Лекция Электронные мерные приборы. Металлические рулетки. Правила измерений. Обработка измерений. Характеристики рулеток от класса точности.

    Скачать с Depositfiles 

                        2.3.3 Электронные мерные приборы

В основе электронных дальномеров лежит физический принцип измерения расстояний, основанный на том факте, что электромагнитные волны имеют постоянную скорость распространения, значение которой известно с достаточно большой степенью точности. Тогда, если каким-то образом измерить время  прохождения электромагнитного сигнала от начальной точки измеряемой линии к ее конечной точке и обратно (рис. 2.2), то

Рис. 2.2 – Электромагнитный принцип измерения расстояний

расстояние  между этими двумя точками, при известном значение скорости  распространения электромагнитных волн в измеряемой среде, может быть определено как

, (2.4)

где – скорость распространения электромагнитных волн в измеряемой среде; эта скорость связана со скоростью распространения электромагнитных волн в вакууме соотношением

, (2.5)

где – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, равная 299792458 м/с;

 – показатель преломления среды, зависящий от длины волны излучения, температуры, давления и влажности окружающего воздуха.

В геодезии, как известно, длины линий требуется измерять с очень высокой точностью, вплоть до 1 мм или 0,001м . Попробуем оценить с какой точностью должен быть тогда измерен промежуток времени, чтобы получить такую точность измерения длины линии. Эта оценка может быть получена из выражения (2.4), если его представить в дифференциальном виде, т.е.

, (2.6)

Отсюда следует, что

. (2.7)

Подставив в (2.7) вместо  значение скорости  равное 299792458 м/с, т.е. считая , и принимая , получим  или  (пикосекунд).

Это очень высокая точность определения промежутков времени. Для того, чтобы можно было определять промежутки времени с такой точностью, необходимо чтобы частота шины, на которой бы работала электронная аппаратура, была бы, по крайней мере, не менее  (один терагерц – 1012 герц), а то и на один–два порядка больше. Современная же электронная аппаратура, используемая в телекоммуникации и радиолокации, имеет дело с частотами максимум  (100 гигагерц или 1011 герц). Для сравнения в современных персональных компьютерах используются частоты порядка 1-5 ГГц (109 герц).

Все сказанное означает, что непосредственно измерить столь малый промежуток времени не представляется возможным. Поэтому в электронных дальномерах, предназначенных для точных измерений, используются косвенные методы определения промежутков времени. В тех же случаях, когда высокая точность не требуется, могут использоватьсяпрямые методы измерения промежутков времени.

2.4 Металлические рулетки. Правила измерений. Обработка измерений

Российские рулетки выпускают со шкалами номинальной длины: 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 50 и 100 метров. Рабочая поверхность рулетки называется полотном или лентой. Российские рулетки изготавливают с лентами из нержавеющей стали (условное обозначение Н) и углеродистой стали (условное обозначение У) с защитным антикоррозионным покрытием: лаковым, эмалевым, полимерным.

В зависимости от положения начала шкалы на измерительной ленте рулетки выпускаются в двух исполнениях:

– начало шкалы сдвинуто от торца измерительной ленты не менее чем на 150 мм;

– начало шкалы совпадает с торцом измерительной ленты.

Шкалы рулеток наносят с миллиметровыми, сантиметровыми, дециметровыми и метровыми интервалами.

По точности нанесения шкал рулетки изготавливаются двух классов: 3-го и 2-го класса.

Полный средний ресурс для рулеток из нержавеющей стали составляет 2000 циклов измерений, для рулеток из углеродистой стали – 1500 циклов измерений. Под одним циклом понимается развертывание рулетки, вытягивание ее на полную длину, натяжение, отсчет, свертывание ленты.

Рулетки в зависимости от класса точности и материала изготовления обеспечивают производство линейных измерений с относительными погрешностями от 1:2000 до 1:20000.

При измерениях повышенной точности необходимы тщательное компарирование рулетки, измерение и учет температуры, а также постоянство натяжения ленты.

Зарубежные фирмы выпускают рулетки, в которых используются ленты следующих видов:

– стальная лента с делениями, нанесенными методом травления;

– стальная крашенная лента;

– стальная крашенная лента с полиамидным покрытием;

– лента из нержавеющей стали с делениями, нанесенными методом травления;

– фиберглассовая лента с капроновым кордом.

Наиболее долговечными являются ленты, изготовленные из нержавеющей стали, и ленты, имеющие полиамидное покрытие. Полиамид – прозрачный пластик, который надежно защищает металлические ленты от воздействия влаги и трения. Рулетки с такими лентами не ржавеют, разметка на них не стирается.

В таблице даны характеристики металлических рулеток 2-го и 3-го классов точности.

Таблица 4.1 Характеристики рулеток от класса точности

Наименование элемента шкалы

Допустимое отклонение действительной длины, мм, не более,
для классов точности

2

3

Миллиметровый интервал

±0,15

±0,20

Сантиметровый интервал

±0,20

±0,30

Отрезок шкалы 1 м и более

±0,30 + 0,15 (L-1)

±0.40 +0.20 (L-1)

Примечание: L — число полных и неполных метров в отрезке

(Аналогия с нивелирными рейками. Определение длины деления, дециметрвых интервалов, метровых интервалов. Допустимые отклонения указанных интервалов от номинальных значений).

При измерениях повышенной точности необходимы тщательное компарирование рулетки, измерение и учет температуры, а также постоянство натяжения.

Наиболее долговечными являются ленты, изготовленные из нержавеющей стали, и ленты, имеющие полиамидное покрытие. Полиамид – прозрачный пластик, который надежно защищает металлические ленты от воздействия влаги и трения. Рулетки с такими лентами не ржавеют, разметка на них не стирается.

Достоинствами рулеток являются: компактность, малый вес, простота устройства и эксплуатации при сравнительно высокой точности измерений, особенно коротких линий. Недостатки — большая трудоемкость при измерении длинных линий, необходимость расчистки наземной трассы, вешения, измерения углов наклона отдельных участков линий и т. д.

Измерение длины линий выполняется путем последовательного укладывания рулетки в створе линии между точками, которыми она закреплена. Створом линии местности называется отвесная плоскость, которая проходит через конечные точки линии.

Створ линии на местности обозначается с помощью вех и кольев. Если длина линии превышает длину мерного инструмента или рельеф местности сложный, то в створе линии закрепляют временные дополнительные точки. Установка в створе измеряемой линии дополнительных точек и называется пpовешиванием линии.

Пpовешивание линии может выполняться с помощью теодолита.

Теодолит устанавливается на одной из точек линии, а зрительную трубу наводят на вторую точку и закрепляют в таком положении лимб и алидаду теодолита. Колья закрепляются в ствоpе линии по указаниям наблюдателя так, чтобы на них проектировалась вертикальная нить сетки нитей теодолита способом на себя. Расстояние между кольями должно быть несколько меньше длины мерного инструмента. Центр кольев обозначается шляпкой гвоздя. Над кольями устанавливают жесткие отвесы.

Жесткий отвес представляет собой металлическую треногу со штангой посредине. Штанга снабжена круглым уровнем для приведений её в отвесное положение. Перемещение штанги в пределах подставки треноги контролируется специальным зажимным кольцом. Жесткий отвес позволяет поднять на небольшую высоту центр точки вдоль отвесной линии.

Измерение длины линии с использованием металлической рулетки производится 3-мя приемами. Расхождение между приемами не должно превышать 2 мм. Начальный отсчет должен быть отличен от нуля. Запрещается выполнять измерения от начального штриха рулетки, соответствующего отсчету 0. Между приемами полотно рулетки необходимо смещать на 10-20 см.

Измерение линии выполняют два замерщика. Задний замерщик совмещает начальный участок рулетки с начальной точкой линии, а передний замерщик протягивает её вдоль линии до следующего колышка.

Затем ленту рулетки передний замерщик натягивает для обеспечения номинального натяжения , которое определяется по динамометру передним замерщиком. При этом следят, чтобы полотно ленты не касалось препятствий и находилось на примерно одинаковом расстоянии от земной поверхности по всей длине.

По команде переднего замерщика «отсчет» — оба замерщика производят отсчитывание по рулетке с точностью до 1 мм напротив центра жесткого отвеса. Отсчеты записываются в журнал измерения длин. Это составляет первый прием. Затем рулетку несколько смещают и порядок действий повторяют. Это составляет второй прием. Аналогичным образом выполняется и третий прием.

Длина интервала определяется как средняя разность отсчетов переднего и заднего замерщиков. В следующем интервале действия измерителей повторяются. Длина линии является суммой длин измеренных интервалов.

Для контроля линию измеряют дважды — в прямом и обратном направлениях. Если расхождение двойных измерений данной линии оказывается допустимым, т.е.

,

где — допустимая относительная погрешность линейных измерений, то в качестве конечного результата принимают среднее арифметическое значение.

В измеренную длину вводят поправки за компарирование, за температуру, за провес:

,

где — исправленная за компарирование, температуру и провес длина, м.;

— измеренная длина, м.;

— поправка за компарирование, м.;

— поправка за температуру, м.;

— сумма поправок за провес в каждый интервал, м.

Поправка за компарирование:

,

где — поправка за компарирование во всю длину рулетки при номинальном натяжении, приведенная к нормальной температуре 20° С, м;

— номинальная длина рулетки, м.

Поправка за температуру:

,

где — коэффициент линейного расширения материала рулетки ( для углеродистой стали,  для нержавеющей стали);

— температура воздуха при выполнении измерений, ° С;

Поправка за провес в измеренный интервал:

,

где — измеренный интервал, м;

— стрела провеса, м;

— угол наклона интервала.

 

    Скачать с Depositfiles