Тахометр индукционный (стр. 2 из 5)
Рисунок 4 – Принципиальная схема датчика с переменным магнитным сопротивлением
Диапазон измерений зависит от числа р скачкообразных изменений магнитных свойств вращающегося тела, например, от числа зубьев колеса.
Минимальная измеряемая скорость тем меньше, чем больше р, тогда как максимальная измеряемая скорость тем выше, чем меньше р. Типичные диапазоны измерении составляют от 50 до 500 об·мин-1 для колеса с 60 зубьями и от 500 до 10 000 об·мин-1 для колеса с 15 зубьями.
Достоинствами такого типа датчиков являются: простота конструкции, широкий диапазон измерений.
Недостатки датчиков с переменным магнитным сопротивлением: при малых скоростях амплитуда может быть недостаточной для обнаружения, вследствие чего появляется «мертвая зона», в которой невозможны никакие измерения; амплитуда ЭДС быстро падает с увеличение зазора между катушкой и вращающимся телом.
1.4 Электрические тахометры постоянного тока
Электрические тахометры постоянного тока (рисунок 5) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр. Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (рисунок 5 а) и неограниченным (рисунок 5 б) углом поворота ротора.
Тахогенератор с ограниченным углом поворота выполняется с неподвижной статорной обмоткой 2, внутри которой помещается постоянный магнит 1, связанный с валом, скорость вращения которого контролируется. Наводимая в статорной обмотке ЭДС равна
(3)где k – коэффициент, зависящий от геометрических и обмоточных данных;
В – магнитная индукция в зазоре, являющаяся функцией угла поворота ротора
. Обычно 
( 4)Тахогенераторы подобного типа применяются в качестве датчиков угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления полетом. Их достоинство – отсутствие коллектора и щеток, малая масса и габаритные размеры.
Тахометр постоянного тока состоит из тахогенератора с неограниченным углом поворота ротора и гальванометра. Основными элементами тахогенератора являются постоянные магниты 3 с соответствующими магнитопроводами, обмотка якоря 4 и коллектор 5 со щетками 6. Снимаемое с коллектора напряжение постоянного тока измеряется гальванометром, рамка которого имеет сопротивление Rp. В схему включается добавочное сопротивление RД.
Если е - ЭДС на зажимах генератора, то подобно (4)
(5)где В - магнитная индукция;
- измеряемая угловая скорость.Сила тока в рамке гальванометра будет:
(6)где RВ — внутреннее сопротивление якоря.
В целях уменьшения влияния нагрузки на показания прибора должно быть удовлетворено условие
. Поскольку угол отклонения рамки гальванометра пропорционален силе тока, то шкала прибора будет равномерна.Из выражения (6) видно, что погрешности тахометра возникают из-за непостоянства магнитной индукции в зазоре В, сопротивления рамки Rр и внутреннего сопротивления якоря RB Уменьшение погрешности, вызванной изменением В, достигается применением термомагнитного шунта. Для уменьшение погрешности от непостоянства Rр применяется добавочное сопротивление RД и другие схемы компенсации.
Рисунок 5 – Принципиальные схемы электрических тахометров постоянного тока
Диапазон измерений серийно выпускаемых тахогенераторов постоянного тока составляет от 0,1 до 6000 об·мин-1.
К достоинствам электрических генераторов постоянного тока относятся: линейная зависимость между входным и выходным сигналом; малые габаритные размеры; небольшая масса; отсутствие фазовой погрешности; возможность возбуждения постоянными магнитами, что позволяет обойтись без источника питания.
Недостатки генераторов постоянного тока: сложность конструкции; наличие скользящего контакта между щетками и коллектором, что приводит к снижению надежности тахогенератора и к нестабильности выходной характеристики; наличие зоны нечувствительности; помехи радиоприему.
1.5 Индукционный тахометр
Тахогенератор такого прибора (рисунок 6) представляет собой электрическую машину асинхронного типа, состоящую из внешнего 1 и внутреннего 2 магнитопроводов, в зазоре между которыми располагаются статорная обмотка 3 (состоящая из обмотки возбуждения и сигнальной обмотки) и алюминиевый тонкостенный ротор 4, выполненный в виде цилиндра. Оси обмоток (катушек) возбуждения и сигнальной взаимно перпендикулярны.
К обмотке возбуждения подводится переменное UП напряжение частотой 1 кГц, а с сигнальной обмотки снимается напряжение Uc той же частоты, амплитуда которого пропорциональна угловой скорости вращения полого ротора
. При неподвижном роторе и полной электрической и магнитной симметрии статора напряжение в сигнальной обмотке не индуктируется.При вращений ротора с угловой скоростью
в сигнальной обмотке индуктируется напряжение 
(7)где f – частота питающего напряжения (f=400 Гц);
В – магнитная индукция, создаваемая в зазоре питающим напряжением.
Таким образом, в рассматриваемом тахометре напряжение несущей частоты f модулируется измеряемой угловой скоростью
. Для измерения угловой скорости необходимо осуществить демодуляцию сигнала Uc и подать демодулированное напряжение на измеритель.Поскольку принцип действия индукционного тахометра основан на наведении питающим напряжением в роторе вихревых токов, которые в свою очередь наводят ЭДС в сигнальной обмотке, то погрешности прибора вызываются непостоянством амплитуды и частоты питающего напряжения, непостоянством сопротивления ротора для вихревых токов, непостоянством нагрузки.
Для уменьшения погрешностей от непостоянства UП и f можно применить схемы стабилизации этих величин. Стабилизация сопротивления ротора достигается путем выбора материала с малым температурным коэффициентом. Для устранения погрешности от непостоянства нагрузки должно быть удовлетворено условие работы тахогенератора в режиме холостого хода.
Рисунок 6 – Принципиальная схема индукционного тахометра
Недостатки индукционного тахометра: необходимость в источнике питания, сложность изготовления, значительные погрешности.
Достоинства индукционного тахометра: дистанционность передачи выходного сигнала; у тахометра такого типа почти отсутствует «мертвая зона», в которой невозможно проводить измерения, поэтому его можно применять для измерения малых скоростей.
1.6 Вывод
За основу дальнейшей разработки индукционного тахометра выбран датчик с переменным магнитным сопротивлением. По сравнению с другими рассмотренными преобразователями он является одним из простых с точки зрения конструкции. Преобразователь не содержит дорогостоящих деталей. Он удобен с точки зрения взаимозаменяемости и ремонта. Преобразователь данного типа можно выполнить в закрытом исполнении, что позволяет использовать его в неблагоприятных условиях. Еще одним преимуществом данного преобразователя является жесткое скрепление его вала с валом объекта, частоту вращения которого необходимо. Его конструкция позволяет использование как в лабораторных условиях, так и на производстве.
2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
2.1 Введение
Настоящее техническое задание распространяется на разработку индукционного тахометра, предназначенного для измерения частоты вращения вращающихся объектов.
2.2 Источники разработки
Преобразователь разрабатывается на основании датчика с переменным магнитным сопротивлением.
2.3. Технические требования
2.3.1 Состав изделия
Индукционный тахометр содержит: корпус, крышку корпуса, П-образный сердечник с двумя намотанными на него катушками, вставленный в пазы корпуса и закрепленный с помощью фиксирующей скобы, вал, на котором надета зубчатая шестерня. Вал крепится в двух радиально-упорных подшипниках, вставленных в крышку корпуса. Между подшипниками располагается распорная втулка. Для предотвращения передвижения вала внутри подшипников на нем установлено стопорное кольцо. Для предотвращения перемещения подшипников внутри крышки корпуса в ней также установлено стопорное кольцо. Окончательное закрепление подшипников внутри крышки корпуса производится с помощью навинчивания запорной крышки. Также на крышке корпуса располагаются выводы катушек. Скрепление двух корпуса и его крышки осуществляется с помощью винтов.
Измерение осуществляется следующим образом: вал преобразователя с помощью шпоночного соединения присоединяется к измеряемому объекту. На катушку подмагничивания подается постоянное напряжение. Между выводами вторичной катушки измеряется переменное напряжение, амплитуда которого пропорциональна скорости вращения вала и с откалиброванной в об·мин-1 шкалы вольтметра снимаются показания.