Pomiary prędkości kątowej.
[Na podstawie mat z lab Automatyki Napedu „Uklady_pomiaru_predkosci_obrotowej”]
Czujniki stosowane do pomiaru prędkości obrotowej można podzielić na:
Czujniki bezpośrednio przetwarzające prędkość obrotową na syngla elektryczny- prądniczka tachometryczna
Czujniki określające prędkość obrotową poprzez różniczkowanie kąta obrotu- przetworniki obrotowo-impulsowe z wyjściem cyfrowym lub analogowym, przetworniki kodowe oraz resolwery.
Prądniczki tachometryczne są czujnikami bezpośrednio przetwarzającymi prędkość obrotową na sygnał elektryczny. Podczas obrotu wirnika prądniczki tachometrycznej w polu magnetycznym magnesów trwałych stojana wzbudza się w uzwojeniach wirnika napięcie przemienne. Jest ono następnie prostowane w układzie komutatora mechanicznego ze specjalnymi szczotkami. Na zaciskach prądniczki występuje napięcie biegu jałowego, proporcjonalne do prędkości obrotowej n. Nie jest wymagane przy tym dostarczanie dodatkowej energii, jak ma to miejsce w przypadku innych czujników.
Przetworniki obrotowo-impulsowe (en kodery) wytwarzają impulsy, których ilość jest proporcjonalna do kąta obrotu. Mierząc w ten sposób przebytą drogę kątową w określonym czasie można określić prędkość obrotową. Zastosowanie dwóch wyjść sygnałów (A i B) przesuniętych względem siebie, umożliwia określenie kierunku obrotu. W przypadku obrotu w prawo sygnał A wyprzedza sygnał B (co oznacza, że zbocze narastające sygnału A występuje przy niskim poziomie sygnału B), dla obrotu w lewo sygnał B wyprzedza sygnał A. Dodatkowo zwykle stosowany jest dodatkowy sygnał wyjściowy (oznaczany przez Z,N lub RM), umożliwiający określenie położenia przetwornika w ramach jednego obrotu. Dla wyeliminowania zakłóceń przesyłane są też zanegowane sygnały A,B i RM. Przetwornik obrotowo- impulsowy zbudowany jest z tarczy złożonej z pól przeźroczystych i nieprzeźroczystych oraz z zespołu nadajnik-odbiornik optyczny. Zespoły nadajników-odbiorników zbudowane są z układów diód LED, o elektronicznie kompensowanej zmianie jasności.
Przetworniki obrotowo-kodowe bezpośrednio podają informację o położeniu wirnika. Informacja ta jest przekazywana w postaci cyfrowej, poprzez łącze równoległe lub szeregowe. Budowa przetwornika obrotowo-kodowego jest podobna do obrotowo-impulsowego, większa jest jednak ilość ścieżek i układów optycznych. Najczęściej ścieżki optyczne tworzone są z wykorzystaniem kodu Greya. Dostępne są także przetworniki obrotowo-kodowe wykorzystujące czujniki magnetyczne zamiast układów optycznych.
Resolwery to specjalne maszyny elektryczne wyposażone w dwa uzwojenia w stojanie oraz jedno uzwojenie w wirniku. Uzwojenia w stojanie przesunięte są w przestrzeni o kąt 90 stopni elektrycznych. Resolwer umożliwia odczyt położenia bezwzględnego w ramach jednego obrotu wirnika.
[Na podstawie skrypt do Metrologii. Ćw 19. Pomiary prędkości obrotowej]
Metody pomiaru prędkości dzielimy na:
Analogowe- charakteryzują się ciągła postacią sygnału opisującego prędkość obrotową
Cyfrowe
Pomiarów analogowych dokonujemy za pomocą prądnicy tachometrycznej prądu stałego, prądu zmiennego asynchroniczna lub prądu zmiennego synchroniczna.
Prądnica tachometryczna prądu stałego wykonywana jest zwykle jako prądnica z umieszczonymi na stojanie magnesami trwałymi, natomiast na wirniku nawinięte jest uzwojenie, którego końce wyprowadzone są na zewnątrz przez komutator i szczotki. Wirujące uzwojenie przecina pole magnetyczne, w wyniku czego indukuje się siła elektromotoryczna, której wartość wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej n. Zaletą tej metody jest możliwość określenia kierunku obrotu- zmiana kierunku obrotów powoduje zmianę biegunowości napięcia wyjściowego.
Prądnica tachometryczna prądu przemiennego synchroniczna posiada nieruchome uzwojenie i wirujący magnes trwały. Wirujące pole magnetyczne w prądnicy z wirującym magnesem trwałym powodują indukowanie się zmiennego napięcia w uzwojeniu stojana proporcjonalnego do prędkości obrotowej. Większa niezawodność wynikająca z braku komutatora. Nie można jednak określić kierunku wirowania.
Prądnica tachometryczna prądu przemiennego asynchroniczna zbudowana jest podobnie jak dwufazowy silnik asynchroniczny. Stojan posiada dwa uzwojenia przesunięte względem siebie o kąt 90stopni. Zasilane prądem przemiennym uzwojenie wzbudzenia wytwarza zmienne pole magnetyczne. Pole to indukuje w wykonanym z materiału przewodzącego wirniku prądy wirowe. Jeżeli wirnik się obraca, powstaje składowa magnetyczna skojarzona z drugim uzwojeniem stojana. Napięcie indukowane w tym uzwojeniu ma częstotliwość równą częstotliwości napięcia wzbudzenia a jego amplituda jest proporcjonalna do prędkości obrotowej wirnika.
Elektromagnetyczny przetwornik obrotowo-impulsowy zbudowany jest z zamocowanego na wale koła zębatego wykonanego z materiału ferromagnetycznego oraz odmagnesowanego obwodu magnetycznego z nawiniętą cewką. Wirowanie koła zębatego zmienia strumień magnetyczny w magnetowodzie, co powoduje indukowanie w cewce siły elektromotorycznej.
Optyczny przetwornik obrotowo-impulsowy zbudowany jest z zamocowanej sztywno na wale tarczy, na obwodzie której znajdują się szczeliny. Po jednej stronie tarczy umieszczone jest źródło światła, po drugiej fotoelement. W trakcie obrotu tarczy strumień światła jest okresowo przerywany, a sygnał elektryczny na wyjściu czujnika fotoelektrycznego zależny jest od zmian położenia tarczy. Liczba impulsów jest równa liczbie szczelin, które przeszły przez pole strumienia świetlnego.
Dodatkowo warto obejrzeć strony:
http://elektro.w.interia.pl/pomiary/predkosc/index.html