Индукционные тахометры

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Магнитоиндукционные тахометры, применяемые в авиации, предназначены для дистанционного измерения скорости вращения вала двигателя и состоят из датчика и указателя.

Датчиком тахометра является трехфазный синхронный генератор переменного тока с возбуждением от постоянного магнита.

Указатель тахометра конструктивно состоит из двух узлов: синхронного двигателя с элементами его запуска и собственно измерительного тахометрического узла – магнитного тахометра.

Синхронный генератор является датчиком, а синхронный двигатель – приемником дистанционной передачи угловой скорости вращения вала контролируемого объекта, которая называется «электрическим валом».

Расчет дистанционного магнитоиндукционного тахометра делят на три части.

1. Расчет магнитного тахометра. В результате расчета по заданным точности и пределу измерения получают необходимый вращающий момент на валу магнитного тахометра и конструктивные параметры его элементов.

2. Расчет синхронного двигателя указателя. На основании полученного необходимого вращающего момента на валу магнитного тахометра и принятой максимальной скорости враще­ния ротора двигателя определяют требуемую мощность синхронного двигателя, величину развиваемого фазового или линейного напряжения, число пар полюсов и некоторые конструктивные параметры элементов двигателя.

3. Расчет синхронного генератора. На основании результатов, полученных при расчете синхронного двигателя указателя, и зная диапазон измерения скорости вращения вала контролируемого объекта, определяют необходимую мощность генератора, линейное или фазовое напряжение, число пар полюсов и отдельные конструктивные параметры.

Расчет магнитного taxoмetpa

Исходными данными для расчета магнитного тахометра являются: максимальная допустимая приведенная погрешность

диапазон измеряемых скоростей вращения

размах шкалы, рад;

характер шкалы – линейный, нелинейный;

вид чувствительного элемента – колпачок или диск;

габариты корпуса указателя – длина и внешний диаметр корпуса;

характер переходного процесса, определяемый степенью успокоения

На основании исходных данных, руководствуясь общими требованиями к авиационным приборам и технологическими соображениями, проводят расчет параметров магнитного тахометра.

Основная погрешность магнитного тахометра определяется, главным образом, моментом сил трения в его опорах и в передаточном механизме. Эта погрешность составляет примерно 70—85% от полной погрешности прибора при нормальной температуре. Поэтому, прежде чем приступить к определению максимального потребного вращающего момента, необходимо уточнить конструктивную схему магнитного тахометра и некоторые его конструктивные параметры – такие как: расстояние L между двумя опорами, диаметр цапфы и подшипника скольжения и их материалы.

После этого задают расстояние r(рис. 3.1) от точки закрепления внутреннего конца противодействующей пружины до оси, а также определяют вес Pподвижной системы, который у современных тахометров лежит в пределах (15÷25)·10^-2 H≈ (15≈25) г.

Из практики известно, что магнитный узел имеет примерно следующие конструктивные размеры: L=5-15 мм, r=3-4 мм и диаметр цапфы 1-1,4 мм

После определения конструктивных параметров подвижной системы магнитного тахометра приступают к расчету требуемого вращающего момента. Для этого сначала определяют момент сил трения в опорах подвижной системы.

Момент сил трения в опорах рассчитывается по формуле

М_вр=μr_цРНм (3.1)

где μ – коэффициент трения;

r_ц– радиус цапфы, м;

Р– вес подвижной системы, н.

Коэффициент трения зависит от материалов цапфы и подпятника и степени их обработки. Среднее его значение для различных материалов подпятников в паре со стальной цапфой приведено в табл. 3. 1.

Таблица 3. 1.

Материал подпятника	Материал цапфы – сталь инструментальная закаленная
Сталь конструкционная	0,18
Сталь инструментальная закаленная	0,17
Сталь хромоникелевая	0,17
Латунь ЛС-59-1	0,14
Бронза оловянистая	0,15
Текстолит	0,2,4
Агат	0,13
Корунд	0,15
Рубин	0,14
Капрон	0,17
Алюминий. Дуралюмин	0,17
Найлон	0,12
Фторопласт	0,07
Бакелит	0,14
Тефлон	0,06

При расчетах двухстрелочного или сдвоенного указателя следует учитывать еще и момент трения в передаточном механизме, приведен­ный к ведущей оси.

Рисунок 3.1Противодействующая спираль

Примечание. Коэффициенты трения, приведенные в таблице, со­ответствуют моменту начала движения тел при отсутствии смазки между ними («сухое» трение). Наличие смазки снижает коэффициент трения примерно в 1,5 – 2 раза.

Приведенный момент трения определяют по формуле

М^’= (3.2)

где – момент трения в опорах ведомой оси, опре­деляемый по выражению (3.1);

η=0,93-0,97 – к.п.д. зубчатой передачи;

– передаточное число от ведущей оси к ведомой.

Кроме указанных двух моментов сил трения, на подвижную систему действует еще и момент от силы воздействия противодействующей пружины М_пр на ось чувствительного элемента, величина которого может быть определена по формуле

М_пр= Нм (3.3)

где – момент, необходимый для преодоления противо­действия пружины и равный максимальному вращающему моменту, Нм;

r - расстояниеот точки закрепления внутреннего конца пружины до оси, м.

При принятой конструкции подвижной системы тахометра величина его полной погрешности не должна превышать заданной величины β_m% Чтобы это выполнялось, погрешность m показаний от трения не должна превышать (70—85) % от β_m, т.е.

m (0,7-0,8) β_m

Оценив таким образом величину погрешности от трения определяют максимальный вращающий момент M_{вр.макс.}, развиваемый чувствительным элементом при максимальной скорости вращения. Этот момент должен быть больше суммарного момента трения и определяется выражением

M_{вр.макс.}= (3.4)

где – коэффициент, учитывающий уменьшение момента трения в условиях вибрации. Подставив величины моментов трения в (3.4), получим

M_{вр.макс.}=

После некоторых преобразований выражение для определения максимального вращающего момента примет вид

(3.5)

Как видно из выражения (3.5), минимальная погрешность от трения в наиболее неблагоприятном случае

m (3.6)

будет определяться коэффициентом трения μ и отношением

Следовательно, приняв определенный коэффициент трения μ, радиусы цапфы r_ц, и закрепления пружины r, подставляют необходимые величины в (3.5) и вычисляют требуемый максимальный вращающий момент магнитного узла М_{вр.макс.}