4. Вимірювання параметрів обертового руху

Швидкість обертання елементів машин, пристроїв та агрегатів є однією з характеристик досліджуваного об'єкта. Нерідко вона визначає динамічні та теплові напруження в машинах. Технічні тахометри повинні забезпечувати похибку вимірювання звичайно не більше ніж 1,5...2 %, а при вимірюванні швидкості обертання в енергетичних установках ця похибка не повинна перевищувати 0,3...0,5 %.

Найпоширенішими є такі методи вимірювання частоти обертання:

відцентрові механічні, в яких чутливий елемент реагує на відцентрову силу, що розвивається незрівноваженими масами рухомого вала;

електричні постійного, змінного чи імпульсного струму, основані на залежності генерованої напруги від частоти обертання, а для змінного та імпульсного струму - залежність частоти струму від частоти обер­тання;

магнітоіндукційні, основані на залежності наведених в метале­вому тілі вихрових струмів від частоти обертання;

індукційні, основані на законі електромагнітної індукції; фотоелектричні, що базуються на модуляції світлового потоку елементами обертання; стробоскопічні та інші.

Прикладом відцентрового механічного тахометра може бути тахо­метр (рис.9). У даному тахометрі до осі 1, яка обертається з частотою досліджуваного об'єкта (вала), закріплена муфта 2, що з'єднана з рамкою 3. На шар­нірах у місцях з'єднань відпо­відних кінців сторін рамки закріплені інерційні маси т. Під дією відцентрових сил інерційні маси розходяться, переміщуючи вздовж осі у муфту 4 і стискуючи пружи­ну 5. Переміщення муфти 4 передається на відліковий пристрій.

Рис..9. Відцентровий механічний тахометр

Залежність відхилення муфти 4 від початкового положення у є функцією параметрів тахоперетворювача і пропорційне квадрату вимірюваної кутової швидкості.

Відцентрові тахометри прості та надійні. Вони застосовуються для вимірювань кутових швидкостей включно до 1000 об/хв. їх основними недоліками є недистанційність, порівняно велика похибка (до 10 %), низький поріг чутливості.

Первинними перетворювачами електричних (генераторних) тахо­метрів є тахогенератори - електричні мікромашини, що працюють в режимі генератора і є перетворювачами швидкості обертання ротора в пропорційний електричний сигнал.

Тахогенератор постійного струму (рис. 10) має рухомий ротор 1 з розміщеною на ньому багатосекційною вимірювальною обмоткою 2, кінці яких підведені до колектора 3 зі щітками 4. При обертанні ротора в полі, створюваному постійним магнітом, у вимірювальній обмотці наводиться синусоїдна ЕРС, значення якої пропорційне магнітній індук­ції в повітряному проміжку, що є синусною функцією кута повороту ротора, та вимірюваній кількості обертів. Випрямлена за допомогою колектора напруга подається на магнітоелектричний вимірювальний прилад.

Рис.10. Тахогенератор постійного струму

Тахогенератори постійного струму використовуються для вимірю­вань швидкості обертання з похибкою до 1...1,5 %. їх основним недо­ліком є високий рівень шумів, викликаний наявністю рухомого контак­ту в ланці колектор-щітка, а також пульсації вихідної напруги.

Серед індукційних тахометрів особливе місце займають імпульсні індукційні тахометри. Первинний перетворювач такого тахометра (рис. 11, а, б) має вимірювальну обмотку 1, розміщену на сталевому ярмі 2, через яке замикається магнітний потік постійного магніту 3. Рухомою частиною є феромагнітний зубчастий диск 4, який кріпиться до вала, оберти якого вимірюють.

Рис.11. Індукційний тахометр

При обертанні вала зубчастий виступ 5 диска (індуктора), прохо­дячи біля розімкненої частини ярма, зменшує повітряний проміжок між рухомою та нерухомою частинами магнітопроводу, зменшуючи магнітний опір кола магнітного потоку від постійного магніту, що призводить до зміни магнітного потоку і наведення у вимірювальній обмотці ЕРС.

Для наведеної конструкції імпульсного індукційного перетворю­вача ЕРС, що виникає у вимірювальній обмотці, буде мати вигляд двополярних імпульсів, частота яких дорівнюватиме частоті проходжен­ня виступів диска (зубців) попри розімкнену частину ярма, тобто частоті обертання вала

Крім частотного інформативного параметра, інформативним параметром вихідного сигналу може бути і вихідна ЕРС.