книги / Метрология, стандартизация и сертификация. Методы и средства измерения физических величин
.pdfляционного метода заключается в следующем. На объекте, движущемся со скоростью V, размещены излучатели, разнесенные на расстояние /, и при
емышей отраженного сигнала. Так как второй приемник смещен относи тельно первого, то сигналу!(О повторяется во втором приемнике сигналом / 2(г) с запаздыванием т, пропорциональным расстоянию / между приемни ками и обратно пропорциональным скорости объекта Vyт.е. т = IIV В рабо
те [9] подробно рассмотрены различные методы автоматизации корреля ционного способа измерения линейной скорости.
При измерении скорости движения объектов в воздухе широкое применение наряду с тахометрическими вертушками находят трубки ско ростного напора, подключаемые к дифференциальным датчикам давления. Зависимость динамического давления Рд от скорости можно выразить
уравнением:
|
? д= ^ - < 1+Е), |
где р - |
плотность воздуха; |
s - |
поправочный коэффициент, зависящий от М = Via , здесь а - ско |
рость звука.
Скорость может бьггь определена как
f 2Рд
К=
рО + е)
Исходя из вышеизложенного при проектировании измерителя скоро сти летательного аппарата задают диапазон линейных скоростей, высоту полета (от нее зависит плотность воздуха р). Далее определяют поправоч ный коэффициент е, диапазон изменения Рд и по Рдпах выбирают диффе
ренциальный датчик давления с нормированным выходным сигналом.
В авиации используется и термодинамический метод определения линейной скорости, основанный на измерении температуры торможения встречного потока. В воздушном потоке размещают две одинаковые тер мопары с различными коэффициентами торможения Г\ и гг. Измеряя зна
чения ЭДС термопар,определяют линейную скорость объекта:
v= 1к(8гег)
V ( r r r 2) ’ где s - чувствительность термопар;
к - коэффициент, зависящий от скорости звука и температуры на вы
соте полета самолета.
При определении путевой скорости самолета и его расчетного ме стоположения необходимо измерять скорость самолета относительно воз духа, скорость ветра и его направление. Наибольшие погрешности полу
6. Браславский Д.А. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.,
1970.
7. Браславский Д.А. и др. Авиационные приборы и автоматы. М.,
1978.
8.Пирсон К. Измерение мгновенной воздушной скорости термоанемометрическим методом. М., 1973.
9.Козубовский С.Ф. Автоматические корреляционные измерители скорости. Киев, 1963.
10.Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого, Л., 1975.
11.Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Л.,
1987.
12.Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем авто матического регулирования и управления / Под ред. В.В. Солодовникова. М., 1973.
5. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ (ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ)
При автоматизации различных технологических процессов требуют ся измерение числа оборотов частей машин и механизмов в единицу вре мени и выдача в систему контроля или управления информации о дости жении заданного числа оборотов. Диапазон измеряемых скоростей враще ния элементов механических устройств достигает 90 000 об/мин.
По принципу действия датчики угловой скорости разделяются на механические, индукционные, частотные и стробоскопические.
В этом разделе рассматриваются электрические датчики скорости вращения. Эти датчики скорости вращения можно подразделить на индук ционные и частотные. Индукционные датчики - это тахогенераторы по стоянного и переменного тока.
5.1. Тахогенераторы постоянного тока (ТГП)
ТГП могут быть с постоянными магнитами или с независимым воз буждением. На якоре размещается обмотка машин постоянного тока, вы воды которой подсоединяются к коллектору. Выходное напряжение сни мается при помощи щеток, что является недостатком такого тахогенератора. ЭДС тахогенератора можно определить по следующей формуле:
£ = СслФ,
где Се - параметрический коэффициент обмоток; п - скорость вращения;
Ф - поток, Ф = BS; здесь В - индукция; S - сечение сердечника.
Если у тахогенератора с постоянными магнитами индукция В посто
янна, то у тахогенератора с независимым возбуждением она зависит от со стояния сердечника перед включением тока возбуждения (кривая намагни чивания, остаточная индукция).
Основными показателями, характеризующими функциональные свойства тахогенераторов постоянного тока (ТТЛ), являются крутизна вы ходной характеристики, нелинейность, асимметрия, коэффициент пульса ции и температурный коэффициент выходного напряжения.
Крутизна выходной характеристики S определяется изменением вы
ходного напряжения на единицу частоты вращения ротора.
Нелинейность выходного напряжения Н представляет собой полу
сумму абсолютных значений наибольшей положительной и наибольшей отрицательной погрешностей выходного напряжения в отдельных точках характеристики. При этом погрешность выходного напряжения AU при не
которой установившейся частоте вращения в процентах вычисляется по следующей формуле:
& U — (£/вЫх/ £Л*ОМ ~ Л / /?ном)Ю0>
где (Увых - выходное напряжение при установившейся частоте вращения п\ t/ном ~ выходное напряжение при номинальной частоте вращения лномНа нелинейность влияет размагничивающее действие реакции якоря
и нелинейный характер изменения переходного сопротивления щеточно коллекторного узла. Нелинейность напряжения ТГП зависит от величины сопротивления нагрузки - с увеличением сопротивления нелинейность уменьшается.
Падение напряжения на щеточно-коллекторном переходе вызывает отрицательное смещение выходной характеристики ТГП на величину Д£/щ, вследствие чего появляется зона нечувствительности от 0 до Лщт = Д£/шfS,
в пределах которой на выходе ТГП отсутствует напряжение.
При изменении направления вращения якоря выходное напряжение меняет полярность. При этом имеет место неравенство выходных напряже ний при разных по направлению и одинаковых по величине частотах вра щения - асимметрия выходного напряжения Ат. Асимметрия определяется
отношением абсолютного значения разности выходных напряжений, изме ренных при правом и левом напряжении вращения, к сумме этих напряже ний при установленном значении частоты вращения ротора. У современ ных ТГП асимметрия не превышает 0,3 - 1 %. Пульсация С/вых складыва
ется из оборотной полюсной, коллекторной и зубцовой составляющих. Наиболее нежелательными являются оборотные и полюсные низкочастот
ные пульсации выходного напряжения. Коэффициент пульсации выходно го напряжения
|
|
V |
- 4У тх 1QQ |
|
|
Л пул |
1ии> |
где At/вых |
- |
разность между наибольшим и наименьшим значениями вы |
|
|
|
ходного напряжения за 1 оборот, |
|
Цф |
- |
среднее значение выходного напряжения, измеренное вольт |
|
|
|
метром постоянного тока или осциллографом. |
Зубцовые и коллекторные пульсации могут быть уменьшены на 30 - - 50 % емкостным фильтром.
Температурный коэффициент выходного напряжения ТТЛ характе ризует максимальное изменение UBUXпри изменении температуры на 1°С в
диапазоне рабочих температур. Эта погрешность относительно мала (не более 0,02 - 0,04 % на 1°С) и обусловлена только изменением сопротивле ния обмотки якоря.
Кроме указанных выше основных показателей ТТЛ, следует отме
тить:
А/трмомент трения статический, Н м;
/р |
- полярный момент инерции ротора, кг м2; |
tT |
- гарантийная наработка, ч. |
Классы точности ТТЛ приведены в табл. 5.1, а основные технические данные тахогенераторов постоянного тока - в табл.5.2.
Тахогенераторы серии TD, ТГ и СЛ-121Г с независимым возбужде нием, причем напряжение возбуждения для TD и СЛ-121Г равно 110 В, ток возбуждения для серии ТГ составляет 0,3 А.
Тахогенератор ТГ-2М2 бесконтактный, с ограниченным углом пово рота ротора. Он работает в режиме колебательного вращения ротора. Рабо
чий угол поворота ±50°
Таблица 5.1
Показатель |
|
|
ТТЛ |
|
|
|
||
|
|
высокоточные |
точные |
|
низкоточные |
|
||
Приведенная |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1,0 |
2,5 |
|
погрешность, |
% |
|
|
|
|
- |
- |
|
Я, % |
± |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
||
Ат, % |
± |
0,025 |
0,05 |
0,125 |
0,25 |
0,5 |
1,25 |
2,5 |
У асинхронных тахогенераторов (ТГА) выходное напряжение линей но зависит от частоты вращения ротора при неизменном сдвиге фаз между напряжением возбуждения t/Bи выходным напряжением ^Лых-
Конструктивно ТГА представляет собой двухфазную электрическую машину с полым немагнитным ротором. На статоре расположены обмотки возбуждения й генераторная. Основными параметрами ТГА являются кру тизна, нелинейность, постоянная и переменная составляющие остаточной ЭДС, фазовая погрешность от изменения частоты вращения и температур ные коэффициенты выходного напряжения и фазы выходного напряжения.
Крутизна и нелинейность выходного напряжения, а также темпера турный коэффициент выходного напряжения имеют те же определения,
что и для 11II. |
|
Остаточная ЭДС ТГА |
- это наибольшая остаточная ЭДС по ос |
новной гармонике на выводах генераторной (выходной) обмотки при не подвижном роторе в пределах одного оборота, при этом приведенное зна чение определяется как отношение остаточной ЭДС к крутизне характери стики выходного напряжения.
Переменная составляющая остаточной ЭДС ДСост есть разность меж ду наибольшим и наименьшим значением остаточной ЭДС по основной гармонике в пределах оборота ротора. Приведенное значение определяется отношением переменной составляющей остаточной ЭДС к крутизне.
За фазовую погрешность ТГА Дфп принимают наибольшую раз ность фаз ЭДС тахогенератора при номинальной и минимальной частотах вращения в рабочем диапазоне:
Дфп = ф |-ф 2 -
Температурный коэффициент фазы выходного напряжения ТГА ха рактеризует максимальное изменение фазы при изменении температуры на 1°С в диапазоне рабочих температур.
В табл. 5.3 приведены классы точности асинхронных тахогенерато ров, а в табл. 5.4 - технические характеристики некоторых тахогенерато ров.
Таблица 5.3
|
Показатель |
высокоточные |
|
ТГА |
|
|
|
Приведенная погрешность. % |
точные |
низкоточные |
|||||
0,025 |
0,05 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
1 |
||
Я, % |
± |
0,025 |
0,05 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
4?ост , мВ/ об/мин |
15 |
20 |
20 |
20 |
25 |
50 |
|
Д^ост, мВ/об/мин |
2 |
I 3 |
3 |
5 |
~ |
|
|
фгь угл. мин, ± |
20 |
±20 |
±25 |
±30 |
- |
- |
Трехфазные или однофазные синхронные тахогенераторы малой мощности имеют ротор с явно выраженными полюсами, выполненными из постоянных магнитов. Обмотки размещаются на статоре, а возбуждение осуществляется вращающимся ротором с постоянными магнитами, поэто му коллектор со щеточным аппаратом отсутствует, что значительно повы шает надежность тахогенератора.
При вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС, амплитуда которой прямо пропорциональна скорости вращения ротора. При этом од новременно с ростом амплитуды ЭДС увеличивается и частота этой ЭДС, зависящая от числа пар полюсов ротора и скорости его вращения. В длин ных линиях между тахогенератором и вторичным прибором амплитуда ЭДС уменьшается, а частота остается постоянной. Это является положи тельным качеством синхронных тахогенераторов, работающих на частот ном принципе.
Для измерения и индикации скорости вращения применяются сле дующие синхронные тахогенераторы:
1. Синхронные тахогенераторы типа ТЭ с вторичным стрелочным измерительным прибором типа Ц1600/к. К одному датчику может быть подключено до 3 вторичных приборов через соединительную коробку. Скорость вращения измеряется в следующих пределах: 20 - 100 об/мин -
ТЭ1; 20 - 1500 об/мин - |
ТЭ2; 20 - 2500 об/мин - ТЭ2,5; 20 - 5000 об/мин - |
||||
ТЭ5. Приведенная погрешность - |
1,5 %, температура окружающей среды - |
||||
10 -60 °С, масса комплекта - 4,7 кг. |
|
||||
2. |
Тахометры |
типа К 1803 с вторичным прибором М |
1850 или |
||
И 1619. |
Диапазон |
измеряемых |
скоростей вращения: 0 -100; |
0 -150; |
|
0 -200; |
0 - 300; 0 - |
400; |
0 - 500; |
0 - 800; 0 - 1000; 0 - 2000; |
0 - 3000; |
О- 4000 об/мин. Приведенная погрешность 1 %, температура окружающей среды 1 0 -5 0 °С. Масса датчика - 3 кг.
3. Синхронные однофазные тахогенераторы с одной парой полюсов
на роторе. Технические данные сведены в табл. 5.5, где Кнс- |
коэффициент |
||||
несинусоидальности. |
|
|
|
|
|
|
|
ит. |
|
|
Таблица 5.5 |
Тип |
Яном, |
|
% |
л». |
|
СГ-0,24 |
об/мин |
в |
Гц |
кОм |
|
1500 |
30 |
25 |
3 |
0,19 |
|
СГ-0,25 |
3000 |
60 |
50 |
3 |
0,19 |
4. Синхронные трехфазные тахогенераторы типа DT3 и DTK с маг нитоиндукционными вторичными показывающими приборами типа ИСТ-1, ИСТ-4. Номинальная скорость вращения 6000 об/мин.