073 bmp

9. Różne techniki pomiarowe w zastosowaniu do wyznaczania prędkości obrotowej

9.1. Wiadomości ogólne

Pomiary prędkości obrotowej realizuje się najczęściej metodami analogowymi lub cyfrowymi. W pomiarach analogowych stosowane są prądnice tachometryczne, przekształcające prędkość obrotową na napięcie prądu stałego lub zmiennego. Wartość napięcia U, będącego sygnałem wyjściowym prądnicy jest proporcjonalna do wartości sygnału wejściowego, którym jest prędkość kątowa n wirującego elementu połączonego mechanicznie z wałem prądnicy. Dzięki liniowej charakterystyce statycznej U = S n (S - czułość) przetworniki te stanowią człony pomiarowe układów automatyki, gdzie są elementami ujemnych sprzężeń zwrotnych, zaś w połączeniu z analogowymi wskaźnikami napięcia wyskalowanymi w jednostkach prędkości kątowej pełnią rolę mierników prędkości obrotowej części wirujących. Pomiary cyfrowe polegają na bezpośrednim przekształcaniu prędkości obrotowej w ciąg impulsów, których liczba zliczona w określonym czasie jest proporcjonalna do mierzonej prędkości. Pomiary cyfrowe realizuje się również w sposób pośredni. Wówczas na przykład napięciowy sygnał wyjściowy z prądnicy tachometrycznej prądu stałego przekształcany jest w przetworniku analogowo-cyfrowym na ciąg impulsów, których liczba jest proporcjonalna do chwilowej wartości tego napięcia. Metoda stroboskopowa stosowana do doraźnych pomiarów prędkości obrotowej polega na synchronizacji znanej częstotliwości impulsów światła generowanych przez lampę neonową oświetlającą wirujący element z częstotliwością ruchu elementu. W dalszym ciągu omówiono zasady pomiaru prędkości obrotowej wyszczególnionymi wyżej metodami.

9.2. Pomiary analogowe z zastosowaniem prądnic tachometrycznych

Wśród elektromaszynowych czujników tachometrycznych wyróżnia się prądnice:

-    prądu stałego,

-    prądu zmiennego synchroniczne,

-    prądu zmiennego asynchroniczne.

Tachometryczne prądnice prądu stałego są elektromaszynowymi przetwornikami indukcyjnymi o niewielkich wymiarach zbudowanymi podobnie jak wirujące maszyny prądu stałego. Wykonywane są jako magnetoelektryczne i elektromagnetyczne.

W prądnicy magnetoelektrycznej wzbudzający strumień magnetyczny d> wytwarzany jest w stojanie, który stanowią magnesy stałe. Stojan prądnicy elektromagnetycznej zestawiony jest z pakietu blach, w którym wycięte są żłobki mieszczące uzwojenie wzbudzenia zasilane napięciem U_w (rys. 9.1) z zewnętrznego źródła prądu stałego. Wytworzony w prądnicy strumień magnetyczny O jest proporcjonalny do natężenia prądu wzbudzenia I_w.

Rys. 9.1. Schemat ideowy prądnicy prądu stałego

W prądnicach prądu stałego wirnik ułożyskowany wewnątrz stojana posiada uzwojenie utworzone ze zwojów, których końce są doprowadzone do wycinków komutatora współpracującego z dwoma szczotkami osadzonymi na jego powierzchni. Sygnałem wejściowym w tych prądnicach jest prędkość obrotowa n wirnika połączonego mechanicznie z wirującym elementem, zaś sygnał wyjściowy pojawia się na szczotkach jako SEM E rotacji wyindukowana w uzwojeniu obracającego się wirnika. Charakterystyka statyczna prądnicy opisana jest związkiem

E = c_tO n = S[ n,    (9.1)

gdzie Ci - stała konstrukcyjna.

Wzór (9.1) opisuje liniową zależność między mierzoną prędkością n a SEM E przy stałej wartości strumienia O, zaś wielkość S\ = określa czułość przetwornika. W prądnicy elektromagnetycznej istnieje możliwość zmiany czułości przez wymuszenie prądu wzbudzenia wywołującego strumień <ł> o odpowiedniej wartości. Obciążenie prądnicy prądu stałego (rys. 9.2), której zaciski wyjściowe połączone sąnp. z miernikiem czy rejestratorem o rezystancji R_ri powoduje, że przy tej samej prędkości wartość napięcia wyjściowego U prądnicy jest mniejsza niż E, Wiąże się to z powstaniem spadku napięcia na rezystancji R, uzwojenia wirnika wywołanego prądem I_t płynącym w obwodzie prądnica - obciążenie. W przypadku obciążenia prądnicy jej charakterystyka statyczna ma postać [1]

(9.2)

U — Sio n

147