Разработка методики и технических средств для УЗ контроля сварных шков обечайки ходовой рамы

      – коэффициент полезного действия, определяется диаграммой направленности и пространственным согласованием источника излучения;

      – коэффициент, связанный с потерями из-за несогласования спектральных характеристик источника излучения и приемника излучения;

      – потери на оптических элементах, появляющихся в связи с Френелевскими потерями, =0,95 на каждый переход из одной оптической среды в другую;

        – потери в среде, где распространяется излучение, в воздухе ;

        – потери, связанные с использованием светочувствительной поверхности фотопреобразователя.

Источником излучения является светодиод инфракрасного излучения

АЛ 115 А. - коэффициент использования потока излучения по диаграмме направленности, определяется геометрическим способом исходя из

рисунка 7.2

 

Рисунок 7.2 - Диаграмма направленности источника  излучения

 

Найдем апертурный угол исходя из данных, что фокусное расстояние линзы стоящей за светодиодом f = 24 мм, а диаметр линзы составляет

d_Л = 15 мм. Тогда:

_.

Исходя из рисунка 7.2 получаем, что = 0.71.

 – коэффициент, связанный  с потерями из-за несогласования  спектральных характеристик источника  излучения и приемника излучения,  т. е. светодиода АЛ 115А и фотодиода ФД 256. Для определения воспользуемся методом геометрического интегрирования исходя из рисунка 7.3. В результате получили = 0,11.

Так как  = 0,95 на каждый переход из одной оптической среды в другую, получим суммарный коэффициент: τ₃ = 0,95⁸ = 0,66.

- потери в среде, где распространяется  излучение. Так как излучение  распространяется в воздухе, то  общий коэффициент потерь будет  равен:

τ₄ = 1.

В нашем случае

 

t₅=r_ИЗ / r_ПР=1,2/1,37=0,87,     (7.4)

 

где r_ИЗ – радиус светоизлучающей части диода, r_ПР – радиус чувствительной части фотоприемника.

 

 

 

Рисунок 7.3 - Спектральные характеристики АЛ 115 А и ФД 256

 

Найдем величину светового потока достигшего светочувствительной поверхности  фотоприемника исходя из формулы (7.3):

 

Ф_ПР = 6*10^-3 * 0,71 * 0,11 * 0,66 * 1 * 0,87 = 0,26 мВт.

Ток фотоприемника находится исходя из найденного значения и чувствительности выбранного фотопреобразователя .

,    (7.5)

     где S_ФП = 0,6 A/Вт.

Тогда: I = 0,26*10^-3 * 0,6 = 0,16 мА.

Далее производится расчет согласующего усилителя (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 - Схема входного усилителя с фотодиодом

 

Напряжение на выходе усилителя  рассчитывается по формуле (7.5).

 

U_ВЫХ =  I_ФП * R_o.c.,         (7.6)

 

      Тогда 

R_o.c. = U_ВЫХ/ I_ФП.

 

Значение U_ВЫХ варьируется в диапазоне от 2,4 до 5 В. Рассчитаем R_o.c. для наибольшего из значений напряжения на входе усилителя:

 

R_o.c. = 5/0,00016 = 32 кОм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Конструирование отдельных элементов и узлов средств контроля

 

Измерение указанной величины невозможно без разработки соответствующей измерительной аппаратуры. В ее состав должен входить оптико-электронный преобразователь (ОЭП), который состоит из источника излучения, фотоприемника и оптической системы линз, а также имеет ряд дополнительных электронных блоков и механических узлов, позволяющих получить требуемые метрологические и эксплуатационные характеристики. К электронным блокам, обеспечивающим работу ОЭП, относятся первичное согласующее устройство, источники питания, и устройства обработки измерительной информации.

Источники питания позволяют получить требуемую мощность, обеспечивают стабильность тока источника излучения в процессе измерений и при необходимости должны давать возможность управлять потоком излучения.

Первичный преобразователь имеет  довольно простую конструкцию. Разработанная оптическая система крепится в корпусе. Фокусные расстояния, рассчитанные ранее, задаются при помощи втулок и гаек определенного размера. Также в корпус вкручиваются элементы с источником и приемником излучения.

Для защиты от внешних воздействий  корпус оптико-электронного преобразователя  наделяют корпусом с крышкой и  стенками. Корпус соединен с основанием преобразователя при помощи креплений.

Передача информации от первичного преобразователя к измерительному прибору осуществляется соединительным кабелем через розетку.

 

 9 Оценка погрешности и метрологическое обеспечение создаваемых средств контроля

 

Технические характеристики средств  измерений, оказывающие влияние  на результаты и погрешности измерений  называются метрологическими характеристиками. От неточности характеристик при  изготовлении средств измерения  их стабильности в процессе эксплуатации приборов зависит точность результатов  измерения.

Абсолютная погрешность устройства рассчитывается по формуле (8.1):

 

.      (8.1)

 

Найдем абсолютную погрешность, для  наименьшего значения измеряемой величины основываясь на формуле (8.1) , с учетом того, что относительная погрешность разрабатываемого устройства равна

δ = 2,5 %.

об/мин.

 

           Рассчитаем количество отверстий в модуляторе, соответствующее заданной точности. Функция преобразования имеет следующий вид

 

,      (8.2)

 

 где     f – частота вращения вала,

        N – количество импульсов, подсчитанное счетчиком за время ,

        M – количество отверстий модулятора.

 

 

Т.к. минимальное количество отверстий М=24, то выбранное значение M=60 соответствует заданной погрешности измерения.

Также необходимо разработать поверку  средства измерения. Поверка - это совокупность операций, выполняемых органами метрологической службы по определению пригодности средств измерений к применению, клеймению или выдача документов о поверке – подтверждающих, что средство измерения удовлетворяет указанным требованиям.

Поверку можно производить двумя  методами:

- путем сопоставления показаний поверяемого прибора с показаниями образцового средства измерения

- путем сравнения показаний поверяемого прибора с мерой данной величины.

Выберем первый метод поверки. Сигнал от источника измеряемой величины подают на поверяемый и образцовый приборы и сравнивают показания поверяемого и образцового приборов. Погрешность (абсолютная) поверяемого прибора будет равна .

Независимо от выбранного метода поверки  соотношение пределов допускаемой  абсолютной погрешности образцового  и поверяемого средств измерений, должно быть не более 1:3 при поверке  приборов классов точности от 0,05 до 0,5 и не более 1:4 при поверке приборов с классом точности от 1 до 5.

В качестве образцового средства измерения  может использоваться как аналоговый, так и цифровой прибор. Класс точности аналогового средства измерения  при выборе в качестве образцового  должен удовлетворять следующему неравенству:

 

     (8.3)

  

где К_о и К_п – соответственно классы точности образцового и поверяемого приборов,

      a - требуемое соотношение,

      и – соответственно нормирующее значение поверяемого и образцового приборов [4].

В качестве образцового прибора  выберем тахометр Тesto 465. Измерения проводятся бесконтактным способом.

Для этого необходимо прикрепить к объекту  измерения рефлектор, а затем направить красный световой луч тахометра на рефлектор и считать данные.

Преимуществами тахометра являются доступность и относительная  дешевизна, управление прибором с помощью  одной руки, сохранение максимальный, минимальных и средних значений, последнего показания, прочность и  надежность благодаря защитному  чехлу  SoftCase, расстояние измерения до 600 мм от объекта. Данный тахометр работает на батарейке типа 2 АА с временем работы 40 часов. Диапазон измерений от 1 до 99999 об/мин. Имеет три разрешения. Погрешность составляет 0,02 от измеряемой величины.  Рабочая температура от 0 до +50 °C. Тип зонда – оптический.

При проведении поверки должны соблюдаться  следующие нормальные условия:

- температура окружающего воздуха от 0 до +30 ^оС;

- относительная влажность воздуха от 30 до 80%;

- напряжение  питания 220 4,4 В;

- частота  тока питания 50 0,5Гц;

- механические колебания и удары должны отсутствовать.

Необходимо  также провести внешний осмотр. Его  задачей является обнаружение дефектов, которые могут привести к ошибкам при измерениях, быстрой порче прибора. К ним относятся: трещины или щели в корпусе прибора, через которые внутрь может проникнуть пыль или влага; искривление стрелки; нахождение внутри прибора посторонних или отсоединившихся предметов; отсутствие или неисправность зажимов, переключателей.

При обнаружении  любого из перечисленных дефектов поверяемый прибор признается непригодным к  применению и дальнейшей поверке  не подлежит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате курсового проектирования был разработан прибор для измерения  частоты вращения в заданном диапазоне частот, а так же измерительный прибор, позволяющий обрабатывать информацию, полученную с первичного преобразователя. После анализа существующих методов измерения частоты вращения выбор был остановлен на оптическом методе, т.к. его преимуществами являются: высокое быстродействие, помехоустойчивость. Была выбрана четырех компонентная оптическая система. Был произведен расчет усилителя с фотодиодом.

Узнала о методах измерения частоты вращения и применяемых на практике устройствах для её измерения. Приобрела навыки самостоятельного применения в исследованиях и расчетах знаний по основам контрольно-измерительной техники, полученных при изучении курса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1 Конюхов, Н. Е. Измерительные преобразователи. Курс лекций/ Н.Е. Конюхов. – Куйбышев: 1972. – 260с.

2 Иванов, В. И. Полупроводниковые и электронные приборы/ В.И. Иванов, А.И. Аксенов, А.М. Юшин: справочник.  2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат. 1988. – 448c.

3 Коротков, В. П. Основы метрологии и теории точности из-мерительных устройств/ В.П. Коротков, Б.А. Тайц. – М.: Издательство стандартов, 1978. – 352с.

4 Измерение в промышленности. Справочник/ Под ред. П. Профоса. – М.: Металлургия, 1990. - 380с.