Анализ методов измерения массы

УДК 006.91:631.3 02

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ

Потапова Светлана Юрьевна, магистрант, Ибодуллаева Мария Анорбаевна, магистрант, Скобелева Лина Александровна, магистрант, Руководитель: Вергазова Юлия Геннадьевна, кандидат технических наук; ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, РФ

В статье представлено описание существующих методов измерения массы, принцип их работы и особенности применения данных методов. Ключевые слова: масса; измерение; датчик; преобразователь.

ANALYSIS OF MASS MEASUREMENT METHODS

Potapova Svetlana Yurievna, undergraduate, Ibodullayeva Maria Anorbayevna, undergraduate, Skobeleva Lina Alexandrovna, undergraduate, Academic supervisor: Vergazova Yuliya Gennadievna, PhD (Cand. Tech. Sci ); Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russian Federation

The article describes the existing methods of mass measurement, the principle of their operation and the features of the application of these methods. Keywords: mass; measurement; sensor; Converter.

Для цитирования: Потапова С.Ю., Ибодуллаева М.А., Скобелева Л.А. Анализ методов измерения массы // Наука без границ. 2019. № 12(40). С. 50-54.

Введение. Методы и средства измерения массы в АПК имеют первостепенное значение [1]. Точность метода измерений оценивается его погрешностью [2], а наличие погрешности приводит к существенным потерям при контроле [3]. Например, взвешивание зерна в период уборки урожая проводят на стационарных автомобильных весах. Периодическую поверку таких весов производят на месте их установки. Погрешность измерения на поверенных весах не превышает одного процента, но с учётом того, что весы устанавливают вне помещения, они загрязняются, коррозируют, порой не соблюдается методика взвешивания. В итоге погрешность измерения значительно возрастает. На точность измерения влияет также во-

дитель грузовика. По данным ЦСУ, в 2019 году собрано 97,6 млн. тонн зерна. Потеря в один процент от одной процедуры взвешивания без учёта влажности даёт потерю 1 млн. тонн зерна.

Имеют место и затраты на контроль [4], так как средства измерений имеют стоимость, потребляют энергию и требуют участия оператора, но в ряде случаев потери значительно больше затрат [5], а оценка качества измерительных процессов проводится редко [6]. С другой стороны, применение высокоточных методов измерений, использование малых классов точности приборов [7] приводит к значительному увеличению стоимости контроля, что не совсем оправдано и неприемлемо при реализации грамотного

управления системы менеджмента качества на предприятии [8, 9].

Описание принципов и методов измерения массы. В большое количество механизмов для измерения массы и веса входит силосчитающая и вычислительная составляющая. Механизм воспроизведения веса включает в себя компоненты для оценки реагирования механизированного устройства и отображения фиксируемого груза на динамометр - главная составляющая вычислительного элемента, которая содержит силоизмеряющий прибор, элементы модификации, измерения и фиксации [1]. Мощность реагирования датчика возникает там, где располагается датчик, а появляется она под действием силы, препятствующей фиксируемой.

Чаще всего используются датчики с электрически неактивным упругим элементом, процедуры преображения и изменения которого возникают в разных составных частях.Самыми точными системами приборов для измерений массы служат механические, механически-гидравлические и гидравлические приспособления измерения силы.

Механические датчики всегда применяют с рычажными вычислительными механизмами. Силоизмеряющим гидравлическим датчиком является плотное количество свернувшейся жидкости, которая находится в отдельных ячейках.

Для измерения напряженно-изменяющейся массы элементов и установок при их использовании применяют цикл тензоме-трических методов, их базой являются разные физические правила вычислений [10].

Существует огромный ряд тензометров, схема работы которых состоит в преобразовании сопротивления под влиянием из-

« ТЛ __"

менений. В таком случае ощущаемой составной частью этих тензометров служат тензорезисторы, они, как правило, располагаются на таких упругих составляющих.

Принцип действия тензометрических

преобразователей основан на особенностях материи преобразовывать собственное электрическое противодействие при механических изменениях под влиянием давящего веса.

Проволочные тензорезисторы включают в себя манганиновые проволоки, расположенные в линии петель, данные тен-зорезисторы располагают поверх стороны, которая изменяется под действием силы. Преимуществом проволочных тензорези-сторов являются: маленькие параметры, вес и стоимость, хорошая устойчивость и постоянность. Слабой стороной является небольшое количество относительного преобразования сопротивления и погрешность, связанная с температурой [1].

Фольговые тензорезисторы включают в себя фольгинированную чувствительную решетку, находящуюся на небольшой лакированной пленке.

Пленочные тензорезисторы включают в себя прямоугольной формы решетку с весомым соотношением параметров. Их преимуществом принято считать прекрасные обстоятельства теплоотдачи и достоверность измерения.

Полупроводниковые тензорезисторы создают из компонентов, взятых из кремния или германия, с нужной величиной добавок для создания нужного результата.

Тензорезисторы часто применяются для испытаний техники для сельского хозяйства, их преимуществом являются малые параметры и вес, постоянные свойства.

Магнитоупругие преобразователи считаются одним из видов электромагнитных преобразователей. Схема работы заключается в преобразовании магнитной пропу-скаемости ферромагнитных элементов с учетом механизированных усилий, которые взаимосвязаны с влиянием на ферромагнитные элементы механизированных сил. В свою очередь, преобразование порождает преобразование индуктивности катушки.

Магнитоупругие преобразователи имеют способность функционировать как индуктивные сопротивления и как трансформаторные устройства.

Магнитоупругой погрешностью считается неточность неповторяемости положения сердечника при наполнении и выгрузке, для ее снижения сердечник требуется делать из ферромагнитных элементов с большой мерой гибкости.

Емкостной преобразователь - это датчик, благодаря которому нахождение определяемого значения превращается в нахождение емкостного противодействия. Его полнота преобразуется благодаря нахождению анелектрического значения.

Индуктивный преобразователь - это датчик изменения числа определяемого параметра в параметр индуктивности. Он состоит из катушки, у которой целое противодействие преобразуется при совместном передвижении частей магнитных проводов сравнительно друг друга.

Дифференциальный преобразователь включает в себя несколько схожих одиночных датчиков, которые имеют единую движущуюся часть. Из-за применения дифференциальных элементов снижается аддитивная неточность, в несколько крат увеличивается чувствительность.

Трансформаторные преобразователи -это датчики, изменяющие показатели искомого параметра в показатель общей индуктивности.

Существует несколько типов индуктивных датчиков: с преобразующимся противодействием магнитов и одинаковым противодействием магнитов и перемещающейся обмоткой.

Принятая величина магнитодвижущей силы имеет или небольшой ток при крупной величине оборотов, или значительный ток при небольшом количестве оборотов. При нахождении количества оборотов известными значениями представляются магнитодвижущая сила и размер отвер-

стия катушки. При определении количества оборотов обязательно по правилам совмещать противодействия знака и цепи.

Неточности индуктивных датчиков объясняются изменениями напряжения и степени нагретости датчика. Абсолютный метод сокращения неточностей от наружных причин - это повышение восприятия датчика к определяемому значению, т.к. восприятие датчика к наружным причинам не обусловлено определяемым значением.

Пьезоэлектрические преобразователи - это датчики, которые делаются из элементов с прямым или обратным пьезоэлектрическим явлением. Прямой пьезоэлектрический эффект состоит в появлении электрических потенциалов на концах при влиянии на него действующей силы, которая способствует появлению напряжения в элементе. Обратный пьезоэлектрический эффект характеризуется сменой своих параметров при расположении пьезоэ-лектрика в определенном поле.

Пьезоэлектрических материалов очень много. Наиболее известен кварц ^Ю2). Эффект наблюдается и у изотипов кварца GeO2, а также фосфатов и арсениатов: GaPO4, GaAsO4, А1Р04, FePO4 и т.д. Их пьезоэлектрический эффект связан с деформациями тетраэдров М04, составляющих их структуру. Кварц обладает уникальным сочетанием замечательных свойств: он пьезоэлектрический; можно найти кристаллографические ориентации, которые минимизируют тепловое расширение; он имеет очень низкие механические потери или, другими словами, отличный механический фактор качества.

Вывод. Методы измерений массы базируются на преобразователях измерений силы и перемещения. Наиболее простыми и дешевыми являются тензометрические преобразователи, использование которых в составе мостовой схемы позволяют компенсировать ряд погрешностей по знаку и повысить точность измерений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бондарева Г.И., Леонов О.А. Метрология: измерение массы в АПК. - М.: Изд-во ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. - 344 с.

2. Леонов О.А., Карпузов В.В., Шкаруба Н.Ж., Кисенков Н.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. - М.: Издательство КолосС, 2009. - 468 с.

3. Леонов О.А., Бондарева Г.И., Шкаруба Н.Ж. Влияние погрешности средств измерений на потери при ремонте сельхозтехники // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 11. С. 27-29.

4. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Расчет затрат на контроль технологических процессов ремонтного производства // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ 2004. № 5. С. 75-77.

5. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Метрология и технические измерения. - М.: Изд-во РГА-У-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2015. - 239 с.

6. Леонов О.А. Метрологическое обеспечение контроля гильз цилиндров при ремонте дизелей / О.А. Леонов, Н.Ж. Шкаруба, Ю.Г. Вергазова, УЮ. Антонова // Вестник Барановичского государственного университета. Серия: Технические науки. 2018. № 6. С. 104-109.

7. Леонов О.А., Бондарева Г.И., Шкаруба Н.Ж. Оценка качества измерительных процессов в ремонтном производстве // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2013. № 2. С. 36-38.

8. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Темасова Г.Н. Курсовое проектирование по метрологии, стандартизации и сертификации. - М.:ФГОУ ВПО МГАУ, 2011. - 120 с.

9. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Вергазова Ю.Г., Голиницкий П.В. Управление качеством производственных процессов и систем. - М.: Изд-во РГАУ-МСХАимени К.А. Тимирязева, 2018. - 182 с.

10. Черкасова Э.И., Голиницкий П.В., Вергазова Ю.Г., Антонова УЮ. Анализ и синтез процессов обеспечения качества. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2018. - 174 с.

11. Черкасова Э.И., Голиницкий П.В. Использование информационных технологий для идентификации качества продуктов переработки зерна на этапах товародвижения // В сборнике: Инновационные достижения науки и техники АПК Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции. 2018. - С. 408-410.

REFERENCES

1. Bondareva G.I., Leonov O.A. Metrologiya: izmerenie massy v APK [Metrology: mass measurement in agriculture]. Moscow, Izd-vo FGBNU «Rosinformagrotekh», 2014, 344 p.

2. Leonov O.A., Karpuzov V.V., Shkaruba N.Zh., Kisenkov N.E. Metrologiya, standartizaciya i sertifikaciya [Metrology, standardization and certification]. Moscow, Izdatel'stvo KolosS, 2009, 468 p.

3. Leonov O.A., Bondareva G.I., Shkaruba N.Zh. Vliyanie pogreshnosti sredstv izmerenij na poteri pri remonte sel'hoztekhniki [Influence of measurement error on losses during repair of agricultural machinery]. Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva, 2007, no. 11, pp. 27-29.

4. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh. Raschet zatrat na kontrol' tekhnologicheskih processov remontnogo proizvodstva [Calculation of costs for control of technological processes of repair production]. Vestnik FGOU VPO MGAU, 2004, no. 5, pp. 75-77.

5. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh. Metrologiya i tekhnicheskie izmereniya [Metrology and technical measurements]. Moscow, Izd-vo RGAU-MSKHA imeni K.A. Timiryazeva, 2015, 239 p.

6. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Vergazova Yu.G., Antonova U.Yu. Metrologicheskoe obespechenie kontrolya gil'z cilindrov pri remonte dizelej [Metrological assurance of control of cylinder liners repair of diesel engines]. Vestnik Baranovichskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnicheskie nauki, 2018, no. 6, pp. 104-109.

7. Leonov O.A., Bondareva G.I., Shkaruba N.Zh. Ocenka kachestva izmeritel'nyh processov v remontnom proizvodstve [Quality assessment of measuring processes in repair production].

Vestnik FGOU VPO MGAU, 2013, no. 2, pp. 36-38.

8. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Temasova G.N. Kursovoe proektirovanie po metrologii, standartizacii i sertifikacii [Course design in metrology, standardization and certification]. Moscow, FGOU VPO MGAU, 2011, 120 p.

9. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Vergazova YU.G., Golinickij P.V. Upravlenie kachestvom proizvodstvennyh processov i system [Quality management of production processes and systems]. Moscow, Izd-vo RGAU-MSKHA imeni K.A. Timiryazeva, 2018, 182 p.

10. Cherkasova E.I., Golinickij P.V., Vergazova Yu.G., Antonova U.Yu. Analiz i sintez processov obespecheniya kachestva [Analysis and synthesis of quality assurance processes]. Moscow, Izd-vo RGAU-MSKHA imeni K.A. Timiryazeva, 2018, 174 p.

11. Cherkasova E.I., Golinickij P.V. Ispol'zovanie informacionnyh tekhnologij dlya identifikacii kachestva produktov pererabotki zerna na etapah tovarodvizheniya [Use of information technologies to identify the quality of grain processing products at the stages of commodity movement]. V sbornike: Innovacionnye dostizheniya nauki i tekhniki APK Sbornik nauchnyh trudov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 2018, pp. 408-410.

Материал поступил в редакцию 01.12.2019 © Потапова С.Ю., Ибодуллаева М.А., Скобелева Л.А., 2019