Pomiar prędkości obrotowej.doc

Cel ćwiczenia

Określenie zależności napięcia prądnicy tachometrycznej oraz wielkości zasilania od prędkości obrotowej. 

1. Wstęp teoretyczny

Metody pomiaru:

Prędkość kątową (obrotową) najczęściej mierzy się prądnicą tachometryczną, układami częstotliwościowymi oraz tachometrami mechanicznymi. Prądnice tachometryczne są to prądnice wykonane bardzo dokładnie tak, aby ich napięcie wyjściowe było zależne liniowo od prędkości kątowej (obrotowej).

Ponadto pomiary prędkości obrotowej mogą być dokonywane różnymi metodami. Klasyfikacja 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 funkcją mierzonej prędkości. Do tych przetworników zaliczamy: prądnice prądu stałego i prądnice prądu przemiennego.

·         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.

Prądnica tachometryczna:

Prądnica tachometryczna służy do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna małej mocy, służąca do przetwarzania prędkości obrotowej na proporcjonalny sygnał elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona charakterystyką wyjściową prądnicy, tzn. zależnością między wielkością wejściową (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu).

Prądnice tachometryczne można podzielić na:
- prądnice prądu stałego 
- prądnice prądu zmiennego. 

Tachoprądnice prądu stałego charakteryzują się dużym zakresem pomiarowym i umożliwiają rozróżnienie pracy dwukierunkowej. 
Tachoprądnice prądu zmiennego są natomiast wyposażane w prostownik, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemożliwia określenie kierunku obrotu maszyny.
 

Zasada działania przetwornika prędkości obrotowej:

Odseparowany i odpowiednio uformowany sygnał z czujników pomiarowych podawany jest na wejścia przerwań mikroprocesora. Pomiar odstępu między dwoma kolejnymi impulsami pozwala na obliczenie prędkości obrotowej, oraz w przypadku zastosowania dwóch czujników stwierdzenia kierunku wirowania. Brak impulsów wejściowych przez ponad 15 sekund interpretowany jest jako postój maszyny. Obliczona prędkość obrotowa wyświetlana jest na wyświetlaczu, a także zamieniana na sygnał prądowy 4-20mA według ustawionego zakresu dolnego i górnego.

Indukcyjny czujnik prędkości – budowa i zasada działania

Czujnik ten składa się z:

- nieruchomej cewki,

- rdzenia z materiału ferromagnetycznego,

- magnesu trwałego

Czujnik współpracuje z wirnikiem. Wirniki wytwarzane są z materiałów magnetycznie miękkich lub twardych. Kształt wirnika ma decydujące znaczenie w tym pomiarze, gdyż uformowane wyżłobienia w postaci zębów powodują powstanie zmiennego strumienia magnetycznego. Pojawienie się zęba w osi czujnika oznacza zmniejszenie szerokości szczeliny powietrznej w obwodzie magnetycznym, a tym samym zmianę reluktancji magnetycznej obwodu. W związku z tym zmianie ulega również strumień magnetyczny.
W wyniku zmian strumienia w cewce czujnika indukuje się zmienne napięcie, którego amplituda zależna jest od szybkości zmian strumienia magnetycznego.

Rys.1 Budowa czujnika indukcyjnego

2. Część praktyczna

Tabela pomiarowa nr 1

Wnioski

Przetwornik prędkości obrotowej stosowany w ćwiczeniu przeznaczony jest do pomiaru prędkości obrotowej wirujących elementów. Mikroprocesorowa struktura tego przetwornika zapewnia dużą dokładność pomiaru, łatwą obsługę oraz szybką zmianę podstawowych parametrów.

Na podstawie wykresów można zauważyć, iż zależność pomiędzy napięciem zasilacza
i prądnicy tachometrycznej jest liniowa. Wraz ze wzrostem napięcia na obu urządzeniach rośnie prędkość obrotowa.