Лабораторна робота 8

Тема: Технологія вимірювання кутової швидкості за допомогою цифрового тахометра та визначення основної похибки

1 Мета роботи

1.1 Вивчити принцип роботи цифрового тахометра, навчитися робити настройку приладу та вимірювання кутової швидкості.

1.2 За допомогою тахометра і з урахуванням його похибки визначити кутову швидкість деталі, що обертається на вказаному діапазоні.

2 Застосовані матеріали

2.1 Цифровий тахометр тип ТХЦ-1

2.2 Джерело кутової швидкості

2.3 Керівництво до експлуатації цифрового тахометра

2.4 Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи

3 Завдання

3.1 Ознайомитися зі складом, технічними характеристиками та умовами експлуатації тахометру.

3.2 Ознайомитися з принципом дії та підготувати тахометр до роботи.

3.3 Провести вимірювання кутової швидкості за певний час.

3.4 Розрахунок середнє значення абсолютної та відносної похибки тахометра.

3.5 Розрахунок кутової швидкості деталі, що обертається на вказаному діапазоні.

3.6 Зробити висновок о можливості вимірювання швидкості руху повітряного потоку для заданих умов.

Порядок виконання роботи

1 Користуючись керівництвом до експлуатації ознайомитися зі складом цифрового тахометру тип ТХЦ-1 та відобразити зовнішній вигляд приладу (рис. 1) з його складовими частинами.

1.1 Тахометр цифровий ТХЦ-1 розташований у пластмасовому корпусі. На лицьової стороні корпусу розташована панель з РК-дисплеєм та з кнопкою керування пам’яттю та перемикачем режимів роботи. На правої бокової панелі тахометру мається кнопка включення/виключення живлення та проведення вимірювань. На тильної стороні тахометру розташовано батарейний відсік. На однієї торцевої панелі розташований лазерний випромінювач з приймальником відображаючих світових сигналів, а на протилежної торцевої панелі – вихідний вал тахометру для контактного способу вимірювання.

На дисплеї відображається значення, яке вимірюється частоти обертання або лінійної швидкості досліджуємого об’єкту, одиниці вимірювання, стан батареї електроживлення, збережені значення в пам’яті приладу – максимальне значення, мінімальне значення та вимірюване значення на даний час.

1.2 Умови експлуатації цифрового тахометру ТХЦ-1

Експлуатація тахометра ТХЦ-1 допускається при температурі навколишнього середовища від +5 до –40⁰С та відносної вологі повітря не більше 80 % при температурі +25⁰С.

Рисунок 1 - Цифровий тахометр тип ТХЦ-1

Склад цифрового тахометру тип ТХЦ-1: 1 – Лазерний випромінювач 2 – РК-дисплей 3 – Кнопка «режими вимірювання» 4 – Кнопка «Пам’ять» 5 – Вихідний вал тахометру для контактного методу вимірювання 6 – Перехідник 7 – Насадка конусна 8 – Кнопка «Включення/виключення живлення та пуск вимірювання»

1.3 Користуючись керівництвом до експлуатації заповнити таблицю 1 з технічними характеристиками тахометра.

Таблиця 1 – Технічні характеристики

Рідкокристалевий дисплей з відображенням функцій	5 цифр, висота 18 мм
Діапазон вимірювання частоти обертання, об/хв: - контактним способом - без контактним способом	від 0,5 до 19 999,0 від 2,5 до 99 999,0
Діапазон вимірювання лінійної швидкості, м/хв.: - контактним способом	від 0,05 до 1 999,0
Дискретність відліку частоти обертання, об/хв.: контактний спосіб: - для діапазону від 0,5 до 999,9 об/хв. - для діапазону від 1000 об/хв. та вище безконтактний спосіб: - для діапазону від 2,5 до 999,9 об/хв. - для діапазону від 1000 об/хв. та вище	0,1 1 0,1 1
Дискретність відліку лінійної швидкості, м/хв.: контактний спосіб: - для діапазону від 0,05 до 99,99 м/хв. - для діапазону від 100 м/хв. та вище	0,01 0,1
Допустима відносна похибка	± 0,1 %
Час зміни значення, що вимірюється, с	0,8
Режим вибору діапазону вимірювання	Автоматичний
Відстань до вимірювального об’єкту при безконтактному способі, мм	від 50 до 500
Генератор	Кварцовий
Схемотехніка	Однокристальна схема
Елементи живлення	3 х 1,5 V ААА
Споживчий струм (при вимірюванні), мА	~ 50
Габаритні розміри, мм	220 х 76 х 30
Вага, г	200 (з батареєю)

2 Користуючись керівництвом до експлуатації ознайомитися з принципом дії та підготувати тахометр до роботи.

2.1 Принцип роботи тахометру при безконтактному вимірюванні

В тахометрі реалізовано імпульсний метод вимірювання по принципу випромінювання лазером світловідображаючої мітки, яка розташована на обертаючої поверхні об’єкта, з поступовим прийомом відображеного сигналу. Послідовність відображаючих сигналів, які приймаються, перетворюються в послідовність електричних імпульсів. Отримана послідовність імпульсів перетворює програмою контролерів у значення частоти обертання, яке відображається на екрані дисплею тахометру. Тахометр має індикатор для контролю точності наведення на мету, який сумісно з лазерним променем забезпечує стійкий прийом відображаючого сигналу.

2.2 Принцип роботи тахометру при контактному вимірюванні (з використанням насадок)

Принцип дії тахометру при використанні насадки у вигляді конуса або колеса, які основані на рівні частоти обертання вала та частоти обертання вихідного валу тахометру при механічної взаємодії за рахунок сил тертя обертаючого валу з приймальною частиною тахометру – тахометричним перетворювачем. Частота обертання визначається шляхом підрахунку числа електричних імпульсів тахометричного перетворювача, який відповідає числу обертів вихідного валу тахометру, за одиницю часу.

2.3 Підготовка до роботи тахометру

Звільнити тахометр від пакування. Вставити батарейки, згідно їх полярності.

Вибрати потрібний режим роботи перемикачем на лицьової панелі тахометру.

Безконтактний спосіб вимірювання частоти обертання - перемикач у положення «RPM photo».

Контактний спосіб вимірювання частоти обертання - перемикач у положення «RPM contact».

Контактний спосіб вимірювання лінійної швидкості - перемикач у положення «m/min contact».

Направити лазер тахометру на будь-який предмет та натиснути кнопку включення/виключення для перевірки живлення. При нормальному живленні ясно видна червона лазерна мітка на об’єкти який підлягає вимпромінюванню.

Встановити світловідображаючу маркерну мітку на валу ротору.

При використанні контактного способу вимірювання частоти обертання або лінійної швидкості потрібно одягнути на вихідний вал тахометру перехідник з потрібної насадкою, що забезпечує механічну дію з об’єктом, який досліджується.

3 Порядок роботи тахометру ТХЦ-1

3.1 Проведення вимірювання частоти обертання безконтактним методом

Перевести перемикач режимів роботи в положення «RPM photo». Включити живлення тахометру кнопкою включення/виключення та проводити вимірювання після запуску на обертання досліджуємого об’єкту (валу ротору, шпинделя та ін.), на якому попередньо нанесена відображаюча мітка.

Навести лазерний промінь на відображаючу мітку на валу. При вірному наведенні на дисплеї з’явиться символ ((•)), що означає початок процесу вимірювання.

Після завершення наведення на метке тахометр автоматично вимірює значення частоти обертання (об/хв.), обновляючи результат на цифровому індикаторі кожну секунду.

Злічити виміряне значення частоти обертання.

Виключити прилад, відпустивши кнопку включення/виключення та проведення вимірювання.

Після виключення живлення завжди можна злічити з пам’яті збережені значення: мінімальне, максимальне та останнє у вимірюваннях. Ці значення можуть бути відображені на дисплеї по черзі при натиску кнопки «MEMORY». Символ UP вказує про індикацію на дисплеї максимального значення, символ dN супроводжує значення мінімуму, а символ LA – останнє значення.

3.2 Проведення вимірювання частоти обертання контактним методом (з використанням насадки)

Перевести перемикач режимів роботи в положення «RPM contact». Встановити потрібну насадку. Натиснути кнопку проведення вимірювання та легко притиснути насадку до центру обертаючої поверхні. При вірному наведенні на дисплеї з’явиться символ ((•)), що означає початок процесу вимірювання.

Злічити виміряне значення частоти обертання.

Виключити прилад, відпустивши кнопку включення/виключення та проведення вимірювання.

Після виключення живлення завжди можна злічити з пам’яті збережені значення: мінімальне, максимальне та останнє у вимірюваннях. Ці значення можуть бути відображені на дисплеї по черзі при натиску кнопки «MEMORY». Символ UP вказує про індикацію на дисплеї максимального значення, символ dN супроводжує значення мінімуму, а символ LA – останнє значення.

3.3 Проведення вимірювання лінійної швидкості

Перевести перемикач режимів роботи в положення «m/min contact». Встановити потрібну насадку. Натиснути кнопку проведення вимірювання та легко притиснути насадку до центру обертаючої поверхні. При вірному наведенні на дисплеї з’явиться символ ((•)), що означає початок процесу вимірювання.

Злічити виміряне значення лінійної швидкості.

Виключити прилад, відпустивши кнопку включення/виключення та проведення вимірювання.

Після виключення живлення завжди можна злічити з пам’яті збережені значення: мінімальне, максимальне та останнє у вимірюваннях. Ці значення можуть бути відображені на дисплеї по черзі при натиску кнопки «MEMORY». Символ UP вказує про індикацію на дисплеї максимального значення, символ dN супроводжує значення мінімуму, а символ LA – останнє значення.

4 Результати вимірювання швидкостей занести до таблиці 2.

Таблиця 2 – Результати вимірювання кутової та лінійної швидкостей.

n	Частота обертання безконтакт. методом, ω, об/хв	Частота обертання контактним методом, ω, об/хв	Лінійна швидкість, ν, м/хв	Абсолютна похибка частоти обертання безконтак. методом, Δср, об/хв	Абсолютна похибка частоти обертання контактним методом, Δср, об/хв	Абсолютна похибка лінійної швидкості, Δср, м/хв	Відносна похибка, δ, %
1
2
3
Сер.зн.				--	--	--
Середня вимірювана кутова швидкість, об/хв
Дійсна швидкість обертання, об/хв

4.1 Розрахувати середнє значення абсолютної та відносної похибки тахометра при вимірювання частоти обертання безконтактним, контактним методом та лінійної швидкості.

Абсолютна похибка визначається за формулою

, (1)

де ω_ср – середнє значення частоти обертання безконтактним, контактним методом, об/хв. та лінійної швидкості, м/хв;

ω₁,ω₂,ω₃ – результати вимірювання частоти обертання безконтактним, контактним методом, об/хв. та лінійної швидкості, м/хв.

Відносна похибка визначається за формулою

, (2)

де Δn_max - найбільша числова похибка тахометра з трьох вимірювань з урахуванням знаку;

n_max – максимальне значення шкали тахометра;

± 1 – позитивна або негативна шкала тахометра.

4.2 Визначаємо дійсну швидкість обертання досліджуваного об'єкту з урахуванням похибки тахометра за формулою

, (3)

де ω_вим – середня вимірювана кутова швидкість досліджуваного об'єкту, об/хв.

5 Висновок о можливості вимірювання швидкості для заданих умов.