Авиационные измерители частоты вращения

Важным параметром режима работы авиационного двигателя является частота вращения вала его винта, компрессора или турбины. Этот параметр характеризует не только техническое состояние двигателя, но главным образом режим его работы. От него существенно зависит тяга (мощность), развиваемая двигателем.

Приборы, измеряющие частоту вращения, называются тахометрами. Самолетные тахометры служат для измерения частот вращения коленчатого вала поршневого двигателя (до 4000 об/мин) или вала турбины газотурбинного двигателя (до 20000 об/мин).

Вращательное движение вала может быть охарактеризовано частотой n его вращения и угловой скоростью ω вращения.

Единицей измерения частоты вращения является оборот в секунду, а угловой скорости - радиан в секунду.

Размерностью обеих величин в системе СИ является секунда в минус первой степени (с^-1). Взаимосвязь частоты вращения и угловой скорости вращения описывается уравнением

ω=2π n

или, если n представляется в оборотах в минуту,

ω=n

Методы измерения частоты вращения:

Центробежный

Основан на использовании зави­симости центробежной силы F, возникающей при вращении те­ла, от измеряемой угловой ско­рости ω_x

Часовой

Основан на подсчете количества оборотов исследуемого объекта за выбранный интервал времени, задаваемый часовым механизмом ЧМ

Резонансный

Основан на совпадении известной частоты собственных колебаний эталонного резонатора, соответствующей определенному значению угловой скорости, с частотой колебаний, возбуждаемых исследуемым объектом

Стробоскопический

Основан на использовании стробоскопического эффекта, возникающего при импульсном освещении исследуемого объекта

Магнитоиндукционный

Основан на взаимодействии магнитного поля, вращаемого со скоростью, пропорциональной измеряемой угловой скорости, с полем вихревых токов, наводимых при этом в чувствительном элементе ЧЭ

Постоянного тока

Основан на зависимости выходного напряжения генератора постоянного тока от скорости вращения его якоря, соединенного с исследуемым объектом. Состоит из тахогенератора постоянного тока, линии связи, и вольтметра

Частотноимпульсный

Основан на зависимости выходного напряжения генератора переменного тока от скорости вра­щения его ротора, соединенного с исследуемым объектом, и состоит из тахогенератора переменного тока, линии связи, преобразователя частоты в среднее значение напряжения вольтметра

Поплавковый

Основан на зависимости уровня жидкости в сосуде, вращающемся с угловой скоростью исследуемого объекта, от скорости вращения жидкости

Фрикционный жидкостный

Основан на зависимости силы, с которой жидкость увлекает твердое тело, от скорости вращения этой жидкости

Наибольшее распространение получили магнитоиндукционные тахометры благодаря их простоте и линейной статической характе­ристике.

Магнитоиндукционные тахометры

Действие магнитоиндукционных тахометров основано на измерении сил, возникающих в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с индукционными токами, наведенными этим полем в сплошном металлическом роторе.

Вращающееся магнитное поле создается намагниченным по диаметру постоянным магнитом 1, вращающимся вместе с валом 5, частота вращения которого измеряется. Расположенный во вращающемся магнитном поле чувствительный элемент 2 в виде тонкостенного металлического цилиндра укреплен на отдельной оси, сосной с осью магнитной системы, и удерживается от вращения спиральной пружиной 3.

При вращении магнитной системы с угловой скоростью ω в стенках цилиндра наводится ЭДС, вызывающая ток, замыкающийся в теле цилиндра.

Взаимодействуя с магнитным полем, этот ток создает вращаю­щий момент, пропорциональный скорости вращения магнита и стре­мящийся увлечь цилиндр вслед за вращающейся магнитной систе­мой.

Под действием вращающего момента цилиндр поворачивается и закручивает спиральную пружину 3, которая создает противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания. Угол отклонения стрелки 4 будет пропорционален угловой скорости постоянного магнита.

Принципиальная схема магнитоиндукционного тахометра

Постоянный магнит обычно выполняют многополюсным, причем для увеличения магнитной индукции вокруг цилиндра 2 располагают магнитный экран, вращающийся вместе с магнитом (на рисунке не показан). Цилиндр чувствительного элемента часто выполняют в виде металлического диска.

Магнитоиндукционные тахометры выполняют дистанционными, соединив

тахометр электрической дистанционной передачей с валом, частоту вращения которого нужно измерить.

Схема дистанционного магнитоиндукционного тахометра:

1 — магнит генератора; 2 — магнит-ротор синхронного двигателя; 3 — гистерезисный диск; 4 — постоянный магнит; 5 — диск ЧЭ; 6 — противодействующая пружина; 7 — магнит демпфера; 8 — диск демпфера; 9 — стрелка; 10 — обмот­ка генератора; 11 — статорная обмотка синхронного электродвигателя

Датчиком тахометра служит синхронный генератор с ротором в виде постоянного магнита. В статорной обмотке 11 синхронного двигателя указателя создается вращающееся магнитное поле, вызывающее вращение ротора, состоящего из постоянного магнита 2 и гистерезисного диска 3, посаженного на общий вал. Этот диск выполняет роль «беличьего колеса» и служит для асинхронного запуска синхронного двигателя. Диск 3 приводит вал ротора во вращение со скоростью, близкой к синхронной, после чего постоянный магнит входит в синхронизм и обеспечивает синхронную работу двигателя.

Постоянный магнит 2 свободно помещен на валу и соединен с ним пружиной, через которую передает вращение валу синхронного двигателя указателя. Благодаря этому магнит может свободно сделать один оборот и только в конце этого оборота передать вра­щение валу двигателя. Это дает возможность двигателю войти в синхронный режим еще до того, как он воспримет на себя полную нагрузку.

На конце вала синхронного двигателя укреплен магнитный узел, состоящий из двух плат с запрессованными в них цилиндрическими магнитами. На схеме условно показан двухполюсный магнит 4.

Чувствительный элемент в виде диска 5 находится в воздушном зазоре магнитного узла. Пружина 6 создает противодействующий момент.

Для устранения колебаний стрелки в приборе имеется демпфи­рующее устройство, состоящее из неподвижного магнитного узла 7, аналогичного магнитному узлу 4, и металлического диска 8, укрепленного на оси стрелки.