Датчики скорости

Датчики скорости

Датчики скорости – устройства, предназначенные для получения информации о значении частоты вращения валов стационарных и мобильных агрегатов.

Эти устройства разделены на три группы: механические, электрические и электронные.

В свою очередь, устройства каждой группы, за исключением первой, могут обеспечивать три вида преобразования: аналоговое, дискретное и цифровое.

Механические датчики скорости – тахометры применяют для ручного и автоматического контроля частоты вращения валов. Различают центробежные и магнитные тахометры.

В центробежных тахометрах (рис.2.24) в качестве измерительного преобразователя применяют либо стрелку, перемещаемую скользящей муфтой (ручной контроль), либо потенциометр (автоматический контроль). Для  сигнального преобразования используют

микропереключатель.

Рис.2.24. Центробежный тахометр

Перемещение скользящей муфты «вниз» обеспечивается расхождением грузов при принудительном вращении вала. Амплитуда указанного перемещения пропорциональна частоте вращения вала. При снижении угловой скорости скользящая муфта под воздействием пружины перемещается «вверх». Центробежные тахометры, оснащенные сигнальными преобразователями, часто применяют при автоматизации поточно-транспортных систем на предприятиях строительной индустрии.

В магнитных тахометрах (рис.2.25) перемещение стрелки осуществляется с помощью подпружиненного ротора, поворачивающегося под воздействием вращающегося постоянного магнита, закрепленного на входном валу. Угол поворота ротора также пропорционален частоте вращения вала. Магнитные тахометры находят применение в составе «спидометров» не очень современных автомобилей.

Рис.2.25. Магнитный тахометр

Электрические датчики скорости представлены так называемыми тахогенераторами.

Тахогенераторы – устройства, предназначенные для получения аналоговой информации о текущем значении частоты вращения каких-либо валов, например, коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Тахогенератор представляет собой электрическую машину постоянного или переменного тока, работающую в режиме генератора. В обоих типах устройств амплитуда генерируемого напряжения пропорциональна частоте вращения ротора.

Тахогенераторы постоянного тока (рис.2.26,а) позволяют определять не только частоту, но и направление вращения (рис.2.26, б) за счет изменения полярности сигнала. Недостатком электрических машин постоянного тока, в том числе и тахогенераторов, является   наличие   коллекторного  токосъема,  обусловливающего

«искрение» между коллектором и щетками. При подаче сигнала тахогенератора на прибор с достаточной инерционностью, например вольтметр, проградуированный в единицах углового вращения, проблем не возникает. Однако при использовании для измерения параметров вращения микроэлектронных устройств, таких, как аналого-цифровые преобразователи или аналоговые компараторы, возникает  необходимость в  изготовлении специальных согласующих

устройств.

а          U, В     б

=U = f(n)

n

n, об/мин

Рис.2.26. Тахогенератор постоянного тока

Тахогенераторы переменного тока представлены асинхронными и синхронными электрическими машинами, не использующими коллектор, а значит, не имеющими недостатков, присущих тахогенераторам постоянного тока.

Асинхронные тахогенераторы имеют полый короткозамкнутый ротор и две обмотки, установленные в статоре под углом в 90 градусов. На одну обмотку (обмотку возбуждения) подают переменное напряжение постоянной амплитуды и частоты. Со второй выходной обмотки снимают сигнал переменного тока, амплитуда напряжения которого пропорциональна частоте вращения ротора. Такие устройства, как правило, применяют при автоматизации стационарных предприятий, где имеется разветвленная сеть переменного тока.

При автоматизации мобильных объектов, например, дорожных машин применяют синхронные тахогенераторы.

Синхронный тахогенератор содержит магнитный ротор, поле которого воздействует на одну, чаще на три обмотки, установленные в статоре. Таким образом, на выходе тахогенератора формируется трехфазный сигнал переменного напряжения, амплитуда которого пропорциональна частоте вращения ротора.

Для    согласования такого  тахогенератора с  измерительным или сигнальным преобразователями, выполненными на базе интегральных микросхем, снимаемый сигнал переменного тока выпрямляют с помощью трехфазного диодного моста и пропускают через RC фильтр для устранения пульсаций (рис.2.27,а).

В отличие от устройств постоянного тока, тахогенераторы переменного тока не обеспечивают определение направления вращения (рис.2.27, б).

n, об/мин

Рис.2.27. Синхронный тахогенератор переменного тока

Недостатком тахогенераторов является низкий уровень полезного сигнала при малой частоте вращения исследуемого вала     (n <

100 об/мин).

Для получения точной информации о частоте вращения во всем возможном диапазоне применяют электронные импульсные датчики, выполненные на основе эффекта Холла.

Рис.2.28. Датчик Холла

Если к точкам А и В полупроводниковой пластинки размером

5х5 мм (рис.2.28,а) подключить постоянное напряжение, а к центру пластинки поднести постоянный магнит, то между точками Е и F возникнет разность потенциалов (ЭДС Холла). Возникающая поперечная ЭДС имеет напряжение на 3 В меньше, чем напряжение питания.

Если между магнитом и полупроводником поместить перемещающийся экран с прорезями (рис.2.28,б), получим импульсный генератор Холла.

Частота следования импульсов определяется из соотношения

F = k n, Гц,     (2.7)

где k – количество прорезей в магнитном экране;

n – частота вращения вала, об/с.

Датчики Холла обеспечивают высокую точность определения скорости вращения валов при частоте следования импульсов от 0 до 10 кГц.