Тахометрические датчики
курсовыФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга
(РЭТЭМ)
Тахометрические датчики
Курсовая работа по дисциплине «Приборы и датчики»
студент гр.213
_________Скакун Н.М.
22.12.2005
Руководитель
_________Бакин Н.Н.
____________оценка
2005
Содержание
1. Введение………………………………………………………………………………3
2. Электромагнитные тахометры угловой скорости………………………………….5
2.1 Тахометрический генератор постоянного тока……………………………………5
2.2 Тахометрические генераторы на переменном токе………………………………10
2.3 Электромагнитные тахометры линейной скорости……………………………....13
2.4 Импульсные тахометры угловой скорости………………………………………..14
2.5 Датчики с переменным магнитным сопротивлением…………………………….15
2.6 Датчики на токах Фуко……………………………………………………………..17
2.7 Оптический тахометр……………………………………………………………….17
3. Гирометры…………………………………………………………………………….18
3.1 Гироскопический измеритель скорости…………………………………………...19
3.2 Оптические тахометры ………………………………………………………….….20
4. Заключение……………………………………………………………………………21
5. Приложение…………………………………………………………………………...22
6. Список используемой тературы……………………………………………………..25
Введение
В промышленности измерение скорости сводится в большинстве случаев к измерению скоростей вращения крутящихся деталей и узлов, когда за ними приходится наблюдать в целях безопасности либо для создания условий их работы в желательном режиме. В случае прямолинейного движения измерение скорости часто также может быть сведено к измерению скорости вращения. Поэтому тахометрические датчики являются в своем большинстве датчиками угловой скорости.
Промышленные датчики, предназначенные специально для измерения скорости, базируются на законе Фарадея
где х — переменная линейного или углового положения. Поэтому всякое относительное перемещение между источником потока (индуктором) и контуром наводит в этом последнем э. д. с, амплитуда которой пропорциональна скорости перемещения, вследствие чего на выходе такого датчика формируется сигнал
Этот вид тахометрии называется электродинамическим.
Когда исследуемое движущееся тело осуществляет периодическое движение, например вращение, определение его скорости может быть заменено измерением частоты: так, датчик близости, расположенный рядом с объектом, расстояние до которого изменяется периодически, выдает сигнал, частота которого равна или кратна, в зависимости от конфигурации объекта, частоте движений. Так, для измерения угловой скорости вращающегося вала можно использовать насаженный на него диск, снабженный чередующимися прозрачными и непрозрачными частями, которые при вращении будут прерывать поток лучей, регистрируемый с помощью оптического детектора. Таким образом будет формироваться последовательность электрических импульсов с частотой, пропорциональной скорости.
Тахометры этого типа называют импульсными.
В случае очень медленного вращения, например, менее одного градуса в час, описанные выше методы становятся непригодными, и в этом случае измерение скорости может быть j эффективно осуществлено с помощью лазерного гигрометра.
Принцип его действия основан на существовании разности i хода двух волн, излучаемых одним лазером и распространяющихся в противоположных направлениях в одной и той же вращающейся среде. Эта разность хода, пропорциональная угловой скорости, выявляется с помощью интерферометра.
Отношения, которые связывают скорость и положение, с одной стороны, и скорость и ускорение, с другой, позволяют определять скорость путем обработки сигналов датчиков каждой из этих двух величин.
Производная по времени сигнала аналогового датчика положения определяет величину скорости. Однако этот метод связан с появлением помех (например, из-за дискретности проволочного потенциометра) и увеличением высокочастотного шума.
Интегрирование сигнала датчика ускорения представляет другой метод определения скорости; используемый в навигации, он требует сложного оборудования (инерциальная платформа).
Электромагнитные тахометры угловой скорости
Тахометрический генератор постоянного тока
Устройство. Принцип действия. Элементами устройства генератора являются
а) статор (индуктор), представляющий собой ферромагнитный каркас, который несет 2 полюса, направляющих поле магнитной индукции, образуемое током через катушки (электромагниты) или постоянными магнитами;
б) ротор (якорь), который представляет собой многослойный цилиндр из листового железа, вращающийся между полюсами статора, причем его ось совпадает с осью статора; на его периферии параллельно оси расположены в углублениях (пазах) л=2 медных проводников; эти проводники, называемые активными, соединены попарно своими концами с другими, которые расположены строго вдоль диаметра ротора к называются пассивными;
в) коллектор — цилиндр с той же осью, что к у ротора, но значительно меньшего диаметра, несущий изолированные между собой медные пластинки, каждая из которых связана с активным проводником;
г) две щетки, связанные с клеммами генератора и прижимаемые к коллектору, которые закрепляются на двух Диаметрально противоположных пластинках; щетки расположены вдоль средней линии перпендикулярно направлению индукции, так, чтобы снимать максимальную э.д.с.
Расчет э.д.с, наводимой в активных проводниках. В /-м проводнике (0^/<2fe-l) вследствие вращения возникает э.д.с, величина которой определяется выражением
где dtp/ —магнитный поток, пересекаемый проводником за интервал времени dt,
dsc — приращение площади поверхности, описываемой движущимся проводником, за время dt, и BIN - составляющая В,
нормальная к dsc.
Приращение площади описываемой поверхности определяется выражением
Здесь / — длина активного проводника, a v — его линейная скорость, равная t)=wr, где to —угловая скорость ротора, г —его радиус. Окончательно получаем
В диаметрально противоположном активном проводнике вследствие симметрии имеем
Расчет э. д, с. совокупности проводников, расположенных одну сторону от нейтральной линии. В совокупности k проводников справа от нейтральной линии наводится суммарная
где s=2nrt/n — площадь поверхности между двумя соседними проводниками, и 2J sB/*—Фо— поток, исходящий из полюса индуктора.
Для этих условий можно написать
где N — частота вращения ротора (число оборотов в секунду); таким же образом в совокупности проводников слева от нейтральной линии наводится э.д.с. Eg:
Идея намотки состоит в соединении между собой 2k проводников так, чтобы образовать два одинаковых комплекта по k последовательно соединенных проводников, в каждом из которых возникает э. д. с. Е, такая, что
Эта э.д.с. поступает во внешнюю цепь через две щетки, расположенные на коллекторе вдоль нейтральной линии диаметрально противоположно друг другу.
В более общем случае, когда генератор имеет 2/7 полюсов индукторов (каждый с потоком Фо), п\проводников ротора, соединенных параллельно по 2о ветвям обмотки, индуцируемая э.д.с. имеет величину
Именно на этой пропорциональности э.д.с. Е и угловой скорости а основано использование генераторов постоянного тока в тахометрии, и одно из их преимуществ по сравнению с другими тахометрическими датчиками состоит в том, что получаемый сигнал изменяет знак одновременно с изменением направления вращения.
Реакция якоря. Если якорь связан с внешним контуром, то э.д.с. вызывает в нем ток , проходящий через активные проводники по разные стороны от нейтральной линии в противоположных направлениях.
Сопоставляя попарно проводники, симметричные относительно нейтральной линии, устанавливаем, что они создают индукцию, перпендикулярную линии полюсов и пропорциональную I; эта поперечная индукция называется реакцией якоря.
Реакция якоря вызывает искривление силовых линий поля к приводит к смещению нейтральной линии в направлении движения. Поскольку э.д.с. снимается с неподвижных щеток, установленных на первоначально нейтральной линии (/=0), ее величина ускоренно убывает с ростом тока .
Эксплуатационные параметры. На холостом ходу (/=0) э. д. с. генератора определяется общим выражением
где фо — поток, вызванный индукцией, ke и km — постоянные параметры генератора.
Когда генератор соединен с нагрузкой R, он отдает ток /, который вызывает внутреннее падение напряжения RJf где Ri — сопротивление якоря, и реакцию якоря, которая уменьшает э.д.с. генератора тем больше, чем больше величина тока. Обозначая k, величину, характеризующую реакцию якоря, можно написать
|
Падение напряжения на щетках описывается выражением |
или
где еь и Rb зависят от материалов контактов щетка — коллектор.
Для совокупности генератора с нагрузкой получаем соотношение
или
откуда следуют выражения для тока в нагрузке
|
и для напряжения на клеммах нагрузки |
