Курсовая работа: Тахометрические датчики

Вращающееся тело либо снабжают отражающими метками расположенными регулярно по окружности, на которые направ­ляется световой пучок, либо соединяют с диском, имеющим попеременно прозрачные и непрозрачные сектора, который располагают между источником и приемником света. Получая модулированный скачкообразными изменениями отражения или пропускания поток, фотоприемник выдает элек­трический сигнал с частотой, пропорциональной скорости вра­щения, и с амплитудой, не зависящей от этой скорости. Диапазон измеряемых скоростей зависит, с одной стороны, от числа скачков оптических свойств (риски, щели, прозрачные сектора, нанесенные на диск или на вращающееся тело), а с другой — от полосы пропускания приемника и связанных с ним электрических схем. Для измерений малых скоростей, например ОД об/мин, ис­пользуются диски с большим числом щелей (от 500 до несколь­ких тысяч); в измерениях больших скоростей, например 10⁵ -т--т-10⁶ об/мин в случае ультрацентрифуг, диск имеет только од­ну щель, и максимальная измеряемая скорость определяется верхней граничной частотой электрической цепи. Применение диска с двумя дорожками, сдвинутыми на чет­верть периода по пространству (оптический генератор прира­щений, позволяет определять направление враще­ния.

Гирометры

Гирометры — это приборы, устанавливаемые на движущихся объектах для определения их угловой скорости.

В зависимости от природы используемого физического явле­ния различают:

а) механические гирометры, основанные на свойствах гироскопа;

б) оптические гирометры на лазерах или волоконной оптике, использующие свойства распространения волн.

Гироскопический измеритель скорости

Гироскоп состоит из ротора, смонтированного в кардановом подвесе, который, будучи раскрученным мотором до большой скорости (~10⁴ об/мин), вращается вокруг оси Y'Y (рис.9.10).

Измеряемая скорость вращения w должна быть направлена по оси Z'Z, перпендикулярной оси Y'Y; из-за этой скорости по является гироскопический момент сил C_gt пропорциональный о) и направленный по Х'Х перпендикулярно осям г У и Z'Z; он стремится повернуть подвес гироскопа. Момент С_е уравнове­шивается моментом упругих сил С_г , создаваемым двумя пру­жинами; он пропорционален углу а поворота подвеса. В условиях равновесия имеем

где Cr—ka, k — коэффициент упругости пружины, С_е ~сзН_р Н — кинетический момент инерции ротора. Отсюда получаем

Угол а поворота подвеса гироскопа пропорционален изме­ряемой скорости о; с помощью потенциометра угол а преобра­зуется в пропорциональный ему электрический сигнал.

Порядок величин метрологических характеристик типового-гироскопического измерителя скорости (докум. SFIM) следую­щий: диапазон измерений (Д. И.) от ±7°/с до ±360 °/с; чувст­вительность средняя от 57 Ом/7е до 1,11 Ом/°/с; отклонение от линейности <±1,5% от Д. И.; порог чувствительности <±1 от Д. И.; ошибка гистерезиса 0,5% от Д. И.; собственная резо­нансная частота заключена между 6 и 25 Гц.

Оптические гирометры

Принцип действия. Когда световая волна распространяется в движущейся среде, преодолеваемое ею расстояние зависит от того, происходит распространение в направлении движения или в противоположном ему. Пусть, например, между двумя зеркалами М и Af₂ , распо­ложенными на расстоянии L друг от друга, распространяется световая волна. Если зеркала расположены неподвижно в неподвижной сре­де, то преодолеваемое волной расстояние от М\ до М₂ , т. е. an» равно пути волны от М₂ до Ми т. е. d₂

Когда оба зеркала перемещаются как целое со скоростью V, направленной, например, от Mi к М₂ , то

Разность этих путей пропорциональна скорости V:

а) путь di2 увеличивается, потому что М₂ удаляется от фронта волны,

Конструкция. Во вращающейся среде, обра­зующей кольцевой резонатор лазера, две волны, распространяющиеся в противоположных направлениях, созда­ют эффект разности их хода, проявляющийся в двух лазерных пучках различной частоты. Суперпозиция этих двух пучков по­рождает биение, частота Af которого пропорциональна скоро­сти вращения: где А — площадь, охватываемая кольцевым резонатором, L — его периметр, X — средняя длина волн излучения. Такой прибор — лазерный гигрометр — позволяет измерять очень малые угловые скорости, порядка 10~² °/ч. В гирометре другого типа два пучка, выходящие из одного и того же лазера, распространяются в противоположных на­правлениях по оптическому волокну, вращающемуся с измеряе­мой скоростью. На выходе из волокна два пучка интерферируют; подсчет числа AZ смещенных из-за вращения интерференционных по­лос позволяет измерить скорость: где L — длина волокна, Я —длина волны излучения лазера. Гигрометр этого типа на оптическом волокне, благодаря уве­личению L при многовитковой намотке, позволяет измерять уг­ловые скорости примерно в 100 раз меньшие, чем измеряемые обычным лазерным гигрометром.

Заключение

В данной работе были рассмотрены и изучены: датчики на токах Фуко, гироскопические измерители скорости, оптические тахометры, датчики с переменным магнитным сопротивлением, тахометрические генераторы на переменном и постоянном токе. Синхронный генератор. Речь идет о небольшом генераторе переменного тока. Ротор, связанный с осью, скорость которой Статор несет якорную обмотку (одно- или многофазную), в которой возникает синусоидальная э.д.с; ев амплитуда и частота пропорциональны скорости вращения ротора. Могут использоваться на автомобилях в тяжелой промышленности, ветрянных и гидро-электростанциях.

Приложение

Рас. 1. Принципиальная схема генератора постоянного тока, 1-щетка;

2-коллектор; 3- статор; 4 - ротор; 5-проводники

Рис. 2. Различные тнпы тахометрическнх генераторов постоянного тока (документация фирмы С.Е.М.).

а — с катушечным ротором; б — с жолоколообрмвыы ротором (пример выполнения обмотки фирне MuiiniotorS. А.); в — с днсконджльным роторон (деталь конструк­ции якоря фкрмы С. Е. U. i — магннт; 2 — якорь; 3 — коллектор; 4 — фиксирующее кольцо; 5 — рязрезаая ступица.

Характеристики

Э.Д.С холостого хода при 10-60 3 3 или 6

1000 об/мин, Ke(V)

Двусторонний допуск Ке, % rtO,5 ±1,5 ±1,5

Линейность, приведенная к 3600 0,15 0,1 О,0б