Вимірювачі момента обертання.

Вимірювання в умовах безприривного обертання валов призводить до методу послідовного перетворення: момент обертання в зусилля або кут обертання (первинне перетворення), а потім – в електричний сигнал (вторинне перетворення). Останнє здійснюється за допомогою індуктивних, ємкістних, тензодатчиків та інш.

Передаточна функція вимірювачів момента обертання:

де -передаточна функція перетворювача момента обертання в зусилля або переміщення; -передаточна функція вторинного перетворювача.

Первинний перетворювач можна розглядати як пропорціональну ланку. Коефіцієнт передачі по зусиллю:

де -діаметр вала, м. Чисельне значення коефіцієнта передачі по куту обертання для вала круглого перетину знаходять за формулою:

де - довжина вала, м; модуль зсуву, Н/м².

Вимірювачі кутів обертання та розузгодження.

В якості вимірювачів кутів обертання, поряд з розглянутими датчиками опору, індуктивності та ємкості, використовуються різні електромашинні пристрої – сельсини, магнесини, обертальні трасформатори. Сельсин представляє собою мініатюрну електричну машину, яка складається зі статора C_m та ротора Р. На статорі звичайно розташовується три обмотки, вісі яких зсенені у просторі на 120º по відношенню друг до друга, а на роторі – одна обмотка. В диференціальних сельсинах, які використовуються для вимірювання алгеброічної суми кутів обертання двох валов, дві обмотки – і статора, і ротора – трьохфазні. Сельсини працюють у парі: сельсин-датчик (СД), який пов’язан з вхідним валом та сельсин-приймач (СП), який з’єднаний з вихідним валом.

Розрізняють два режими роботи сельсинів – індікаторний та трансформаторний. В індикаторному режимі одноіменні зажими обмоток статорів сельсинів датчика (СД) та приймача (СП) з’єднані між собою, а обмотки роторів під’єднані до загальної мережі змінного струму. Пульсуючі магнітні потоки роторів індуктують в обмотках статора Е.Д.С. однакової частоти. При розташуванні вісь роторів сельсинів СД та СП під одним кутом відносно їх статорних обмоток струми в обмотках статорів дорівнюють нулю.

Обертання ротора сельсин-датчик на деякий кут виклика змінення Е.Д.С. в обмотках статора. В результаті по обмоткам статорів потечуть струми, які в результаті взаємодії з магнітними потоками роторів створять невеликим момент обертання, який недостатний для обертання ротора сельсин-датчика, який пов’язан з вхідним валом, але достатній для обертання ротора сельсин-приймача, який працює практично в холосту, на кут . Останній буде обертатися до тих пір, поки ротори СД та СП не займуть однакове положення по відношенню до статорних обмоток. У трансформаторному режимі обмотки статорів СД та СП з’єднані також, як і при індикаторному режимі. На обмотку ротора сельсина-датчика подається напруга змінного струму, а з ротора сельсина-приймача знімається вихідна напруга U_вих, величина якого пропорціональна куту розузгодження. У трансформаторному режимі узгодженням є положення, при якому вісь обмотки ротора СП зсунена на 90º відносно СД.

Д ругим типом електромашиних вимірювачів кута обертання є обертальні трансформатори. Такий трансформатор складається зі статора та ротора. На статорі розташовуються головна та допоміжна (квадратурні) обмотки, вісі яких зсунені на 90º. На роторі також розташовуються дві обмотки – синусна та косинусна. При подачі на головну обмотку статора напруги змінного струму постійної амплітуди у синусній та косинусній обмотках ротора буде індуктуватись Е.Д.С., величини яких пропорціональні синусу та косинусу кута обертання ротора :

де -коефіцієнт трансформації обертального трансформатора; -число витків обмотки ротора та статора; -Е.Д.С. обмоток статора,В.

При підключенні навантаження величина наводимої Е.Д.С. буде залежити не тільки від кута обертання ротора, але й від характера навантаження:

; ,

де -комплексний множник, величина якого залежить від харектеру навантаження та параметрів машини.

Для усунення іскажіння, які вносяться навантаженням, прибігають до симетрирування оборотних трансформаторів. Симетривування може здійснюватись як з боку статора (первинне), так і з боку ротора (вторинне). При первиному симетрируванні допоміжна обмотка статора замикається за допомогою опору Z (рис. 3, а), а при вторинному симетрируванні додатковий опір Z_н1 включається в ланцюг косинусної обмотки ротора (рис. 3, б). Величини опорів навантаження Z_н1 та Z_н2 повинні бути однаковими. Вторинне симетрирування дає більш благоприємні результати та застосовується частіше. В залежності від схеми включення можливі чотири режими роботи обертальних трансформаторів. В системах автоматики звичайно використовують лінійні обертальні трансформатори, в яких вихідна напруга пропорціональна напрузі збудження та куту обертання ротора.

До електромашиних вимірювачів кута обертання (розузгодження) відносяться також магнесини. Останні складаються з тороідального статора з рівномірно розподіленими обмотками, від яких через кожні 120º зроблені відведення, і ротор, який представляє собою постійний магніт циліндричної форми.

В слідкуючих системах використовуються звичайно два магнесини – магнесин - датчик та магнесин - показчик. Початки та кінці обмоток статора обох магнесинів під’єднуються до мережи змінного струму підвищеної частоти (400-500 Гц). Одноіменні відведення обмоток магнесина – датчика ротор магнесина – показчика обертаються на той же кут.

Електромашинні вимірювачі кута обертання вважаються пропорціональними ланками. Значення коефіцієнтів передачі для разних вимірювачів кутів обертання приведені у табл. 17.

Таблиця 17.

Коефіцієнти передачі електромашиних вимірювачів кута обертання.

Схема	Тип вимірювача	К, В/рад
	Сельсин
	Сельсин, що працює на випрямлений міст

продовж. табл. 17.

Схема	Тип вимірювача	К, В/рад
	Сельсинна пара у трансформаторному режимі
	Обертальний трансформатор
	Магнесин	1

Примітки. В формулах використовуються слідуючі позначення: -початковий кут обертання ротора, рад; -максимальне значення вихідної напруги, В; -напруга на обмотці статора, В.