Измерение частоты вращения
Измерение частоты вращения
Измерение частоты вращения проводят с помощью механических, гидравлических, индукционных, частотных и электрических устройств.
К механическим измерителям частоты вращения относят центробежные тахометры. При вращении вала тахометра на грузы действует центробежная сила, под действием которой они расходятся, деформируя пружину и перемещая муфту.
В динамическом отношении центробежные тахометры – колебательные звенья.
Параметры их передаточных функций зависят от конструкции измерительного устройства.
К механическим измерителям относят также гироскопы.
Гидродинамические измерители преобразуют угловую скорость вращения в давление жидкости, создаваемое насосом.
В индукционных измерителях входной вал соединен с постоянным магнитом. При вращении магнита в металлическом диске индуктируется ЭДС, которая порождает вихревые токи. От их взаимодействия с полем постоянного магнита возникает момент вращения, значение которого пропорционально частоте вращения входного вала.
Действие электромашинных измерителей частоты вращения (электрических тахометров) основано на зависимости развиваемой генератором постоянного тока ЭДС U от частоты вращения ротора п.
В динамическом отношении электрический тахометр подобен безынерционному звену с коэффициентом преобразования
где kк – коэффициент, зависящий от конструкции: числа пар полюсов, числа проводников обмотки якоря и числа параллельных ветвей;
Ф – магнитный поток, Вб.
Обычно значение коэффициента передачи тахогенератора находится в пределах 0,06. 1,15 В ∙ с/рад.
При измерении частоты вращения рабочих органов мобильных сельскохозяйственных агрегатов часто применяют импульсные измерители скорости, преобразующие угловую скорость в частоту следования импульсов некоторого значения (тока, светового потока, излучения и т.д.). В динамическом отношении эти измерительные устройства также подобны безынерционному звену с коэффициентом передачи К = n / 2π, где n – число зубцов или отверстий вращающегося диска.
Оптические ИП
В оптических ИП используются свойства контролируемых величин влиять на характеристики светового потока, пропускаемого через анализируемую среду.
Принцип действия фотоэлектрических измерительных преобразователей (фотоэлементов) основан на использовании фотоэлектрического эффекта, т.е. они реагируют на изменение светового потока и преобразуют световой поток в выходной электрический сигнал.
В зависимости от поведения электронов, высвобождающихся под действием светового потока, различают три группы фотоэлементов: с внешним и внутренним фотоэффектом и с запирающим слоем (вентильные).
Рис. Фотоэлектрические датчики: а – с внешним фотоэффектом;
б – с внутренним фотоэффектом, в – вентильные
Фотоэлемент с внешним фотоэффектом (рис. а) представляет собой вакуумную двухэлектродную лампу. Катод 1 образован светочувствительным слоем (цезий или сплав сурьмы с цезием) и нанесен на внутреннюю поверхность лампы, а анод 2 выполняется в виде кольца или пластины. Нередко в лампу вводят некоторое количество нейтрального газа (аргона), который не окисляет поверхность металла, но способен ионизироваться под ударами летящих электронов и увеличивать за счет своих ионов значение протекающего тока. Под действием световой энергии с поверхности выбиваются электроны, образующие электрический ток (внешний фотоэффект). Промышленность выпускает фотоэлементы следующих типов: ЦГ – цезиевый газонакопленный; СЦВ – сурьмяноцезиевый вакуумный; ЦВ – цезиевый вакуумный.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом обладают высокой чувствительностью и высокой температурной стабильностью. Для них характерна линейная зависимость фототока от светового потока. К числу недостатков рассмотренных фотоэлементов, которые ограничивают их применение в автоматических системах управления, относятся: необходимость в повышенном напряжении питания; хрупкость стеклянного баллона; старение и утомляемость, т. е. снижение чувствительности при сильной освещенности.
Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы) чувствительнее элементов первого типа, использующих фотоэффект со свободной поверхности металла. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом не нуждаются во вспомогательной энергии и им может быть придана весьма разнообразная и очень удобная форма. Недостатками их являются: подверженность влиянию окружающей температуры, утомляемость и высокая инерционность. Последнее ограничивает применение фотоэлементов с внутренним фотоэффектом при частоте прерывания светового потока в несколько десятков герц.
Фоторезисторы (рис. б) представляют собой стеклянную пластинку 1 с нанесенным тонким слоем селена или сернистых соединений различных металлов (таллия, висмута, кадмия, свинца). К пластине прикреплены электроды 2, имеющие контакт с полупроводниковым слоем. Размеры фоторезисторов очень невелики. При подаче к электродам напряжения через фоторезистор будет протекать ток, значение которого пропорционально освещенности. Зависимость тока от освещения имеет нелинейную величину. Однако чувствительность фоторезисторов в сотни раз превышает чувствительность вакуумных элементов, что позволяет их использовать в автоматических устройствах без усилителей.
У вентильных преобразователей свободные электроны, изменяя свою энергию под действием светового потока, остаются в веществе. В промышленности получили наибольшее распространение селеновые и меднозакисные фотоэлементы.
Селеновый фотоэлемент (рис. в) имеет четыре рабочих слоя. Первый слой образован тонкой пленкой золота 1, далее идут запирающий слой 2, селеновый слой 3 и стальная подкладка 4. Запирающий слой, обладая детекторным свойством, пропускает электроны, выделившиеся из пленки золота, и препятствует прохождению электронов противоположного направления. Таким образом, световой поток, проходя через пленку золота, создает вентильный фотоэффект. Электроны из освещенного слоя переходят в неосвещенный, что приводит к возникновению разности потенциалов Uвых.
Фотоэлектрические датчики просты по устройству и достаточно надежны в работе. Они находят широкое применение в системах автоматики в литейных и термических цехах: для автоматического управления освещением цехов, измерения температуры жидкого металла и нагретых деталей (фотоэлектрический пирометр), определения прозрачности жидкостей или газов, подсчета форм и изделий, проходящих по конвейеру, для контроля пламени в топках топливных печей. Они применяют в системах защиты обслуживающего персонала от травм и т. п.
К недостаткам оптических датчиков относятся зависимость точности преобразования от влияния внешних факторов и нестабильность характеристик источников света и фотоэлементов.
Как измерить частоту вращения асинхронного двигателя
Содержание статьи
- Как измерить частоту вращения асинхронного двигателя
- Как увеличить обороты электродвигателя
- Как определить частоту вращения валов
Старые и бывшие в использовании асинхронные машины советского производства считаются наиболее качественными и долговечными. Однако, как известно многим электромеханикам, шильдики на них могут быть абсолютно нечитабельными, да и в самом двигателе статор мог быть перемотан. Определить номинальную частоту вращения электродвигателя можно по количеству полюсов в обмотке, но если речь идет о машинах с фазным ротором или разбирать корпус нет желания, можно прибегнуть к одному из проверенных методов.
Определение скорости при помощи графического рисунка
Типовые характеристики по монтажным размерам
Промышленные двигатели производства СССР, как и большинство современных, производились по государственным стандартам и имеют установленную таблицу соответствия. Исходя из этого, можно замерить высоту центра вала относительно плоскости посадки, его передний и задний диаметры, а также размеры крепежных отверстий. В большинстве случаев этих данных будет достаточно, чтобы найти в таблице нужный двигатель и не только определить частоту вращения, но и установить его электрическую и полезную мощность.
При помощи механического тахометра
Очень часто нужно определить не только номинальную характеристику электрической машины, но и знать точное количество оборотов в данный момент. Это делается при диагностике электрических двигателей и для определения точного показателя коэффициента скольжения.
В электромеханических лабораториях и на производстве используются специальные приборы – тахометры. Если получить доступ к такому оборудованию, измерить частоту вращения асинхронного двигателя можно за несколько секунд. Тахометр имеет стрелочный или цифровой циферблат и измерительную штангу, на конце которой имеется отверстие с шариком. Если смазать центровочное отверстие на валу вязким воском и плотно приставить измерительную штангу к нему, на циферблате отобразится точное количество оборотов в минуту.
При помощи детектора стробоскопического эффекта
Если двигатель находится в процессе эксплуатации, можно избежать необходимости отстыковывать его от исполнительного механизма и снимать задний кожух только для того, чтобы добраться до центровочного отверстия. Точное количество оборотов в этих случаях можно также измерить при помощи стробоскопического детектора. Для этого на вал двигателя наносят продольную риску белого цвета и устанавливают светоулавливатель прибора напротив нее.
При включении двигателя в работу прибор определит точное количество оборотов в минуту по частоте появления белого пятна. Этот метод применяется, как правило, при диагностическом обследовании мощных электрических машин и зависимости частоты вращения от приложенной нагрузки.
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам
30.10.2011
Приборы для измерения частоты вращения
В зависимости от места установки тахометра и способа применения тахометры подразделяют на стационарные, дистанционные и ручные. По принципу действия, различают механические (центробежные), магнитные, магнитно-индукционные, электрические и электронные тахометры.
Принцип действия механических тахометров основан на использовании центробежных сил, пропорциональных квадрату угловой скорости, действующих на центробежные расходящиеся грузы (наклонное кольцо), находящиеся на валу и вращающиеся вместе с ним вокруг оси, (рис. 1, а). Чувствительным элементом является кольцо 1 на оси 2, проходящей через приводной валик 3. Кольцо нагружено спиральной пружиной 4 и связано тягой 5 с подвижной муфтой 6. При вращении валика кольцо стремится занять положение, перпендикулярное к оси вращения. Муфта через промежуточное кольцо 9 и зубчатую рейку 7 входит в зацепление с шестерней 10, на оси которой закреплена стрелка 8, движущаяся вдоль шкалы прибора (градуирована в об/мин.). Тахометр закреплен неподвижно, а вал 3 приводится во вращение через передачу от вала двигателя.
При установившемся режиме центробежная сила, действующая на вращающееся кольцо 1, уравновешивается силой действия спиральной пружины, и стрелка тахометра неподвижна. При изменении частоты вращения вала равновесие сил нарушается, вызывая разворот кольца относительно оси 2 на угол α и соответствующий разворот стрелки 8 прибора. Механические центробежные измерительные приборы обладают нелинейной статической характеристикой, поэтому их шкала неравномерная.
Периодический контроль частоты вращения и проверку стационарных тахометров производят механическим центробежным ручным тахометром (рис. 1, б), прижимая наконечник 1 к торцу вращающегося вала. В корпус 2 встроен редуктор с переключающим устройством, позволяющий менять передаточное отношение от наконечника 1 к чувствительному элементу для измерения в пяти диапазонах частоты вращения от 25 до 10000 об/мин. Переключают редуктор и устанавливают указатель 3 путем перемещения вдоль оси наконечника приводного вала при нажатой кнопке 4. В зависимости от установленного диапазона частоты вращения показания прибора определяют по одной из двух шкал.
К преимуществам механических тахометров относится высокая точность показаний, а к недостаткам – невозможность дистанционного отсчета.
Магнитоиндукционный тахометр имеет равномерную шкалу. В тахометре (рис. 2.) вращение от приводного вала 1 через конические шестерни и вал 2 передается ротору с постоянными магнитами 3, между которыми на оси 10 находится алюминиевый диск 4.
Под действием вращающегося поля магнитов в диске индуцируется электрический ток, создающий свое магнитное поле. Сила взаимодействия магнитных полей уравновешивается силой действия волосковой пружины 5, один конец которой закреплен на оси 10, а другой – в корпусе прибора.
Пропорционально частоте вращения приводного вала 1 изменяются действующие силы, разворот диска 4, оси 10 и жестко связанной с ней стрелки 7 вдоль шкалы 8.
В прибор вмонтирован магнитоиндукционный успокоитель, состоящий из алюминиевого диска 9, закрепленного на валу 10, и неподвижной системы с постоянными магнитами 6. При движении в диске 9 индуцируется ток и создается магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов. А так как сила взаимодействия этих полей направлена в сторону, противоположную движению диска, то происходит торможение колебаний стрелки прибора.
Дистанционные магнитоиндукционные тахометры
Дистанционное измерение частоты вращения основано на принципе электрической дистанционной передачи вращения вала двигателя валу магнитно-индукционного измерительного узла измерителя и преобразования частоты вращения вала в угловые перемещения стрелки измерителя.
Тахометр работает следующим образом (рис. 3): в обмотке статора 11 датчика при вращении ротора 15 возбуждается трехфазовый ток с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя. Ток по трем проводам приводится к обмотке статора 12 синхронного серводвигателя.
Частота вращения магнитного поля статора измерителя пропорциональна частоте токов в обмотках фазы. Ротор двигателя измерителя вращается с частотой, синхронной вращению магнитного поля статора. На конце вала ротора двигателя укреплен магнитный узел 2 с шестью парами постоянных магнитов, между полюсами которых расположен чувствительный элемент 8. При вращении магнитного узла в чувствительном элементе индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнитного узла создается вращающий момент чувствительного элемента. Вращающему моменту чувствительного элемента противодействует спиральная пружина 7, – один конец которой укреплен на оси чувствительного элемента, другой – неподвижен. Так как момент спиральной пружины пропорционален углу ее закручивания, то угол поворота чувствительного элемента пропорционален частоте вращения магнитного узла, и соответствует частоте вращения вала двигателя. На другом конце оси чувствительного элемента укреплена стрелка 5, показывающая по равномерной шкале 4 измерителя частоту вращения вала двигателя.
Для повышения устойчивости стрелки и улучшения отсчета показаний прибора применено демпфирование подвижной системы измерителя. При движении подвижной системы магнитный поток магнита 6 наводит в алюминиевом диске 3 вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитным полем магнитов, и в подвижной системе возникает тормозящий момент. Ротор состоит из двух постоянных магнитов 13 и трех гистерезисных дисков 14, соединенных вместе. Взаимодействие ротора с магнитным полем статора – определяется взаимодействием магнитных полей постоянных магнитов статора и гистерезисных дисков.
Электрические тахометры служат для дистанционного контроля направления и частоты вращения валов в диапазоне до 1500 об/мин. Датчиками в них служат тахогенераторы – миниатюрные генераторы переменного или постоянного тока, вырабатывающие напряжение, пропорциональное частоте вращения вала. Указателями являются магнитоэлектрические вольтметры со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения.
В тахометре (рис. 4, а) тахогенератор 3 постоянного тока, приводимый во вращение от вала через цепной привод 2, является датчиком частоты вращения вала 1. К нему может быть подключено до восьми указателей – вольтметров 4 постоянного тока, размещенных по судну. Передаточное отношение от вала 1 к датчику определяется соотношением числа зубьев звездочек цепного привода и должно быть таким, чтобы номинальные частоты вращения вала и якоря датчика совпадали. Если при номинальной частоте вращения вала напряжение, вырабатываемое датчиком, не равно (30±0,1) В, то необходимо корректировать положение магнитного шунта. При правом и левом вращении якоря с номинальной частотой разность напряжений не должна превышать 0,1 В. В противном случае, необходимо корректировать нейтральное положение траверсы щеткодержателей.
В электрическом генераторе переменного тока 5 (рис. 4, б), ротором является постоянный магнит 7, установленный неподвижно на валу, а статором – стальные неподвижные полосы 6. Тахогенераторы постоянного тока вместо обмоток возбуждения имеют постоянные магниты. В результате большого количества ламелей коллектора и особых форм вырезов канавок вырабатывается постоянное напряжение с небольшими пульсациями, которое пропорционально частоте вращения. Преимущество датчиков постоянного тока – получение поляризованного напряжения, т. е. одновременно определяется и направление вращения; недостаток – сбои в работе коллектора. Передача от вала должна быть без скольжения (шестеренчатая, цепная). В тахогенераторах переменного тока это возможно только при наличии двух обмоток со сдвигом фаз 90°. Переменное напряжение должно быть выпрямлено в мостиковой схеме. Разность напряжений обоих гальванически разделенных контуров измеряется прибором с двумя поворотными катушками. Напряжение на выводах тахогенератора зависит от количества подключенных показывающих приборов. Поэтому в корпусе тахогенератора устанавливается нагрузочный резистор, который можно включать или выключать. Имеется также резистор для поднастройки показаний.
Для суммирования числа оборотов вала двигателя или механизма применяют специальные счетчики оборотов. Упрощенная принципиальная схема дистанционного электромеханического счетчика представлена на рис. 5.
На валу 9 жестко закреплены храповое колесо 5 и цифровой барабан 7, а цифровые барабаны 6 свободно насажены на вал. Барабаны кинематически соединены между собой так, что при полном обороте каждого из них соседний слева разворачивается на 1/10 оборота. На каждый барабан нанесены цифры от 0 до 9. Таким образом обеспечивается десятичная система отсчета. Число читается в рамке прибора 8. Колесо 5 входит в зацепление с храповиком 3, который в одну сторону перемещается под действием пружины 4, а в другую – якорем 2 электромагнитной катушки 1. Катушка получает питание Uп от сети через герметичные контакты выключателя 13. В выключателе на пластинчатой пружине с контактом закреплен постоянный магнит 12. Выключатель крепится к корпусу двигателя таким образом, чтобы между якорем 12 и стальным штифтом 10 вала 11 был установлен зазор, обеспечивающий притягивание якоря и замыкание цепи питания катушки 1.
Широко распространены магнитоуправляемые контакты (герконы). Прибор представляет собой две тонкие пермалоевые пластины с небольшим зазором между концами, впаянные в стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (в некоторых приборах колбу заполняют инертным газом). При появлении вблизи геркона магнитного поля постоянного или электрического магнита происходит взаимное притягивание (прогиб) пластин и замыкание контактов. Постоянный магнит крепится на вращающемся валу 11 вместо штифта 10.
При каждом обороте вала независимо от направления его вращения катушка 1, получив питание, втягивает якорь 2 и смещает храповик 3 на один зуб колеса 5. При обесточивании катушки храповик под действием пружины 4 смещается в первоначальное положение, разворачивает колесо 5, вал 9 и барабан 7 на 1/10 оборота, что приводит к изменению показаний счетчика на одну единицу. Через один оборот барабана 7 соседний барабан 6 разворачивается на 1/10 оборота, отсчитав 10 оборотов вала 11, и т. д.
Как измерить частоту вращения двигателя
Мне как то пришлось использовать движочек с оборотами в 5500 оборотов в минуту.
Но на самих движках информации не было, что делать?
Знакомый подсказал очень простую программку на ПК.
При помощи этой программки, можно определить количество оборотов двигателя, изменяя (в приделах разумного) напряжение подачи тока.
Вот ссылка для скачивания программы.
Программка проверена антивирусом,можете не переживать.
Программа на русском языке, все будет понятно.
Скачиваем программку и устанавливаем на ПК.
Теперь подбираем на вал двигателя (пропеллер), нет пропеллера, можно использовать кусочек изоленты.
Собрав ее пополам наматываем изоленту на шкив двигателя,примерно так.
Подключите микрофон (у меня ноутбук, микрофон уже подключен).
Запускаем программу.
Подсоединяем питание к движку.При включения питания движок начинает работать.
В программе нажимаем кнопочку записи REC.
Подносим движок к микрофону,и слегка прикасаемся к вентилятору или наклеенной изоленте. Получается слабое потрескивание.
В это время подносим движок к микрофону и в программке начинается запись.
У нас получилась диаграмма.
Там, где диаграмма имеет явную “гребёнку”, кликнуть, зажать Ctrl и крутануть колёсико мыши, чтобы приблизить диаграмму.
Выделить один период, ориентируясь на какой-нибудь элемент. Я выбрал нижний пик.
Поставить галочку “Длительность”
Анализ. Длительность – это время (в секундах), за которое двигатель совершил один оборот. Чтобы найти частоту вращения в оборотах в минуту, нужно 60 разделить на длительность, иначе говоря:
t-Время в мили секундах.
n-Частота вращения.
Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Как измерить частоту вращения компьютером или мультиметром.
Сегодня расскажу, как можно просто определить частоту вращения чего-либо. Такой вариант измерения показал отличную стабильность и точность результатов. Для примера в видео использовались 4 жёстких диска с разной скоростью вращения.
Открытие крышки жёсткого диска сделает невозможным его дальнейшее использование в компьютере.
Нам потребуется маленький неодимовый магнит.
Его будем прикреплять на вращающуюся часть. В примере магнит клеится к шпинделю на двухстороннюю монтажную ленту и сверху закрепляется обычным скотчем для надёжности. Чем легче и меньше магнит, тем больше вероятность, что он не вылетит. В любом случае стоит проявлять осторожность при таком способе подсчёта.
Ещё нужна обмотка с сердечником или без.
При вращении магнита около обмотки, в ней возникнет ЭДС из-за электромагнитной индукции. Индукционный ток будет иметь частоту, равную количеству оборотов в секунду. Нам остаётся только измерить эту частоту.
Это можно сделать с помощью виртуального осциллографа Visual analyser 2019 beta 64 bit . На видео версия 2014. Все версии можно скачать с официального сайта . Эту программу я уже упоминал в некоторых предыдущих статьях на моём канале. Её можно использовать для определения коэффициента пульсации ламп и как осциллограф с предельной частотой измерения 96 кГц.
Обмотка подключается к микрофонному или линейному входу звуковой карты компьютера.
Нужное значение находится в самом верхнем поле с названием “Frequency (Hz)”.
По возможности, пожалуйста, подпишитесь на мой youtube канал , в будущем может потребоваться определённое число подписчиков.
Видим, что частота вращения жёстких дисков составляет примерно: 70,3 об/с, 90,05 об/с,120 об/с и 167,3 об/с.
Можно перевести в более привычные обороты в минуту, умножив значения на 60. Получается 4218 об/мин, 5403 об/мин, 7200 об/мин и 10038 об/мин. Результаты очень близки к заявленным стандартным скоростям дисков.
Если есть мультиметр с возможностью измерения частоты, то обмотку можно подключать к нему, как это видно в ролике. Значения частоты практически равны.
Спасибо за то, что дочитали мою статью! Я старался для Вас, отблагодарите подпиской! Если информация понравилась, ставьте лайк и поделитесь в соцсетях. Также буду рад комментариям!
Источники:
http://studopedia.ru/19_265027_izmerenie-chastoti-vrashcheniya.html
http://www.kakprosto.ru/kak-851387-kak-izmerit-chastotu-vrascheniya-asinhronnogo-dvigatelya
http://www.electroengineer.ru/2011/10/blog-post_1414.html
http://usamodelkina.ru/7543-kak-izmerit-chastotu-vrascheniya-dvigatelya.html
http://zen.yandex.ru/media/id/5c50c2abee8f3100ade4748d/5d5c49595d636200ace8f27a