Скорость вращения

    Центробежный  метод реализуется в коническом (рис. 1а) и кольцевом (рис. 1 б) тахометрах. Этот метод основан на том, что чувствительный элемент реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами вращающегося вала.

    

    Рис. 1 Центробежные тахометры:

    а - конический; б - кольцевой.

    1 - муфта, 2 - пружина

    В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены  грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2. Положение муфты на валу тахометра соответствует частоте вращения вала и передаётся рычажной системой на стрелку указателя — отсчетного устройства, шкала которого отградуирована в об/мин.

    В кольцевом тахометре при невращающейся оси (w = о) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол α₀ (рис. 1, б). При вращении кольцо стремится занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещение муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца.

    Центробежные  тахометры развивают большое  перестановочное усилие, поэтому нередко применяются в качестве преобразователей в регуляторах частоты вращения. Недостатки этих приборов - недистанционность, значительные погрешности и технологические трудности изготовления и регулировки.

    Тахометры, построенные на магнитоиндукционном методе, выполняются в двух вариантах: с цилиндрическим чувствительным элементом (рис. 2, а) и с дисковым ЧЭ (рис. 2, б). Их принцип действия основан на явлении наведения вихревых токов в металлическом теле, вращающемся в магнитном поле (или в неподвижном теле, находящемся во вращающемся магнитном поле). Момент взаимодействия вихревых токов с вызвавшим их магнитным полем служит мерой частоты вращения.

    

    Рис. 2 Магнитоиндукционные тахометры:

    а - с полым ротором; б - с диском;

    1 - магнит; 2 - чувствительный элемент; 3 - термомагнитный шунт; 4 - магнито- провод

    Основной  частью магнитоиндукционного тахометра  является измерительный узел (рис. 2), который состоит из постоянного магнита 1 и чувствительного элемента 2, выполненного в виде полого цилиндра (рис. 2, а) или диска (рис. 2, б). Чувствительный элемент, выполненный из металла с большим удельным сопротивлением, удерживается от вращения спиральной пружиной. В целях уменьшения температурной погрешности от непостоянства магнитной индукции в зазоре применяется термомагнитный шунт 3.

    Инструментальные  погрешности тахометра обусловлены  изменением электрического сопротивления ЧЭ, магнитной проводимости магнитопроводов и упругих свойств противодействующей пружины.

    Электрический метод измерения представлен рис.  3 - 5. Данный метод основан на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения для постоянного тока, а для переменного тока – на зависимости частоты тока от частоты вращения. В электрически=х тахометрах используется тахогенератор.

    Тахогенера́тор (от др. гр.  τάχος — быстрота, скорость и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал. 

    

    Величина  сигнала (ЭДС) прямо пропорциональна  частоте вращения.

    Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного  отображения на специально проградуированный вольтметр (тахометр) либо на вход автоматических устройств, отслеживающих частоту вращения.

    Электрические тахометры постоянного тока (рис. 3) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр. Тахогенераторы бывают двух типов: с ограниченным (рис. 3, а) и неограниченным (рис. 3, б) углом поворота ротора.

    

    Рис. 3 Электрические тахометры постоянного тока: а - тахогенератор с ограниченным углом поворота; б - тахогенератор с неограниченным углом поворота;

    1 - магниты; 2 - обмотка якоря; 3 – коллектор с щетками

    Тахогенератор с ограниченным углом поворота ротора выполняется с неподвижной статорной  обмоткой, внутри которой помещается постоянный магнит, связанный с валом, скорость вращения которого контролируется.

    Основными элементами тахогенератора с неограниченным углом поворота (рис. 3, б) являются постоянный магнит 1 с соответствующими магнитопроводами, обмотка якоря 2 и коллектор со щетками 3. Снимаемое с коллектора напряжение постоянного тока измеряется гальванометром.

    В тахометрах переменного тока тахогенератор состоит из вращающегося постоянного магнита и статорной обмотки (рис. 4). Измерение угловой скорости сводится к измерению частоты переменного тока, равной частоте вращения  или к измерению амплитуды напряжения.

    

    Рис. 4 Тахогенератор переменного тока 

    Среди тахометров переменного тока особое место занимают индукционные тахометры. Тахогенератор такого прибора (рис. 5) представляет собой электрическую машину асинхронного типа, состоящую из внешнего 1 и внутреннего 2 магнитопроводов, в зазоре между которыми располагаются статорная обмотка 3 (состоящая из обмотки возбуждения и сигнальной обмотки) и алюминиевый тонкостенный ротор 4, выполненный в виде цилиндра. Оси обмоток (катушек) возбуждения и сигнальной взаимно перпендикулярны.

    К обмотке возбуждения подводится переменное напряжение частотой 400 Гц, а с сигнальной обмотки снимается  напряжение U_c той же частоты, амплитуда которого пропорциональна угловой скорости вращения полого ротора

    

    Рис. 5 Индукционный тахометр:

    1 – внешний магнитопровод; 2- внутренний магнитопровод; 3 – обмотка;

     4 - ротор; 

    Стробоскопические тахометры основаны на применении стробоскопического преобразователя. Разберемся в понятии «стробоскопический эффект»

     СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ -один из видов оптических иллюзий, заключающийся в слиянии в сознании зрителя в один образ отд. изображений неподвижного или движущегося предмета, наблюдаемых не непрерывно, а в течение ряда коротких и периодически следующих друг за другом интервалов времени. Стробоскопический эффект возникает, напр., при периодических вспышках света в тёмном помещении или при периодическом открывании и закрывании вращающимся диском с прорезями проецируемой на экран картины. Стробоскопический эффект обусловлен инерцией зрения, т.е. сохранением в сознании наблюдателя зрительного образа в течение 0,1-0,2 с уже после того, как картина, вызвавшая этот образ, исчезнет. Если время между двумя последовательными наблюдениями предмета <0,1-0,2 с, то образы, вызванные отдельно каждым актом наблюдения, сливаются, и наблюдение субъективно кажется непрерывным. При таком последовательном восприятии ряда стационарных положений объекта, отличающихся некоторым изменением их формы или расположения, возникает впечатление движения объекта. При этом угловой сдвиг контуров объекта не должен превышать для наблюдателя 4°, чтобы движение воспринималось плавно непрерывным, без скачков.

    Возможны  два типа стробоскопический эффекта. Первый возникает при прерывистом наблюдении произвольно движущихся тел. Этот тип. используется в кинематографе и телевидении для воспроизведения движущихся изображений. Второй тип стробоскопический эффекта возникает при наблюдении объектов, совершающих периодическое или квазипериодическое движение. Иллюзия полной неподвижности вращающегося с частотой f₁ предмета, напр. колеса (рис.), возникает, если частота f₁ совпадает с частотой моментов наблюдения (вспышек) f₂. Вращающаяся спица каждый раз освещается в одном и том же положении 0 и кажется неподвижной. Если же f₂ и f₁ не равны, но близки, то воспринимаемое кажущееся движение характеризуется частотой f₂-f₁. На рис. 6 (a)f₂<f₁ т.е. время между вспышками больше периода оборота спицы и она успевает сделать целый оборот и ещё повернуться на небольшой угол. При каждой следующей вспышке спица будет казаться сдвинутой немного в направлении вращения последовательно в положения 1, 2, 3 и т.д., т.е. будет казаться медленно вращающейся в том же направлении. Если f₂ >f₁, то каждая последующая вспышка будет освещать спицу, когда она ещё не сделала полного оборота, т.е. последовательно в положениях 1, 2, 3 (рис. 6 б), и она будет казаться медленно вращающейся в сторону, противоположную её реальному движению.

    

    Рис. 6 стробоскопический эффект

     Приборы для реализации стробоскопический эффекта второго типа называются с т р об о с к о п а м и. В современных стробоскопах прерывистое освещение осуществляется с помощью импульсных ламп с регулируемой частотой вспышек. Второй тип стробоскопический эффекта хорошо наблюдается при движении объекта с периодичной структурой (вращающиеся диски, разделённые на сектора, колёса со спицами); его используют, напр., в индикаторах угловых скоростей.

    Стробоскопический метод измерения, являющийся наиболее точным, находит применение в лабораторных исследованиях, а так же при создании образцовых приборов. Принцип реализации эффекта можно пояснить по рис 7. Если отметку 4 на вращающемся валу 1 освещать вспышками света от источника 2, то при совпадении числа вспышек N с частотой вращения f отметка будет казаться неподвижной. Если разность f-N - отлична от нуля, то отметка начнет вращаться со скоростью f-N в ту или иную сторону в зависимости от знака разности. Поскольку глаз замечает очень медленное движение отметки, то, подбирая частоту вспышки посредством устройства регулируемой вспышки УРВ, можно остановить метку, что будет соответствовать f = N.

    

    Рис. 7 Стробоскопический тахометр: 1 - объект исследования; 2 - историк света; 3 - глаз; 4 - отметка; УРВ - устройство регулирования вспышек 

    Таким образом, стробоскопический метод  измерения сводится к сравнению измеряемой величины f с мерой - числом вспышек N. Сравнение производится наблюдением, хотя можно процесс измерения автоматизировать.

    Точность  измерения определяется точностью  воспроизведения и измерения частоты вспышек, точностью регистрации моментов остановки стробоскопической картины.

    Следует предостеречь от грубых ошибок, возникающих  при наблюдении кратных стробоскопических картин, появляющихся при кратном отношении f/N. Наиболее простой способ исключения грубых ошибок - примерное знание диапазона измеряемых скоростей вращения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Спидометр

Спидо́метр (от англ. Speed - скорость) — измерительный прибор для определения мгновенной скорости движения транспортного средства.

Впервые прибор появился в 1901году в автомобилях ‘Oldsmobile’. Одна из первых моделей спидометра была сделана Николой Тесла и запатентована в 1916г. (патент № 1,209,359 выдан United States Patent Office). До сегодняшних дней этот тип спидометров не претерпел существенных изменений и используется в автостроении.

 

По  способу измерения

• Хронометрический — комбинация одометра и часового механизма..
• Центробежный — плечо регулятора, удерживаемое пружиной, вращается вместе со шпинделем и отбрасывается в стороны центробежной силой так, что расстояние смещения пропорционально скорости.
• Вибрационный — используется для быстровращающихся машин. Механический резонанс колебаний рамы или подшипников машины вызывает колебания градуированных язычков с частотой, соответствующей числу оборотов машины.
• Индукционный — система постоянных магнитов, вращающихся вместе с приводным шпинделем, генерирует вихревые токи в диске из меди или алюминия, помещённом в магнитное поле. Диск, таким образом, втягивается в круговое движение, но его вращение замедляется ограничительной пружиной. Диск соединен со стрелкой, показывающей скорость.
• Электромагнитный — скорость определяется по ЭДС, вырабатываемой тахогенератором, подключённым к шпинделю.
• Электронные — оптический, магнитный или механический датчик вырабатывает импульс тока за каждый оборот шпинделя. Импульсы обрабатываются электронной схемой и скорость выводятся на индикатор.
• По системе спутникового позиционирования — скорость определяется по системе спутникового позиционирования GPS электронным путём как пройденное расстояние, делённое на время пути.

    Принцип действия

      В датчиках электронных спидометров  используется эффект Холла названный  в честь американского физика  Э.Холла открывшего это явление  еще в 1879 г.. Если к проводнику или полупроводнику приложено напряжение Un (рис. 1 ) и его пронизывает под прямым углом магнитное поле, обладающее индукцией В, то возникает «напряжение Холла>- U_H, перпендикулярное направлению тока от источника питания I_п и направлению магнитного поля;