Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

диональное измеряемому уровню; оно подается на балансный катод­ ный повторитель, где компенсируется напряжением от поворотного трансформатора, связанного, в свою очередь, с реверсивным элек­ тродвигателем. Стрелка на валу двигателя является указателем момента баланса, т. е. служит индикатором уровня. Подобная система позволяет измерять изменения уровня до 6 м с основной погрешностью ±5% .

3. Измерение скоростей вращения

Скорость вращения — важнейший параметр различных турбин, насосов, генераторов, двигателей и других агрегатов теплотехни­ ческих систем. Принято скорость вращения выражать частотой вра­

препятствуют силы, развивае­ мые каким-либо упругим элементом (например, пружиной). Вследствие того, что центробежные силы пропорциональны квадрату скорости вращения, а упругие противодействующие силы зависят от переме­ щения линейно, ради получения - приблизительно линейных шкал приходится усложнять механизм передачи движения от движуще­ гося тела к стрелке-указателю. Центробежные тахометры имеют значительную температурную погрешность, возникающую из-за изменения модуля упругости материала пружин. Кроме того, они

ределении скорости вращения от ±1 до ±8% . Стационарные центро­ бежные тахометры типа ТС имеют погрешность ±1% , а ручные переносные измерители частоты вращения типа ИО-10 и ИО-11, характеризуются погрешностью ±2% [100].

238

Резонансные тахометры представляют собой пакет тонких сталь­ ных пластин, подобранных так, что у любых двух соседних пластин частоты собственных колебаний отличаются друг от друга на 0,5 или на 0,25 Гц. Один конец пластин заделан жестко в корпус тахо­ метра, второй конец свободен. При вращении крупных массивных роторов за счет малых эксцентриситетов возникают биения с часто­ той, кратной частоте вращения. Вибрации статоров, вызванные бие­ нием, воспринимаются одной или несколькими пластинами, кото­ рые резонируют на собственной частоте. Шкала прибора наносится у свободных концов пластин. Подобные приборы чрезвычайно просты, не требуют связи с вращающейся деталью, но обладают большой погрешностью (—5—8%), имеют низкую чувствительность и огра­ ниченный рабочий диапазон.

Фрикционные механические тахометры применяются при соз­ дании различных поверочных установок, используемых при регу­ лировке механических тахометров, их градуировке и поверке [100]. Свое название они получили в связи с использованием в конструк­ ции бесступенчатых фрикционных редукторов с непрерывно изме­ няемым передаточным отношением. С помощью таких редукторов осуществляется привод стрелки-указателя от двигателя с извест­ ной частотой вращения. Соосно со стрелкой-указателем располо­ жена стрелка, связанная трансмиссией с валом, частота вращения которого измеряется. Перестройкой передаточного отношения фрик­ ционного редуктора добиваются синхронного вращения обеих стре­ лок, т. е. совпадения неизвестной частоты вращения с редуцирован­ ной известной. Шкала в размерности п наносится непосредственно на элемент, управляющий положением фрикционного колеса.

Фрикционные гидравлические или пневматические тахометры основаны на использовании вязкого трения для передачи усилия от вращающейся детали к укрепленной на пружине поворачиваю­ щейся детали-указателю. Вращающаяся и поворачивающаяся части выполняются в виде плоских дисков, чашек, колец или концентрично расположенных цилиндров. Зависимость между величиной углового перемещения указателя и частотой вращения привода может быть линейной (при малых числах Re в зазоре) или квадратичной.

Напорные гидравлические или пневматические тахометры яв­ ляются наиболее точными неэлектрическими тахометрами. По кон­ струкции они представляют собой сильно упрощенный центробеж­ ный насос или центробежный компрессор, помещенный в замкну­ тую камеру с жидкостью или воздухом. При вращении насоса или компрессора от трансмиссии, связанной с валом, частота вращения которого измеряется, на периферии камеры создается напор, слу­ жащий измерительным сигналом.

Для измерения величины этого напора могут быть использо­ ваны различные устройства. Так, например, в гидравлическом жидкостном тахометре с приведенной погрешностью ±0,5% напор измеряется с помощью жидкостного манометра (вертикальной трубки), градуированного опытным путем. В пневматическом та­ хометре воздушный поток, создаваемый компрессором, выходит

239

из камеры через специальное отверстие и отклоняет легкую пово­ рачивающуюся пластинку, связанную со стрелкой и уравновешен­ ную спиральной пружиной. Такой тахометр [130] применяется для измерения частот вращения выше 400 1/мин и имеет погрешность при индивидуальной градуировке около ±3—5%.

Все напорные тахометры имеют нелинейную статическую харак­ теристику и чувствительны к изменению температуры рабочей жидкости. Неэлектрические тахометры непригодны для измерения быстропеременных скоростей вращения и поэтому все реже приме­ няются в исследовательской работе. Электрические методы изме­ рения скоростей вращения обеспечивают лучшие характеристики при меньшем отборе энергии от валов объектов и, кроме того, поз­ воляют осуществлять измерение и регистрацию дистанционно при помощи универсальной аппаратуры.

Частотой вращения — измеряемой величиной — легко модули­ руется практически любой параметр электрического тока. Наиболее широкое распространение получили тахометры с амплитудной и частотной модуляцией измерительного сигнала. Примерами электри­ ческих тахометров с амплитудной модуляцией могут служить тахогенераторы постоянного или переменного тока и магнитный тахо­ метр. Схема тахометров постоянного тока состоит из генератора постоянного тока, связанного с рабочим валом, и измерительного прибора (в большинстве случаев используется обычный вольт­ метр магнитоэлектрической системы). Электродвижущая сила гене­ ратора постоянного тока прямо пропорциональна частоте вращения, благодаря чему шкала прибора оказывается линейной.

Частота вращения электродвигателя постоянного тока с неза­ висимым или параллельным возбуждением может быть измерена без установки специальных тахометров, непосредственно по вели­ чине индуцированной в якоре э. д. с. Е. При работе двигателя на установившемся режиме частота вращения равна

Е

п ~~ kHW >

где ka — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции дви­ гателя; F — магнитный поток. При постоянном F измерение ча­ стоты п может осуществляться с помощью измерительного вольт­ метра, указывающего разность напряжений Uх — Н2. Напряжение Uх снимается с сопротивления, включенного параллельно с источ­ ником питания, a Uг снимается с сопротивления, включенного последовательно с якорем электродвигателя.

Напряжение генератора переменного тока измеряется с помощью выпрямительных, тепловых, ферродинамических, электромагнит­ ных и других приборов. Для выпрямления напряжения перемен­ ного тока приемного преобразователя тахометра в основном приме­ няются кремниевые диоды; выпрямители большей частью собираются по мостовой схеме. Если пренебречь реактивными элементами цепи

240

ванием его изменения за полупериод. В выпрямительных схемах применяются однофазные генераторы или же используется одна фаза трехфазного генератора.

Наибольшее распространение в тахометрах переменного тока получили ферродинамические приборы [64]. Магнитоэлектрические вольтметры не могут работать без выпрямителей, так как при изме­ нении направления тока в рамке направление магнитного потока остается постоянным, а направление действующего на рамку мо­ мента изменяется. При этом рамка не поворачивается в устойчивое положение, а только вибрирует. Для устранения вибрации необхо­ димы выпрямители и сглаживающие фильтры.

В приборах ферродинамической системы при изменении напра­ вления тока в рамке одновременно изменяется и направление ма­ гнитного поля, действующий на рамку момент остается переменным по величине, но сохраняет постоянное направление. Рамка повора­ чивается на определенный угол, пропорциональный измеряемому напряжению. В отличие от приборов магнитоэлектрической системы у ферродинамических приборов постоянный магнит заменен электро­ магнитом с обмоткой, питаемой напряжением приемного преобразо­ вателя—генератора. Полный магнитный поток, создаваемый об­ моткой возбуждения, равен

¥ о = 0,4я-7| ^

•*'М

где I — ток в обмотке возбуждения; wB — число витков этой об­ мотки; RM— полное магнитное сопротивление. Обычно на рамку воздействует также переменная составляющая момента, вызываю­ щая вибрацию рамки. При синусоидальном изменении тока в рамке с амплитудой 1т этот момент равен

вибрации рамки чаще всего применяют воздушные успокоители, выполненные в виде тонкой металлической пластинки, помещенной внутрь цилиндрической закрытой полости, или магнитные демпферы. При наличии демпфирования на рамку оказывает влияние только постоянная составляющая момента, равная

Эффективное значение тока в цепи прибора зависит не только от величины э. д. с. приемного преобразователя-генератора, но и от частоты этого напряжения:

\_VR2 В (ю£)2 ’