Канал измерения угловой скорости. Приборы и датчики угловой скорости. Назначение принцип действия измерителей угловой скорости.

Угловая скорость вращения силовой установки один из важнейших параметров характеризующих ее мощность или тягу. Регулирование осуществляется по числу оборотов.

Приборы, предназначенные для измерения частоты вращения, называются тахометрами.

Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения по принципу действия чувствительного элемента ЧЭ:

- центробежные, в которых ЧЭ реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами при вращении вала (инерционные массы по радиусу, кольцевые);

Электрические тахометры

- магнитоиндукционные, основанные на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от частоты вращения;

- электрические постоянного, переменного или импульсного тока, основанные на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения;

- фотоэлектрические, основанные на модуляции светового потока вращающимися элементами и др.

- емкостные

- магнитоэлекрические

Рис.1 а – конический тахометр; б – кольцевой тахометр; 1- муфта; 2- пружина

В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2. Если обозначить у - перемещение муфты и у₀ - начальную длину пружины (при =0), то зависимость у от угловой скорости  будет

Где S- чувствительность прибора, зависящая от числа грузов, массы груза, радиуса муфты и коэффициента жесткости пружины.

В кольцевом тахометре при не вращающейся оси (=0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол (схема 1 б). При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещению муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца

где S - чувствительность кольцевого тахометра, зависящая от массы и радиуса кольца, и коэффициента жесткости пружины.

Магнитоиндукционные тахометры бывают двух типов: с цилиндрическим ЧЭ (рис.2 а) и с дисковым ЧЭ (рис. 2 б).

Рис. 2 а – тахометр с полым цилиндром; б – тахометр с диском; 1 – магнит; 2 – чувствительный элемент; 3 – термомагнитный шунт; 4 – магнитопровод.

Электрические тахометры постоянного тока (рис. 3) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр.

Рис. 3.  а – тахогенератор ; б – тахометр постоянного тока: 1 – магниты; 2 – обмотка якоря; 3 – коллектор.

Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (рис.3 а) и неограниченным (рис.3 б) углом поворота ротора.

Тахогенератор с ограниченным углом поворота выполняется с неподвижной статорной обмоткой, внутри которой помещается постоянный магнит, связанный с валом, скорость вращения которого контролируется. Наводимая в статорной обмотке ЭДС равна

где k – коэффициент, зависящий от геометрических и обмоточных данных; В – магнитная индукция в зазоре, являющаяся функцией угла поворота ротора . Обычно

Тахогенераторы подобного типа применяются в качестве датчиков угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления полетом. Достоинство их – отсутствие коллектора и щеток.

Тахометр постоянного тока состоит из тахогенератора с неограниченным углом поворота ротора и гальванометра. Основными элементами тахогенератора являются постоянные магниты 1 с соответствующими магнитопроводами, обмотка якоря 2 и коллектор со щетками 3. Снимаемое с коллектора напряжение постоянного тока измеряется гальванометром, рамка которого имеет сопротивление R_p. В схему включено добавочное сопротивление R_Д.

В тахометрах переменного тока (рис. 4) тахогенератор состоит из вращающегося постоянного магнита и статорной обмотки. ЭДС тахогенератора равна

Рис. 4.  а – тахогенератор; б – измеритель частоты ; в – измеритель напряжения .

Отсюда следует, что измерение угловой скорости  можно осуществить как путем измерения частоты переменного тока (равной частоте вращения) (рис. 4 б), так и путем измерения величины напряжения   (рис. 4 в).

Индукционные тахометры.

Тахогенератор такого прибора (рис. 5); представляет собой электрическую машину асинхронного типа, состоящую из внешнего 1 и внутреннего 2 магнитонроводов, в зазоре между которыми располагаются статорная обмотка 3 (состоящая из обмотки возбуждения и сигнальной обмотки) и алюминиевыми тонкостенный ротор 4, выполненный в виде цилиндра. Оси обмоток (катушек) возбуждения и сигнальной взаимно перпендикулярны.

Рис. 5.  1,2 - магнитопроводы; 3 – обмотка; 4– ротор;

При вращении ротора его образующие пересекают эл. магнитное поле обмотки Wп и на поверхности образуются токи Фуко. Эти токи создают собственные магнитные поля. И оно пронизывает Wс и в ней генерируется ЭДС. Величина напряжения Wс тем выше чем выше скорость

Недостаток – наличие тока холостого хода, который определяется не симметричностью обмоток, взаимной не перпендикулярностью Wп и Wс, и зависимостью выходного сигнала от температуры. Для их устранения используются магнитные шунты.

При вращении ротора магнитное поле пересекает образующую статора→возникают токи Фуко→создаются магнитные поля→взаимодействие 2-х полей приводит к возникновению магнитного момента→статор поворачивается на определенный угол

Магнитоиндукционные тахометры выполнены в виде 2-х узлов: тахогенератор, дистанционная передача и указатель.

ТГ – 3-х фазный генератор постоянного тока, выполненный в виде ротора из постоянного 2-х или 4-х полюсного магнита. Статическая обмотка выполнена по 3-х фазной схеме соединения звездой.

Указатель выполнен в виде синхронного 3-х фазного двигателя переменного тока, который связан с двигателем переменного тока.