Большая База Данных Рефератов - Тахометр индукционный - скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рус Укр Eng

Тахометр индукционный

АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: « Приборостроение, метрология и сертификация»

Допустить к защите «_____»______________200

Руководитель__________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

«Физические основы получения информации»

Тема курсовой работы:

Тахометр индукционный

Проект выполнил студент Есипов Андрей Олегович

Шифр 060323 группа 31-П факультет ФЭиП

Специальность 200101

Курсовая работа защищена с оценкой _____________

Студент Есипов А.О.

Руководитель Мишин В.В.

Члены комиссии _______________________/ФИО/

_______________________/ФИО/

Орел 2008

АННОТАЦИЯ

Целью данного курсового проекта является проектирование индукционного тахометра. Для выполнения данной цели был проведен обзор тахометров различного принципа действия. Для каждого преобразователя были выделены достоинства и недостатки. После анализа преобразователей, один из них был взят за основу для дальнейшего проектирования.

В работе произведены расчеты основных параметров и элементов конструкции индукционного тахометра. На основании расчетов создан сборочный чертеж и деталировка. По результатам проектирования были сделаны выводы, которые занесены в заключение.

Цель курсового проекта была достигнута. Разработан индукционный тахометр, расчетные характеристики которого удовлетворяют заданным.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ 6

1.1 Оптический тахометр 6
1.2 Центробежные тахометры 7
1.3 Датчики с переменным магнитным сопротивлением 9
1.4 Электрические тахометры постоянного тока 10
1.5 Индукционный тахометр 12
1.6 Вывод 14

2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 15

2.1 Введение 15
2.2 Источники разработки 15
2.3. Технические требования 15

2.3.1 Состав изделия 15
2.3.2 Технические параметры 16
2.3.3 Принцип работы 16
2.3.4 Условия эксплуатации 16

3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 18

3.1 Разработка структурной схемы 18
3.2 Расчет функции преобразования 19
3.3 Расчет тепловых расширений 26
3.4 Соединение зубчатой шестерни и вала 29
3.5 Расчет погрешностей 30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 33
Приложение А 35
Приложение Б 37
Приложение В 38
Приложение Г 39
Приложение Д 40
Приложение Е 41
ВВЕДЕНИЕ
Измерительный преобразователь - это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, выполняющее одно частное измерительное преобразование. Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, так как объект измерения - это, как правило, сложный, многогранный процесс, характеризующийся множеством параметров, каждый из которых действует на измерительный преобразователь совместно с остальными параметрами. Нас же интересует только один параметр, который называем измеряемой величиной, а все остальные параметры процесса считаем помехами.
Принцип действия индукционных преобразователей основан на использовании явления электромагнитной индукции. Индукционные преобразователи широко применяются для измерения параметров магнитных полей, частоты вращения, линейных и угловых скоростей, параметров вибрации и сейсмических колебаний, расхода жидких веществ.
Погрешность индукционных преобразователей в значительной степени зависит от режима, в котором они работают. Наибольшая погрешность возникает в режиме, при котором через нагрузку течет значительный ток.
Основные тенденции, характерные для современной техники - это повышение точности и расширение частотного диапазона измеряемых величин. Эти тенденции в полной мере относятся к индукционным измерительным преобразователям, область применения которых в последние годы значительно расширилась, а метрологические характеристики благодаря ряду новых интересных решений намного улучшились.
Индукционные преобразователи обладают высокой надежностью и высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

1 ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
Обзор преобразователей частоты вращения представлен на листе 1 графической части курсового проекта.

1.1 Оптический тахометр

В наиболее простой форме оптический тахометр состоит из источника света и оптического приемника -- фотодиода или фототранзистора.

Вращающееся тело либо снабжают отражающими метками расположенными регулярно по окружности, на которые направляется световой пучок, либо соединяют с диском, имеющим попеременно прозрачные и непрозрачные сектора, который располагают между источником и приемником света. Получая модулированный скачкообразными изменениями отражения или пропускания поток, фотоприемник выдает электрический сигнал с частотой, пропорциональной скорости вращения, и с амплитудой, не зависящей от этой скорости.

Рисунок 2 - Принципиальная схема конического тахометра

Диапазон измеряемых скоростей зависит, с одной стороны, от числа скачков оптических свойств (риски, щели, прозрачные сектора, нанесенные на диск или на вращающееся тело), а с другой -- от полосы пропускания приемника и связанных с ним электрических схем. Для измерений малых скоростей используются диски с большим числом щелей (от 500 до нескольких тысяч); в измерениях больших скоростей, например 105 - 106 об/мин в случае ультрацентрифуг, диск имеет только одну щель, и максимальная измеряемая скорость определяется верхней граничной частотой электрической цепи.

Достоинства оптического тахометра: простота конструкции, линейная зависимость между входным и выходным сигналом, независимость выходного сигнала фотоприемника от скорости вращения, широкий диапазон измерений.

Недостатки: возможно загрязнение отражающих меток или секторов диска, малая надежность, громоздкость, сложность изготовления.

1.2 Центробежные тахометры

Центробежные тахометры выполняются в двух вариантах: конический (рисунок 2) и кольцевой (рисунок 3).

В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2.

Рисунок 2 - Принципиальная схема конического тахометра

Если обозначить у - перемещение муфты и у0 - начальную длину пружины (при щ = 0), то зависимость у от угловой скорости щ будет иметь вид

(1)

где - чувствительность прибора;

n, т, r0 и c1 - соответственно число грузов, масса груза, радиус муфты и коэффициент жесткости пружины.

Из выражения (1) следует, что центробежный тахометр имеет квадратичную характеристику.

В кольцевом тахометре при не вращающейся оси (щ = 0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол а0 (рисунок 3). При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещение муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца

(2)

где - чувствительность кольцевого тахометра;

m, r, c1 - соответственно масса и радиус кольца, коэффициент жесткости пружины.

Рисунок 3 - Принципиальная схема кольцевого тахометра

Достоинства центробежных тахометров: показание не зависит от направления вращения; достаточные по величине силы, сообщающие движение стрелочному механизму, допускают приведение в действие дополнительных управляющих и регулирующих устройств.

Недостатки центробежных тахометров: недистанционность, значительные погрешности и технологические трудности изготовления и регулировки, показания такого вида тахометров начинаются не от нулевого, а от некоторого минимального значения.

Максимальная частота вращения серийно впускаемых центробежных тахометров составляет 10000 об·мин-1.

1.3 Датчики с переменным магнитным сопротивлением

В датчиках такого типа измерительная катушка снабжается магнитным сердечником, на который воздействует поток индукции постоянного магнита. Катушка помещена перед диском (полюсное колесо) или перед вращающимся ферримагнитным телом. Последовательность скачков магнитных свойств (зубья, щели, отверстия) диска или вращающегося тела вызывает периодическое изменение магнитного сопротивления в магнитной цепи катушки, которое наводит в ней ЭДС с частотой, пропорциональной скорости вращения. Амплитуда этой ЭДС также зависит от расстояния между катушкой и вращающимся телом и от скорости вращения.

Рисунок 4 - Принципиальная схема датчика с переменным магнитным сопротивлением

Диапазон измерений зависит от числа р скачкообразных изменений магнитных свойств вращающегося тела, например, от числа зубьев колеса.

Минимальная измеряемая скорость тем меньше, чем больше р, тогда как максимальная измеряемая скорость тем выше, чем меньше р. Типичные диапазоны измерении составляют от 50 до 500 об·мин-1 для колеса с 60 зубьями и от 500 до 10 000 об·мин-1 для колеса с 15 зубьями.

Достоинствами такого типа датчиков являются: простота конструкции, широкий диапазон измерений.

Недостатки датчиков с переменным магнитным сопротивлением: при малых скоростях амплитуда может быть недостаточной для обнаружения, вследствие чего появляется «мертвая зона», в которой невозможны никакие измерения; амплитуда ЭДС быстро падает с увеличение зазора между катушкой и вращающимся телом.

1.4 Электрические тахометры постоянного тока

Электрические тахометры постоянного тока (рисунок 5) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр. Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (рисунок 5 а) и неограниченным (рисунок 5 б) углом поворота ротора.

Тахогенератор с ограниченным углом поворота выполняется с неподвижной статорной обмоткой 2, внутри которой помещается постоянный магнит 1, связанный с валом, скорость вращения которого контролируется. Наводимая в статорной обмотке ЭДС равна

(3)

где k - коэффициент, зависящий от геометрических и обмоточных данных;

В - магнитная индукция в зазоре, являющаяся функцией угла поворота ротора . Обычно

( 4)

Тахогенераторы подобного типа применяются в качестве датчиков угловой скорости и скоростной обратной связи в системах управления полетом. Их достоинство - отсутствие коллектора и щеток, малая масса и габаритные размеры.

Тахометр постоянного тока состоит из тахогенератора с неограниченным углом поворота ротора и гальванометра. Основными элементами тахогенератора являются постоянные магниты 3 с соответствующими магнитопроводами, обмотка якоря 4 и коллектор 5 со щетками 6. Снимаемое с коллектора напряжение постоянного тока измеряется гальванометром, рамка которого имеет сопротивление Rp. В схему включается добавочное сопротивление RД.

Если е - ЭДС на зажимах генератора, то подобно (4)

(5)

где В - магнитная индукция;

- измеряемая угловая скорость.

Сила тока в рамке гальванометра будет:

(6)

где RВ -- внутреннее сопротивление якоря.

В целях уменьшения влияния нагрузки на показания прибора должно быть удовлетворено условие. Поскольку угол отклонения рамки гальванометра пропорционален силе тока, то шкала прибора будет равномерна.

Из выражения (6) видно, что погрешности тахометра возникают из-за непостоянства магнитной индукции в зазоре В, сопротивления рамки Rр и внутреннего сопротивления якоря RB Уменьшение погрешности, вызванной изменением В, достигается применением термомагнитного шунта. Для уменьшение погрешности от непостоянства Rр применяется добавочное сопротивление RД и другие схемы компенсации.

Рисунок 5 - Принципиальные схемы электрических тахометров постоянного тока

Диапазон измерений серийно выпускаемых тахогенераторов постоянного тока составляет от 0,1 до 6000 об·мин-1.

К достоинствам электрических генераторов постоянного тока относятся: линейная зависимость между входным и выходным сигналом; малые габаритные размеры; небольшая масса; отсутствие фазовой погрешности; возможность возбуждения постоянными магнитами, что позволяет обойтись без источника питания.

Недостатки генераторов постоянного тока: сложность конструкции; наличие скользящего контакта между щетками и коллектором, что приводит к снижению надежности тахогенератора и к нестабильности выходной характеристики; наличие зоны нечувствительности; помехи радиоприему.

1.5 Индукционный тахометр

Тахогенератор такого прибора (рисунок 6) представляет собой электрическую машину асинхронного типа, состоящую из внешнего 1 и внутреннего 2 магнитопроводов, в зазоре между которыми располагаются статорная обмотка 3 (состоящая из обмотки возбуждения и сигнальной обмотки) и алюминиевый тонкостенный ротор 4, выполненный в виде цилиндра. Оси обмоток (катушек) возбуждения и сигнальной взаимно перпендикулярны.

К обмотке возбуждения подводится переменное UП напряжение частотой 1 кГц, а с сигнальной обмотки снимается напряжение Uc той же частоты, амплитуда которого пропорциональна угловой скорости вращения полого ротора . При неподвижном роторе и полной электрической и магнитной симметрии статора напряжение в сигнальной обмотке не индуктируется.

При вращений ротора с угловой скоростью в сигнальной обмотке индуктируется напряжение

(7)

где f - частота питающего напряжения (f=400 Гц);

В - магнитная индукция, создаваемая в зазоре питающим напряжением.

Таким образом, в рассматриваемом тахометре напряжение несущей частоты f модулируется измеряемой угловой скоростью . Для измерения угловой скорости необходимо осуществить демодуляцию сигнала Uc и подать демодулированное напряжение на измеритель.

Поскольку принцип действия индукционного тахометра основан на наведении питающим напряжением в роторе вихревых токов, которые в свою очередь наводят ЭДС в сигнальной обмотке, то погрешности прибора вызываются непостоянством амплитуды и частоты питающего напряжения, непостоянством сопротивления ротора для вихревых токов, непостоянством нагрузки.

Для уменьшения погрешностей от непостоянства UП и f можно применить схемы стабилизации этих величин. Стабилизация сопротивления ротора достигается путем выбора материала с малым температурным коэффициентом. Для устранения погрешности от непостоянства нагрузки должно быть удовлетворено условие работы тахогенератора в режиме холостого хода.

Рисунок 6 - Принципиальная схема индукционного тахометра

Недостатки индукционного тахометра: необходимость в источнике питания, сложность изготовления, значительные погрешности.

Достоинства индукционного тахометра: дистанционность передачи выходного сигнала; у тахометра такого типа почти отсутствует «мертвая зона», в которой невозможно проводить измерения, поэтому его можно применять для измерения малых скоростей.

1.6 Вывод

За основу дальнейшей разработки индукционного тахометра выбран датчик с переменным магнитным сопротивлением. По сравнению с другими рассмотренными преобразователями он является одним из простых с точки зрения конструкции. Преобразователь не содержит дорогостоящих деталей. Он удобен с точки зрения взаимозаменяемости и ремонта. Преобразователь данного типа можно выполнить в закрытом исполнении, что позволяет использовать его в неблагоприятных условиях. Еще одним преимуществом данного преобразователя является жесткое скрепление его вала с валом объекта, частоту вращения которого необходимо. Его конструкция позволяет использование как в лабораторных условиях, так и на производстве.

2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
2.1 Введение

Настоящее техническое задание распространяется на разработку индукционного тахометра, предназначенного для измерения частоты вращения вращающихся объектов.

2.2 Источники разработки

Преобразователь разрабатывается на основании датчика с переменным магнитным сопротивлением.

Страницы: 1, 2

Меню

Тахометр индукционный

Тахометр индукционный