Вимірювання параметрів обертового руху

Швидкість обертання елементів машин, пристроїв та агрегатів є однією з характеристик досліджуваного об'єкта. Дуже часто вона визначає динамічні та теплові напруження в машинах. Технічні тахометри повинні забезпечувати похибку вимірювання звичайно не більше ніж 1,5...2 %, а при вимірюванні швидкості обертання в енергетичних установках ця похибка не повинна перевищувати 0,3...0,5%.

Швидкість обертання визначається кількістю обертів за хвилину n (об/хв), що зв'язана з частотою обертання , як

n = 60 . (4.14)

Найпоширенішими є такі методи вимірювання частоти обертання:

- відцентрові механічні, в яких чутливий елемент реагує на відцентрову силу;

- електричні постійного, змінного чи імпульсного струму, основані на залежності генерованої напруги від частоти обертання, а для змінного та імпульсного струму - залежність частоти струму від частоти обертання;

- магнітоіндукційні, основані на залежності наведених в метале­вому тілі вихрових струмів від частоти обертання;

- індукційні, основані на законі електромагнітної індукції;

- фотоелектричні, що базуються на модуляції світлового потоку елементами обертання;

- стробоскопічні та інші.

Рисунок 4.9 – Відцентровий механічний тахометр

Прикладом відцентрового механічного тахометра може бути тахо­метр, схема якого зображена на рис. 4.9. У даному тахометрі до осі 1, яка обертається з частотою wдосліджуваного об'єкта (вала), закріплена муфта 2, що з'єднана з рамкою 3. На шар­нірах у місцях з'єднань відповідних кінців сторін рамки закріплені інерційні маси m. Під дією відцентрових сил інерційні маси розходяться, переміщуючи вздовж осі у муфту 4 і стискуючи пружи­ну 5. Переміщення муфти 4 передається на відліковий пристрій.

Залежність Dу відхилення муфти 4 від початкового положення у (при w_х=0) є функцією параметрів тахоперетворювача і пропорційне квадрату вимірюваної кутової швидкості:

y=Sw²_x (4.15)

де S - чутливість тахометра, яка визначається його конструкційними параметрами.

Відцентрові тахометри прості та надійні. Вони застосовуються для вимірювань кутових швидкостей включно до 1000 об/хв., їх основними недоліками є порівняно велика похибка (до 10 %), низький поріг чутливості, вони не є дистанційними.

Первинними перетворювачами електричних (генераторних) тахометрів є тахогенератори – електричні мікромашини, що працюють в режимі генератора і є перетворювачами швидкості обертання ротора в пропорційний електричний сигнал.

Тахогенератор постійного струму (рис. 4.10) має рухомий ротор 1 з розміщеною на ньому багатосекційною вимірювальною обмоткою 2, кінці якої підведені до колектора 3 зі щітками 4.

При обертанні ротора в полі, створюваному постійним магнітом, у вимірювальній обмотці наводиться синусоїдна ЕРС, значення якої пропорційне магнітній індукції в повітряному зазорі, що є синусною функцією кута повороту ротора, та вимірюваній кількості обертів. Випрямлена за допомогою колектора напруга подається на магнітоелектричний вимірювальний прилад.

Рисунок 4.10 - Тахогенератор постійного струму

Тахогенератори постійного струму використовуються для вимірювань швидкості обертання з похибкою до 1...1,5 %. Їх основним недоліком є високий рівень шумів, викликаний наявністю рухомого контакту в колі колектор-щітка, а також пульсації вихідної напруги.

Серед індукційних тахометрів особливе місце займають імпульсні індукційні тахометри. Первинний перетворювач такого тахометра (рис. 4.11, а, б) має вимірювальну обмотку 1, розміщену на сталевому ярмі 2, через яке замикається магнітний потік постійного магніту 3. Рухомою частиною є феромагнітний зубчастий диск 4, який кріпиться до вала, оберти котрого вимірюють.

При обертанні вала зубчастий виступ 5 диска (індуктора), проходячи біля розімкненої частини ярма, зменшує повітряний зазор між рухомою та нерухомою частинами магнітопроводу, зменшуючи магнітний опір кола магнітного потоку від постійного магніту, що призводить до зміни магнітного потоку і наведення у вимірювальній обмотці ЕРС

, (4.16)

де F_M - магніторушійна сила постійного магніту; R_M - магнітний опір магнітного кола.

Рисунок 4.11 - Індукційний тахометр

Для наведеної конструкції імпульсного індукційного перетворю­вача ЕРС, що виникає у вимірювальній обмотці, буде мати вигляд двополярних імпульсів, частота яких дорівнюватиме частоті проходжен­ня виступів диска (зубців) попри розімкнену частину ярма, тобто частоті обертання вала

, (4.17)

де р - кількість виступів індуктора; п - частота його обертання, об/хв.

Крім частотного інформативного параметра, інформативним параметром вихідного сигналу може бути і вихідна ЕРС.

Дата добавления: 2014-11-18