Laboratorium z Miernictwa
Badania właściwości przetworników
do pomiaru prędkości obrotowej
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pomiar prędkości obrotowej
" prądnica tachometryczna,
" układ z czujnikiem indukcyjnym,
" przetworniki optyczne  transoptory 
enkodery,
" inne.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Prądnica tachometryczna
Napięcie indukowane w zwoju
w wyniku ruchu wynosi:
U = B �"l�" v �" sin ą
( )
gdzie: ą to kąt pomiędzy wektorem
indukcji B, a prędkości v.
Schematyczna zasada działania prądnicy
Wynika stąd, \
e napięcie jest funkcją sinus. Aby uzyskać napięcie stałe na
wyjściu trzeba zastosować prostownik - komutator mechaniczny.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Budowa prądnicy tachometrycznej
WIRNIK KOMUTATOR STOJAN
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Charakterystyka prądnicy
tachometrycznej prądu stałego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Przykłady prądnic tachometrycznych
Specjalne własności:
" Temperaturowa kompensacja napięcia,
" Bardzo krótki czas odpowiedzi napięcia,
" Układ magnetyczny ekranowany
przeciwko wpływowi zewnętrznego pola
magnetycznego,
" Mały moment bezwładności,
" Specjalny kształt przyłączy elektrycznych,
" Ró\
ne systemy monta\
u w zale\
ności od
zastosowania
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Czujniki indukcyjne
Zasada pomiaru prędkości obrotowej z wykorzystaniem czujnika indukcyjnego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Czujniki indukcyjne
Sygnał prędkości obrotowej
1  wieniec zębaty,
2  uzwojenie,
3  magnes,
4 - wyjście
_____ przy du\
ej prędkości obrotowej
--------- przy małej prędkości obrotowej
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Czujniki indukcyjne
Czujniki prędkości koła w przekroju Ró\
ne konstrukcje czujników prędkości koła
czujnik z rdzeniem o końcu płetwowym, zabudowa promieniowa, uchwyt umieszczony
czujnik z rdzeniem o końcu zaokrąglonym promieniowo w stosunku do wieńca, rdzeń z
1  przewód elektryczny, 2  rdzeń magnetyczny, 3  końcem w kształcie płetwy,
obudowa, 4  uzwojenie, 5  końcówka rdzenia, zabudowa osiowa, uchwyt umieszczony promieniowo
6  koło impulsowe (wieniec zębaty) w stosunku do wieńca, rdzeń z końcem o
przekroju rombowym,
zabudowa promieniowa, uchwyt umieszczony osiowo
w stosunku do wieńca, rdzeń z końcem o
przekroju kołowym
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Indukcyjny sensor zbli\
eniowy
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Budowa i zasada działania enkodera inkrementalnego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Budowa enkodera optycznego obrotowego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Enkodery inkrementalne
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Magnetyczny sensor inkrementalny
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Magnetyczny sensor inkrementalny
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Schemat stanowiska
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Zadania do wykonania
" opracowanie schematu układu:
 układ mechaniczno  napędowy,
 układ elektryczno  pomiarowy,
 wykaz elementów,
" pomiar nast. wielkości:
 impulsy z czujnika indukcyjnego,
 napięcie wyjściowe licznika imp. z czujnika
indukcyjnego,
 napięcie wyjściowe licznika impulsów z czujnika
fotooptycznego,
 napięcie prądnicy tachometrycznej,
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Zadania do wykonania
" określenie współczynników skali prędkości
obrotowej,
" sporządzenie wykresów mierzonych i
obliczonych parametrów,
" sporządzenie charakterystyki prądnicy
tachometrycznej n=f(U),
" określenie opóz
nienia czasowego i rozrzutu
wyników pomiaru prędkości obrotowej przy
ró\
nych parametrach konfiguracyjnych licznika
impulsów z czujnika fotooptycznego.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Przykładowe wyniki pomiarów
10
8
6
4
2
0
2
1
0
-1
-2
2 4 6 8 10
t [s]
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Imp [V]
U [V]
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pomiary w ruchu obrotowym
Pomiar i regulacja prędkości obrotowej jest jednym z wa\
niejszych zagadnień we wszystkich dziedzinach techniki. Nie mo\
na sobie obecnie wyobrazić
maszyn i urzadzeń bez pomiaru prędkości obrotowej. Do pomiarów wykorzystuje się przetworniki wielkości mechanicznych na sygnał elektryczny. Na drodze
elektrycznej, prędkość mo\
e 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 słu\
y do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna małej mocy, słu\
ąca do przetwarzania prędkości
obrotowej na proporcjonalny sygnał elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona charakterystyką wyjciową prądnicy, tzn. zale\
ności między
wielkością wejściową (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu). Podstawowym parametrem prądnicy tachometrycznej jest stała
prądnicy, która określa wartość napięcia na 1000 obrotów.
Prądnice tachometryczne mo\
na podzielić na:
- prądnice prądu stałego
- prądnice prądu zmiennego
Tachoprądnice prądu stałego charakteryzują się du\
ym zakresem pomiarowym i umo\
liwiają rozró\
nienie prądu dwukierunkowego.
Tachoprądnice prądu zmiennego są natomiast wyposa\
one w prostowniki, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemo\
liwia określenie kierunku
obrotu maszyny.
Cyfrowy pomiar prędkości obrotowej mo\
e być wykonany za pomocą impulsatora zwanego enkoderem. Impulsator to urządzenie słu\
ące do przekształcania
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" połączona z tarczą. Częstotliwość z jaką pojawia sie
sygnał na fotoodbiorniku jest proporcjonalna do prędkości obrotowej maszyny. Takie rozwiązanie stosowane jest w impulsatorach jednokanałowych. Je\
eli
wprowadzimy drugą tarczę to będzie ona pełnić funkcje drugiego kanału, który jest odpowiednio przesunięty i pozwala na określenie kierunku wirowania
maszyny. Taki impulsator nazywamy dwukanałowym. Wprowadzenie trzeciej tarczy z jednym otworem pozwala na określenie punktu początkowego lub tzw.
pulsu zerowego. Przetworniki z trzema tarczami są najczęściej u\
ywane i nazywamy je przetwornikami inkrementalnymi lub enkoderami inkrementalnymi.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Kolejnym zagadnieniem jest pomiar kąta obrotu. Mo\
na wykorzystać tutaj
enkodery inktementalne współprzcujące z odpowiednimi licznikami impulsów. Ta
metoda ma jedną wadę - nie pozwala na określenie poło\
enia wirnika silnika zaraz
po załączeniu. Tej wady nie mają enkodery absolutne. Enkodery absolutne
posiadają znacznie więcej kanałów, które ró\
nią się od siebie. Umo\
liwia to
uzyskanie z kilku wyjść jednej liczby binarnej jednoznacznie określając poło\
enie
kątowe przetwornika. Najczęściej stosowanym systemem do kodowania wartości
kąta jest kod Graya.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Główne kryteria wyboru przetworników
1. Przetworniki impulsowe
Przy wyborze przetworników impulsowych wa\
ne jest, aby określić ilość wyjściowych kanałów sygnałowych. Dla określenia tego parametru
rozstrzygającym kryterium jest funkcja przetwornika. Do podstawowych funkcji przetwornika nale\
y:
- pomiar predkości obrotowej wymaga 1 kanału
- pozycjonowanie poło\
enia w trakcie obrotu wymaga 2 kanałów przesuniętych względem siebie o 90 stopni
- pozycjonowanie poło\
enia z zakresie obrotu 360 stopni oraz zliczanie ilości pełnych obrotów, wymaga 3 kanałów z czego jeden kanał 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 mo\
e być większy od wartości
dopuszczalnej , która jest dopuszczana w danych technicznych.
Ponadto nale\
y wyró\
nić wyjście sygnalowe i rodzaj napięcia zasilania.
Ka\
dy przewodnik posiada dopuszczalną temperaturę otoczania, w jakiej mo\
e pracować.
2. Przewodnik absolutny
Mo\
na wyró\
nić dwa rodzaje przetworników absolutnych:
- z mo\
liwością pomiaru absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu
- z mo\
liwością pomiary absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu oraz z mo\
liwością pomiaru pewnej ilości całkowitych obrotów
Bardzo wa\
nym parametrem jest rozdzielczość, wyra\
ana w bitach.
Przy wyborze przetwornika nale\
y wziąć pod uwage równie\
rodzaj wyjść sygnałowych, napięcia zasilania oraz przewodów połączeniowych.
Nale\
y zwrócić uwage na dopuszczalną temperature pracy.
Opisane powy\
ej przetworniki pomiaru prędkości i kąta ró\
nią się od siebie wersjami obudów, stopniem ochrony, środowiskiem pracy, mają ró\
ny błąd
pomiarowy i zakres temperatury pracy a tak\
e posiadają ró\
ne dodatkowe elementy mocujące.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa