книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

имеет вращающийся магнит 1\ в обмотке 2 статора 3 возникает напряжение переменного тока, пропорциональное скорости вра­ щения.

Второй тип тахогенератора, показанный на рис. 9-3, б, также преобразует угловую скорость вращения в переменный ток. Тахогенератор состоит из статора 1 с постоянным магнитом и обмот­ кой 2 и ротора, представляющего вращающийся якорь 3 из же­ леза или другого материала с высокой магнитной проницаемо­

стью. При вращении якоря магнитный поток, проходящий через непо­ движную катушку, попе­ ременно то увеличивает­ ся, то уменьшается.

Третий тип тахогене­ ратора переменного тока (рис. 9-3, в) представ-

в

ляет собой асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором. Ротор выполняется в виде полого алюминиевого цилиндра.

На статоре (рис. 9-3, в) расположены две пары обмоток Wi и W2, сдвинутые на угол 90°, одна из них присоединена к цепи пи­ тания переменного тока, другая измерительная. При неподвиж­ ном роторе в обмотках W2 не наводится э. д. с. вследствие отсут­ ствия магнитной связи. Вращение ротора приводит к явлению известному под названием реакции якоря, состоящему в появле­ нии в теле ротора переменных вихревых токов пропорциональных потоку обмоток W\ и скорости вращения. Вихревые токи создают магнитный поток перпендикулярный оси обмоток w x. Величина этого потока, а следовательно, и наводимая потоком в обмотках w2 выходная э. д. с., пропорциональна скорости вращения. Ча-

274

стота выходного сигнала равна частоте питающего напряжения. Фаза выходного напряжения при изменении направления враще­ ния меняется на 180°. Погрешности тахогенераторов переменного тока оцениваются величиной порядка ±0,1%. На погрешность из­ мерения скорости вращения влияет нестабильность магнитных по­ лей (колебания напряжения питания) и температурных полей.

Статические и динамические характеристики тахогенераторов переменного тока аналогичны характеристикам тахогенераторов постоянного тока. Пределы измерения скорости тахогенераторами

рис. 9-4.

Постоянный магнит 7 жестко соединен с валом 5, вращение которого измеряется. В поле вращающегося постоянного магнита с магнитопроводом 6 расположен алюминиевый стакан 8. Стакан укреплен на оси 11. На этой же оси, вращающейся вместе со ста­ каном, укреплены подвижные концы противодействующих спи­ ральных пружин 9. Вторые концы пружины закреплены неподвиж­ но. При вращении магнита в стакане индуцируются э. д. с., соз­ дающие вихревые токи. Силы взаимодействия токов с магнитным полем заставляют стакан вращаться в направлении вращения магнита. Этому вращающему моменту противодействует момент пружин. Равенство вращающегося и противодействующего момен­ тов отмечается установившемся отклонением стрелки 10. Послед­ няя на равномерной шкале 2 отмечает измеренную скорость. Весь прибор с помощью подшипников 4 крепится на валу в корпусе 3

w

вызываются наличием сухого трения в системе и влиянием тем­

содержащие емкостные преобразователи. При изменении емкости С конденсатора, к которому приложено постоянное напряжение U,

где q — заряд конденсатора.

Если емкость изменяется пропорционально перемещению S,

согласно (9.6) пропорционален скорости вращения. В устройствах рис. 9-5, б полярность выходного напряжения изменяется при пе­ ремене направления вращения.

Погрешности аналоговых емкостных тахометров определяются колебаниями напряжения питания и влиянием температуры. При исключении этих погрешностей добиваются сравнительно высокой точности аналоговых емкостных преобразователей скорости вра­ щения. Например, при стабилизированном источнике питания их основная приведенная погрешность равна ±0,3%.

276

Указанные погрешности отсутствуют в емкостных тахометрах

сиспользованием частотного выходного сигнала.

Взаключение рассмотрим аналоговые мехнические измеритель­ ные устройства, предназначенные для измерения направления и скорости поступательного движения, специально разработанные для ЦБП. Эти устройства применяются для визуального измере­

ния направлений и скоростей водно-волокнистой суспензии в на­ порных ящиках бумагоделательных машин.

Измеритель направлений (рис. 9-6,а) состоит из корпуса 1, жестко соединенного с трубкой 2 и плитой 3, на которой закреп­ лен лимб 4. В трубке свободно вращается ось 5 с флажком-дат­ чиком 6 и совмещенной с ним по направлению стрелкой 7. На лим­ бе нанесена шкала с ценою деления 1°.

Для измерений прибор устанавливается таким образом, чтобы нулевая отметка лимба совпадала с продольной осью бумагодела­ тельной машины. Флажок прибора, находящийся в бумажной массе, принимает при этом направление движущегося потока. Угол поворота стрелки 7, отсчитанный по шкале лимба 4, опреде­ ляет направление течения относительно продольной оси машины.

277

Измеритель скорости состоит из основания, жестко соединен­ ного с трубкой и упорной стойкой. На трубке подвижно закреплен корпус с держателем плоской спиральной пружины и шкалой. Упорная стойка, находящаяся в пазе корпуса, обеспечивает воз­ можность его поворота относительно основания на 90°.

Величина угла отклонения зависит от жесткости пружины, ско­ рости потока и размеров флажка. По углу отклонения с помощью

при изменении скоростей массы в диапазоне от 10 до 300 мм/с. Рабочий участок кривой, на котором сохраняется прямо пропор­ циональная зависимость угла отклонения флажка от величины скорости, соответствует углам отклонения от 5 до 70° и скорости течения массы от 50 до 300 мм/с. Путем подбора пружины соот­ ветствующей жесткости и размеров флажка изменяется чувстви­ тельность и диапазон измерения скорости бумажной массы [21].

§ 3. ЧАСТОТНО-ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

Преимуществами частотно-цифровых тахометров по сравнению с аналоговыми являются: отсутствие погрешностей при преобра­ зовании скорости в частоту и возможность помехоустойчивой пе­ редачи выходного сигнала на большие расстояния, отсутствие на­ грузки исследуемого вала, возможность измерения числа оборотов деталей любой формы и в труднодоступных местах; отсутствие запаздывания; возможность построения приборов на широкие пре­ делы изменения скоростей.

С увеличением абсолютных скоростей картоно- и бумагодела­ тельных машин и их производительности повышаются требования к точности, быстродействию и другим метрологическим характе­ ристикам тахометров для измерения скорости вращения привода секций этих машин с целью ее управления по абсолютному и от­ носительному значениям, а также по разности скоростей или их соотношению [56].

Эти требования удовлетворяются в ЦБП использованием именно частотных тахометров различных типов. Последние уже входят в системы контроля и управления бумагоделательными машинами. Внедрение цифровой техники для названных систем дает возможность повысить производительность за счет сокраще­ ния времени простоев при обрывах полотна, при настройке и пере­ стройке режимов работы машин. Вместе с тем улучшается каче­ ство готовой продукции, появляются возможности оптимального управления режимами формирования, сушки, отделки и перера­ ботки бумаг.

В качестве преобразователя скорости вращения в частоту мо­ гут использоваться любые электрические преобразователи, спо­ собные отмечать полные или дольные значения оборотов валов.

278

К ним относятся емкостные (контактные и бесконтактные), индук­ ционные, электретные, оптические, радиоизотопные типы датчи­ ков. Вторичными приборами частотных датчиков скорости явля­ ются частотомеры различных систем [45].

В табл. 9-2 приведены схемы устройства различных типов частотных датчиков тахометров и их отличительные особенности. Рассмотрим подробнее принцип действия, устройство и характери­ стики отдельных датчиков.

Схема устройства простейшего датчика с индукционным пре­

торый при вращении вала проходит мимо зазора неподвижно уста­ новленной магнитной системы с постоянным магнитом, уменьшая магнитное сопротивление зазора этой системы. На катушке, на­ детой на магнит, наводятся импульсы э. д. с ., при этом частота вы­ ходных импульсов в герцах будет равна числу оборотов вцла в секунду. Изменение конструктивных характеристик такого дат­ чика под действием окружающей среды и во времени не вызывает погрешностей в частотном тахометре.

В качестве индукционных преобразователей для измерения скорости вращения удобно использовать синхронные генераторы с ротором в виде постоянного магнита. Если число пар полюсов

ротора равно р, то выходная частота / = -^р- = ря. Здесь ш —

круговая скорость вращения и п — число оборотов.

Максимальная частота таких датчиков не превышает несколь­ ких сотен герц, поэтому они работают с аналоговыми измеритель­ ными устройствми типа конденсаторных частотомеров [47].

Для получения более высоких частот, при которых становится оправданным применение цифровых частотомеров, целесообразно использовать датчики в виде реактивных генераторов с многозуб­ чатым ротором.

Схема устройства одного из возможных вариантов такого ге­ нератора показана на рис. 1.1,6 в табл. 9-2. В этом генераторе магнитная цепь выполнена так, что когда под одной катушкой статора находится зубец ротора, под другой оказывается впадина. Благодаря этому при вращении ротора происходит перераспреде­

Поток же постоянного магнита остается неизменным, и потери в нем отсутствуют.

Такое устройство датчика используется в цифровом приборе для измерения скорости и разности скоростей секций бумагодела­ тельных машин, разработанном в СКВ ВНИИБ (г. Астрахань).

Зубчатое колесо из мягкой стали жестко крепится на ведущем валу. Чувствительный элемент состоит из постоянного магнита (стержень диаметром 5,7 мм) и катушки индуктивности. Для устойчивого и четкого формирования импульсов расстояние между зубцами равно ширине зуба. Зазор между ротором и чувствитель-

279

280

281

283