Wydział Mechaniczno-Technologiczny Politechniki Śląskiej

Elektronika z technikami pomiarowymi

Ćwiczenie: „Pomiar prędkości obrotowej”

SEKCJA:

Pradelok Rafał

Pisarski Krzysztof

Płonka Jacek

Płatek Arkadiusz

1. Wstęp teoretyczny.

Pomiary prędkości obrotowej mogą być dokonywane różnymi metodami. Podział metod zależy od przyjętego kryterium. Najbliższa naturze zjawisk wykorzystywanych do pomiaru prędkości jest klasyfikacja na metody analogowe oraz cyfrowe.

Metody analogowe polegają na wykorzystaniu do pomiaru prędkości obrotowej przetworników ruchu obrotowego, których sygnał wyjściowy (zwykle napięcie) jest ciągłą (i różniczkowalną) funkcją mierzonej prędkości
. Przetwornikami zakwalifikowanymi do grupy analogowych są: prądnice prądu stałego, prądnice prądu przemiennego i inne (o bardziej złożonej budowie). Zjawiskiem wykorzystywanym w prądnicach jest indukcja elektromagnetyczna a równanie przetwarzania wyraża zależność wektorowa
gdzie E - wyidukowane napięcie, l - długość czynna uzwojeń, B - indukcja magnetyczna, V - prędkość liniowa (obwodowa) uzwojeń względem pola.

W metodach cyfrowych przetwarza się ruch obrotowy na ciąg impulsów, których liczba jest zależna od mierzonej prędkości. Układy pomiarowe z przetwornikami prędkości obrotowej mogą być prostymi układami tachometrycznymi, lub złożonymi układami w których oprócz prędkości mierzy się inne parametry ruchu obrotowego (fluktuacje prędkości , mimośrodowość itp.). Wyróżnikiem metod cyfrowych jest dyskretny charakter wielkości wyjściowej „sensora prędkości” np. ciąg impulsów.

Tor przetwarzania mierzonej prędkości obrotowej na sygnał wyjściowy może być typu otwartego (otwarty łańcuch kolejnych przetworzeń sygnału z przetwornika) lub zamkniętego (ze sprzężeniem zwrotnym), w którym porównywany jest sygnał z przetwornika prędkości z sygnałem zewnętrznym, którego odpowiedni parametr (np. częstotliwość) jest regulowany sygnałem z przetwornika prędkości badanej automatycznie lub ręcznie przez obserwatora.

Z takim układem pomiarowym mamy do czynienia w pomiarach prędkości obrotowej miernikiem stroboskopowym, którego częstotliwość błysków jest regulowana przez obserwatora zależnie od prędkości ruchu wyróżnionego punktu na badanym obiekcie. Elementem istotnym pomiarów stroboskopowych jest stosunek energii błysku do średniej energii oświetlenia w przerwie miedzy błyskami oraz bezwładność oka ludzkiego. Podczas pomiarów należy zapewnić by pomiędzy kolejnymi błyskami lampy stroboskopowej wyróżniony punkt wykonał jeden obrót a nie wielokrotność obrotu. W tym celu regulacja częstotliwości powinna następować od największych ku mniejszym.

Enkoder to urządzenie przetwarzające przesunięcie i pozycję kątową na sygnał elektryczny. Enkodery powszechnie wykorzystuje się we wszelkiego rodzaju maszynach i liniach produkcyjnych do precyzyjnego pomiaru prędkości, przesunięcia, odległości czy przebytej drogi. Stosując enkoder można zmierzyć obrót dokonany przez dany element - część maszyny albo poddawany obróbce detal, ilość wykonanych obrotów, jak też za pośrednictwem przekładni mechanicznych również przebytą odległość w ruchu postępowym.

Tachometr stroboskopowy jest przyrządem, którego głównym elementem jest lampa błyskowa o regulowanej liczbie błysków w jednostce czasu. Regulacja ta odbywa się płynnie przez przestrajanie elektronicznego generatora impulsów zapłonowych. Oświetlając stroboskopem wirujący wał maszyny, na którym uprzednio narysowano promieniową kreskę, tak regulujemy częstość błysków lampy aż uzyskamy pozornie nieruchomy obraz narysowanej kreski. Oznacza to, że częstość błysków lampy stroboskopowej, mierzona np. w liczbie błysków na sekundę, jest równa prędkości obrotowej wału w obrotach na sekundę. Wartość tę można odczytać bezpośrednio ze skali przyrządu. Gdy zamiast jednej nieruchomej kreski na wale maszyny zaobserwuje się ich 2, 3, 4 itd., oznacza to, że częstość błysków lampy stroboskopowej jest większa odpowiednio 2, 3, 4 razy. Wadą tej metody jest to, że nadaje się ona do pomiarów prędkości obrotowej tylko w stanie ustalonym. Dokładność jej pomiaru wynosi około 3% i zależy od klasy dokładności generatora impulsów zapłonowych.

Bardzo dużą dokładność pomiaru prędkości obrotowej gwarantuje tachometr cyfrowy. Zasada jego działania polega na zliczeniu liczby impulsów elektrycznych przypadających na jednostkę czasu. Liczba impulsów musi być proporcjonalna do liczby obrotów. W tym celu na wale badanej maszyny umieszcza się specjalną tarczę z otworkami rozmieszczonymi symetrycznie na okręgu. Z jednej strony tarczy znajduje się źródło światła, a z drugiej przetwornik fotoelektryczny. Tarcza wirując powoduje okresowe oświetlenie przetwornika, który impulsy świetlne zamienia na impulsy elektryczne. Następnie, po odpowiednim uformowaniu, impulsy elektryczne są podawane na licznik tachometru. Wynik pomiaru odczytuje się bezpośrednio z ekranu tachometru. Dokładność tego typu tachometru jest bardzo duża, wynosi ona 0,1%.

2. Ćwiczenie

Obliczenia „enkoder”:

1. 
   

2. błędne odczyty

3. błędne odczyty

4. błędne odczyty

5. 
   

6. 
   

	1.	2.	3.	4.	5.	6.
n wzorcowe	542	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	600	650
n stroboskopu	550	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	605	653
n prądnica prądu zmiennego	550	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	600	650
n prądnica prądu stałego	550	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	600	650
n enkoder	540	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	Awaria urządzenia pomiarowego	1804,8	1956

U	obr/min
3,66	650
3,4	600
-	-
-	-
-	-
0,79	550

U	obr/min
2,85	650
2,63	600
-	-
-	-
-	-
1	550

3. Wnioski

Podczas doświadczenia, przy próbach zwiększania prędkości wyniki przestały się ze sobą zgadzać tj. odczyty urządzenia wzorcowego z „ENKODEREM”.

Dokładnych przyczyn nie udało się ustalić razem z prowadzącym doświadczenie. Przypuszczalnym powodem była słaba w urządzeniu mierzącym prędkość obrotową na podczerwień, który był naszym „wzorcem”

- 5 -

---