2.4. Датчики скорости
В системе измерения СИ используют термины:
угловая скорость
;частота вращения
,
где
– угловое перемещение объекта за время
t.
В
технической литературе часто используют
термин «скорость вращения», представляющий
собой число оборотов вала за одну минуту.
Линейную скорость
измеряют теми же датчиками скорости
вращения, учитывая при этом радиус R
преобразователя вращательного движения
в поступательное движение объекта:
,
где
– коэффициент преобразования датчика;
n
– частота вращения, 1/мин.
Приборы, измеряющие частоту вращения, получили название тахометры.
Датчики скорости (ДС) – это устройства, предназначенные для измерения частоты вращения, угловой или линейной скорости движения объекта. ДС классифицируют по ряду признаков, в частности:
по виду выходного сигнала – аналоговые и цифровые;
по типу чувствительного элемента – тахогенераторные, магнитоиндукционные, импульсные.
Выходными сигналами аналоговых ДС являются напряжение или ток, а цифровых ДС – цифровой код частоты вращения, определяемый количеством импульсов ЧЭ за заданное время измерения.
Тахогенераторные ДС представляют собой малые электрические машины переменного или постоянного тока, роторы которых жестко связаны с объектом. Эти ДС не требуют питания – они потребляют энергию от объекта.
Магнитоиндукционные и импульсные ДС имеют бесконтактную связь с объектом (индукционную или оптическую) и работают практически без затрат энергии от объекта.
Ниже рассматривается устройство и принцип действия наиболее распространенных датчиков скорости.
2.4.1. Тахогенераторные дс
Тахогенератор постоянного тока (рис. 2.34) представляет собой электромашинный генератор постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, преобразующий частоту вращения n вала в электрическое напряжение постоянного тока:
,
где
– коэффициент преобразования датчика.
К
достоинствам тахогенераторов постоянного
тока относится реверсивная линейная
характеристика
,
а к недостаткам – наличие щеток (малая
надежность) и погрешности измерения,
обусловленной старением постоянных
магнитов.
Синхронный тахогенератор (рис. 2.35) представляет собой малую электрическую машину, ротор которой выполнен в виде постоянного магнита, а на статоре расположена обмотка, в которой при вращении ротора генерируется ЭДС. Выходное напряжение тахогенератора имеет переменные значения амплитуды и частоты, линейно зависимые от частоты вращения ротора:
,
где
– амплитуда выходного напряжения;
– круговая частота выходного напряжения;
– коэффициенты преобразования датчика
по амплитуде и частоте выходного
напряжения соответственно;
– число пар полюсов.
Достоинством синхронного генератора является простота конструкции и высокая надежность работы. Однако схема датчика существенно усложняется, если требуется определить не только скорость, но и направления движения.
Рис. 2.34. Схема (а) и статическая характеристика (б) тахогенератора постоянного тока
Рис. 2.35. Синхронный тахогенератор: Rн – сопротивление нагрузки