Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Современная метрология включает три составляющие: законодательную метрологию, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию. Из прикладной метрологии для нужд машиностроения выделяют технические измерения. В настоящее время к техническим измерениям, рассматриваемым во взаимной связи с точностью и взаимозаменяемостью в машиностроении, относят измерения линейных, угловых и радиусных величин. Результаты измерений выражают в узаконенных величинах.
Главная задача метрологии – обеспечение единства измерений, которая может быть решена при соблюдении двух условий:
1) выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;
2) установление допускаемых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.
Основные задачи метрологии:
1) установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, контроля и испытаний;
2) обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений;
3) разработка методов оценки погрешностей состояния средств измерения, контроля и испытаний;
4) передача размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средством измерений.
Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является Государственная служба обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативные документы ГСИ − государственные стандарты. Принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417-2002.
Главными единицами физических величин в СИ являются семь основных единиц и свыше 50 производных, имеющих специальные названия.
Основные единицы: метр − м (длина), килограмм − кг (масса), секунда − с (время), ампер − А (сила тока), кельвин − К (термодинамическая температура), моль (количество вещества) и кандела − кд (сила света).
Измерения - один из важнейших путей познания природы, объединяющий теорию с практической деятельностью человека. Измерения являются основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов и планирования, обеспечения требуемого качества продукции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологии, автоматизации производства, стандартизации, охраны здоровья и обеспечения безопасности труда и для многих других отраслей человеческой деятельности. Они количественно характеризуют окружающий материальный мир, раскрывая действующие в природе закономерности. Д.И.Менделеев очень образно выразил значение измерений для науки: "Наука начинается ... с тех пор, как начинают измерять. Точная наука невозможна без меры".
Во всем мире ежедневно производится огромное количество измерений. В интересах каждой страны, во взаимоотношениях между странами необходимо, чтобы результаты измерений, где бы они ни выполнялись, могли бы быть согласованы. Другими словами, нужно, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в разных местах и с помощью различных измерительных средств, были бы воспроизводимы на уровне требуемой точности.
В первую очередь для этого необходимо единообразие единиц физических величин и мер, осуществляющих вещественное их воспроизведение. Обеспечение высокой степени единообразия средств измерения является одним из условий обеспечения воспроизводимости результатов измерений. Кроме того, необходимо выполнение ряда других условий, чтобы обеспечить все те качества результатов измерений, которые нужны для сопоставимости и правильного использования, что в целом называется единством измерений. В общем случае под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.
Вопросами теории и практики обеспечения единства измерений занимается метрология. В современном понимании метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - один из путей совершенствования познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.
Современная научно-техническая революция обусловила развитие метрологии, связанное с усовершенствованием эталонов, разработкой новых методов точных измерений, осуществлением мероприятий по обеспечению единства и требуемой точности измерений.
Фантастическое ускорение научно - технического прогресса в XX веке и связанные с этим не всегда удовлетворяющиеся потребности в измерениях вызывают повышенный интерес к развитию методов и средств измерений, ибо “новые средства измерений знаменуют собой настоящий прогресс” (Б.С.Якоби, 1857 г.). Предназначение теории измерений в этой ситуации - теоретическое обеспечение создания новых средств измерений, разработка прогрессивных методов выполнения измерений и обработки результатов, разработка эталонов на новых физических принципах, опирающихся на физические константы, расширение номенклатуры величин, поддерживаемых эталонами. Велико практическое значение метрологии для народного хозяйства. Она служит научной основой измерительной техники. При этом под измерительной техникой, в широком смысле слова, понимают как все технические средства, с помощью которых выполняют измерения, так и технику проведения измерений.
Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.
В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов.
Один из основных стандартов - ГОСТ 16263-70 регламентирует терминологию в области метрологии. В дальнейшем изложении использованы термины и определения, рекомендованные ГОСТ 16263-70.
Измерение- нахожд.знач. ФВ опытным пустеем с помощью спец.тех.средств.
Измерение имеет ряд хар-к: Принцип изм., Метод изм., Качество изм.(Точность, Сходимость, Правильность, Погрешность, достоверность, воспроизведение)
Прямые методы измерений:
1) метод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора;
2) метод сравнения с мерой – метод, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой;
3) метод дополнения – метод, при котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;
4) дифференциальный метод – характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод позволяет получить результат высокой точности при использовании относительно грубых средств измерения;
5) нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины;
6) метод замещения – метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Нестандартизованные методы:
1) метод противопоставления – метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;
2) метод совпадений – метод, при котором разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Принцип измерений - это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерение расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве.
Существенные достоинства, которыми обладают электроизмерительные приборы, обусловили то, что прямые преобразования измеряемых величин (в частности неэлектрических) в перемещения указателей приборов стали заменять преобразованием их в электрические величины, измеряемые с помощью электроизмерительных приборов. Такой путь открыл возможность повышения точности измерений и измерения величин, ранее не поддававшихся измерениям.
Классификация измерений:
1.по хар-ке точности – равноточные, неравноточные;
2.по числу изм. –однократные, многократные;
3.по отношению к изменению изм.В- статические, динамические;
4.по метрологическому назначению – технические(не связанные с передачей ФВ), метрологические(связанные с передачей размера ФВ)
5.по выражению результата измерений- абсолютные, относительные;
6.по приемам получения результата - Прямые, косвенные, совместные, совокупные.
ПРЯМОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
Измерение проводимое прямым методом, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно из опытных данных.
КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
Измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение ФВ определяют на основании результатов прямых измерений других ФВ (аргументы), функционально связанных с искомой величиной (известная функциональная зависимость).
Во многих случаях вместо термина "косвенное измерение " применяют термин "косвенный метод измерения".
СОВОКУПНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.
СОВМЕСТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.
По характеру изменения измеряемой величины:
По количеству информации:
По отношению к основным единицам измерения:
В метрологии рассматривают:
- единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений;
- общую теорию измерений;
- основы обеспечения единства и единообразия средств измерений;
- эталоны и образцовые средства измерений;
- методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов. Один из основных стандартов - ГОСТ 16263-70 регламентирует терминологию в области метрологии.
Погрешностью измерения называется разница между результатом измерения х и истинным значением Q измеряемой величины:
Δ= x – Q Но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то для определения погрешности измерения в формулу вместо истинного значения подставляют так называемое действительное значение
Действительные значения – найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной истинной задачи может его заменить.
Классификация:
1)по способу выражения:
а) абсолютная Δ= Хизм- Хист
б) относительная δ= Δ/Хист*100%
в) δпр – приведенная относительная погрешность δпр= Δ/Хнормир.= Δ/Хшк*100%
2)по природе возникновения:
а)методическая, обусловлена упрощениям допущения при выборе модели измерения, несовершенства метода.
б)инструментальная(приборная, аппаратурная)-погрешность установки.
в)внешняя погрешность(за счет влияющих факторов)
г)субъективная или личностная погрешность. Ошибки оператора при отсчете показания. Отсутствие цифровых приборов.
д)погрешность вычисления.
3)В зависимости от поведения изм.В во времени различают погрешности.
4)По условию измерения СИ:
а) основная погрешность СИ, при нормальных условиях эксплуатации, влияющие величины лежат в нормальных границах.
б)дополнительная погрешность, при выходе влияющей величины за пределы нормали.
Погрешность сил в реальных условиях наз.рабочей.
5)По хар-ру зависимости о т изм.В: адьетивную(не зависит от ИВ) и мультипликативную(зависит)
6) По хар-ру проявления:
а)систематические, которые остаются не изменными. Могут быть предсказаны, определенны и устранены. Хар-ет првильность результата.
б)случайные, при повторном измерение одной и той же велечины, изменяется случ. В виде разброса. Хар-ет сходимость результата.
в)грубые погрешности(промахи) погрешность, величина которой существенно превосходит погрешность условленной экспериментом. Промахи выбрасывают из результата. Промахи влияют на годность измерений.
Погрешность измерения может быть представлена в форме абсолютной погрешности, выражаемой в единицах измеряемой величины и определяемой по формуле (4.1), или относительной погрешности, определяемой как отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:
δ = Δ/Q. (4.5)
В случае выражения случайной погрешности в процентах, отношение Δ/Q умножается на 100 %. Кроме того, в формуле (4.5) допускается вместо истинного значения Q использовать результат измерения х.
Широко применяется также понятие точность измерений − характеристика, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Другими словами, высокая точность соответствует малым погрешностям измерений. Поэтому количественно точность измерений можно оценить величиной, обратной модулю относительной погрешности
ε = 1/|δ|.
Под единством измерений понимают такое состояние процесса, когда его результаты с заданной вероятностью удовлетворяют установленным требованиям и выражены в принятой системе единиц. При этом единство и достоверность измерений обеспечивается системой мероприятий по метрологическому обеспечению, в содержание которого согласно ГОСТ 1.25 – 766 входят:
-установление и применение правил и норм точности измерений;
-выявление оптимальной номенклатуры параметров средств измерений
-обеспечение технических процессов современными методиками измерений;
-разработка образцовых мер и средств измерений для передачи единиц физических величин от эталонов к рабочим приборам;
-обеспечение готовности средств измерений к выполнению измерений с заданной точностью.
При оценке метрологических качеств средства измерений и возможности его использования проверяют его параметры и метрологические характеристики, к которым, в первую очередь, относят диапазон и погрешность измерений.
Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.
Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.
Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины хд, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него[1]. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. некоторой оговорённой вероятностью .
Смысл оценки параметров с помощью интервалов заключается в нахождении интервалов, называемых доверительными, между границами которых с определенными вероятностями (доверительными) находятся истинные значения оцениваемых параметров.
Вначале остановимся на определении доверительного интервала для среднего арифметического значения измеряемой величины.Тогда, полагая в уравнении (5.31) t1=-t2=tp, найдем вероятность попадания результата наблюдений в интервал (). Согласно формулам (5.35), (5.36) (5.35)
Ф(z)≡1 – Ф(-z) (5.36)
Получаем
.
Но
и, если систематические погрешности исключены (М[х] = Q),
(5.46)
Это означает, что истинное значение Q измеряемой величины с доверительной вероятностью P=2-Ф(tp)-1 находится между границами доверительного интервала [].
Половина длины доверительного интервала называется доверительной границей случайного отклонения результатов наблюдений, соответствующей доверительной вероятности Р. Для определения доверительной границы задаются доверительной вероятностью, например Р=0,95 или Р = 0,99, и по формуле
(5.47)
определяют соответствующее значение Ф(tp) интегральной функции нормированного нормального распределения. Затем по данным зависимости Ф(tp) от tp находят значения коэффициента tp и вычисляют доверительное отклонение, равное
(5.48)
Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное 1, и применяемое для количественного выражения однородных физических величин. Например: 1 м – единица длины, 1 с – времени, 1А – силы электрического тока.
Основная единица физической величины – единица основной физической величины в данной системе единиц.
Основные единицы Международной системы единиц (СИ): метр (м),
килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд).
Дополнительная единица системы физических величин
Термин «дополнительная единица» был введен в 1960 г.
Дополнительными единицами являлись «радиан» и «стерадиан». В 1995 г. XIX Генеральной конвенцией по мерам и весам (ГКМВ) класс дополнительных единиц исключен.
Производная единица системы единиц физических величин –единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.
1 м/с – единица скорости, образованная из основных единиц СИ – метра
и секунды. 1 Н – единица силы, образованная из основных единиц СИ –
килограмма, метра и секунды.
Системная единица физической величины – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц.
Основные, производные, кратные и дольные единицы СИ являются
системными. Например: 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм.
Внесистемная единица физической величины – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц.
Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяются на
четыре группы:
1 – допускаемые наравне с единицами СИ;
2 – допускаемые к применению в специальных областях;
3 – временно допускаемые;
4 – устаревшие (недопускаемые).
Когерентная производная единица физической величины –производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1.
Когерентная система единиц физических величин – система единиц физических величин, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц.
Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в
когерентную систему.
Кратная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.
Единица длины 1 км = 103 м, то есть кратная метру; единица частоты 1 МГц (мегагерц) = 106 Гц, кратная герцу; единица активности радионуклидов
1 МБк (мегабеккерель) = 106 Бк, кратная беккерелю.
Дольная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. = 10-6 с являются дольными соответственно от метра и секунды.
Различают базовые единицы измерения, которые определяются с помощью эталонов, и производные единицы, определяемые с помощью базовых. Выбор величины и количества базовых единиц измерения может быть произвольным и определяется только традициями или соглашениями. Существует большое количество различных систем единиц измерения, которые различаются выбором базовых единиц измерения.
СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.
Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (сила света). В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия.
Приставки можно использовать перед названиями 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.
Международная научная и практическая деятельность по обеспечению единства измерений координируется несколькими международными организациями, разграничивающими области своей компетенции по научно - техническому и территориальному признакам.
BIPM - Bureau International des Poids et Mesures (МБМВ - Международное бюро мер и весов, Севр, Франция) - первая международная организация. Основной вид деятельности - координация работ по международным сличениям государственных эталонов.
OIML - Organisation International de Metrologie Legale (МОЗМ - Международная организация законодательной метрологии, Париж, Франция) - кординирует разработку международных нормативных документов, регламентирующих основные метрологические нормы и правила в области испытаний и применения средств измерений, нормирования и контроля метрологических характеристик средств измерений, разработки и экспертизы методик выполнения измерений и оценки характеристик погрешности измерений.
Деятельность этих двух организаций поддержана нормативными документами, которые разрабатываются с их участием Международной организацией по стандартизации - ИСО (International Organisation for Standartization - ISO, Geneve, Switzerland). С другой стороны, в документах ИСО применяются метрологические рекомендации, разработанные МБМВ И МОЗМ.
Международная электротехническая комиссиея - МЭК (International Electrotechnical Comission - IEC, Geneve, Switzerland), применяет в метрологических разделах своих документов правила и методы, установленные МБМВ, МОЗМ, ИСО.
Научная деятельность, посвященная развитию науки об измерениях, теории и практики измерений, проблемам обучения метрологии и измерениям, координируется Международной Измерительной Конфедерацией - ИМЕКО (International Measurement Confederation - IMEKO, Budapest, Hungary) посредством организации и проведения международных конгрессов, симпозиумов, научных школ по широкому кругу проблем теории измерений, теоретической, прикладной и законодательной метрологии.
С целью объединения усилий и средств для выполнения дорогостоящих метрологических работ, таких, как создание эталонов, использование эталонов, выполнение поверочных и калибровочных работ, унификации законодательных документов метрологические институты и метрологические лаборатории стран Северной Америки и стран - членов ЕЭС в конце 80 -х годов начали создавать союзы.
В объединенной Европе созданы следующие союзы сотрудничающих институтов и лабораторий.
EUROMET (ЕВРОМЕТ - сотрудничество европейских институтов по метрологии) - координирует совместную в рамках стран - членов ЕЭС разработку эталонов и сложных измерительных систем во избежание дублирования, а также совместное использование этих эталонов и установок.
WELMEC - Западно - Европейское сотрудничество в области законодательной метрологии.
WECC - Западноевропейский калибровочный союз.
WELAC - Западноевропейское сотрудничество по аккредитации испытательных лабораторий.
В 1991 году между калибровочными службами стран, входящих в ЕЭС и ЕАСТ ( Европейская ассоциация свободной торговли) были заключены первые двусторонние соглашения по взаимному признанию сертификатов о калибровке средств измерений. Эти соглашения были утверждены Европейской организацией по испытаниям и сертификации.
По примеру Европы в 1993 году США, Канада и Мексика организовали союз метрологических институтов NORAMET. Цели этого союза и формы сотрудничества аналогичны тем, которыми руководствуется ЕВРОМЕТ.
Перечисленные европейские объединения и союзы действуют при административной поддержке правительства и парламента объединенной Европы.
КООМЕТ - Восточно-Европейская организация по метрологии, в которую входят следующие государства: Беларусь, Болгария, Германия, Казахстан, Куба, Литва, Молдова, Польша, Россия, Румыния, Словакия, Украина.
Рассмотрим главнейшие системы единиц физических величин.
Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.
Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр - единица длины, килограмм-сила - единица силы и секунда - единица времени.
Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.
Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.
Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).
В 1954 г. Х Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела + моль). Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести основных единицах, была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ (SI - начальные буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц.
Для измерения деформации используются тензорезисторы, то есть такие резисторы, сопротивление которых изменяется при их линейной деформации. Существует три вида тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые.
Для измерения деформации используются тензорезисторы, то есть такие резисторы, сопротивление которых изменяется при их линейной деформации. Существует три вида тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые.
Для измерения относительных деформаций применяются тензодатчики сопротивления или механические тензометры. [2]
Прибор ЭТП-209 имеет два предела измерения относительных деформаций: 1 25 - 10 - 3 и 2 5 - 10 - 3, переключение которых производится вручную. Прибор изготовляется в одноточечном и многоточечном ( 12 - и 24-точечные) исполнении. Рабочий и компенсационный тензо-резисторы включаются в плечи специальных мостовых схем, число которых равно числу точек измерения. Каждая мостовая схема содержит элементы балансировки по активной и емкостной составляющим. [3]
Этот усилитель рассчитан на шесть диапазонов измерения относительных деформаций от 0 25 - 10 - 3 до 10 - 10 - 3 и на применение преобразователей с сопротивлением от 100 до 400 ом. [4] Использование метода полудисков для определения модуля упругости при измерении относительных деформаций в одной или двух точках по окружности возможно лишь при относительно малых нагрузках. Номинальный рабочий ток - около 30 мА, предел измерения относительных деформаций 0 003, поперечная чувствительность составляет 2 % от продольной. [7]
Основные характеристики: сопротивление проволочных тензодатчиков 50 - 200 ом, диапазоны измерения относительных деформаций 0 02; 0 U6 и 0 2 0; диапазон регистрируемых частот от 0 до 1500 гц; регистрация осциллографом со шлейфом типа IT. [8]
Основные характеристики: сопротивление проволочных тензодатчиков 100 - 400 о: диапазон измерения относительных деформаций от 0 04 до 0 4 / 0; несущая частота 7000 ги диапазон регистрируемых частот от 0 до 800 гц регистрация осциллографом со шлейфом типа IT. [9]
Основные характеристики: сопротивление проволочных тензодатчиков 50 - 200 ом, диапазоны измерения относительных деформаций 0 02; i 0 06 и 0 2 0; диапазон регистрируемых частот от 0 до 1500 гц регистрация осциллографом со шлейфом типа IT. [10]
Основные характеристики: сопротивление проволочных тензодатчиков 100 - 400 о и; диапазон измерения относительных деформаций от 0 04 до 0 4 / 0; несущая частота 7000 гц; диапазон регистрируемых частот от 0 до 800 гц регистрация осциллографом со шлейфом типа IT. Питание от сети через стабилизированный выпрямитель CTB - 3GO ЦНИИТМАШ и феррорезонанс-ный стабилизатор. [11]
(И ВОПРОС 12 ТАМ СХЕМЫ И ОПИСАНИЯ БОЛЬШЕ)
1. Механические измерительные приборы и инструменты:
1) бесшкальные инструменты (лекальные и поверочные линейки; синусные линейки; щупы; угольники);
2) штангенинструменты (две измерительные поверхности, между которыми устанавливается размер, одна из которых составляет единое целое с линейкой, а другая соединена с двигающейся по линейке рамкой);
3) измерительные головки − механические отсчетные устройства;
4) микрометрические инструменты.
2. Оптические приборы – приборы, действие которых основано на использовании световой энергии:
1) микроскопы инструментальные предназначены для измерения наружных и внутренних линейных и угловых размеров изделий в прямоугольных и полярных координатах;
2) проектор в машиностроении – прибор, в котором оптическое устройство формирует изображение измеряемого объекта на рассеивающей поверхности, служащей экраном;
3) оптиметр – прибор для измерения линейных размеров сравнением с мерой;
4) оптический длиномер – прибор для измерения линейных размеров сравнением со значением по шкале;
5) гониометр – прибор для измерения углов бесконтактным методом с помощью автоколлиматора непосредственно по лимбу;
6) оптические делительные головки – головки, предназначенные для проведения угловых измерений и делительных работ;
7) интерферометр – измерительный прибор, основанный на интерференции света;
8) контактные интерферометры предназначены для измерения наружных размеров с использованием стеклянных пластин;
9) измерительная машина – прибор для измерения линейных размеров сравнением со шкалой;
10) универсальный микроскоп – оптический прибор для измерения линейных и угловых размеров в плоскости по оптическим шкалам.
3. Пневматические измерительные приборы – измерительные средства, в которых преобразование информации осуществляется через измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали:
1) прибор ротаметрического типа – прибор, где сжатый воздух под постоянным давлением поступает в нижнюю часть расширяющейся конической прозрачной трубки и через зазор выходит в атмосферу;
2) прибор манометрического типа – прибор, где сжатый воздух под постоянным давлением поступает в рабочую камеру, далее в измерительное сопло и через зазор – в атмосферу.
4. Электрические приборы – приборы, в которых процесс измерения осуществляется путем превращения линейной величины в электрическую:
1) электроконтактные измерительные приборы – приборы, которые преобразуют определенное изменение контролируемой величины в электрический сигнал;
2) индуктивные измерительные приборы – приборы, где с изменением размера контролируемого изделия изменяется воздушный зазор в замкнутом дросселе и сопротивление в цепи переменного тока;
3) емкостные измерительные приборы – приборы, где изменение контролируемого размера влечет изменение величины зазора между пластинками конденсатора;
4) фотоэлектрические приборы – приборы, где информация о перемещении меры относительно указателя поступает в виде световых сигналов на фотоэлемент.
5. Измерительно-информационная система – комплекс устройств, обеспечивающих одновременное получение необходимой измерительной информации о состоянии точности объекта.
Чтобы выполнить измерение в соответствии с решаемой задачей, применяют различные методы измерений.
Метод измерения - путь, способ экспериментального нахождения значения физической величины, т.е. совокупность приемов использования физических явлений, на которых основаны измерения. Различают два основных метода измерения.
Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству средства измерений. Иногда метод непосредственной оценки еще называют методом прямого преобразования, так как он основан на известной функциональной зависимости между показанием средства измерений и входным сигналом.
Прямые методы измерений:
1) метод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора;
2) метод сравнения с мерой – метод, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой;
3) метод дополнения – метод, при котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;
4) дифференциальный метод – характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод позволяет получить результат высокой точности при использовании относительно грубых средств измерения;
5) нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины;
6) метод замещения – метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Нестандартизованные методы:
1) метод противопоставления – метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;
2) метод совпадений – метод, при котором разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Классификация средств измерения. Их характеристики.
Для реализации любого вида измерений необходимы специальные технические средства – средства измерений.
1)Классификация по роли вып-й в системе обеспечения ед-ва измерений:
Метрологические СИ(учавствуют в передачи размерности единицы) и рабочие СИ.
2)По уровню автоматизации: неавтоматические, автоматизированные, автоматические.
3)По уровню стандартизации: стандартизованные и нестандартизованные.
4)По отношению к изм.ФВ: основные и вспомагательные.
5)Классификация по функциональному назначению: Меры ФВ(СИ, пред.для воспроизведения ФВ зад.величины), Средства сравнения(компоратор, СИ длясравнения 2-х однородных величин), Измерительные преобразователи(СИ предназ.для выр.сигнала изм.инф-ии в форме, удобной для передачи дальн.преобразования, обр-ки и хран-я, но непод.непоср.воспр.), Измерительные приборы(СИ, предназнач.для выр-я сигнала в форме цдобной для человека), Измерительные установки(Совместимость функцион.объед-х СИ и вспомогательных устр-в, располож.в одном месте, и предназ-х для выполнения массовых технологических изм.), Измерительные системы(Совместимость функционально объед. изм., выч. и вспомогательных средств для получения измерительной информации, ее преоб-я и обработки с целью представления потребителю в требуемом виде, либо автомат. осуществляя ф-й контроль, значения, идентификации).
Меры, измерительные преобразователи и средства сравнения называют элементарными СИ. Они позволяют реализовать отдельные операции прямого измерения.
Все остальные СИ наз.комплексными. Они позволяют реализовать всю процедуру измерения.
Хар-ки СИ.
Метрологические:
1.Ф-я преобразования(статич.хар-ка преобразования) у=F(x)
2.Чувствительности СИ /S= Δ y/Δx при Δx->/ -абс
/Sот= Δ y/Δx/x / - относит.
3.Постоянная прибора C=1/S
4.Порог чувствительности(наим. Изсенение измВ, которое вызывает видимое измен вых. Сигнала)
5.Предел чувствительности(мин.В входного сигнала, обесп-я норм.рапотоспособность прибора).
6.Диапозон изм-й(обл-ть зн-ий изм-й величины, для кот.нормированы допускаемы погрешности СИ) Область значение м/у max и min значениями наз-ся диапозоном показаний, а само max значение – пределом шкалы.
7.Обл-сть рабочих частот(диапазон частот)
8.Цена деления шкалы.
9.Разреш-ся способность – мин.разность двух значений ФВ, которая м.б. различима
10.Входное полное сопротивление.
11.Выходное полное сопротивление.
12.Быстродействие хар-т скорость изм-й: макс.число измерений в единицу t.
13.Погрешности.
Не метрологические хар-ки: Вес, габариты, напрежения питания и др.
Механические и технологические методы испытаний используются для исследования прочности, деформируемости, пластичности, вязкости и характера разрушения изделия. К этой же группе относят определение свойств поверхности, например, твердости и сопротивления износу.
Различают механические испытания, использующие статическое нагружение. В этом случае для определения характеристик прочности и пластичности образец исследуемого материала подвергается действию постоянной или медленно и плавно (квазистатически) повышающейся нагрузки. Виды нагружения при этом: растяжение; изгиб; кручение; срез.
Статические испытания на растяжение. Из всех способов механических испытаний наибольшее распространение имеют испытания на растяжение. Их применяют при разработке новых материалов, при расчете их характеристик и для контроля качества изготовления. В целом эти испытания служат для исследования поведения материала при одноосном нагружении, при котором растягивающая нагрузка равномерно распределена на все поперечное сечение образца
Испытания на изгиб и кручение. Испытание на изгиб в основном находит применение для исследования сравнительно хрупких материалов. Для вязких металлических материалов изгибающую нагрузку можно продолжать прикладывать за пределом текучести без разрушения материала.
Испытание на кручение имеет второстепенное значение. Оно вводится для оценки материалов валов или проволоки, а также для определения прочности и пластичности твердых сталей. Расчетная длина образца чаще всего составляет 10 диаметров.
Определение твердости. В технике наиболее часто понятие «твердость» определяют как сопротивление, оказываемое телом при внедрении в него другого, более твердого тела.
Циклическое нагружение. На многие детали и элементы конструкций действуют динамические нагрузки в режиме колебаний. При этом под колебаниями понимают не только движение масс различных систем, но и повторно-переменные нагрузки разного вида. В таком случае идет речь о циклических нагрузках. На процесс повреждения и тем самым на долговечность при циклическом нагружении влияют многие факторы.
21. Обследование зданий и строительство зданий и сооружений в инженерной сфере(Examinarea clădirilor şi elementelor de constructii a edificiilor şi construcţiilor ingineresti pe teren)
Руководитель проверки по прибытию на предприятие предъявляет руководителю предприятия техническое задание, знакомит с целями и задачами проверки, уточняет перечень СИ, подлежащих ГМК и методик выполнения измерений, распределяет работу между участниками проверки, привлекает персонал предприятия к подготовке материалов. Участники проверки до её начала:
1. определяют конкретные объекты, подлежащие проверке;
2. знакомят с мерами, принятыми предприятием по результатам предыдущей проверки;
3. выявляют наличие рекламаций на продукцию;
4. знакомятся с протоколами и результатами метрологического контроля и надзора, осуществляемыми службами предприятия.
Инспекторы проверяют:
1. наличие и полноту перечня СИ, подлежащих надзору;
2. правильность хранения и применения эталонов, используемых для поверки СИ в соответствии с НД;
3. наличие документа, подтверждающего право проведения поверки;
4. соответствие состояния СИ и условий их эксплуатации установленным требованиям;
5. наличие документов, подтверждающих аттестацию методик выполнения измерений;
6. соответствие СИ установленному типу;
7. наличие документов, подтверждающих аттестацию лиц, осуществляющих поверку в качестве поверителя;
8. наличие документов о поверке и поверительного клейма на СИ;
9. наличие лицензий на выполняемые роды деятельности.
При обнаружении нарушений все результаты проверки оформляются в протоколы, содержащие исчерпывающую информацию о характере нарушения. При выявлении нарушений инспекторы имеют право:
1. запрещать применение и выпуск СИ неутверждённых типов или не соответствующих утверждённому типу, а также не поверенных;
2. гасить поверительные клейма и аннулировать свидетельства о поверки в случаях, когда СИ даёт неправильные показания или просрочен межповерочный интервал;
3. при необходимости изымать СИ из эксплуатации;
4. представлять предложения по аннулированию лицензий на право изготовления, ремонта, продажи СИ в случаи нарушения требований к этим видам деятельности;
5. давать обязательные предписания и устанавливать сроки установления нарушения метрологических правил;
6. составлять протоколы о нарушении метрологических правил для наложения взысканий. Юридические и физические лица, виновные в нарушениях метрологических правил, несут в соответствии с законодательством уголовную, административную или гражданско-правовую ответственность.
Результаты каждой проверки оформляются актом. Акт подписывают все участники проверки.
Жалобы на действие государственных инспекторов подаются в 20 дневной срок, и лица, препятствующие государственному надзору, несут ответственность в соответствии с законодательством.
Методы зондирования используют для оценки деформационных и прочностных характеристик грунтов, а также несущей способности забивных и буронабивных свай.
Испытание грунтов статическим зондированием проводят с помощью специальной установки, обеспечивающей вдавливание зонда в грунт. Институт располагает следующими самоходными установками статического зондирования:
Для слабых грунтов (глинистых мягко- и текучепластичной консистенции или песков рыхлых) применяется ручной пенетрометр РП-1 разработки ГЕОТЕСТа.
Метод электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ) сочетает в себе два способа испытания грунтов: токовый каротаж и динамическое зондирование. По результатам токового каротажа грунты следует расчленять по их литологии, по данным динамического зондирования — оценивать их физико-механические характеристики. Установка ЭДЗ применяется на труднодоступных для транспорта участках: болотах, крутых склонах, в подвалах зданий и т.д.
Штамповые испытания выполняются в соответствии с ГОСТ 20276-99 для определения следующих показателей деформируемости грунтов:
Испытания грунтов выполняются :
Полевые испытания должны проводиться в комплексе проектно-изыскательских работ с целью получения данных, необходимых для обоснования выбора проекта фундаментов и определения параметров, в том числе:
Полевые испытания свай производятся нагрузками:
Выполняются в скважинах (d=93 мм) для определения деформационных характеристик немерзлых грунтов (модуля деформации). Оборудование: прессиометр электровоздушный ПЭВ-89М конструкции «ГЕОТЕСТа». Институт располагает двумя приборами, позволяющими проводить испытания до глубины 10 м и 50 м. Испытания выполняются в «быстром» или «медленном» режиме в зависимости от консистенции грунтов в соответствии с ГОСТ 20276-99.
Определение деформационных характеристик осадочных пород по глубине исследуемого массива в условиях естественного залегания при горизонтальном вдавливании штампа в грунт под действием избыточного давления. Прибор ДФ–1, разработанный и изготовленный Фундаментпроектом, применяется в глинистых грунтах с показателем текучести J≥0.25, песках рыхлых и средней плотности сложения, лессовых грунтах.
23. Проведение испытания на местах, обработки и анализа полученных результатов. (Desfăşurarea încercărilor pe teren, prelucrarea şi analiza rezultatelor obţinute.)
По способу получения результатов измерений их разделяют на:
прямые;
косвенные;
совокупные;
совместные.
Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой , где - искомое значение измеряемой величины, а - значение, непосредственно получаемое из опытных данных.
При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др.
Косвенные - это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле , где - функциональная зависимость, которая заранее известна, - значения величин, измеренных прямым способом.
Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.
Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.
Совокупные - это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Совместные - это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.
В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 200С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.
Методы измерений
Метод измерения – это способ экспериментального определения значения физической величины, т. е. совокупность используемых при измерениях физических явлений и средств измерений.
Метод непосредственной оценки заключается в определения значения физической величины по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например – измерение напряжения вольтметром.
Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точности измерительного прибора.
Метод сравнения с мерой – в этом случае измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Точность измерения может быть выше, чем точность непосредственной оценки.
Различают следующие разновидности метода сравнения с мерой:
Метод противопоставления, при котором измеряемая и воспроизводимая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами. Пример: измерение веса с помощью рычажных весов и набора гирь.
Дифференциальный метод, при котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. При этом уравновешивание измеряемой величины известной производится не полностью. Пример: измерение напряжения постоянного тока с помощью дискретного делителя напряжения, источника образцового напряжения и вольтметра.
Нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на прибор сравнения доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикатором. Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырехплечевого моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.
Метод замещения, при котором производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной величины добиваются, чтобы оба показания совпали. При этом методе может быть достигнута высокая точность измерений при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора. Пример: точное точное измерение малого напряжения при помощи высокочувствительного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклонение указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.
Метод совпадения, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Пример: измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по известной частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали.
Обычно измерения являются однократными. При обычных условиях их точности вполне достаточно.
Результат однократного измерения представляется в следующем виде:
Qi = Yi + Ωi,
где Yi – значение i – го показания;
Ωi – поправка.
Погрешность результата однократного измерения определяется при утверждении метода проведения измерений.
В процессе обработки результатов измерений используются различные виды закона распределения (нормальный закон распределения, равномерный закон распределения корреляционный закон распределения) измеряемой величины (в данном случае она рассматривается как случайная).
Обработка результатов прямых равноточных измерений Прямые измерения – это измерения, посредством которых непосредственно получается значение измеряемой величины Равноточными или равнорассеянными называют прямые, взаимно независимые измерения определенной величины, причем результаты этих измерений могут быть рассмотрены как случайные и распределенные по одному закону распределения.
Обычно при обработке результатов прямых равноточных измерений предполагается, что результаты и погрешности измерений распределены по нормальному закону распределения.
После снятия расчетов вычисляется значение математического ожидания по формуле:
где xi – значение измеряемой величины;
n – количество проведенных измерений.
Затем, если систематическая погрешность определена, ее значение вычитают из вычисленного значения математического ожидания.
Потом вычисляется значение среднеквадратического отклонения значений измеряемой величины от математического ожидания.
Алгоритм обработки результатов многократных равноточных измерений
Если известна систематическая погрешность, то ее необходимо исключить из результатов измерений.
Вычислить математическое ожидание результатов измерений. В качестве математического ожидания обычно берется среднее арифметическое значений.
Установить величину случайной погрешности (отклонения от среднего арифметического) результата однократного измерения.
Вычислить дисперсию случайной погрешности. Вычислить среднеквадратическое отклонение результата измерения.
Проверить предположение, что результаты измерений распределены по нормальному закону.
Найти значение доверительного интервала и доверительной погрешности.
Определить значение энтропийной погрешности и энтропийного коэффициента.
24. Средства и оборудование, необходимое для проведения динамических испытаний (Mijloace de încărcare şi utilajul necesar pentru realizarea încercărilor dinamice (cu sarcini mobile, de soc, vibraţie, etc.). )
Динамические испытания проводят при переменных или пульсирующих (вибрационных) нагрузках, создаваемых с помощью специальных вибромашин, перемещающихся грузов или ударных нагрузок.
Динамические испытания строительных конструкций отличаются от статических тем, что величина и направление нагрузки не остаются постоянными на этапах загружения, они сравнительно быстро изменяются во времени и вызывают линейные и угловые перемещения.
Параметрами линейной вибрации являются; перемещения, скорость, ускорения и резкость (первая производная от ускорения).
К параметрам угловой вибрации относятся: угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение, угловая резкость.
Виброизмерительные приборы можно разделить на две основные группы: контактные и дистанционные (рис.8). К контактным приборам относятся механические и оптические приборы, применяемые чаще при освидетельствовании конструкций для приближённого определения параметров колебаний (амплитуд и частот). Аналогично назначение и оптических приборов. Более точные измерения могут быть получены приборами с регистрацией показаний на специальной ленте или бумаге ручным вибрографом или вибрографом Гейгера.
Бесспорными преимуществами обладают дистанционно работающие вибропреобразователи, устанавливаемые на испытываемой конструкции (первичные приборы), сигнал которых записывается вторичными прибо-рами, установленными на определенном расстоянии от испытываемой конструкции.
Процесс измерения динамических характеристик испытываемой кон-струкции обычно состоит из следующих операций:
- преобразование измеряемой величины в другую физическую вели-чину более удобную для измерения;
- измерение вторичной физической величины;
- регистрация измерений;
- обработка результатов измерений.
25.Încercarea pe teren a clădirilor şi edificiilor la solicitari dinamice (Полевые испытания зданий при динамической нагрузке
По характеру внешних воздействий различают испытания статической и испытания динамической нагрузкой. При статических испытаниях конструкцию загружают неподвижными нагрузками в определенном порядке с постепенно нарастающим увеличением. Динамические испытания проводятся при нагрузках, резко изменяющих свои значения во времени или меняющих в процессе испытаний свое положение на испытываемой конструкции.
Динамические испытания могут проводиться для конструкций, эксплуатируемых при статических и динамических нагрузках. В первом случае динамические испытания строительных конструкций в режиме собственных или вынужденных колебаний позволяют по полученным характеристикам – частоте и декременту колебаний – косвенно судить об основных показателях качества железобетонных конструкций – прочности, жесткости, трещиностойкости. Оценка этих показателей производится на основе градировочных зависимостей, полученных но результатам серии испытаний аналогичных конструкций статической нагрузкой и неразрушающими методами.
В том случае, когда конструкция не удовлетворяет условиям прочности или резонирует, необходимо принять соответствующие меры, которые выбирают в зависимости от технической и экономической эффективности: изменение жесткости конструкции, положения агрегата на конструкции, числа оборотов и т. д.
Оценка параметров вибрации проводится на основе сравнения их с предельно допустимыми из условия обеспечения нормальной жизнедеятельности людей и работы технологического оборудования.
Если замеренные параметры окажутся выше допустимых, то необходимо разработать инженерное решение по снижению отрицательных воздействий указанных колебаний..
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
В соответствии с объектом, задачами и методикой эксперимента, можно выделить три основные группы испытаний динамической нагрузкой:
1) испытание конструкций существующих зданий и сооружений;
2) испытание строительных деталей серийного изготовления;
3) научно-исследовательские испытания.
Указанные испытания выполняются с целью:
- определения влияния динамических нагрузок на прочность, выносливость, жёсткость и трещиностойкость строительных конструкций;
- оценки возможности установки на конструкциях механизмов, создающих динамические воздействия, чтобы не допустить резонанс и вредное влияние вибраций на ход технологических процессов и на условия труда, когда колебания оказывают отрицательное физиологическое воздействие на организм человека;
- разработки мероприятий по уменьшению колебаний;
- проверки расчётных характеристик и качества, серийно изготавливаемых и эксплуатируемых конструкций по частоте и интенсивности затухания собственных колебаний;
- проверка научных гипотез;
- проверка несущей способности новых изобретённых конструкций.
Перечисленные цели и задачи, естественно, не исчерпывают всех вопросов, которые ставятся практикой эксплуатации строительных конструкций в нормальных и, тем более, в особых условиях работы.
26.Oscilaţii proprii, oscilaţii libere şi forţate, fenomene periculoase - batai ritmice şi rezonante. Probleme specifice ale încercarilor dinamice. (Собственных колебаний, свободные и принудительного колебания, ритмичные биения явления и резонансы. Специфические проблемы динамической încercarilo)
В процессе вибрационных испытаний деформации и перемещения в различных точках конструкции изменяются во времени по гармоническому закону. Различают испытания в режиме собственных и вынужденных колебаниях.
Испытания в режиме собственных колебаний в натурных условиях воспроизводится значительно проще. Однако использование результатов таких испытаний ограничивается возможностью создания и исследования одной, в лучшем случае, двух форм собственных колебаний, хотя для решения многих практических задач эта информация является вполне достаточной.
Испытания в режиме вынужденных колебаний сложнее в исполнении, но ценнее, информативнее по своим результатам. Вынужденные колебания создаются в околорезонансных режимах и обеспечивают исследование различных форм колебаний, в том числе пространственных. Характерной особенностью резонансных испытаний является возможность создания больших динамических деформаций и перемещений в элементах конструкции.
Поведение конструкции характеризуется большим числом форм колебаний, так как реальные системы обладают бесконечно большим числом степеней свободы. Однако практическое значение имеют первые две, три формы, отвечающие по своим частотам характеристикам действующих нагрузок. По результатам динамических испытаний проводится расчёт динамических напряжений и перемещений конструкций на действие вибрационной нагрузки от устанавливаемого оборудования. Если рассчитанные параметры превысят допускаемые, необходимо предусмотреть мероприятия по повышению динамических параметров конструкции.
Резонансные (вибрационные) испытания широко используются для оценки состояния отдельных конструкций (элементов конструкции) эксплуатируемых зданий и сооружений. Такой метод контроля позволяет устанавливать частоты для первых форм колебаний конструкции и определять соответствующие декременты колебаний. Определяемые параметры используются в качестве показателей степени повреждения конструкций. Эта задача особенно актуальна для зданий и сооружений, подверженных сейсмическим нагрузкам.
Определение частоты свободных колебаний имеет большое значение для правильной эксплуатации, исследуемой конструкции. Зная частоту собственных колебаний конструкции, можно решить вопрос о допустимости установки на исследуемом объекте какого-либо агрегата, создающего при его движении возмущающую нагрузку с определенной частотой, или же выяснить, какой агрегат из ранее установленных создает резонанс и найти возможные пути ликвидации этого явления.
Определение частоты свободных колебаний конструкции или ее элемента, можно осуществить двумя способами.
Первый способ. Конструкция подвергается отдельному удару, который вызовет ее затухающие (свободные) колебания, и на установленном заранее вибрографе или осциллографе записать виброграмму. Имея запись колебаний и времени, можно подсчитать частоту колебаний исследуемой конструкции. При эксперименте фотоленту прибора следует пускать с достаточно большой скоростью и для подсчета частоты колебаний брать длинный участок записи, что обеспечит условия для определения частоты с наименьшей погрешностью.
При обработке виброграммы первые две-три полуволны исключаются из рассмотрения, так как на них отражается непосредственное действие удара. Определение числа колебаний рекомендуется вести на остальной части виброграммы, где колебания имеют более установившийся характер. Следует иметь в виду, что скорость движения ленты переменная, поэтому необходимо следить за показаниями отметчика времени.
Второй способ. На испытываемом элементе устанавливается вибромашина. Затем приводят её в действие, увеличивая ступенями число оборотов. При каждой ступени оборотов, выждав, пока колебания конструкции примут стабильный характер, делают необходимые записи самопишущими приборами (вибрографом, динамическим прогибомером или осциллографом).
Когда частота возмущающей силы вибромашины совпадает с частотой собственных свободных колебаний конструкции, образуется резонанс, который резко выделится на виброграмме возросшими размерами амплитуд. Полезно одновременно измерить частоту вращения вибромашины с помощью тахометра или частотомера, что даст возможность проверить также правильность показаний отметчика времени и более уверенно вычислить частоту собственных колебаний.
27.Metodele de măsurare a deformaţiilor în edificii la solicitări dinamice(Методы измерения деформаций в зданиях при динамических нагрузках)
Испытание конструкций пробным нагружением производится при положительной температуре воздуха. Перед началом испытаний проводят освидетельствование конструкций, а именно: определяют фактическую прочность бетона одним из неразрушающих методов, проверяют геометрические размеры конструкции и отклонения их от проектных размеров; фиксируют места расположения внешних дефектов (трещин, сколов и др.), измеряют шаг трещин и максимальную ширину их раскрытия, на трещины устанавливают гипсовые маяки.
При проведении испытаний фиксируют образование и развитие трещин, ширину их раскрытия, замеряют прогибы и смещение арматуры относительно бетона на торцах конструкции. Результаты испытаний заносят в специальные ведомости, там же зарисовывается схема развития трещин.
Для оценки жесткости конструкций по результатам испытаний необходимо знать фактический, контрольный, проектный и предельно допустимый прогибы конструкции, каждый из которых определяется соответственно в процессе испытаний согласно указаниям норм как прогиб от контрольной нагрузки по проверке жесткости, прогиб по расчету от эксплуатационной нагрузки и по нормам проектирования. Трещиностойкость конструкции оценивают по значениям нагрузок, вызывающих появление первых трещин, или по ширине раскрытия трещин при контрольных нагрузках.
Динамические испытания могут проводиться для конструкций, эксплуатируемых при статических и динамических нагрузках. В первом случае динамические испытания строительных конструкций в режиме собственных или вынужденных колебаний позволяют по полученным характеристикам – частоте и декременту колебаний – косвенно судить об основных показателях качества железобетонных конструкций – прочности, жесткости, трещиностойкости. Оценка этих показателей производится на основе градировочных зависимостей, полученных но результатам серии испытаний аналогичных конструкций статической нагрузкой и неразрушающими методами.
В том случае, когда конструкция не удовлетворяет условиям прочности или резонирует, необходимо принять соответствующие меры, которые выбирают в зависимости от технической и экономической эффективности: изменение жесткости конструкции, положения агрегата на конструкции, числа оборотов и т. д.
Оценка параметров вибрации проводится на основе сравнения их с предельно допустимыми из условия обеспечения нормальной жизнедеятельности людей и работы технологического оборудования.
Если замеренные параметры окажутся выше допустимых, то необходимо разработать инженерное решение по снижению отрицательных воздействий указанных колебаний.
Метод измерения плотности теплового потока.
Метол измерения плотности теплового потока основан на принципе вспомогательной стенки. На преобразователе теплового потока, который прикладывают к поверхности ограждающей конструкции, в установившемся режиме теплообмена создается температурный перепад, пропорциональный плотности теплового потока, проходящего через ограждение..
Отбор и испытания образцов и материалов из конструкций.
В процессе обследования отбирают образцы бетона и стали для проведения в лабораторных условиях физико-механических и физико-химических исследований. Для оценки степени агрессивных воздействий отбирают также пробы фунтов, грунтовых вод, ныли, технической воды и др.
Отбор образцов арматуры и стружки для химического анализа производится на участках конструкций с возможно меньшими напряжениями с последующим восстановлением площади сечения стержней накладками. Если из существующих элементов извлекают образцы арматуры, стружку рекомендуется отбирать из этих образцов указанной выше длины; допускается отбор отрезков меньшей длины с последующим изготовлением образцов.
Метод извлечения образцов выбирают в зависимости от вида испытания, массивности сооружения и наличия инструментов, способных обеспечить извлечение образцов и целостность исследуемой конструкции.
Глубина отбора проб бетона назначается с учетом результатов колориметрических испытаний. Размер проб должен выбираться с учетом максимальной крупности заполнителя.
Взятые пробы бетона для химических исследований должны сразу помещаться в полиэтиленовые пакеты или бюксы и герметизироваться. Масса каждого образца назначается в зависимости от видов намеченных исследований.
При определении прочности бетона ультразвуковым методом, методом пластической деформации или упругого отскока требуется, обязательная привязка градуировочных зависимостей параллельным испытанием отобранных образцов или методом местных разрушений для конкретных групп или участков конструкций.
Фактическая прочность в зависимости от состояния бетона для группы однотипных конструкций, одной конструкции или отдельной ее зоны определяется из среднего значения (ускоренная оценка) конкретных испытаний бетона.
При лабораторных исследованиях образцов, отобранных из железобетонных конструкций, определяют: прочность, влажность, водопоглощение и пористость бетона; щелочность бетона, водорастворимость компонентов, содержание ионов SO4, СL и других веществ; расчетные параметры стальной арматуры.
Определение прочности бетона производят испытанием на сжатие образцов, извлеченных из конструкций. Результаты испытания приводят к кубиковой прочности бетона умножением на коэффициент, определяемый по соотношению прочности бетона кернов (соответствующих по форме и размерам кернам, отобранным из конструкций), высверленных из кубов, и прочности самих кубов.
Для исследований используют микроскопы типа МБК-6 и др.
Определение в растворной части бетона количества ангидрида серной кислоты S03, связанного цементным камнем, выполняется ионообменным методом.
Определение водорастворимых компонентов производится путем растворения приготовленного материала в дистиллированной воде.
Характер пористости оценивают сравнением дифференциального распределения наблюдаемых пор по размерам.
Установление марки стали и способа ее выплавки (спокойная, полуспокойная, кипящая) производят по результатам химических анализов. При этом определяют содержание в стали углерода, марганца, кремния, серы и фосфора. В отдельных случаях определяют содержание других компонентов.
Прочность арматуры определяется по ее профилю или по результатам испытаний образцов, вырезанных из обследуемой конструкции.
Ширину раскрытия трещин на уровне центра тяжести растянутой арматуры определяют не менее чем в трех местах по длине конструкции, включая место максимального раскрытия, с помощью переносных отсчетных микроскопов, оптических луп, трафаретов.
Развитие трещин во времени контролируется гипсовыми, стеклянными или металлическими маяками, переносными индикаторами часового типа, установленными на поверхность конструкции.
28. Încercări nedistructive. Clasificarea metodelor de încercare nedistructivă a materialelor de construcţii.( Неразрушающие испытания. Классификация методов неразрушающих испытаний для строительных материалов. )
При проведении испытаний по определению прочности материала конструкции, как правило, пользуются следующими неразрушающими методами:
- метод упругого отскока;
- метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции;
- ультразвуковой метод определения прочности;
- метод ударного импульса.
Использование указанных методов, позволяет получить достоверную оценку прочности строительных материалов, не нарушая целостность элементов конструкций. Назначение необходимого количества контролируемых участков и их расположение осуществляется в соответствии действующими нормативными документами, а также из особенностей конструкций и условий доступности к ним. Методом упругого отскока, с использованием различных приборов, возможно определять как прочностные характеристики бетона, так и металла. Метод отрыва со скалыванием ребра конструкции используется для наиболее точного определения прочностных характеристик бетона в железобетонных конструкциях.
Ультразвуковой метод широко используется для определения прочностных характеристик различных строительных материалов. Несмотря на то, что данный метод имеет относительно большую погрешность в определении прочностных характеристик, в нормативной литературе имеются соответствующие ГОСТы по определению ультразвуковым методом прочности бетонов и силикатных кирпичей. Метод ударного импульса предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона, железобетонных изделий, конструкций и строительной керамики (кирпича). С помощью магнитометрического метода можно определить расположение и сечение арматуры, размер защитного слоя бетона.
Определение влажности материалов конструкций осуществляется прибором – влагомером. Принцип работы влагомера основан на диэлькометрическом методе измерения влажности, а именно на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нем влаги при положительных температурах.
Неразрушающие методы испытаний построены в основном на косвенном определении свойств и характеристик объектов и могут быть классифицированы по следующим видам:
– метод проникающих сред, основанный на регистрации индикаторных жидкостей или газов, находящихся в материале конструкции;
– механические методы испытаний, связанные с анализом местных разрушений, а также изучением поведения объектов в резонансном состоянии;
– акустические методы испытаний, связанные с определением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрацией эффектов акустоэмиссии;
– магнитные методы испытаний (индукционный и магнитопорошковый);
– радиационные испытания, связанные с использованием нейтронов и радиоизотопов;
– радиоволновые методы, построенные на эффекте распространения высококачественных и сверхчастотных колебаний в излучаемых объектах;
– электрические методы, основанные на оценке электроемкости, электроиндуктивности и электросопротивления изучаемого объекта;
– использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и испытаниях конструкций
29. Determinarea proprietăţilor fizico-mecanice a materialelor de constricţie folosind metodele nedistructive de încercare (Определение физико механических свойств строительных материалов использую неразрушающие методы)
Физический или неразрушающий метод используют для определения основных характеристик физико-механических свойств материалов конструкций. Метод базируется на импульсном и радиационном способах.
- Импульсный акустический способ заключается в измерении скорости распространения упругих волн в исследуемом материале и рассеивании энергии этих волн.
- Импульсный вибрационный способ базируется на замере затухания собственных колебаний с учетом конструктивных форм исследуемого элемента.
- Радиационный способ основан на определении изменения интенсивности потоков γ-лучей при просвечивании материала. По показаниям счетчиков, определяющих количество испускаемых, поглощенных и прошедших через исследуемый объект изотопов γ -лучей определяют качество и свойства материалов.
Традиционные методы определения прочности материалов связаны с изготовлением стандартных образцов, которые во время испытания доводят до разрушения. Однако неизбежно встает вопрос, насколько прочность материала в образцах соответствует прочности его в реальной конструкции. Чтобы достоверно судить, например, о прочности бетона, из конструкции выбуривают большое число кернов, что может ослабить конструкцию.
Небольшую часть сборных железобетонных конструкций подвергают испытанию до разрушения с целью проверки прочности, жесткости и трещиностойкости изделий. Для сплошного контроля качества изделий традиционные, так называемые разрушающие, методы испытаний непригодны.
Используя неразрушающие методы контроля, можно оценить прочность материала по косвенным характеристикам. Наиболее распространен импульсный ультразвуковой метод. Его физической основой является связь между скоростью распространения упругих волн и характеристиками материала: его плотностью и упругими свойствами, в частности модулем Юнга. Чем плотнее материал, тем быстрее распространяются в нем ультразвуковые волны. С повышением плотности возрастает и прочность материала. Это позволяет увязать прочность непосредственно со скоростью распространения в теле материала упругих ультразвуковых волн.
Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с малой длиной волны и частотами, превышающими предел слышимости — свыше 20 кГц. Ультразвуковые волны не вызывают в бетоне и подобных ему строительных материалах никаких изменений. С помощью ультразвуковой аппаратуры можно контролировать прочность бетона в любой части конструкции. Для этого изготовляют контрольные образцы из бетона с применением материалов, используемых на данном строительстве. После затвердевания бетона к заданному сроку определяют скорость прохождения ультразвука в образцах, затем их испытывают на прочность обычным, т.е. разрушающим, методом. Результаты всех испытаний наносят на градуировочный график "скорость ультразвука — предел прочности бетона при сжатии Л".
Располагая таким графиком, можно приступать к оценке прочности на любом участке бетонной конструкции. Чаще пользуются способом сквозного прозвучивания. При этом ультразвуковые преобразователи (датчики) устанавливают на противоположных поверхностях изделия или конструкции, определяют время прохождения ультразвукового сигнала t, мкс.
Таким путем можно получить картину фактической прочности бетона во всех частях конструкции, оценить однородность бетона и качество бетонных работ.
Твердость — свойство поверхностных слоев материала сопротивляться местным деформациям. Твердость большинства материалов определяют путем вдавливания в образцы с установленным усилием стального шарика либо твердого наконечника правильной геометрической формы — конуса или пирамиды. После удаления нагрузки н поверхности испытываемого материала остается отпечаток. Чем меньше отпечаток, тем выше твердость материала. Отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка называется числом твердости и обозначается НВ.
По твердости можно судить о других механических свойствах материала. Так, показатель твердости используют для оценки прочности бетона неразрушающими ударными методами (склерометрические испытания). Характеристика твердости имеет важное значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных одежд.
Истираемость — свойство образца материала уменьшаться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий.
Сопротивление истиранию определяют путем воздействия на образец материала стандартными абразивами — кварцевым песком или наждаком. Это свойство имеет решающее значение при выборе долговечных материалов для лестничных ступеней, полов, автомобильных дорог.
30. Analiza comparativă a metodelor de încercări distructive şi nedistructive. Metode mecanice(Сравнительный анализ методов неразрушающих и разрушительной
31. Metode ultazonoare de încercare a elementelor şi materialelor de construcţie
(ультразвуковые Методы для испытания изделий и строительных материалов )
Для оценки качества строительных изделий без разрушения широко применяются ультразвуковые импульсные приборы и приборы механического действия.
Ультразвуковой импульсный метод основан на определении характеристик распространения импульсов упругих волн ультразвуковой частоты в теле. С помощью ультразвуковых приборов определяется скорость распространения упругих волн (основная характеристика, связанная с упругими свойствами и плотностью материала), а также дополнительные акустические характеристики (затухание сигнала, его частота), связанные с неупругими свойствами материала и его влажностью.
Ультразвуковой импульсный метод дает достаточно точные данные о средней прочности бетона конструкции. Если в конструкции выявляются участки, резко отличающиеся от других по скорости распространения импульса, то средняя прочность должна быть определена в отдельности для каждого участка.
Ультразвуковой метод широко используется для определения прочностных характеристик различных строительных материалов. Несмотря на то, что данный метод имеет относительно большую погрешность в определении прочностных характеристик, в нормативной литературе имеются соответствующие ГОСТы по определению ультразвуковым методом прочности бетонов и силикатных кирпичей.
Проведение ультразвуковых исследований является одним из перспективных направлений нашей деятельности. Для чего применяются ультразвуковые исследования в строительстве? К примеру, ультразвуковой метод – один из наиболее точных и передовых для контроля прочности бетона монолитных конструкций. Также ультразвуковая дефектоскопия используется для контроля качества рабочих швов бетонирования
40. Лифанов стр 10-13