Измерение дозвуковых скоростей движения твердых тел реферат
Обновлено: 02.07.2024
Введение …………………………………………………………………………………3
Методы и средства измерения и контроля линейных скоростей …………………….4
Методы и средства измерения и контроля скоростей вращения …………………….8
Спидометр ……………………………………………………………………………….14
Лаг (морской прибор) …………………………………………………………………..17
Локомотивный скоростемер …………………………………………………………..18
Велокомпьютер …. 21
Заключение ……………………………………………………………………………..23
Список литературы
Файлы: 1 файл
скорость)реферат.docx
Методы и средства измерения и контроля линейных скоростей …………………….4
Методы и средства измерения и контроля скоростей вращения …………………….8
Механическим движением называется изменение положений тел в пространстве с течением времени. Его параметрами на практике являются перемещение, скорость и ускорение. Все диапазоны скорости разделяются на линейные и угловые. Единицей измерения линейной скорости является м/с, а угловой – рад/с.
В данной работе будут представлены основные методы и средства, предназначенные для измерения и контроля скоростей.
Методы и средства измерения и контроля линейных скоростей.
Под линейной скоростью u понимается отношение длины (пройденного пути) s к времени t, т. е. u = s/t.
Производной единицей линейной скорости, согласно Международной системе единиц (СИ), является метр в секунду (м/с). Применяется также единица км / ч.
Рассмотрим наиболее распространенные методы измерения линейных скоростей движущихся твердых тел: аэрометрический, компенсационный, термодинамический, турбинный, корреляционный, допплеровский, электромагнитный, инерциальный и др.
Аэрометрический метод (рис. 1) основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью тела, движущегося в воздушной среде.
Рис. 1 Аэрометрический измеритель скорости:
1 - приемник статического давления; 2 - приемник полного давления; 3 - трубопроводы; 4 - корпус; 5 - манометрическая коробка; 6 – стрелка
Скоростной напор определяется манометрической коробкой 5, находящейся в корпусе 4 аэрометрического измерителя, как разность полного и статического давлений, измеряемых трубками 2 и 1. Для измерения скорости движения тела (например, летательного аппарата) в воздухе необходимо измерять скоростной напор, статическое давление дельта рст и температуру воздуха.
Приборы, построенные на аэрометрическом методе, позволяют измерять скорость с погрешностью, не превышающей 2—3 %.
Компенсационный метод основан на автоматическом уравновешивании полного давления давлением развиваемым воздушным компрессором (рис. 2):
Рис. 2 Компенсационный измеритель скорости:
1 - компрессор; 2 - пневмореле; 3 - электродвигатель
Давления рп и рк уравновешиваются в манометрическом реле 2 с двумя полостями, в одну из которых поступает полное давление рп, а во вторую - давление рк, создаваемое компрессором. Замыкание цепи двигателя 3, приводящего во вращение компрессор, происходит тогда, когда давление рп больше рк. При этом мембрана реле прогибается влево. Если рп
Реализация компенсационного метода сложна вследствие наличия вращающихся частей в приборе.
Термодинамический метод основан на измерении температуры заторможенного потока воздушной среды с помощью открытой и экранированной термопар (рис. 3).
Рис. 3 Термодинамический измеритель скорости
1 - открытая термопара; 2 -экранированная термопара; 3 - сумматор; 4 – делитель
Их разность измерения улавливается сумматором и делителем. Погрешности этих средств измерения обуславливаются непостоянством параметров преобразователя температуры.
В турбинном методе используется кинетическая энергия воздушного или водного потока для вращения тангенциальной или аксиальной турбинки (рис. 4).
Рис. 4 Турбинный измеритель скорости
а - тангенциальная турбинка; б - аксиальная турбинка
Пример тангенциальной турбинки в виде крестовины с ковшами на концах показан на рис. 4, а. Частота вращения турбинки пропорциональна скорости движения.
Приборы в виде аксиальной турбинки (рис. 4, б) находят широкое применение при измерении скорости морских кораблей. Измеренная скоростьv после интегрирования дает путь, пройденный судном.
В корреляционном методе измерения информации о скорости извлекается из реализаций случайных функций, отображающих движение объекта. В этих методах используются корреляционные связи между реализациями случайных функций, а измеряемые величины определяются путем отыскания экстремумов корреляционных функций.
Рис. 5 Корреляционный измеритель скорости:
БРЗ - блок регулируемой задержки, реализующий функции, 2 - приемные элементы; О - излучатель; 3 - умножитель; - фильтр; Ус - усилитель; ИО - исполнительный орган; 4 - движущийся объект
Для пояснения идеи корреляционного метода обратимся к рис.5. Источник излучения (электромагнитного, акустического) посылает сигналы на движущийся объект (ленту) 4 или движущийся объект посылает сигналы на Землю. Приемники излучения 1 и 2 воспринимают сигналы, одинаковые по форме, но сдвинутые во времени. Сигналы поступают в корректор,
содержащий блок регулируемой задержки БРЗ, умножитель 3 и фильтр БРЗ, в котором приближенно реализуются операции определения корреляционных функций. Далее сигнал усиливается в усилителе Ус и поступает на исполнительный орган ИО.
Корреляционные методы находят применение при измерении скоростей прокатываемых полос, в ткацком производстве, производстве бумаги, а также при измерении скоростей самолетов, кораблей
Корреляционные измерители скорости кораблей или подводных лодок строятся по тому же принципу, только в качестве излучателей и приемников ультразвуковых сигналов применяются пьезоэлектрические или магнитострикционные приборы.
Доплеровский измеритель — общее название технических средств для измерения линейной скорости с помощью эффекта Доплера. Применение эффекта Доплера позволяет измерять скорость не только твёрдых тел, но и газообразных, жидких и сыпучих сред. Некоторые виды доплеровских измерителей рассчитаны также на определение длины движущихся объектов или их перемещения, с помощью встроенного средства измерения временных интервалов.
Согласно эффекту Доплера частота принятого сигнала, отражённого от цели может отличается от частоты излучённого сигнала и разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга По природе излучения (радиоволны, свет, звук) доплеровские измерители бывают соответственно трёх видов:
- радиолокационные, иначе радиоволновые (доплеровские радары);
- лазерные, иначе оптические (доплеровские лидары);
- акустические (в т. ч. гидроакустические), иначе звуковые, ультразвуковые (доплеровские сонары).
По характеристике сигнала измерители могут быть как импульсные, так и с непрерывным излучением.
Доплеровские измерители скорости потока жидких и газообразных сред функционируют за счёт отражения излучения от микрочастиц, взвешенных в этих средах.
Виды доплеровских измерителей по назначению
Доплеровские измерители используются в различных целях во многих отраслях производства, транспорта, медицины, научных и научно-практических исследований, а также в военном деле
- Бортовые измерители
- Доплеровские измерители скорости и сноса для определения вектора путевой скорости самолёта, вертолёта. В настоящее время в авиации применяются измерители только радиолокационного типа.
- Судовые доплеровские измерители — радиолокационные и гидроакустические
- Бортовые измерители локомотивов — радиолокационные и лазерные
- Доплеровские измерители в космонавтике
- Измерители скорости перемещения твёрдых тел — лазерные
- Измерители скорости потока жидких или сыпучих сред — ультразвуковые и лазерные, в т. ч. ультразвуковые расходомеры
- Доплеровский измеритель скорости кровотока — ультразвуковой
- Лазерные доплеровские флоуметры — анализаторы для неинвазивной диагностики микроциркуляционного кровообращения
- УЗИ-доплер томографы
- Фетальные доплеры
- Измерители скорости движения транспортных средств — радиолокационные и лазерные
- Лазерные доплеровские измерители в метеорологических исследованиях
- Гидроакустические доплеровские измерители в гидрологии, океанологии,
- Радиоволновые и ультразвуковые доплеровские извещатели для закрытых помещений
- Доплеровские системы сигнализации для открытых пространств
Методы и средства измерения и контроля скоростей вращения.
Скорость вращения частей машин, устройств и агрегатов является одной из важнейших характеристик. Нередко она определяет динамические и тепловые напряжения в машинах.
Прибором для измерения частоты вращения валов машин и механизмов является тахометр.
Тахометры нашли широкое применение для контроля частоты вращения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания практически на всех типах транспортных средств (автомобилях, тракторах, тепловозах, судах, самолётах). Также применяются тахометры для контроля частоты вращения рабочих органов технологических машин.
Кроме того, тахометр может быть использован в качестве счетчика импульсов, например, при подсчете продукции на конвейере, расхода сырья, материалов, времени наработки оборудования, машин и механизмов при испытаниях и обкатке. Подсчет/измерение осуществляется в прямом, обратном или в обоих направлениях. Измеренная величина может быть заранее программно масштабирована в реальные единицы измерения (часы, минуты, метры, шт, упаковки и т. д.). В приборах может быть задействована аварийная сигнализация, сброс и обнуление накопленных значений, защита паролем.
В технических тахометрах требование к погрешностям оценивается значением порядка ±(1,5—2)%. При измерении скорости вращения в энергетических установках требования к точности измерения более высокие и нередко допускаемые погрешности составляют ±(0,3—0,5) %.
Скорость вращения определяется числом оборотов в минуту n, однозначно связанным с частотой вращения f
f = n/60; n = 60 • f
Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения: центробежные, магнитоиндукционные, электрические постоянного, переменного или импульсного тока, фотоэлектрические, стробоскопические,.
Тахометры подразделяются на стационарные, которые предназначены для постоянной установки на каком-либо объекте, и на переносные. Кроме того, различают тахометры, измеряющие скорость контактным и бесконтактным методом. К первой группе относятся все выше названные приборы за исключением фотоэлектрического и стробоскопического тахометров, работающих бесконтактным методом. Рассмотрим устройство и работу некоторых тахометров, работающих контактным методом.
- назначения; - физических основ; - принципов работы; - особенностей конструкции; - области применения; - целесообразности использования; - возможностью замены на другие аналоги для конкретных измерительных приборов, реально используемых в отраслях промышленности
- Бесплатные корректировки
- Шпаргалки в подарок!
- Предоплата всего 25%
- Помощь студентам
- Лента работ
- Измерение дозвуковых скоростей движения твердых тел.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Стоимость: 400 руб.
Думаете, что скачать готовую работу — это хороший вариант? Лучше закажите уникальную и сдайте её с первого раза!
Отзывы студентов
Работа выполнена отлично в поставленные сроки . Написано грамотно и качественно . Очень довольна рефератом.
Еще один реферат, заказанный мною у Заочника, по истории философии науки. Тема техническая, очень сложная. И объем рефе…
Дж. Максвелл доказал существование электромагнитных волн еще в после того, как решил применить их к изменяющимся во времени электромагнитным полям. Проанализировав все известные на тот момент законы электродинамики, увидел связь и асимметрию между электрическими и магнитными полями.Максвеллом было….
В случае, если наблюдатель и источник звука движутся друг относительно друга, частота воспринимаемого наблюдателем звука и частота источника звука не совпадают. Данное явление было открыто в году и носит название .Распространение звуковых волн в воздухе или другой однородной среде происходит с пос….
− это траектория, по которой движется в космическом пространстве космические тела: Солнце, звезды, планеты, кометы, космические корабли, спутники, межпланетные станции и др.Применительно к искусственным космическим аппаратам понятие “орбита” используется для тех участков траекторий, на которых они….
Допустим, что у нас есть магнитное поле, созданное фиксированным распределением токов в пространстве. Его индукцию можно вычислить так:.А энергию этого магнитного поля – так:.Теперь представим, что все пространство заполнено однородным магнетиком с магнитной проницаемостью, равной . Примем, что пол….
Постоянная Больцмана, представляющая собой коэффициент, равный , является частью значительного числа формул в физике. Она получила свое название по имени австрийского физика – одного из основоположников молекулярно-кинетической теории. Сформулируем определение постоянной Больцмана: называется физич….
- назначения; - физических основ; - принципов работы; - особенностей конструкции; - области применения; - целесообразности использования; - возможностью замены на другие аналоги для конкретных измерительных приборов, реально используемых в отраслях промышленности
![]()
Работа не идеальная, но автор имеет индивидуальный подход к ней и без всяких вопросов подходит к коректировке
Количество независимых переменных, которыми определяется состояние системы, называют числом степеней свободы. Для полной характеристики энергетического состояния движения материальной точки в момент времени t требуется задать три компоненты скорости для того, чтобы определить кинетическую энергию и три координаты, чтобы определить потенциальную энергию, получается всего необходимо шесть переменных.
-- магнитная постоянная, \mu
- магнитная проницаемость вещества. Из опыта получено, что в слабых полях для изотропных сред \mu
-- величина постоянная и определяется магнитными свойствами вещества и в таком случае вектор магнитной индукции совпадает по направлению с вектором напряженнос.
Существование электростатических взаимодействий уже было известно в глубокой древности. Двадцать шесть веков назад, греческий философ и математик Фалес из Милета ( 620
г. до н.э.) заметил, что на ткань, которой протирают янтарь, притягивается древесная щепка. Название электричества происходит от греческого слова ήλεκτρον, что означает янтарь.
Электростатические явления возникают из-за сил, .Основным математическим аппаратом в классической термодинамики является гипотеза дифференциальных фазовых форм, которая представляет собой две и более независимые переменные, а также способы преобразования частных производных от одной группы независимых показателей к другой.
На сегодняшний день ученые выделяют два типа дифференциальных форм:
Примеров, иллюстрирующих свойства указанных критериев мате.Количество независимых переменных, которыми определяется состояние системы, называют числом степеней свободы. Для полной характеристики энергетического состояния движения материальной точки в момент времени t требуется задать три компоненты скорости для того, чтобы определить кинетическую энергию и три координаты, чтобы определить потенциальную энергию, получается всего необходимо шесть переменных.
-- магнитная постоянная, \mu
- магнитная проницаемость вещества. Из опыта получено, что в слабых полях для изотропных сред \mu
-- величина постоянная и определяется магнитными свойствами вещества и в таком случае вектор магнитной индукции совпадает по направлению с вектором напряженнос.
Существование электростатических взаимодействий уже было известно в глубокой древности. Двадцать шесть веков назад, греческий философ и математик Фалес из Милета ( 620
г. до н.э.) заметил, что на ткань, которой протирают янтарь, притягивается древесная щепка. Название электричества происходит от греческого слова ήλεκτρον, что означает янтарь.
Электростатические явления возникают из-за сил, .Основным математическим аппаратом в классической термодинамики является гипотеза дифференциальных фазовых форм, которая представляет собой две и более независимые переменные, а также способы преобразования частных производных от одной группы независимых показателей к другой.
На сегодняшний день ученые выделяют два типа дифференциальных форм:
Примеров, иллюстрирующих свойства указанных критериев мате.Стержнем в акустике называется тело, длина которого много больше, а поперечный размер меньше (или порядка) длины волны упругих колебаний. Если поперечный размер много меньше длины волны звука, то такое тело в акустике называется струной (при условии, что она сильно натянута и обладает равномерно распределённой по длине плотностью). В струне легко возбуждаются и могут устойчиво существовать лишь… Читать ещё >
Измерение скорости звука в твёрдых телах методом соударения стержней ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра общей физики ОТЧЕТ о лабораторной работе
" Измерение скорости звука в твёрдых телах методом соударения стержней"
Измерительный практикум, 1 курс, группа 12 332
Преподаватель измерительного практикума Л. Н. Смирных Преподаватель компьютерного практикума Л. К. Попов Новосибирск, 2012 г.
Аннотация
В данной работе исследуется скорость звука в металлах методом их соударения и измерения времён соприкосновения и распространения волны. В ходе исследований было выяснено, что один из способов слабо пригоден в силу большого влияния систематической погрешности. Была исследована случайная погрешность.
В данной работе скорость звука в металлических стержнях измеряется как скорость распространения упругого ударного возмущения вдоль стержней в среде.
Стержнем в акустике называется тело, длина которого много больше, а поперечный размер меньше (или порядка) длины волны упругих колебаний. Если поперечный размер много меньше длины волны звука, то такое тело в акустике называется струной (при условии, что она сильно натянута и обладает равномерно распределённой по длине плотностью). В струне легко возбуждаются и могут устойчиво существовать лишь поперечные волны, тогда как в стержне могут возбуждаться поперечные и продольные волны.
Соответственно целью работы является определение скорости распространения в упругой среде (в данном случае в металлах) слабых возмущений или механических колебаний с малыми амплитудами методом соударения стальных, алюминиевых, медных и латунных стержней разной и одинаковой длины и анализ систематических погрешностей измерений.
1. Описание эксперимента
1.1 Методика измерений
В данной работе рассмотрены два способа измерения скорости звука:
1. По времени соударения стержней. Время соударения вычисляется по формуле:
Тогда снимая с осциллограммы время соударения и измеряя длину большего из стержней, можно посчитать скорость звука в металле.
В данном способе измерений большую роль играет соосность соударения и геометрия торца стержня, что может привести к ошибкам.
2. По времени распространения волны от одного конца стержня до другого. В результате соударения стержней по ним начинает распространяться со скоростью звука волна упругого сжатия.
Пьезодатчик, закреплённый на конце одного из стержней, представляет собой цилиндрическую таблетку из сегнетоэлектрической керамики (титаната бария), на торцах которой при её упругой деформации возникает разность потенциалов с амплитудой, примерно пропорциональной величине деформации. Деформация (и сигнал) возникает в тот момент, когда распространяющаяся от удара звуковая волна достигнет левого торца стержня. Время распространения волны вычисляется по формуле:
1.2 Описание установки
Стержни изготовлены из различных металлов: сталь, медь, алюминий. Стальные стержни различной длины, а стержни из алюминия и меди одинаковые. Стержни из одного металла L1 и L2 подвешены на гибких подвесах (нитях), обеспечивающих их горизонтальную подвижность вдоль общей оси, но препятствующей параллельному смещению осей относительно друг друга (для обеспечения центрального удара).
На левом конце стержня L1 закреплён пьезодатчик D, сигнал с которого поступает на вход K2 осциллографа. Диаметр пьезодатчика равен диаметру стержня, а его длина — LD = 1 см.
Правый конец стержня L2 через последовательно включённую батарею ИП подключен ко входу канала К1 осциллографа. Стержни металлические, и лишь при их контакте второй полюс источника через них и общую шину поступает на заземленный вход осциллографа (общий для каналов К1, К2 и для ИП и D).
Стержень L2 движется со скоростью V навстречу к стержню L1. В момент начала соударения по обоим стержням начинает распространяться волна сжатия с одинаковой скоростью c.
скорость звук соударение металл
Осциллограф установлен в режим запуска развёртки сигналом, поступающим на вход канала К1.
При имеющейся установке осциллограммы имеют примерно следующий вид:
1.3 Результаты измерений
Стержни изготовлены из различных металлов: сталь, медь, алюминий. Стальные стержни различной длины, а стержни из алюминия и меди одинаковые. Для стержней из меди и стали эксперимент был проведен десять раз, а для алюминия — шестнадцать раз. Во время эксперимента с осциллограммы снималось время соударения (Дt), время распространения волны от одного конца стержня до другого (дt) в первом случае измерялась длина большего из стержней (L) во втором — берется длина одного стержня (L1). Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты измерений.
дt - время распространения волны, мс
Используя результаты измерений и формулы (1) и (2), считаем c1 — скорость звука (по времени соударения), c2 — скорость звука (по времени распространения волны) и с — среднее значение скорости звука.
2. Анализ результатов измерений
2.1 Соударение одинаковых (по размерам и материалу) стержней
Легко понять, что результат не изменится, если один стержень покоится, а другой движется со скоростью V. В этом случае мы можем рассматривать процесс в системе, связанной с их центром масс.
Полезно заметить, что скорости соударения, тем не менее, ограничены: они не могут быть произвольно большими, если мы желаем, чтобы соударение было упругим. Например, предел упругости стали ограничивает скорость соударения менее 10 м/с.
2.2 Соударение стержней из одинакового материала и одинакового сечения, но различной длины
Начальная фаза соударения остаётся прежней: упругая волна сжатия распространилась по обоим стержням на расстояние L1, равное длине меньшего стержня. После этого по левому (короткому) стержню начинает распространяться волна разрежения, а по правому по-прежнему распространяется волна сжатия. Пусть для определённости длина правого стержня L2 равна удвоенной длине левого. Тогда в момент, когда волна разрежения дойдёт по левому стержню до места их соединения, правый стержень окажется полностью сжатым. Все сечения короткого стержня будут при этом иметь скорость V, а все сечения длинного — V = 0 (в системе центра масс).
Дальнейший процесс понятен из рисунка:
где L — длина более длинного стержня.
Полученный результат справедлив и в том случае, когда отношение длин стержней не является целым числом: время соударения будет определяться временем прохождения упругой волной удвоенной длины наибольшего стержня. Действительно, волна уже не может перейти в более короткий стержень, а стержни разойдутся только тогда, когда волна растяжения по длинному стержню вернётся к месту их соударения.
2.3 Обработка результатов
Усреднённое значение считаем по формуле:
Таблица 2. Усреднённые экспериментальные данные.
Сталь
Алюминий
Медь
, м/с
1>, м/с
2>, м/с
2.4 Оценка погрешностей
Результаты измерений, как видно из таблицы, ощутимо различаются, и количество измерений для каждого металла порядка 10. Значит, случайная погрешность будет значительно больше приборной, поэтому приборной погрешностью мы можем пренебречь. Тогда погрешность среднего можно рассчитать по формуле:
Таблица 3. Погрешность среднего экспериментальных данных.
Сталь
Алюминий
Медь
у , м/с
у 1>, м/с
у 2>, м/с
Также, очевидно, в наших измерениях присутствует систематическая погрешность, связанная с не идеально соосными соударениями и неровными краями стержней.
Из таблицы погрешностей видно, что для стали и алюминия погрешность намного выше, чем для меди. Это можно объяснить тем, что для этих металлов мы много раз меняли стержни и настраивали установку, изменяя направления осей и торцы стержней. Значит, эти параметры действительно сильно влияют на получаемые результаты. Оттуда же видно, что погрешность c1 для стали и алюминия значительно больше погрешности c2, значит, погрешность, связанная с расположением и формой стержней сильнее влияет именно на c1. Значит, c2 — наиболее достоверные результаты.
Сравним экспериментальные результаты с табличными данными:
Таблица 4. Справочные данные.
Сталь IXI8H9T
Алюминий
Медь
c табл., м/с
, м/с
Следует отметить, что для всех металлов экспериментальное значение скорости звука меньше табличного, что также говорит о систематической погрешности.
С учётом сказанного можно заключить, что полученные результаты весьма достоверны.
Читайте также:
