вектора. А если вектор противоположно направлен оси — проекция численно равна длине вектора, но отрицательна. Если вектор перпендикулярен — его проекция равна нулю.
Скорость может определяться по вектору перемещения и пути, только это будут две разные характеристики.
Скорость — это векторная физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения, а средняя путевая скорость — это отношение длины пути ко времени, за которое путь был пройден.
Скорость
→ →
V = S/t
→
V — скорость [м/с]
→
S — перемещение [м]
t — время [с]
Средняя путевая скорость
V ср.путевая = S/t
V ср.путевая — средняя путевая скорость [м/с]
S — путь [м]
t — время [с]
Задача
Найдите, с какой средней путевой скоростью должен двигаться автомобиль, если расстояние от Санкт-Петербурга до Великого Новгорода в 210 километров ему нужно пройти за 2,5 часа. Ответ дайте в км/ч.
Решение:
Возьмем формулу средней путевой скорости
V ср.путевая = S/t
Подставим значения:
V ср.путевая = 210/2,5 = 84 км/ч
Ответ: автомобиль будет двигаться со средней путевой скоростью равной 84 км/ч
Уроки физики в онлайн-школе Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Уравнение движения
Основной задачей механики является определение положения тела в данный момент времени. Для решения этой задачи помогает уравнение движения, то есть зависимость координаты тела от времени х = х(t).
Уравнение движения
x(t) = x0 + vxt
x(t) — искомая координата [м]
x0 — начальная координата [м]
vx — скорость тела в данный момент времени [м/с]
t — момент времени [с]
Если положительное направление оси ОХ противоположно направлению движения тела, то проекция скорости тела на ось ОХ отрицательна, скорость меньше нуля (v