ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Для измерения частоты вращения ЭМ при испытаниях используют следующие методы: прямого преобразования, сравнения и частотный.

Метод прямого преобразования основан на преобразовании час­тоты вращения ЭМ в электрический сигнал, давление, центробежную силу и др. Используемые в этом случае магнитные, магнитоэлектри­ческие, центробежные, гидравлические и пневматические тахометры, как правило, просты, но имеют невысокий класс точности. Поскольку они нагружают испытуемую машину добавочным тормозным моментом, для испытания микромашин их применять не рекомендуется.

Магнитный тахометр состоит из постоянного магнита, вращающе­гося с валом испытуемой машины и чувствительного элемента в виде немагнитного ротора, сочлененного с пружиной и стрелкой, при вра­щении магнита в роторе наводится ЭДС и протекает ток, пропорцио­нальный частоте вращения. Взаимодействие тока ротора с полем пос­тоянного магнита приводит к появлению пропорционального частоте вращения вращающегося момента, под действием которого закручивает­ся пружина и отклоняется стрелка указателя тахометра.

Магнитоэлектрический тахометр состоит из тахогенератора посто­янного тока (таходатчика), линии связи и вольтметра, отградуирован­ного в единицах измерения частоты вращения. Погрешность этого тахо­метр доходит до 1 - 2 % из-за отклонения его характеристики от ли­нейной вследствие размагничивающего действия реакции якоря. В тех случаях, когда недопустимы коллекторные пульсации напряжения, в качестве таходатчика может применяться униполярный генератор, имеющий чувствительность до 10 мкВ на об/мин, по сравнению с 3 - 100 мВ на об/мин для коллекторных таходатчиков постоянного тока.

Тахометр, формирующий напряжение переменного тока, состоит из тахогенератора переменного тока (синхронного и асинхронного), линии связи и измерительного прибора. Следует отметить, что у синхронно­го тахогенератора переменного тока при изменении частоты вращения изменяется напряжение и частота, что приводит к необходимости кор­ректировать значение индуктивного сопротивления измерительного прибора. Асинхронные тахогенераторы с полым немагнитным ротором обеспечивают постоянство частоты при изменении напряжения, но имеют значительные погрешности и нелинейность выходной характеристики.

В центробежном тахометре реализуется квадратичная зависимость центробежной силы от угловой скорости вращения. В качестве примера такого тахометраназовем, в частности, маятник Уатта. В настоящее время эти тахометры имеют ряд модификаций.

Гидравлический тахометр состоит из диска с радиальными и осевыми каналами, заключенного в герметическую камеру, заполненную жидкостью. При вращении диска давление в камере повышается пропорционально скорости вращения. Величина давления регистрируется ма­нометром.

Пневматический тахометр состоит из центробежного вентилятора, вращающегося в конусе с кольцевой перегородкой, и кольцевой перегородке сделано окно, в котором установлена либо пластина, связанная со стрелкой и спиральной пружиной, либо манометр. Угол наклона пластины пропорционален давлению воздушного потока, т.е. угловой скорости вентилятора.

К недостаткам механических тахометров (центробежные, гидрав­лические, пневматические) следует отнести нелинейность шкалы, что увеличивает погрешность при их градуировке.

Метод сравнения основан на сопоставлении измеряемой частоты вращения с эталонной и позволяет получить более высокую точность измерения, чем метод прямого преобразования. При использовании этого метода применяют фрикционные, стробоскопические и вибрацион­ные тахометры.

Во фрикционных тахометрах сравнение измеряемой и эталонной частоты вращения осуществляется путем изменения передаточного отношения встроенного вариатора. Погрешность фрикционных тахометров определяется в основном стабильностью частоты вращения эталонного двигателя и обычно не превышает 0,5 %.

Стробоскопические тахометры состоят из лампы вспышки, питающе­йся от регулируемого источника стабилизированной частоты, и изме­рительного устройства. Эти тахометры позволяют проводить измерения бесконтактным способом, но дистанционное измерение частоты вращения затруднительно. При настройке прибора и определении частоты враще­ния испытуемой машины следует идти от заведомо более высокой, не­жели измеряемая, частоты вращения вниз. Если производить измерения от частоты вращения меньше измеряемой, то возможно ошибка при из­мерениях, поскольку стробоскопический эффект получается как при истинной n_и, так и при кратной частоте вращения: ,где k - целое число.

Частотный метод основан на измерении частоты электрических импульсов, получаемых от таходатчиков. Частотный метод из­мерения исключает возможность внесения дополнительных погрешнос­тей датчиком и линией передачи (при дистанционном измерении), свя­занных с изменением температуры, давления, влажности и пр.

Одним из достоинств частотных методов является возможность с помощью датчика существенно увеличить частоту импульсов, не до­пуская при этом дополнительной погрешности. Указанное достоинство особенно важно при измерении низкой частоты вращения, когда прямые методы преобразования дают значительные погрешности.

При использовании частотного метода измерения частоты вращения машины применяют следующие типы таходатчиков: индукционные, индук­тивные, емкостные и фотоэлектрические.

Индукционный таходатчик изготовляется двух типов - с активным и пассивным ротором. В первом случае в качестве ротора использует­ся постоянный магнит с числом полюсов, определяемым требуемым ко­личеством импульсов на один оборот вала электрической машины. В ка­честве такого таходатчика может быть использован синхронный тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов. Во втором случае ротор изготавливается из стали в виде звездочки, а на статоре датчика располагается две оболочки, одна из которых (обмотка возбуждения) подключается к источнику постоянного тока, а другая (генераторная обмотка) - к частотомеру. При вращении ротора магнитный поток из-за изменения магнитной проводимости пульсирует с частотой, пропорциональной произведению скорости ЭМ на число зубцов poтopa.

В генераторной обмотке наводится переменная ЭДС с частотой пульсаций магнитного потока.

Емкостной таходатчик состоит из двух неподвижный обкладок и вращающегося между ними, жестко связанного с валом испытуемой машины датчика, по окружности которого чередуются секторы с различной диэлектрической проницаемостью. При прохождении этих секторов меж­ду обкладками конденсатора емкость последнего меняется, что приво­дит к изменению тока в цепи конденсатора, подключенного через балластный резистор к источнику постоянного тока. Частота пульсации тока пропорциональна произведение частоты вращения испытуемой элек­трической машины на количество секторов диска. Измерение частоты пульсации осуществляется, как и в предыдущем случае, с помощью час­тотомера.

Фотоэлектрический таходатчик является бесконтактным. Его прин­цип действия основан на изменении освещенности рабочей поверхности фотоприемников с частотой, пропорциональной частоте вращения испы­туемой ЭМ.

Фотоприемники изготавливаются, как правило, на базе фоторезисторов и фототранзисторов. Источники излучения применяют в основном тепло­вые и люминесцентные. В настоящее время выпускаются фотоэлектрические тахометры, обладающие высокой точностью и малы­ми габаритами.