Тахометрические датчики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

курсовиФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ДО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР)
Кафедра радіоелектронних технологій та екологічного моніторингу
(РЕТЕМ)

Тахометрические датчики

Курсова робота з дисципліни «Прилади та датчики»

студент гр.213
_________Скакун Н.М.
22.12.2005
Керівник
_________Бакін М.М.

____________оценка
2005

Зміст

1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2. Електромагнітні тахометри кутовий швидкості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
2.1 Тахометрические генератор постійного струму ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
2.2 Тахометрические генератори на змінному струмі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2.3 Електромагнітні тахометри лінійної швидкості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 13
2.4 Імпульсні тахометри кутовий швидкості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
2.5 Датчики зі змінним магнітним опором ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15
2.6 Датчики на токах Фуко ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 17
2.7 Оптичний тахометр ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .17
3. Гірометра ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18
3.1 Гіроскопічний вимірювач швидкості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
3.2 Оптичні тахометри ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .20
4. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
5. Додаток ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
6. Список використовуваної тератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 25
Введення
У промисловості вимір швидкості зводиться у більшості випадків до вимірювання швидкостей обертання крутяться деталей і вузлів, коли за ними доводиться спостерігати з метою безпеки або для створення умов їх роботи в бажаному режимі. У разі прямолінійного руху вимір швидкості часто також може бути зведене до вимірювання швидкості обертання. Тому тахометричні датчики є у своїй більшості датчиками кутовий швидкості.



Промислові датчики, призначені спеціально для вимірювання швидкості, базуються на законі Фарадея
де х - змінна лінійного чи кутового положення. Тому всяке відносне переміщення між джерелом потоку (індуктором) і контуром наводить у цьому останньому е.. д. с, амплітуда якої пропорційна швидкості переміщення, внаслідок чого на виході такого датчика формується сигнал

Цей вид тахометра називається електродинамічних.
Коли досліджуване рухається тіло здійснює періодичний рух, наприклад обертання, визначення його швидкості може бути замінено виміром частоти: так, датчик близькості, розташований поруч з об'єктом, відстань до якого змінюється періодично, видає сигнал, частота якого дорівнює або кратна, в залежності від конфігурації об'єкту , частоті рухів. Так, для вимірювання кутової швидкості обертового вала можна використовувати насаджений на нього диск, забезпечений чергуються прозорими і непрозорими частинами, які при обертанні будуть переривати потік променів, реєстрований за допомогою оптичного детектора. Таким чином буде формуватися послідовність електричних імпульсів з частотою, пропорційною швидкості.
Тахометри цього типу називають імпульсними.
У випадку дуже повільного обертання, наприклад, менше одного градуса на годину, описані вище методи стають непридатними, і в цьому випадку вимір швидкості може бути j ефективно здійснене за допомогою лазерного гігрометра.
Принцип його дії заснований на існуванні різниці i ходу двох хвиль, випромінюваних одним лазером і поширюються в протилежних напрямках в одній і тій же обертається середовищі. Ця різниця ходу, пропорційна кутовий швидкості, виявляється за допомогою інтерферометра.
Відносини, які пов'язують швидкість і положення, з одного боку, і швидкість і прискорення, з іншого, дозволяють визначати швидкість шляхом обробки сигналів датчиків кожної з цих двох величин.
Похідна за часом сигналу аналогового датчика положення визначає величину швидкості. Однак цей метод пов'язаний з появою перешкод (наприклад, через дискретності дротяного потенціометра) і збільшенням високочастотного шуму.
Інтегрування сигналу датчика прискорення представляє інший метод визначення швидкості; використовується в навігації, він вимагає складного обладнання (інерціальна платформа).
Електромагнітні тахометри кутовий швидкості
Тахометрические генератор постійного струму
Пристрій. Принцип дії. Елементами пристрою генератора є
а) статор (індуктор), що представляє собою феромагнітний каркас, який несе 2 полюси, напрямних поле магнітної індукції, утворене струмом через котушки (електромагніти) або постійними магнітами;
б) ротор (якір), який представляє собою багатошаровий циліндр з листового заліза, що обертається між полюсами статора, причому його вісь збігається з віссю статора; на його периферії паралельно осі розташовані в заглибинах (пазах) л = 2 мідних провідників; ці провідники, звані активними, з'єднані попарно своїми кінцями з іншими, які розташовані строго уздовж діаметру ротора до називаються пасивними;
в) колектор - циліндр з тією ж віссю, що до у ротора, але значно меншого діаметру, що несе ізольовані між собою мідні пластинки, кожна з яких пов'язана з активним провідником;
г) дві щітки, пов'язані з клемами генератора і притискаємо до колектора, які закріплюються на двох Діаметрально протилежні пластинках; щітки розташовані уздовж середньої лінії перпендикулярно напрямку індукції, так, щоб знімати максимальну е.р.с.
Розрахунок е.р.с, що наводяться в активних провідниках. В /-м провіднику (0 ^ / <2fe-l) внаслідок обертання виникає е.р.с., величина якої визначається виразом

де dtp /-магнітний потік, що перетинається провідником за інтервал часу dt,

ds c - збільшення площі поверхні, що описується рухомим провідником, за час dt, і B IN - складова В,
нормальна до ds c.
Збільшення площі описуваної поверхні визначається виразом

Тут / - довжина активного провідника, av - його лінійна швидкість, що дорівнює t) = wr, де to-кутова швидкість ротора, м-його радіус. Остаточно отримуємо

У діаметрально протилежному активному провіднику внаслідок симетрії маємо

Розрахунок е.. д, с. сукупності провідників, розташованих один бік від нейтральної лінії. У сукупності k провідників праворуч від нейтральної лінії наводиться сумарна

де s = 2nrt / n - площа поверхні між двома сусідніми провідниками, і 2J sB / *- Фо-потік, що виходить з полюса індуктора.
Для цих умов можна написати

де N - частота обертання ротора (число оборотів в секунду); таким же чином у сукупності провідників ліворуч від нейтральної лінії наводиться е.р.с. E g:

Ідея намотування складається у сполученні між собою 2k провідників так, щоб утворити два однакових комплекти по k послідовно з'єднаних провідників, в кожному з яких виникає е.. д. с. Е, така, що

Ця е.р.с. надходить в зовнішній ланцюг через дві щітки, розташовані на колекторі вздовж нейтральної лінії діаметрально протилежно одна одній.
У більш загальному випадку, коли генератор має 2 / 7 полюсів індукторів (кожен з потоком Фо), п \ провідників ротора, з'єднаних паралельно по 2о гілкам обмотки, індукована е.р.с. має величину

Саме на цій пропорційності е.р.с. Е і кутовий швидкості а грунтується використання генераторів постійного струму в тахометр, і одне з їхніх переваг у порівнянні з іншими тахометричними датчиками полягає в тому, що отримуваний сигнал змінює знак одночасно зі зміною напрямку обертання.
Реакція якоря. Якщо якір пов'язаний із зовнішнім контуром, то е.р.с. викликає в ньому струм, що проходить через активні провідники по різні сторони від нейтральної лінії в протилежних напрямках.
Зіставляючи попарно провідники, симетричні відносно нейтральної лінії, встановлюємо, що вони створюють індукцію, перпендикулярну лінії полюсів і пропорційну I; ця поперечна індукція називається реакцією якоря.
Реакція якоря викликає викривлення силових ліній поля до призводить до зміщення нейтральної лінії в напрямку руху. Оскільки е.р.с. знімається з нерухомих щіток, встановлених на спочатку нейтральної лінії (/ = 0), її величина прискорено зменшується з ростом струму.
Експлуатаційні параметри. На холостому ходу (/ = 0) е. д. с. генератора визначається загальним виразом
де фо - потік, викликаний індукцією, k e і k m - постійні параметри генератора.

Коли генератор з'єднаний з навантаженням R, він віддає струм /, який викликає внутрішнє падіння напруги RJ f де Ri - опір якоря, і реакцію якоря, яка зменшує е.р.с. генератора тим більше, чим більше величина струму. Позначаючи k, величину, що характеризує реакцію якоря, можна написати
Падіння напруги на щітках описується виразом



або
де еь і Rb залежать від матеріалів контактів щітка - колектор.

Для сукупності генератора з навантаженням отримуємо співвідношення
або
звідки йдуть вирази для струму в навантаженні

і для напруги на клемах навантаження

З отриманого для V виразу можна зробити висновок, що:
-Генератор має «мертву зону», а напруження виникає тільки при швидкостях вище еь1к е \ щітки повинні бути встановлені таким чином, щоб мінімізувати контактну різницю потенціалів ey t напруга U не є строго лінійною функцією від внаслідок реакції якоря; при тахометрічеськой використанні в режимі генератора нелінійність може бути зменшена шляхом: а) мінімізації струму / за рахунок використання підвищеного опору навантаження; б) обмеження швидкості обертання; в) використання таких типів обмотки ротора, які дають малу реакцію якоря. Напруга, що отримується в режимі генератора, зазвичай характеризують величиною е.р.с. при швидкості обертання 1000 об / хв і позначають через Ке.
Лінійність характеристики тахометра оцінюють з використанням максимальної різниці при 3600 об / хв між напругою, виміряним на холостому ходу U M, і напругою Uс, обчисленими в припущенні лінійності генератора, тобто Ј / с = 3,6 Ке-Вважають, отже, що

Реакція якоря залежить від напрямку обертання, оскільки вона призводить до зміщення нейтральної лінії в напрямку обертання; для рівних, але протилежно спрямованих швидкостей обертання потоки, діючі на ротор, не однакові і, таким чином, відповідні е.р.с. не точно симетричні.
Нехай Ке і Ке-е.р.с. холостого ходу при 1000 об / хв для кожного напрямку обертання; асиметрія кривої Ј / = / (о>) при цьому характеризується двостороннім допуском
Напруга U, що виробляється генератором, не є строго постійним; воно містить змінні складові, обумовлені а) можливим ексцентриситетом ротора і неоднорідністю його магнітних властивостей, що призводить до пульсаціям з частотою ш/2л; б) явищами, пов'язаними з комутацією пластин колектора і викликають биття частоти л з <о/2я, де Uс - число пластин. Такі пульсації можна в принципі послабити за допомогою фільтрів LC або RC, хоча на малих швидкостях обертання може виникнути проблема з складової і. Ступінь модуляції напруги на виході генератора внаслідок биття характеризується величиною В для даної швидкості обертання:
де Аі - розмах коливань напруги U.
Типи конструкцій. Щоб уникнути використання додаткового джерела живлення обмотки збудження, індуктор виконують на постійних магнітах. Зазначимо зазвичай використовуються матеріали і порядок величин їх залишкової індукції В г і коерцитивної поля Не. Тверді ферити із суміші металевих оксидів: У г - = 0,2-5-0,4 Тл; Я з = ПО-р-250 кА / м; альнико (сплав залізо - нікель - кобальт - алюміній - мідь): Ј, = 0,8-М, 3 Тл; з = 504-80 кА / м; тіконал (сплав типу альнико з добавкою титану): B r = 0,7-f - т-0, 8 Тл; # з = 120 -г160 кА / м; кобальт-самарій (рідкоземельні елемент): У г = 0,8-г-4-1, 0 Тл; Яс = 600Н-700 кА / м. На противагу альнико і тіконалу магніти з феритів або рідкісноземельних металів не розмагнічуються при демонтажі; зате альнико і тіконал малочутливі до температур. Класифікація в порядку зростання ціни наступна: ферит, альнико, тіконал, рідкісні землі.
Ротори бувають трьох видів - котушкові, дзвоновидні, дискоїдальне.
Генератор з котушковим ротором дозволяє виробляти відносно велику напругу в кілька десятків вольт. Проте реакція якоря може спотворювати лінійність, а значна індуктивність обмотки L погіршує електричне швидкодію, яке визначається постійною часу L / R; значною є і механічна інерція. Колоколообразний ротор утворюється дротяною обмоткою на пустотельном немагнітному циліндрі, що обертається навколо фіксованого сердечника. Такий тип конструкції забезпечує значне зниження реакції ротора, індуктивності L і механічної інерції. Дискоїдальним ротор представляє собою ізольований диск, на якому закріплені пластинчасті провідники; цей тип конструкції характеризується, зокрема, дуже малою величиною індуктивного опору, гарною захищеністю від сторонніх впливів і допускає відносно великі струми без спотворення лінійності.
Тахометрические генератори на змінному струмі
Такий тип генераторів цікавий відсутністю колектора і щіток, що сприяє помітному збільшенню терміну служби, а також відсутності флуктуації падіння напруги на щітках і придушення паразитних сигналів при комутаціях. Однак схеми включення таких генераторів зазвичай більш складні, так як вимірювання амплітуди вимагає випрямлення і фільтрації вихідної напруги.
Синхронний генератор. Мова йде про невелике генераторі змінного струму. Ротор, пов'язаний з віссю, швидкість якої Статор несе якірну обмотку (одно-або багатофазну), в якій виникає синусоїдальна е.р.с; єв амплітуда і частота пропорційні швидкості обертання ротора, тобто

де Ј = & iO), Q-k 2 <i), k \, Аг-константи генератора. Таким об-; разом, величина w може бути визначена за амплітудою е.р.с, 'або за її частоті.
Прикладами таких тахометрів можуть служити генератори з магнето (фірма-виготовлювач Chauvin - Arnoux), що мають однофазний статор і ротор у вигляді постійного магніту з тремяпарамі полюсів. Тахометр типу 64 має максимальну швидкість 3000 об / хв, напруга 24В ± 1% і частоту 50 Гц прі1000 об / хв. У тахометра типу 64GV максимальна швидкість становить 6000 об / хв, напруга 24В ± 1%, частота 200 Гц при 4000 об / хв.
Визначення швидкості за величиною е.р.с. Імпеданс якоря визначається виразом Zi = Ri + jLiQ, де Ri і U - відповідно до його опір і індуктивність.
Напруга на клемах ротора, навантаженого опором R, за абсолютною величиною одно I

Як видно, напруга U в загальному випадку не є лінійною функцією. Використання генератора в тахометра вимагає, щоб опір навантаження R залишалося багато більше імпедансу обмотки навіть при максимальних швидкостях u; при цьому U практично дорівнює Є.
Вихідна напруга випрямляється і фільтрується для отримання постійного пропорційного напруги; воно не залежить від напрямку обертання. Ефективність фільтра падає зі зменшенням частоти, тому ступінь биття напруги зростає при малих швидкостях обертання, визначаючи нижня межа застосовності. Крім того, наявність фільтра вносить постійну часу, яка знижує швидкодію.
Визначення швидкості по частоті сигналу. Частотне вимірювання являє інтерес, коли створюваний синхронним генератором сигнал необхідно передати на відстань; в цьому випадку втрати у лінії не впливають на вимірювання.
Як приклад опишемо тахометр з електричною передачею, що випускається фірмою Jaeger. Його ставить генератор - трифазний, причому кожна обмотка його ротора з'єднана з однієї з обмоток синхронного мотора. Тому в моторі виникає поле, яке обертається з тією ж швидкістю, що ротор генератора, і захоплює синхронно ротор мотора, що представляє собою магніт. Ротор мотора пов'язаний з другим магнітом (вимірювальним), який обертається перед металевим диском, у останньому виникають струми Фуко, пропорційні швидкості обертання вимірювального магніту, і обертаючий момент Cm, пропорційний швидкості. Цей обертаючий момент, згідно з законом Ленца, прагне повернути диск у бік руху вимірювального магніту; він врівноважується протилежної парою сил спіральної пружини, так що відхилення а диска пропорційно швидкості обертання.
Тахометрические асинхронний генератор. Його конструкція подібна до конструкції двофазного асинхронного мотора

Ротор складається з тонкого немагнітного циліндра, що обертається зі швидкістю (що є об'єктом вимірювання; його маса і інерція дуже малі. Статор з магнітного листового заліза несе дві розташовані квадрупольні обмотки: а) збудливу обмотку, до якої прикладена напруга v e з амплітудою V e і стабільною частотою). б) вимірювальну обмотку, в якій наводиться е.р.с. Остання Фооміпует-Тахиметрична сигнал Ј - постійна даного приладу.
Різниця фаз <р змінюється на кілька градусів у всьому діапазоні зміни швидкостей генератора, але відчуває стрибок на я при зміні напрямку обертання. При нульовій швидкості на клемах вимірювальної обмотки виникає невелика залишкову напругу; воно викликане недосконалістю конструкції - асиметрією ротора, неоднорідністю магнітного контура, неточної установкою обмоток по кутку.
Порядок величин метрологічних параметрів приладу наступний: діапазон вимірювань від 10 об / хв до 2-10 * об / хв; вимірювана напруга при 1000 об / хв-від 1 до 10 В; відхилення від лінійності - від 0,1% до 0,2 % діапазону вимірювань; залишкове напруга - від 10 до 100 мВ; момент інерції ротора-кілька г-см 2. За винятком дуже малого моменту інерції, характеристики генераторів цього типу не надто примітні; крім того, їх використання вимагає дуже стабільного збудливого джерела. Однак такі генератори представляють інтерес, оскільки легко можуть бути включені в регулюючі чи командні комплекси, в яких інформація передається амплітудою синусоїдальних струмів фіксованої частоти, що містять, наприклад, такі прилади, як двофазний мотор з керуючою обмоткою, сінхродетек-гір, резольвер, індуктивний потенціометр .

Електромагнітні тахометри лінійної швидкості

Коли переміщення досліджуваної деталі значно (понад іетра), її лінійну швидкість можна визначити шляхом вимірювання кутової швидкості, наприклад, за допомогою ролика або інший обертається деталі, що є частиною того самого пристрою, швидкість обертання якої пропорційна лінійної швидкості переміщення; так, швидкість сталевого листа на виході прокатного стану визначається швидкістю обертання валків.
У випадку малих переміщень датчик швидкості виготовляється з магніту і котушки. Оскільки один із цих елементів фіксований, а інший пов'язаний з рухомої деталлю, їх відносне переміщення наводить у котушці е.р.с., пропорційну швидкості. Коли рухлива котушка, вона переміщається в радіальному поле індукції тороїдального виникає в ній е.р.с. описується виразом

де г і л - відповідно радіус витків і їх число, f-2ягп-довжина дроту котушки, В - величина індукції, v - швидкість переміщення.
Максимальне переміщення для таких конструкцій становить кілька міліметрів, чутливість - близько одного вольта на метр і секунду, а відхилення від лінійності - близько ± 10%.
Для переміщень більш значних (досягають 0,5 м) використовують магніт, укріплений на рухомій деталі, що переміщується вздовж осі тандему з двох котушок.
Е.р.с, наведена в котушці переміщенням магніту, пропорційна його швидкості; е.р.с. котушок мають протилежний знак, оскільки в них переміщуються протилежні полюси; тому обидві котушки з'єднані послідовно і зустрічно за знаком, так що в цьому випадку виходить ненульова сумарна е.р.с.
Прикладом такого вимірювального приладу може служити датчик лінійної швидкості 7L20VT.Z (фірма-виготовлювач Schaevitz), що має максимальний хід 500 мм, чутливість 4,8 мВ / мм / с і лінійність ± 1% від вихідної напруги.
Імпульсні тахометри кутовий швидкості
Часто доводиться вимірювати швидкість обертання диска на валу. Поверхня такого диска складається з р рівних секторів, кожен з яких має характерну відмітку (отвір,, щілину, зуб). У якості зразка можна використовувати будь-обертове тіло з періодичною структурою: шестерню, вісь з виїмками, колесо з лопатками і т. д.
Відповідний (наприклад, оптичний) датчик, поміщений навпаки зразка, виявляє проходження відміток і кожного разу видає імпульсний сигнал. Частота імпульсів датчика має величину /:

де N - кількість обертів зразка в секунду, р-число регулярних міток, на нього, завданих йому. Вибір відповідного датчика пов'язаний з природою обертового тіла і нанесених на нього міток: залежно від обставин використовують або один з різних датчиків близькості або оптичний датчик. Датчик змінюється магнітного опору повинен бути розміщений поблизу обертового феромагнітного тіла, мітки на якому представляють собою різкі зміни його магнітних властивостей. Датчик на токах Фуко та індуктивний датчик чутливі до змін відстані до провідного тіла обертання. Для датчиків, заснованих на використанні ефекту Холла або магнітного опору, потрібно, щоб на обертовому тілі перебували в русі один або кілька магнітів і забезпечувалося періодичне екранування датчика від магнітного поля. Оптичний датчик і джерело світла дозволяють реєструвати послідовність міток, утворених розривами оптичних властивостей внаслідок наявності отворів, щілин, що відбивають поверхонь. Переваги імпульсної тахометра обумовлені, з одного боку, її простотою, надійністю, сумісністю з агресивним середовищем (наприклад, вимірювання при ядерному опроміненні) м, з іншого боку, тим фактом, що носієм інформації є частота, що забезпечує певну захищеність від різного роду перешкод ( шумів, паразитних сигналів, ослаблення в лініях зв'язку) і спрощує перетворення в цифрову форму. Пристроєм формування сигналу служить або цифровий частотомір, або перетворення частота - напруга; останній складається з а) каскаду узгодження імпедансів та формування сигналів, наприклад тригера Шмітта, б) односто-які примерзли схеми, яка кожен імпульс, що надійшов з виходу попереднього ступеня, перетворює в імпульс постійної амплітуди і постійної тривалості Го (очевидно, величина Т про повинна бути менше мінімального періоду повторень), в) низькочастотного фільтра, вихідна напруга якого дає постійну складову сигналу, рівну середньому значенню напруги імпульсів, сформованих одностабільной схемою, і пропорційну То. Зниження граничної частоти фільтру зменшує пульсації на виході, але збільшує постійну часу і, отже, час вимірювання.

Датчики з змінним магнітним опором

Вимірювальна котушка забезпечується магнітним осердям, на який впливає потік індукції постійного магніту; котушка поміщена перед диском (полюсний колесо) або перед обертовим феромагнітним тілом. Послідовність стрибків магнітних властивостей (зуби, щілини, отвори) диска або обертового тіла викликає періодичне зміна

Магнітного опору в магнітному ланцюзі котушки, яке наводить у ній е.р.с. з частотою, пропорційною швидкості обертання. Амплітуда цієї е.р.с. залежить:
а) від відстані між котушкою і обертовим тілом; вона швидко падає зі збільшенням цієї відстані рів); (яке зазвичай не ожет перевищувати декількох міллімет
б) від швидкості обертання (в принципі амплітуда е.р.с. пропорційна цій швидкості); при малих швидкостях амплітуда може бути недостатньою для виявлення, внаслідок чого з'являється «мертва зона», в якій неможливі ніякі вимірювання. Ця зона тим протяженнее, чим більше відстань між котушкою і обертовим тілом. Збільшення втрат з підвищенням швидкості веде до обмеження амплітуди.
Діапазон вимірювань залежить від числа р стрибкоподібних змін магнітних властивостей тіла, що обертається, наприклад, від числа зубів колеса.
Мінімальна вимірювана швидкість тим менше, ніж більше р., тоді як максимальна вимірювана швидкість тим вище, чим менше р. Типові діапазони вимірі складають від 50 до 500 об / хв для колеса з 60 зубами і від 500 до 10 000 об / хв для колеса з 15 зубами.
Датчик розглянутого типу дозволяє визначати швидкість диска, що обертається усередині кожуха, за умови, стінка кожуха немагнітна і відстань між котушкою і. диском залишається невеликим.
Датчики на токах Фуко
Цей тип датчиків застосуємо, коли обертається тіло металеве, але не феромагнітне. Котушка, що представляє собою чутливий елемент, утворює індуктивність резонансного контуру синусоїдального генератора. При наближенні металевого провідника змінюються характеристики L і R котушки, внаслідок чого генерація припиняється. При проходженні кожного зуба обертається шестерні перед котушкою відбувається переривання коливань, що можна знайти, наприклад, щодо зміни струму живлення генератора. Частота відповідного сигналу пропорційна швидкості обертання, а його амплітуда не залежить від останньої, оскільки визначається в даному випадку не законом Фарадея. Звідси випливає, що цей тип датчика не має «мертвої зони» і тому застосуємо до вимірювання дуже малих швидкостей.
Оптичний тахометр
У найбільш простій формі він складається з джерела світла і. оптичного приймача - фотодиода або фототранзистора.
Обертове тіло або постачають відбивають мітками розташованими регулярно по колу, на які спрямовується світловий пучок, або з'єднують з диском, що має поперемінно прозорі і непрозорі сектора, який розташовують між джерелом і приймачем світла. Отримуючи модульований стрибкоподібними змінами відбиття або пропускання потік, фотоприймач видає електричний сигнал з частотою, пропорційною швидкості обертання, і з амплітудою, що не залежить від цієї швидкості. Діапазон вимірюваних швидкостей залежить, з одного боку, від кількості стрибків оптичних властивостей (ризики, щілини, прозорі сектора, нанесені на диск або на обертове тіло), а з іншого - від смуги пропускання приймача і пов'язаних з ним електричних схем. Для вимірювань малих швидкостей, наприклад ОД об / хв, використовуються диски з великим числом щілин (від 500 до кількох тисяч); у вимірах великих швидкостей, наприклад 10 5-т - т-10 6 про / хв у разі ультрацентрифуг, диск має тільки одну щілину, і максимальна вимірювана швидкість визначається верхньої граничної частотою електричного кола. Застосування диска з двома доріжками, зсунутими на чверть періоду по простору (оптичний генератор збільшень, дозволяє визначати напрямок обертання.
Гірометра
Гірометра - це прилади, що встановлюються на рухомих об'єктах для визначення їх кутовий швидкості.
У залежності від природи використовуваного фізичного явища розрізняють:
а) механічні гірометра, засновані на властивостях гіроскопа;
б) оптичні гірометра на лазерах або волоконної оптики, що використовують властивості поширення хвиль.
Гіроскопічний вимірювач швидкості
Гіроскоп складається з ротора, змонтованого в кардановому підвісі, який, будучи розкрученим мотором до великої швидкості (~ 10 4 про / хв), обертається навколо осі Y'Y (ріс.9.10).
Вимірювана швидкість обертання w повинна бути спрямована по осі Z'Z, перпендикулярної осі Y'Y, з-за цієї швидкості по є гіроскопічний момент сил C gt пропорційний о) і спрямований по Х'Х перпендикулярно осях г У і Z'Z; він прагне повернути підвіс гіроскопа. Момент С е врівноважується моментом пружних сил З г, створюваним двома пружинами; він пропорційний куту а повороту підвісу. В умовах рівноваги маємо

де Cr-ka, k - коефіцієнт пружності пружини, С е ~ СЗН р Н - кінетичний момент інерції ротора. Звідси отримуємо

Кут а повороту підвісу гіроскопа пропорційний вимірюваної швидкості о; за допомогою потенціометра кут а перетворюється на пропорційний йому електричний сигнал.
Порядок величин метрологічних характеристик типового-гіроскопічного вимірювача швидкості (докум. SFIM) наступний: діапазон вимірювань (Д. І.) від ± 7 ° / с до ± 360 ° / с; чутливість середня від 57 Ом/7е до 1,11 Ом / ° / с; відхилення від лінійності <± 1,5% від Д. І.; поріг чутливості <± 1 від Д. І.; помилка гістерезису 0,5% від Д. І.; власна резонансна частота укладена між 6 і 25 Гц.
Оптичні гірометра
Принцип дії. Коли світлова хвиля поширюється в рухомому середовищі, долає нею відстань залежить від того, відбувається поширення в напрямку руху або в протилежному йому. Нехай, наприклад, між двома дзеркалами М і Af 2, розташованими на відстані L один від одного, поширюється світлова хвиля. Якщо дзеркала розташовані нерухомо в нерухомому середовищі, то долає хвилею відстань від М \ до М 2, тобто an »дорівнює шляху хвилі від М 2 до Мі тобто d 2
Коли обидва дзеркала переміщаються як ціле зі швидкістю V, спрямованої, наприклад, від Mi до М 2, то




Різниця цих шляхів пропорційна швидкості V:



а) шлях di2 збільшується, тому що М 2 віддаляється від фронту хвилі,
Конструкція. Під обертається середовищі, утворює кільцевої резонатор лазера, дві хвилі, що поширюються в протилежних напрямках, створюють ефект різниці їх ходу, яка у двох лазерних пучках різної частоти. Суперпозиція цих двох пучків породжує биття, частота Af якого пропорційна швидкості обертання: де А - площа, охоплена кільцевим резонатором, L - його периметр, X - середня довжина хвиль випромінювання. Такий прилад - лазерний гігрометр - дозволяє вимірювати дуже малі кутові швидкості, близько 10 ~ 2 ° / ч. У гірометра іншого типу два пучки, що виходять з одного і того ж лазера, поширюються в протилежних напрямах по оптичному волокну, що обертається з вимірюваною швидкістю. На виході з волокна два пучки інтерферують; підрахунок числа AZ зміщених через обертання інтерференційних смуг дозволяє виміряти швидкість: де L - довжина волокна, Я-довжина хвилі випромінювання лазера. Гігрометр цього типу на оптичному волокні, завдяки збільшенню L при многовітковой намотуванні, дозволяє вимірювати кутові швидкості приблизно в 100 разів менші, ніж вимірювані звичайним лазерним гігрометром.
Висновок
У даній роботі були розглянуті і вивчені: датчики на токах Фуко, гіроскопічні вимірювачі швидкості, оптичні тахометри, датчики з змінним магнітним опором, тахометричні генератори на змінному та постійному струмі. Синхронний генератор. Мова йде про невелике генераторі змінного струму. Ротор, пов'язаний з віссю, швидкість якої Статор несе якірну обмотку (одно-або багатофазну), в якій виникає синусоїдальна е.р.с; єв амплітуда і частота пропорційні швидкості обертання ротора. Можуть використовуватися на автомобілях у важкій промисловості, ветрянная і гідро-електростанціях.
Додаток


Рас. 1. Принципова схема генератора постійного струму, 1-щітка;
2-колектор, 3 - статор; 4 - ротор; 5-провідники


Рис. 2. Різні тнпи тахометріческнх генераторів постійного струму (документація фірми С.Е.М.).
а - з котушковим ротором; б - з жолоколообрмвии ротором (приклад виконання обмотки фірні Muiiniotor S. А.); в - з днсконджльним роторон (деталь конструкції якоря фкрми С. Є. U. i - магннт; 2 - якір; 3 - колектор ; 4 - фіксує кільце; 5 - рязрезаая маточина.


Характеристики
Е.р.с холостого ходу при 10-60 3 березня або 6
1000 об / хв, Ke (V)
Двосторонній допуск Ке,% rtO, 5 ± 1,5 ± 1,5
Лінійність, приведена до 3600 0,15 0,1 О, 0б
об / хв, 1евм,%
Індуктивний опір при 10 - ^ 350 36 1
25 ° С, Ом
Індуктивність якоря, мгн 8 ^ 290 1,6 0,1
Момент інерції ротора, г-см г 1400 ^ -1500 5,3 350 - ^ 1500
Максимальна швидкість, об / МВН 5000 6000 4000
Маса, г 1500 700 1000-М500

Рис. 3 - Синхронний генератор
л-однофазний двополюсний, б-трифазний з 4 полюсами в з'єднанням обмоток в зірку вимірюється, являє собою магніт або сукупність магнітів.

Рис. 4. Тахометр з синхронної електричною передачею (документація фірми Jaeger).
а - генератор, що задає змінного струму; б - індикатор. 1 - квадрат; 2 - постійний магніт, 3 - статор; 4 - двигун, 5 - вимірювальний магніт; 6 - вимірювальний диск; 7 - регульована спіральна пружина, 8 - голка; 9 - екранує пластин; 10 - вузол термокомпенсации; 11-магнітне полі.

Рис.6. Принцип дії датчика
з рухомою котушкою.
I - катуіпм; 2-постійний магніт.

Рис.7. Датчик швидкості з рухомим магнітом (документація фірми Schaevitz).
а - конструкція; б - з'єднання вимірювальних котушок.

Ріс.9.Прінціп дії оптичного тахометра.
J-лінза, 2 - світловий пучок, 3 - оптіческнй приймач.

Рис. 10. Конструкція гіроскопа (документація фірми SFIM).
1 - пружина; 2 - амортизатор; 3-карданів підвіс; 4 - курсор; 5 - ротор; 6 - потенцвомегр.

рис 11. Оптичний гірометра.
б - лааерний з оптичним волокном, / - оптичне волокно; 1 - лазер; 3 - інтерференційні смуги.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
73.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Датчики
Датчики переміщень
Датчики вологості
Медичні датчики
Герконові датчики
Датчики гідравлічних механізмів
Чутливі елементи або датчики
Автомобільні датчики та інтелектуальні транспортні системи
Системи і датчики для контролю параметрів зовнішнього середовища
© Усі права захищені
написати до нас