Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 ... 48

проблемам построения рядов и обоснованию их технико-экономической эффективности.

При изучении исторического аспекташзоцесса развития рядов предпочтительных номиналов бросается глаза следующая закономерность: центром кристаллизации работ по теории рядов оказывается отрасль, связанная с созданием мшщн-орудий, для которых эти вопросы являются доминирующими. ПоЬтроение станков в соответствии с определенными математическим!} закономерностями наложило свой отпечаток и на их продукцию: геометрические параметры и поля допусков изделий машиностроения в основном уже соответствуют геометрической прогрессии. В настоящее время решается последний вопрос, доставшийся в наследство станкостроителям от того времени, когда основной была ручная, кустарная обработка металла, - вопрос номиналов диаметров и шагов резьб. И хотя стандартизация в машиностроении принесла колоссальный выигрыш не. только станкостроителям, но и потребителям продукции машиностроения, она до сих пор в основном является сферой приложения усилий разработчиков машин-орудий.

Аналогичное положение складывается и в измерительной технике. И здесь стандартизация номиналов связана с созданием специализированных машин-орудий, но только орудий по переработке информации. Если рассматривать процесс измерений как процесс получения своеобразной готовой продукции - информации, то информационно-измерительная система является тем станком, на котором производится эта продукция. И подобно тому, как машиностроители могут на универсальных станках' обрабатывать практически любую заготовку любой случайной формы с помощью ограниченного набора стандартных инструментов, так и измерители должны быть в состоянии обработать любой источник измерительной информации - контролируемый объект - с помоиу>ю ограниченного набора стандартных элементов ИИС, входящих в непосредственный контакт с объектом (заготовкой), т. е. с помощью стандартных датчиков. Продолжая аналогию между датчиком и металлообрабатывающим инструментом, можно заметить, что пропорция между числом выпускаемых станков и числом выпускаемых инструментов, которое на два порядка больше, сохраняется и для сочетания электронные системы сбора д регистрации измерительной информации - датчики . Подобные многим инструментам, датчики встречаются с единственной заготовкой, после обработки которой они полностью исчерпывают заложенный в них ресурс. Наконец, такие параметры инструментов, пригодных для работы с различными станками, как универсальность и взаимозаменяемость, являются необходимыми и при создании комплектов датчиков, применяемых в различных ИИС.

Все сказанное дает основание сделать вывод, что тенденции и методика стандартизации датчиков, по-видимому, будут еще



долгое время повторять тенденции, отчетливо сформировавшиеся в области стандартизации металлообрабатывающего инструмента.

В то же время специфика работы устройств по переработке информации, естественно, должна каким-то образом повлиять на конкретные решения в области стандартизации, и поэтому, например, механическое копирование рядов предпочтительных номиналов из других областей техники может оказаться недостаточно эффективным. Для иллюстрации этого положения целесообразно рассмотреть конкретные примеры рядов, заимствуемых измерительной техникой.

В настоящее время в измерительной технике встречается в основном две категории рядов предпочтительных чисел: ряды, рекомендованные Международной организацией по стандартизации (ИСО) для общепромышленного применения и вошедшие в ГОСТ 8032-56, н ряды, разработанные значительно раньше Международной электротехнической комиссией (МЭК) для номиналов комплектующих изделий электро- и радиопромышленности (резисторов, конденсаторов).

Ряды ИСО были разработаны специальным Техническим комитетом (ИСО/ТК19), который принял в 1953 г. международную рекомендацию по предпочтительным числам. В 1955 г. была принята также рекомендация (ИС0/Р17) Руководство по применению предпочтительных чисел и рядов предпочтительных чисел .

СССР, являясь активным членом Комитета ИС0/ТК19, участвовал в разработке этих рекомендаций, и действующий ГОСТ 8032-56 целиком основан на них.

На основе указанных рекомендаций ИСО разработаны также национальные стандарты США, Англии, Франции, ГДР, ФРГ, ВНР, ПНР, ЧССР, СФРЮ и ряда других стран.

ГОСТ 8032-56 в отличие от предшествующих стандартов является основой для установления номиналов параметров и размеров не только в машиностроении, но и во всех других отраслях народного хозяйства и, следовательно, служит базой для увязки между собой изделий промышленности всех видов.

В ГОСТ 8032-56 установлены четыре основных ряда предпочтительных чисел (R5, R10, R20, R40) и один дополнительный (R80). Все они представляют собой десятичные ряды (т. е. повторяющиеся в каждом десятичном интервале) и имеют знаменатели, приведенные в табл. 1.1.

Любой член ряда может быть вычислен по формуле

а„ = aq -,

где а„ - п-й член ряда, ш - первый член ряда (основание ряда), q - знаменатель геометрической прогрессии.

Поскольку точные значения членов.ряда, как правило, не выражаются десятичной дробью с конечным числом значащих цифр после запятой, в таблицах рядов номиналы в необходимых случаях округляются с точностью до 1,26%.



Таблица 1.1

разработчик

Значения знаменателя прогрессии

Число членов

Относительный

Тип ряда

ное обозначение ряда

приближенное

округленное (испо.пь-зуемое)

ряда в одном десятичном интервале

шаг между соседними членами ряда. %

1,5849

1,2589

1,25

[ НОЙ

1,1220

1,12

1,0593

1,06

ИСО

,Цопол нитель-

1,0292 ! 1,03

пый

R5/3

2(1)

R10/3

4(3)

R20/3

7(6)

R40/3

14 (13)

мэк

Основной

ЕС Е12

1,5 1,2

6 12

1,05

Для указания значения первого члена ряда, от которого образуются все другие члены, условное обозначение ряда дополняется числом, заключенным в скобках между двумя многоточиями, например R5 (... 1 ...).

Кроме общих свойств, присущих членам геометрических прогрессий, ряды ГОСТ 8032-56 обладают еще одним весьма важным свойством - совместимостью с двоичными рядами.

Если принять приближенно, что 10 2 (1000 я 1024), То i/l0;= j/2, и в ряду R10 через каждые три члена мы имеем удвоение номинала.

В связи с особыми свойствами таких рядов, содержащих лишь часть членов исходного ряда, ГОСТ 8032-56 допускает образование рядов R5/3, R10/3, R20/3 и т. п. Обозначение ряда дробью со знаменателем 3 означает, что из исходного ряда путем вычеркивания части членов оставлен только каждый третий член. ряда.



Таблица 1.2 Производные ряды R 10/3

п

3-к

: и

О >,

О Q - а .

1,25

3,15

1101

12,5

31,5

11001

1000

1250

1600

.

Таблица 1.3

Производный ряд R20/3 (... 1 ...) (рекомендуемый для применения в датчиках)

Порядковый номер члена ряда

Номинал

Порядковый номер члена ряда

Номинал

31,5

11,2

22,4

1000

Это вычеркивание может быть выполнено тремя способами, в зависимости от того, какой номинал (основание ряда) желательно сохранить. Например, из ряда R10 можно образовать три ряда, R10/3 (...1...), R10/3 (...10...) или R10/3 (...100...). Эти три производных ряда показаны в табл. 1.2. Если их совместить, мы получим вновь полный ряд R10 для трех десятичных интервалов.

В целях унификации рядов, сокращения числа членов и обеспечения сохранения одних и тех же рядов номиналов для значений функционально связанных величин (например, перемещений и скоростей или ускорений) теоретические номиналы любого размерного физического параметра должны выбираться из ряда (или рядов), содержащих в качестве одного из членов основание ряда, равное 1, при условии измерения этого параметра в единицах СИ. Для безразмерных величин это требование также сохраняется.

Таким образом, из трех рядов, показанных в табл. 1.2, лишь один ряд R10/3 (...1...) может быть использован в качестве ряда предпочтительных номиналов для стандартизации основных параметров датчиков, таких, как предел измерения, погрешность, частотный диапазон, чувствительность, уровень выходного сигнала и т. п. Что касается знаменателя геометрической прогрессии, то он должен быть выбран из совокупности рекомендуемых ГОСТ 8032-56 знаменателей (см. табл. 1.1) с учетом конкретных условий, оговоренных в техническом задании на проектирование датчика. Поскольку относительный шаг ряда R10/3 составляет



Лиммиммит

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \

j P s15/6(qW)

1 1 .

W в io m- id io p

1 Pes RS/3(gi) . 1 1 I.I I.I I.I.I

10- w- 1 1 1 1. 1

D io io io io p . 1 1 1 1 1 1 1. 1 I- 1 1 1 1 1 1 1 L 1

УО-J 10-

I I I I I I и I I I

10* P

I P g R20/.I (q t.ii)

i I I I I I I I I I I I I 1,1 I I III I.M I I I I I I I I I I I M I

/fi-J 10- io 0 ic 10 ID io p

Рис. 1.3. Схема образования рядов пределов из.мерепий

50%, то ДЛЯ более рационального использования шкалы регистрирующего устройства целесообразно пределы измерения датчиков назначить по более частому ряду R20/3 (...1...), который приведен в табл. 1.3. Особо следует остановиться на целесообразности выбора такой совокупности знаменателей геометрической прогрессии, которая позволяла бы образовывать любой более частый ряд за счет располовинивания интервалов между членами предыдущего ряда. Схематически этот принцип может быть показан на примере назначения пределов измерения величины, существующей в широком диапазоне значений, который составляет несколько десятичных порядков, например усилий в диапазоне от 10 до 10* Н (рис. 1.3).

Пусть в качестве исходного ряда выбран ряд R5/3 (...1...) со знаменателем q = 4. Тогда делением интервала между членами, нанесенными на график в логарифмических координатах, получим более частый ряд R10/3 со знаменателем q = 2. Более редкий ряд R5/6 может быть получен удвоением интервалов. При этом знаменатель геометрической прогрессии будет q = 8.

Зависимость между величиной знаменателя q и числом образованных рядов выводится из геометрических соотношений:

д Al Ignn -Igan-i Iggn/Q/i-i - rn b 4m,

где Al - интервал первого (самого редкого) ряда, Is. - интервал w-ro ряда, т - порядковый номер ряда, соответствующий числу



проведенных операций удвоения числа членов ряда, a - один из членов первого ряда, a i - предыдущий член того же ряда; (7i - знаменатель прогрессии первого ряда. Из этого выражения следует, что

Чт,-

Следует отметить, что ряды со знаменателями прогрессии (7 = 2 и (7 = 1/2 = 1,4 получили в технике очень широкое применение. Так, все стандарты на фотографические материалы и параметры технических устройств, форматы чертежей в машиностроении построены по ряду R20/3 со знаменателем q ]/2 - = 1,4.

Двоичные ряды для таких параметров, как частота, число каналов, длительность временного интервала и т. п., позволяют реализовать простейшим способом построение соответствующей электронной аппаратуры, использующей элементы с двумя устойчивыми состояниями. Поэтому опыт, накопленный разработчиками, показывает, что внедрение указанных рядов либо дает ощутимый эффект, либо, в другом крайнем случае, не приносит ни выигрыша, ни ущерба вследствие замены одних волевых решений другими.

1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКСП-ЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ ДАТЧИКОВ И МЕТОДЫ ИХ ОПИСАНИЯ

В процессе эксплуатации датчики располагают непосредственно на объекте измерения.

Р'словия эксплуатации на современных объектах измерения весьма разнообразны. Это могут быть лабораторные условия с температурой, давлением и влажностью, колеблющимися в незначительных пределах, могут быть весьма жесткие условия стендовых испытаний реактивного двигателя или же уникальные внешние условия космического полета. Если в первом случае условия эксплуатации можно считать легкими, то во втором случае датчики работают в условиях повышенных температур, воздействия вибраций и мощных акустических полей, а в третьем - в условиях невесомости, вакуума, нестационарных, тепловых воздействий.

В процессе проектирования обеспечивается устойчивость датчиков к воздействию заданного комплекса внешних условий. При этом как для успешного проектирования, так и для подтверждения устойчивости датчиков к внешним воздействиям в процессе испытаний важное значение имеет правильность и достаточная подробность задания характеристик внешних условий в техническом задании и технических условиях.

Рассмотрим основные способы задания характеристик условий эксплуатации.



1. Наиболее удобной формой задания характеристик влияющего фактора является закон распределения его значений (функции плотности вероятностей). Однако на практике конкретное выражение закона распределения задается крайне редко и его следует оценить по другим более доступным характеристикам, при этом во всех случаях обязательным является задание граничных значений влияющего фактора.

2. Задание аналитической зависимости изменения влияющего фактора во времени х = f {t). Выражение для функции плотности вероятностей р (t) в этом случае можно найти следующим образом. Определяем величину, обратную первой производной заданной функции / (t) т. е. 1 (t). В полученной формуле время t выражаем через X. Затем производим нормирование в диапазоне изменения рассматриваемого фактора. С учетом нормирующего множителя А получаем

flt = (e(x)]

Рассмотрим простейший случай линейной зависимости. Пусть

X = 2t, причем О < л; < 16. Величина, обратная первой произ-

водной, равна V2. Выполним нормирование А-- dx=\, откуда

о

Выражение для функции плотности будет иметь вид

Следовательно, влияющий фактор распределен по равномерному закону с постоянной плотностью р (х) = /l6-

Рассмотрим случай нелинейной функции x = 2]/t. Находим функцию, обратную первой производной:

1/л;(0 = 1/ Выражаем t через х (из исходной зависимости):

t = л;2/4.

Подставляем t в выражение для 1/х' (f):

Их {t) = x/2.

Выполним нормирование в диапазоне между нижним х„ и верхним Хв значениями влияющего фактора:

Adxl,



Учитывая нормирующий множитель А, получаем выражение для функции плотности вероятностей

Таким образом, плотность вероятностей линейно нарастает при изменении х от до х^.

Математические ожидания и дисперсии находят обычными методами, разработанными теорией вероятностей.

3. Задан график зависимости влияющего фактора во времени (осциллограмма, магнитная запись и т. п.). Для оценки числовых характеристик одномерной плотности распределения в этом случае строим гистограмму, для чего разобьем весь диапазон изменения влияющего фактора на равные интервалы Ал;, как показано на рис. 1.4, а. Границы интервалов обозначены О, xi, Xj. Значениям границ интервалов разбиения диапазона влияющего фактора соответствуют моменты времени О, ti, ... h, Т. Далее, считая представителем каждого интервала разбиения его среднее значение, определяемое как

x,=-x, i-f Ax/2,

и оценивая вероятность нахождения значений влияющего фактора в данном интервале как

р и - tj-i

строим таблицу распределения (рис. 1.4, б) и гистограмму (рис. 1.4, е).

Числовые характеристики подсчитывают по данным таблицы (рис. 1.4, б) как для обычного-дискретного распределения.

4. Задана таблица значений влияющего фактора, полученная на основе длительных регулярных наблюдений. Рассматривая данную таблицу как простую статистическую совокупность, необходимо разбить весь диапазон изменения фактора на разряды (подобно интервалам предыдущего случая), подсчитать частоту


ч

Ч

1 2 3

5 6

Рис. 1.4. Зависимость влияющего фактора от времени



попадания значений фактора в каждый разряд, построить таблицу распределения и гистограмму. Характерным примером рассмотренного способа могут служить многолетние метеорологические наблюдения. На рис. 1.5, 1.6 и 1.7 представлены гистограммы распределения влажности, температуры и атмосферного давления, полученные по данным пятилетних наблюдений для Московской области. По этим гистограммам можно рассчитать числовые статистические характеристики распределений.

5. Влияющий фактор задан граничными значениями диапазона йзмененшггПрйотсутствии всякой априорной информации о законе распределения следует, исходя из концепции максимальной неопределенности, принять закон распределения равномерным и рассчитать дисперсию по формуле

0,075

0,050

0,025

20 Ы 60 Влажность, %

D(x)-=

Рис. 1.5. Гистограмма распределения влажности

где Ха и Хн - верхняя и нижняя границы диапазона соответственно. Если есть достаточные основания предполагать, что закон распределения близок к нормальному, то дисперсию определяют по формуле

Рассмотрим кратко основные влияющие факторы, с которыми приходится иметь дело при проектировании, испытаниях и эксплуатации датчиков.

Температура. Температура является одним из основных факторов, влияющих на характеристики датчиков.

Исчерпывающим способом описания теплового воздействия на датчик является график изменения температуры во времени в месте его установки. Изменение температуры может носить либо стационарный характер (рис. 1.8, а), либо нестационарный (рис. 1.8, б).

В первом случае можно построить одномерную плотность распределения температуры в любой момент времени и оценить пара-етры распределения, например среднее значение и дисперсию. При этом можно сказать, что температура меняется в пределах



J1L п

o,os

л

o,os -

0,015

0,025 -

Г

J--h-\o

-32 -22 -11 0 8 IB 28 tX BBO

1000 1020 P, Мбар

Рис. 1.6. Гистограмма распределения Рис. 1.7. Гистограмма распределения температуры атмосферного давления

ОТ Tiin до Тщах СО средним значением 7 ср и среднеквадратичным отклонением а^. Такая характеристика теплового воздействия достаточна для проведения различного рода испытаний.

Во втором случае требуется более подробная характеристика воздействия температуры. Действительно, начальный участок характеризуется быстрым нарастанием температуры в течение времени у. Такое нарастание называют термоударом. Основные характеристики термоудара: скорость (градиент) нарастания температуры AT/At и длительность /у.

Дальнейшее развитие теплового процесса можно считать квазистационарным и характеризовать его аналогично первому случаю. Таким образом, нестационарный тепловой процесс рассматривается как совокупность квазистационарного процесса и термоударов, которых в общем может быть несколько. Этот случай

охватывает и процессы, носящие знакопеременный характер. Количественно температурные изменения могут достигать -256° С (например, при изменении давления в баллоне с жидким водородом), +3000° С и выше (при измерениях давления в камере сгорания реактивного двигателя).

Вибрации. Измерения при воздействии вибраций весьма часто имеют место при проведении различного рода экспериментальных исследований.

г

Г

Рис. 1.8. Примеры изменения во времени температуры, воздействующей на датчик



1 2 3 4 5 ... 48

Яндекс.Метрика