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

пользуются системы, основанные на принципах магнитной записи [144]. Индукционный преобразователь этого типа состоит из ма­ гнитного барабана с заранее нанесенной на нем записью, связан­ ного с валом объекта, и считывающей магнитной головки. Магнит­ ная запись в зависимости от зазора между барабаном и головкой позволяет разместить на каждом сантиметре поверхности барабана 50—250 импульсов, при наивысшей частоте считывания 100—200 кГц (соответствующей частоте вращения барабана 50— 100 1/с), т. е. за­ меняет собой вал с 5—25 вращающимися возбудителями сигнала на каждом миллиметре. Кроме магнитных барабанов используются кольца ферромагнитных лент или проволок с фонограммой образ­ цовой частоты, которые несложно связать механически с валом объекта. К недостаткам преобразователей этого типа относятся трудности, вызванные необходимостью выдерживать малый зазор между барабаном и считывающей головкой (до 30—50 мкм).

Светолучевые первичные преобразователи тахометров, выпол­ няются в двух принципиальных вариантах: фотоэлектрических моду­ ляторных систем или стробоскопических тахометров. Действие фотоэлектрических преобразователей основано на модуляции осве­ щенности рабочей поверхности фотоэлектрического элемента (фото­ диода, фотоумножителя или фоторезистора) дискретными возбуди­ телями сигнала, жестко связанными с валом объекта. В качестве возбудителей могут использоваться отверстия в специальном дискемодуляторе, отверстия в рабочем валу, заслонки, зеркала или све­ тоотражающие метки, нанесенные на вал. Фотосопротивление под­ ключается последовательно с сопротивлением нагрузки RH и источ­ ником постоянной э. д. с. Е. Если фотосопротивление не освещено, то по нему течет «темновой» ток

/= — Е—

тRt+ R h 1

где R T— темновое сопротивление фоторезистора. Когда фотоэле­ мент освещен, то по нему течет «световой» ток

сRc -f- R h

Так как проводимость фоторезистора при облучении его све­ товым потоком растет, то Rc < i?T, а уровень рабочего сигнала определяется разностью

A]) /с ^ Т '

Частота сигнала зависит от скорости вращения модулятора света и числа возбудителей, расположенных на модуляторе. Основ­ ными достоинствами фотоэлектрических преобразователей являются простота конструкций, отсутствие тормозящих моментов на валу объекта, независимость амплитуды сигнала от скорости вращения и возможность использования универсальных блоков в составе измерительной цепи тахометра.

249

При стробоскопическом методе измерения скоростей вращения используется способность глаза наблюдателя удерживать в течение некоторого времени зрительное впечатление от предмета, уже скрыв­ шегося из поля зрения. Известны два типа стробоскопических тахо­ метров; стробоскопы с механическим затвором и стробоскопы со световой вспышкой. В первых наблюдение за вращающимся валом или диском с отметками осуществляется через узкое отверстие в неподвижном экране; между этим экраном и валом объекта поме­ щен диск с несколькими отверстиями, который приводится во вра­ щение небольшим двигателем с плавно регулируемой скоростью. Наблюдатель может видеть испытуемый вал лишь в те мгновения,

качество видимости, очевидно, зависит от освещенности объекта. Поэтому лучшие результаты получаются в стробоскопах при исполь­ зовании мощных газоразрядных ламп.

Иногда для измерения скоростей вращения используются индук­ тивные или емкостные первичные преобразователи, не имеющие особых преимуществ перед индукционными или фотоэлектричес­ кими устройствами. Применение их обычно связано с наличием свободных каналов в используемой универсальной многоканальной аппаратуре. Действие индуктивных преобразователей основано на зависимости .индуктивности обмотки от сопротивления магнитной цепи.

Схема индуктивного тахометрического преобразователя и его включение показаны на рис. 76. Магнитопроводный элемент, жестко связанный с валом объекта, вращаясь, периодически изменяет со­ противление магнитной цепи, в результате чего индуктивность из­ меняется в пределах

где w — число витков обмотки; R umax и # мт1п — максимальное и минимальное сопротивления магнитной цепи. При изменении ин­

250

дуктивности меняется величина тока в цепи генератора несущей частоты П, питающего обмотку преобразователя. Полученный мо­ дулированный по амплитуде высокочастотный сигнал имеет постоян­ ную глубину модуляции. После демодуляции выделяется огибаю­ щая сигнала с постоянной амплитудой и переменной частотой, зависящей от скорости вращения.

При увеличении разности R umax— £?Mmln возрастает сигнал преобразователя и одновременно увеличивается степень торможе­ ния вала. Тормозящий момент, обусловленный активными поте­ рями на вихревые токи и перемагничивание ферромагнитных масс, у индуктивных преобразователей больше, чем у индукционных. Это объясняется тем, что частота магнитного поля Q, определяющая потери, много больше частоты вращения вала объекта. Вследствие эффекта экранирования не вся масса ферромагнитного материала одинаково участвует в образовании активных потерь; главное'зна­ чение имеет объем металла, магнитное поле в котором не ослаблено размагничивающим действием вихревых токов. Поэтому при по­ пытке уменьшить потери на вихревые токи увеличением электри­ ческого сопротивления контуров потери на гистерезис увеличиваются. Основным способом уменьшения суммарных активных потерь яв­ ляется применение вращающегося магнитопровода из прессованных порошкообразных магнитомягких материалов, например ферритов.

В емкостных преобразователях скорости вращения исполь­ зуется связь положения вала с изменением диэлектрической прони­ цаемости е или геометрической проводимости Лг [см. (IIV. 12)]. Проще всего для целей тахометрии использовать конденсаторы с воз­ душным диэлектриком, в которых обкладки перемещаются при сохранении постоянным расстояния между ними. Емкостный пре­ образователь такого типа может служить реактивным элементом ламповой схемы, состоящей из первичного преобразователя (кон­ денсатора), генератора высокой частоты, детектора и усилителя низ­ кой частоты. Емкостный преобразователь включается таким обра­ зом, что всякий раз, когда его емкость возрастает, она шунтирует цепь обратной связи генератора, уменьшая тем самым его выходное напряжение. Затем несущая частота детектируется, а переменная составляющая, вызванная изменениями амплитуды сигнала, уси­ ливается и подается на электронный счетчик. Так как напряжение генератора высокой частоты здесь используется лишь в качестве несущей частоты, то контур генератора не требует настройки. Кроме ламповых или полупроводниковых схем в емкостных тахометрах могут быть использованы трансформаторные или мостовые схемы.

В [130] описаны принципы построения первичных преобразо­ вателей тахометров с использованием радиоактивных препаратов

иультразвукового излучения. При измерении скоростей вращения

втруднодоступных местах, где требуются наименьшие габариты неподвижного элемента бесконтактного преобразователя, с успехом могут быть использованы малогабаритные элементы Холла.

Тахометрические преобразователи такого типа выполняются с вра­ щающимся магнитом, встроенным в вал объекта (рис. 77). Через

251

Элемент протекает постоянный или переменный ток. При вращений магнита вследствие возникновения силы Лоренца в элементе Холла появляется разность потенциалов в направлении, перпендикуляр­ ном электрическому и магнитным полям, в результате чего возни­

ного источника питания и сравни­ тельно высокая чувствительность параметров к изменению темпера­ туры. При длительном нагреве элемента выше 50—60° С он может выйти из строя.

Выше указывалось, что частота электрического сигнала может измеряться с помощью конденсаторного частотомера или мостовых схем. В последние годы для этих целей все шире стал использоваться счетный метод. Этот метод осно­

числа импульсов сигнала образцового генератора за время, равное или кратное периоду измеряемого сигнала. Общая для обоих вариан­ тов блок-схема частотомера приведена на рис. 78.

В первом случае напряжение генератора образцовой частоты подается на вход / устройства, формирующего прямоугольные импульсы, с помощью которых путем деления частоты обеспечивается требуемое время измерения imM. Напряжение измеряемой частоты подается на вход II и далее на схему совпадения, которая в течение времени /изм пропускает на счетчик импульсы измеряемой частоты,

252