Скорость вращения

    Содержание 

    Введение …………………………………………………………………………………3

    Методы  и средства измерения и контроля линейных скоростей …………………….4

    Методы  и средства измерения и контроля скоростей вращения …………………….8

    Спидометр ……………………………………………………………………………….14

    Лаг (морской прибор) …………………………………………………………………..17

    Локомотивный  скоростемер …………………………………………………………..18

    Велокомпьютер …...........................................................................................................21

    Заключение  ……………………………………………………………………………..23

    Список  литературы …………………………………………………………………….24 

    Введение 

    Окружающий  нас мир не является застывшим, в  нем постоянно происходят всевозможные изменения - «все течет, все изменяется», и нет необходимости убеждать кого-либо в этой очевидной истине. Простейшим видом изменений, происходящих в окружающем нас мире, является изменение положений тел в пространстве, механическое движение.

    Механическим  движением называется изменение  положений тел в пространстве с течением времени. Его параметрами на практике являются перемещение, скорость и ускорение. Все диапазоны скорости разделяются на линейные и угловые. Единицей измерения линейной скорости является м/с, а угловой – рад/с.

    В данной работе будут представлены основные методы и средства, предназначенные для измерения и контроля скоростей.

 

    

    Методы  и средства измерения  и контроля линейных скоростей.

    Под линейной скоростью u понимается отношение длины (пройденного пути) s к времени t, т. е. u = s/t.

    Производной единицей линейной скорости, согласно Международной системе единиц (СИ), является метр в секунду (м/с). Применяется также единица км / ч.

    Рассмотрим  наиболее распространенные методы измерения  линейных скоростей движущихся твердых тел: аэрометрический, компенсационный, термодинамический, турбинный, корреляционный, допплеровский, электромагнитный, инерциальный и др.

    Аэрометрический метод (рис. 1) основан на измерении скоростного (динамического) напора, функционально связанного со скоростью тела, движущегося в воздушной среде.

    

    Рис. 1 Аэрометрический измеритель скорости:

    1  - приемник статического давления; 2    - приемник полного давления; 3 - трубопроводы; 4 - корпус; 5 - манометрическая коробка; 6 – стрелка 

    Скоростной  напор определяется манометрической  коробкой 5, находящейся в корпусе 4 аэрометрического измерителя, как разность полного и статического давлений, измеряемых трубками 2 и 1. Для измерения скорости движения тела (например, летательного аппарата) в воздухе необходимо измерять скоростной напор, статическое давление дельта р_ст и температуру воздуха.

    Приборы, построенные на аэрометрическом  методе, позволяют измерять скорость с погрешностью, не превышающей 2—3 %.

    .

    Компенсационный метод основан на автоматическом уравновешивании полного давления давлением развиваемым воздушным компрессором (рис. 2):

    
    

    

    Рис. 2 Компенсационный измеритель скорости:

    1 - компрессор; 2 - пневмореле; 3 - электродвигатель

       Давления р_п и р_к уравновешиваются в манометрическом реле 2 с двумя полостями, в одну из которых поступает полное давление р_п, а во вторую - давление р_к, создаваемое компрессором. Замыкание цепи двигателя 3, приводящего во вращение компрессор, происходит тогда, когда давление рп больше р_к. При этом мембрана реле прогибается влево. Если р_п < р_к, контакты реле размыкаются, и частота вращения начинает уменьшаться. При замыкании и размыкании контактов частота вращения поддерживается такой, при которой р_п = р_к.

    Реализация  компенсационного метода сложна вследствие наличия вращающихся частей в приборе.

    Термодинамический метод основан на измерении температуры заторможенного потока воздушной среды с помощью открытой и экранированной термопар (рис. 3).

    

    Рис. 3 Термодинамический измеритель скорости

    1 - открытая термопара; 2 -экранированная термопара; 3 - сумматор; 4 – делитель

    Их  разность измерения улавливается сумматором и делителем. Погрешности этих средств  измерения обуславливаются непостоянством параметров преобразователя температуры.

    В турбинном методе используется кинетическая энергия воздушного или водного потока для вращения тангенциальной или аксиальной турбинки (рис. 4).

    

    Рис. 4 Турбинный измеритель скорости

    а - тангенциальная турбинка; б - аксиальная турбинка

    Пример  тангенциальной турбинки в виде крестовины с ковшами на концах показан на рис. 4, а. Частота вращения турбинки пропорциональна скорости движения.

    Приборы в виде аксиальной турбинки (рис. 4, б) находят широкое применение при измерении скорости морских кораблей. Измеренная скоростьv после интегрирования дает путь, пройденный судном.

    В корреляционном методе измерения информации о скорости извлекается из реализаций случайных функций, отображающих движение объекта. В этих методах используются корреляционные связи между реализациями случайных функций, а измеряемые величины определяются путем отыскания экстремумов корреляционных функций.

    .

      

    Рис. 5 Корреляционный измеритель скорости:

    БРЗ - блок регулируемой задержки, реализующий функции, 2 - приемные элементы; О - излучатель; 3 - умножитель;

- фильтр; Ус - усилитель; ИО - исполнительный орган; 4 - движущийся объект

    Для пояснения идеи корреляционного  метода обратимся к рис.5. Источник излучения (электромагнитного, акустического) посылает сигналы на движущийся объект (ленту) 4 или движущийся объект посылает сигналы на Землю. Приемники излучения 1 и 2 воспринимают сигналы, одинаковые по форме, но сдвинутые во времени. Сигналы поступают в корректор,

    

 содержащий блок регулируемой задержки БРЗ, умножитель 3 и фильтр БРЗ, в котором приближенно реализуются операции определения корреляционных функций. Далее сигнал усиливается в усилителе Ус и поступает на исполнительный орган ИО.

    Корреляционные  методы находят применение при измерении  скоростей прокатываемых полос, в ткацком производстве, производстве бумаги, а также при измерении скоростей самолетов, кораблей

    Корреляционные  измерители скорости кораблей или подводных  лодок строятся по тому же принципу, только в качестве излучателей и  приемников ультразвуковых сигналов применяются  пьезоэлектрические или магнитострикционные  приборы.

    Доплеровский  измеритель — общее название технических средств для измерения линейной скорости с помощью эффекта Доплера. Применение эффекта Доплера позволяет измерять скорость не только твёрдых тел, но и газообразных, жидких и сыпучих сред. Некоторые виды доплеровских измерителей рассчитаны также на определение длины движущихся объектов или их перемещения, с помощью встроенного средства измерения временных интервалов.

    Согласно  эффекту Доплера частота принятого  сигнала, отражённого от цели может  отличается от частоты излучённого  сигнала и разница зависит  от соотношения скоростей объектов относительно друг друга По природе излучения (радиоволны, свет, звук) доплеровские измерители бывают соответственно трёх видов:

• радиолокационные, иначе радиоволновые (доплеровские радары);
• лазерные, иначе оптические (доплеровские лидары);
• акустические (в т. ч. гидроакустические), иначе звуковые, ультразвуковые (доплеровские сонары).

    По  характеристике сигнала измерители могут быть как импульсные, так  и с непрерывным излучением.

    Доплеровские  измерители скорости потока жидких и  газообразных сред функционируют за счёт отражения излучения от микрочастиц, взвешенных в этих средах.

    Виды  доплеровских измерителей  по назначению

    Доплеровские  измерители используются в различных  целях во многих отраслях производства, транспорта, медицины, научных и  научно-практических исследований, а  также в военном деле

• Бортовые измерители
• Доплеровские измерители скорости и сноса для определения вектора путевой скорости самолёта, вертолёта. В настоящее время в авиации применяются измерители только радиолокационного типа.
• Судовые доплеровские измерители — радиолокационные и гидроакустические
• Бортовые измерители локомотивов — радиолокационные и лазерные
• Доплеровские измерители в космонавтике
• Технологические измерители
• Измерители скорости перемещения твёрдых тел — лазерные
• Измерители скорости потока жидких или сыпучих сред — ультразвуковые и лазерные, в т. ч. ультразвуковые расходомеры
• Медицинские измерители
• Доплеровский измеритель скорости кровотока — ультразвуковой
• Лазерные доплеровские флоуметры — анализаторы для неинвазивной диагностики микроциркуляционного кровообращения
• УЗИ-доплер томографы
• Фетальные доплеры
• Измерители для контроля транспортных потоков
• Измерители скорости движения транспортных средств — радиолокационные и лазерные
• Гидро/метео измерители
• Лазерные доплеровские измерители в метеорологических исследованиях
• Гидроакустические доплеровские измерители в гидрологии, океанологии,
• Системы охранной сигнализации
• Радиоволновые и ультразвуковые доплеровские извещатели для закрытых помещений
• Доплеровские системы сигнализации для открытых пространств
• Измерители военно-технического и разведывательного назначения

 

    

    Методы  и средства измерения  и контроля скоростей  вращения.

    Скорость  вращения частей машин, устройств и  агрегатов является одной из важнейших характеристик. Нередко она определяет динамические и тепловые напряжения в машинах.

    Прибором  для измерения частоты вращения валов машин и механизмов является тахометр.

    

 

    Тахометры нашли широкое применение для  контроля частоты вращения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания практически на всех типах транспортных средств (автомобилях, тракторах, тепловозах, судах, самолётах). Также применяются тахометры для контроля частоты вращения рабочих органов технологических машин.

    Кроме того, тахометр может быть использован  в качестве счетчика импульсов, например, при подсчете продукции на конвейере, расхода сырья, материалов, времени наработки оборудования, машин и механизмов при испытаниях и обкатке. Подсчет/измерение осуществляется в прямом, обратном или в обоих направлениях. Измеренная величина может быть заранее программно масштабирована в реальные единицы измерения (часы, минуты, метры, шт, упаковки и т. д.). В приборах может быть задействована аварийная сигнализация, сброс и обнуление накопленных значений, защита паролем.

    В технических тахометрах требование к погрешностям оценивается значением  порядка ±(1,5—2)%. При измерении скорости вращения в энергетических установках требования к точности измерения более высокие и нередко допускаемые погрешности составляют ±(0,3—0,5) %.

    Скорость  вращения определяется числом оборотов в минуту n, однозначно связанным с частотой вращения f

    f = n/60; n = 60 • f 

    Наибольшее  распространение получили следующие  методы измерения частоты вращения: центробежные, магнитоиндукционные, электрические постоянного, переменного или импульсного тока, фотоэлектрические, стробоскопические,.

    Тахометры подразделяются на стационарные, которые  предназначены для постоянной установки на каком-либо объекте, и на переносные. Кроме того, различают тахометры, измеряющие скорость контактным и бесконтактным методом. К первой группе относятся все выше названные приборы за исключением фотоэлектрического и стробоскопического тахометров, работающих бесконтактным методом. Рассмотрим устройство и работу некоторых тахометров, работающих контактным методом.