Приборостроение

Как видно из вышеприведенного списка, измерение времени проводится маятником в механических часах и временем разрядки или зарядки конденсатора до заданной емкости в электронных. В этом промежутке есть приборы, измеряющие время, которые используют импульсы электрического тока; квантовые свойства вещества; роторы электродвигателей и многое другое.

В каждом случае вопросы точности и погрешности измерений имеют свою специфику. Во всех случаях измерение времени сводится (или исходит) к установлению соответствия между двумя или более системами колебаний.

Поэтому, говоря о метрологических характеристиках часов в первую очередь имеют в виду постоянство частоты колебаний (или автоколебаний), с которым связано измерение: точность измерений задается именно этим постоянством.

Кроме этого, внешнего источника сигнала времени, немаловажна точность колебаний собственной колебательной системы: а это – вопросы проектирования и производства.

Для приборов, предназначенных для показания текущего времени, введен параметр поправки показаний прибора:

U = Т₁– Т_пр,

в которой Т₁ – точное время; Т_пр – показания прибора. Это измерение называют суточным ходом прибора.

w = U₂ – U₁,

для разных часов 180 w 10^-7 c, где U₁, U₂ – поправки, соответствующие началу первых и следующих суток.

Но суточный ход может отклоняться от правильного (отстать или спешить) или зависеть от вариации (от специфических свойств системы измерения времени (часы: кварцевые, маятниковые, карманные, наручные и прочие)). У каждого прибора имеется своя специфика, следовательно, свой суточный ход.

Для учета роли случайных факторов в отклонении суточного хода l пользуются формулой:

L_k = w_k – w_ср

W1 + W 2 + … + Wn

где 

 —средний суточный ход за n – суток; I_k – отклонение суточного хода за К-ные сутки.

Если w 0 – часы спешат; w 0 – часы отстают.

43. Приборы времени специального назначения

Для оперирования в быту и решения технических вопросов параметры U, w оказываются достаточными. Но там, где требуется наибольшая точность (астрономия, авиация, ВМФ, мореходство и др.) пользуются и другими параметрами.

В их основе – вариация.

V = w₂– w₁,

где w₂, w₁ – суточные ходы для следующих одни за другими суток; V – отклонение.

I_k = w_k – w_cp

где I_k – отклонения суточного хода за К-ые сутки; К = 1, 2,..., n; w_cp – средний суточный ход за n суток.

Поправка U определяется по эталонным часам: без этого параметра рассчитать величины w, Ik невозможно.

На точность часов также влияет температура среды, которая характеризуется коэффициентом С; из-за этого явления возникает вторичная ошибка S.

Коэффициент С и его последствие – ошибка S – вычисляются по формулам:

В этих формулах цифры в индексах показывают сутки, для которых определены коды приборов.

Коэффициент температурного расширения зависит от технических свойств материала, от самой конструкции прибора и находится в границах

0,0005 = C =0,5,

измеряется в с/град.

Следующая характеристика приборов времени – это барометрический коэффициент.

где w₁, w₂ – суточные ходы часов при соответствующих давлениях p₁, p₂.

Обычно 0,01 К 0,25 (с) на изменение давлений 1 мм рт. ст.

Причина в том, что как выше было отмечено, для работы приборов времени источником первичного толчка служит внешний сигнал: колебательные системы этого источника и своя собственная, определяют разрешительную способность прибора.

44. Приборы для измерения параметров движения

Рассмотрим такие параметры движения, как скорость, ускорение, угловые скорость и ускорение.

Для измерения скорости поступательного перемещения достаточно знать длины пути и времени. Тогда средняя скорость:

где S – длина пути; t – промежуток времени.

Погрешность измерений, само собой разумеется, складывается из погрешностей измерений перемещений и времени

Измерение ускорения при поступательном перемещении измеряется точно так же:

Погрешность измерения ускорений также определяется погрешностями, допущенными при измерении величины перемещения и времени, затраченного на это перемещение.

Для измерения скорости перемещения поступательного движения часто пользуются приборами, которые преобразуют угловую скорость в линейную.

Сперва разберемся с угловой скоростью: это измерение угла поворота х за время t; эту величину называют средней угловой скоростью.

Если взять производную по времени, то получим угловое ускорение.

Для измерения линейной скорости применяются различные приборы с электрическими датчиками. Наиболее надежными из них являются приборы с индукционными датчиками: чувствительность – 0,07 мА/мм; погрешность – 12 мм при при 1 см/с.

Для измерения угловых скоростей применяются различные тахометры: механические, гидравлические, магнитные, электрические (обоих типов тока), импульсные и др.

Для измерения линейных ускорений при поступательном движении применяют акселерометры; наибольшей точностью из них обладают те, у которых имеются индуктивные датчики.