Prêdkoœæ obrotowa

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

dnica tachometryczna

Schematyczna zasada działania pr

dnicy

Wynika st

e napi

cie jest funkcj

sinus. Aby uzyska

napi

cie stałe na

wyj

ciu trzeba zastosowa

prostownik - komutator mechaniczny.

( )

B l v sin

= ⋅ ⋅ ⋅

Napi

cie indukowane w zwoju

w wyniku ruchu wynosi:

gdzie:

to k

t pomi

dzy wektorem

indukcji B, a pr

dko

ci v.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Przykłady pr

dnic tachometrycznych

Specjalne własno

ci:

• Temperaturowa kompensacja napi

cia,

• Bardzo krótki czas odpowiedzi napi

cia,

• Układ magnetyczny ekranowany

przeciwko wpływowi zewn

trznego pola

magnetycznego,

• Mały moment bezwładno

ci,

• Specjalny kształt przył

czy elektrycznych,

• Ró

ne systemy monta

u w zale

ci od

zastosowania

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Czujniki indukcyjne

Sygnał pr

dko

ci obrotowej

1 – wieniec z

baty,

2 – uzwojenie,
3 – magnes,
4 - wyj

cie

_____ przy du

ej pr

dko

ci obrotowej

--------- przy małej pr

dko

ci obrotowej

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Czujniki indukcyjne

Ró

ne konstrukcje czujników pr

dko

ci koła

zabudowa promieniowa, uchwyt umieszczony

promieniowo w stosunku do wie

ca, rdze

cem w kształcie płetwy,

zabudowa osiowa, uchwyt umieszczony promieniowo

w stosunku do wie

ca, rdze

z ko

cem o

przekroju rombowym,

zabudowa promieniowa, uchwyt umieszczony osiowo

w stosunku do wie

ca, rdze

z ko

cem o

przekroju kołowym

Czujniki pr

dko

ci koła w przekroju

czujnik z rdzeniem o ko

cu płetwowym,

czujnik z rdzeniem o ko

cu zaokr

glonym

1 – przewód elektryczny, 2 – rdze

magnetyczny, 3 –

obudowa, 4 – uzwojenie, 5 – ko

cówka rdzenia,

6 – koło impulsowe (wieniec z

baty)

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Zadania do wykonania

• opracowanie schematu układu:

– układ mechaniczno – nap

dowy,

– układ elektryczno – pomiarowy,
– wykaz elementów,

• pomiar nast. wielko

ci:

– impulsy z czujnika indukcyjnego,
– napi

cie wyj

ciowe licznika imp. z czujnika

indukcyjnego,

– napi

cie wyj

ciowe licznika impulsów z czujnika

fotooptycznego,

– napi

cie pr

dnicy tachometrycznej,

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Zadania do wykonania

• okre

lenie współczynników skali pr

dko

obrotowej,

• sporz

dzenie wykresów mierzonych i

obliczonych parametrów,

• sporz

dzenie charakterystyki pr

dnicy

tachometrycznej n=f(U),

• okre

lenie opó

nienia czasowego i rozrzutu

wyników pomiaru pr

dko

ci obrotowej przy

ró

nych parametrach konfiguracyjnych licznika

impulsów z czujnika fotooptycznego.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Przykładowe wyniki pomiarów

t [s]

[

]

-2

-1

[

]

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Pomiary w ruchu obrotowym

Pomiar i regulacja prędkości obrotowej jest jednym z waŜniejszych zagadnień we wszystkich dziedzinach techniki. Nie moŜna sobie obecnie wyobrazić
maszyn i urzadzeń bez pomiaru prędkości obrotowej. Do pomiarów wykorzystuje się przetworniki wielkości mechanicznych na sygna

elektryczny. Na drodze

elektrycznej, prędkość moŜe być mierzona bezpośrednio za pomocą przetwarzania na impulsy elektryczne o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości
obrotowej oraz za pomocą przyrządów pomiarowych.
Te dwa sposoby pomiaru prędkości obrotowej wskazują na obecność dwóch zasadniczych urządzeń do pomiaru. Te urządzenia to:
- prądnice tachometryczne
- impulsator, zwany enkoderem

Prądnica tachometryczna s

uŜy do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna ma

ej mocy, s

uŜąca do przetwarzania prędkości

obrotowej na proporcjonalny sygna

elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona charakterystyką wyjciową prądnicy, tzn. zaleŜności między

wielkością wejściową (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu). Podstawowym parametrem prądnicy tachometrycznej jest sta

prądnicy, która określa wartość napięcia na 1000 obrotów.
Prądnice tachometryczne moŜna podzielić na:
- prądnice prądu sta

ego

- prądnice prądu zmiennego

Tachoprądnice prądu sta

ego charakteryzują się duŜym zakresem pomiarowym i umoŜliwiają rozróŜnienie prądu dwukierunkowego.

Tachoprądnice prądu zmiennego są natomiast wyposaŜone w prostowniki, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemoŜliwia określenie kierunku
obrotu maszyny.

Cyfrowy pomiar prędkości obrotowej moŜe być wykonany za pomocą impulsatora zwanego enkoderem. Impulsator to urządzenie s

uŜące do przekszta

cania

ruchu obrotowego na ciąg impulsów prostokątnych o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej. Podstawowe części impulsatora to: fotonadajnik,
tarcza z otworami fotoodbiornik. Maszyna, której prędkoć obrotów chcemy mierzyć jest "na sztywno" po

czona z tarczą. Częstotliwość z jaką pojawia sie

sygna

na fotoodbiorniku jest proporcjonalna do prędkości obrotowej maszyny. Takie rozwiązanie stosowane jest w impulsatorach jednokana

owych. JeŜeli

wprowadzimy drugą tarczę to będzie ona pe

nić funkcje drugiego kana

u, który jest odpowiednio przesunięty i pozwala na określenie kierunku wirowania

maszyny. Taki impulsator nazywamy dwukana

owym. Wprowadzenie trzeciej tarczy z jednym otworem pozwala na określenie punktu początkowego lub tzw.

pulsu zerowego. Przetworniki z trzema tarczami są najczęściej uŜywane i nazywamy je przetwornikami inkrementalnymi lub enkoderami inkrementalnymi.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

Kolejnym zagadnieniem jest pomiar kąta obrotu. MoŜna wykorzystać tutaj
enkodery inktementalne wspó

przcujące z odpowiednimi licznikami impulsów. Ta

metoda ma jedną wadę - nie pozwala na określenie po

oŜenia wirnika silnika zaraz

po za

czeniu. Tej wady nie mają enkodery absolutne. Enkodery absolutne

posiadają znacznie więcej kana

ów, które róŜnią się od siebie. UmoŜliwia to

uzyskanie z kilku wyjść jednej liczby binarnej jednoznacznie określając po

oŜenie

kątowe przetwornika. Najczęściej stosowanym systemem do kodowania wartości
kąta jest kod Graya.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn

Laboratorium z Miernictwa

ówne kryteria wyboru przetworników

1. Przetworniki impulsowe
Przy wyborze przetworników impulsowych waŜne jest, aby określić ilość wyjściowych kana

ów sygna

owych. Dla określenia tego parametru

rozstrzygającym kryterium jest funkcja przetwornika. Do podstawowych funkcji przetwornika naleŜy:
- pomiar predkości obrotowej wymaga 1 kana

- pozycjonowanie po

oŜenia w trakcie obrotu wymaga 2 kana

ów przesuniętych względem siebie o 90 stopni

- pozycjonowanie po

oŜenia z zakresie obrotu 360 stopni oraz zliczanie ilości pe

nych obrotów, wymaga 3 kana

ów z czego jeden kana

posiada impuls

zerowy

Kolejnym parametrem jest rozdzielczość, która określa liczbę lmpulsów przypadającą na jeden obrót.

Maksymalna częstotliwość impulsów określa największą ilość impulsów przypadających na jeden obrót. Ten parametr nie moŜe być większy od wartości
dopuszczalnej , która jest dopuszczana w danych technicznych.
Ponadto naleŜy wyróŜnić wyjście sygnalowe i rodzaj napięcia zasilania.
KaŜdy przewodnik posiada dopuszczalną temperaturę otoczania, w jakiej moŜe pracować.

2. Przewodnik absolutny
MoŜna wyróŜnić dwa rodzaje przetworników absolutnych:
- z moŜliwością pomiaru absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu
- z moŜliwością pomiary absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu oraz z moŜliwością pomiaru pewnej ilości ca

kowitych obrotów

Bardzo waŜnym parametrem jest rozdzielczość, wyraŜana w bitach.
Przy wyborze przetwornika naleŜy wziąć pod uwage równieŜ rodzaj wyjść sygna

owych, napięcia zasilania oraz przewodów po

czeniowych.

NaleŜy zwrócić uwage na dopuszczalną temperature pracy.

Opisane powyŜej przetworniki pomiaru prędkości i kąta róŜnią się od siebie wersjami obudów, stopniem ochrony, środowiskiem pracy, mają róŜny b

pomiarowy i zakres temperatury pracy a takŜe posiadają róŜne dodatkowe elementy mocujące.