SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO

WYPOSAŻENIE STANOWISKA:

1. obrotomierz mechaniczny

2. obrotomierz elektroniczny Tacho-2

2a - z czujnikiem fotoelektrycznym

2b - z czujnikiem magnetycznym

3. obrotomierz stroboskopowy

4. okresomierz cyfrowy PEL-20

5. autotransformator

6. silnik indukcyjny jednofazowy

Pomiar prędkości obrotowej stanowi jeden z najważniejszych punktów badania maszyn. Szczególnie ważne jest to przy określaniu mocy mechanicznej na wale i określaniu charakterystyki mechanicznej silnika. Wśród istniejących przyrządów pomiarowych rozróżniamy:

1. Przyrządy pomiarowe bezpośrednie:

• obrotomierze mechaniczne (odśrodkowe)

• obrotomierze wibracyjne (rezonansowe)

• obrotomierze elektromagnetyczne

• prądniczki tachometryczne:

• prądu przemiennego

• prądu stałego

• pomiar prędkości obrotowej za pomocą impulsów wymuszonych przez badaną maszynę.

2. Przyrządy pomiarowe do pomiaru metodą bezdotykową:

• obrotomierze elektroniczne

• z czujnikiem fotoelektrycznym

• z czujnikiem magnetycznym

• obrotomierze stroboskopowe

PRZYRZĄDY POMIAROWE BEZPOŚREDNIE:

Ich zasada działania polega na wciskaniu podczas pomiaru w otwór na wale maszyny osi obrotomierza zakończonej gumowym przedłużaczem. Szczególną uwagę przy pomiarze prędkości obrotowej za pomocą tego typu obrotomierzy należy zwrócić uwagę na to, aby gumowy przedłużacz obrotomierza nie ślizgał się w otworze na wale maszyny, oraz aby oś obrotomierza była przedłużeniem osi wału badanej maszyny. Wymienione przyrządy wskazują bezpośrednio na podziałce obrotomierza chwilową wartość prędkości obrotowej jako liczbę obrotów na minutę.

Przyrządy te charakteryzują prostą obsługą i stosunkowo dobrą dokładnością. Wadą ich jest szybkie zużywanie się na wskutek tarcia gumowego przedłużacza i przekładni, oraz fakt, że w czasie dokonywania pomiaru maszyna zostaje obciążona dodatkowym momentem hamującym.

RYS.1 Obrotomierz mechaniczny

POMIAR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ ZA POMOCĄ IMPULSÓW WYMUSZONYCH PRZEZ BADANĄ MASZYNĘ

Metoda ta polega na pomiarze czasu między kolejnymi impulsami. Generatorem impulsów wymuszanych przez silnik jest cewka nawinięta na rdzeniu, w której magnes trwały zamocowany na wale silnika (zielona kostka) indukuje impulsy elektryczne. Impulsy te są proporcjonalne do liczby obrotów wału badanego silnika, a czas między kolejnymi impulsami jest czasem wykonania jednego pełnego obrotu. Im wyższe obroty wału tym krótszy czas trwania jednego obrotu. Urządzeniem, które mierzy czas jest okresomierz z odczytem cyfrowym PEL-20. Mierzy on czas między kolejnymi impulsami w milisekundach (ms).

Tak więc pomiar prędkości obrotowej polega na określeniu okresu jednego obrotu wału T i obliczeniu liczby obrotów z zależności:

obr/min

RYS.2 Pomiar prędkości obrotowej za pomocą impulsów wymuszonych

PRZYRZĄDY POMIAROWE DO POMIARU METODĄ BEZDOTYKOWĄ:

Pomiary wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi (bezdotykowymi) wykonuje się na podstawie przekształcenia wielkości nieelektrycznych na wielkości elektryczne w urządzeniu zwanym czujnikiem lub przetwornikiem. Czujnik wskutek działania na niego wielkości nieelektrycznej powoduje zmianę rezystancji, indukcyjności, pojemności, natężenia prądu, napięcia czy też częstotliwości.

RYS.3

Mierzona wielkość nieelektryczna X działa na czujnik, który powoduje zamianę jej na wielkość elektryczną Y. Wielkość ta jest wzmacniana i następnie mierzona przez miernik elektryczny wyskalowany w mierzonych jednostkach nieelektrycznych.

OBROTOMIERZ ELEKRONICZNY TACH0-2 Z CZUJNIKIEM FOTOELEKRYCZNYM

Do wysterowania obrotomierza służą impulsy napięciowe powstające w elemencie fotoelektrycznym. Sposób działania oraz budowę czujników przedstawia rysunek.

RYS.4 Budowa czujników

Czujnik o schemacie z rys.a umożliwia bezdotykowy pomiar prędkości obrotowej wszelkich maszyn. W tym celu na wirującej części maszyny umieszcza się kontrastowy znak i oświetla strumienie światła ciągłego. Pomiar polega na zliczaniu impulsów świetlnych odbitych od znaku kontrastowego. W przypadku gdy wał maszyny jest niedostępny a istnieje możliwość wykorzystania wirującej części urządzenia pomiar może odbywać się jak na rys.b i rys.c.

Zasadę działania z rys.a wykorzystano w urządzeniu typu TACHO-2. Działa on na zasadzie pomiaru częstotliwości impulsów elektrycznych wytwarzanych przez czujnik.

RYS.5 Schemat blokowy tachometru

Impulsy napięciowe pochodzące z czujnika są wzmacniane we wzmacniaczu 1 i formowane przez przerzutnik 2 w impulsy prostokątne, które po zróżniczkowaniu i jednostronnym obcięciu przez diodę 3 wyzwalają przerzutnik monostabilny 4. Na wyjściu tego przerzutnika otrzymuje się impulsy prostokątne o ściśle określonej amplitudzie i czasie trwania, które są następnie uśredniane przez miernik magnetoelektryczny 5 .

RYS.6 Płyta czołowa przyrządu TACH-2

Przebieg pomiaru przyrządem TACHO-2 :

• Wcisnąć czarny klawisz WYŁ / ZAŁ

• Wcisnąć czerwony klawisz TEST (wskazówka tachometru ustawia się na skali oznaczonej czerwonym łukiem)

• Ustawić czujnik względem wirującego elementu tak, aby żarówka dostatecznie oświetlała oznakowaną część

• Dobrać odpowiedni zakres pomiarowy (klawiszami „x3” lub „x10”)

• Dokonać pomiaru.

OBROTOMIERZ ELEKTRONICZNY TACHO-2 Z CZUJNIKIEM MAGNETYCZNYM

Do pomiaru prędkości obrotowej można również zastosować impulsy elektryczne otrzymane z czujnika magnetycznego. W tym celu na wale badanej maszyny umieszcza się magnes trwały a w jego pobliżu ustawia się cewkę o dużej liczbie zwojów. Podczas wirowania wału linie sił pola magnetycznego magnesu trwałego przecinając uzwojenia cewki czujnika indukują w nim napięcie. W zależności od prędkości obrotowej wału maszyny będzie się zmieniała wartość napięcia indukowanego i częstotliwość. Aby uniezależnić pomiar obrotów od Temperatury najwygodniej jest zliczać częstotliwość indukowanego napięcia.

OBROTOMIERZ STROBOSKOPOWY

W maszynach małej mocy, których nie można obciążać dodatkowym momentem obrotomierza oraz w maszynach, w których wał nie jest dostępny lecz widoczne są części wirujące można mierzyć metodą stroboskopową. Podstawą pomiaru jest tu oświetlenie jednej z wirujących części badanej maszyny oznaczonej kontrastującym znaczkiem, krótkimi impulsami świetlnymi. Jeżeli częstotliwość impulsów świetlnych jest zgodna z częstotliwością obrotów, to uzyskuje się nieruchomy obraz kontrastującego znaczka. Wystarczy wówczas wyznaczyć liczbę impulsów na minutę. Jeśli częstotliwość błysków będzie wielokrotnością liczby obrotów badanego elementu może nastąpić błędny odczyt. Dlatego też synchronizację należy rozpoczynać od liczby błysków większej niż liczba obrotów i stopniowo ją zmniejszać.

Głównymi warunkami, jakie powinien spełniać stroboskop są:

• duża intensywność impulsów świetlnych

• 
  krótki czas błysków

• płynna regulacja częstotliwości błysków i łatwość jej odczytu.

RYS.7 Stroboskop SB-05

1 - przycisk włączający zasilanie

2 - pokrętło płynnej regulacji błysków

3 - przyciski skokowej regulacji błysków

4 - ekran lampy błyskowej

TABELA POMIAROWA

Lp.	OBROTY ZMIERZONE OBROTOMIERZEM
		mechanicznym	stroboskopem	elektron. z czujnikiem		okresomierzem
						fotoelektr.	magnety.	okres T	n
		obr / min	obr / min	obr / min	obr / min	ms	obr / min
1	1500	1550	1500	1500	40,42	1484
2	1520	1525	1505	1500	40,44	1483
3	1520	1550	1500	1500	40,43	1484
śr.	1513	1541	1502	1500	40,43	1484

OBLICZENIA:

Uchyb bezwzględny Δ = W_o - W_r ,gdzie W_o - wartosć otrzymana z pomiaru

W_r - wartość rzeczywista mierzonej

wielkości

Uchyb względny δ = (Δ / W_r)⋅100%

Przyrząd pomiarowy	Uchyb
		bezwzględny	względny
		obr / min	%
obrot. mechaniczny	29	0,02
obrot. stroboskopowy	57	0,04
obrot. elektr. z czuj. foto.	18	0,01
obrot. elektr. z czuj. magn.	16	0,01

Wnioski:

Dokonane pomiary obrotomierzem mechanicznym, stroboskopem, oraz obrotomierzem elektronicznym z czujnikiem nie wiele różnią się od siebie. Największa różnica wynosi 39 obr/min. Jest to niewielki procent przy tak dużej liczbie obrotów. Rzeczywiste obroty odczytaliśmy z okresomierza i wynoszą one 1484 obr/min.

Natomiast różnice w odczytach pomiarów na poszczególnych przyrządach są dość znaczne i są zamieszczone w tabelce 2.

8

---