2.3. Приборы и датчики угловой скорости вращения вала

§ 8.1. Назначение

Приборы, измеряющие угловую скорость вращения вала (та­хометры), и соответствующие датчики с электрическим выход­ным сигналом (тахогенераторы) применяются на летательных аппаратах для измерения скорости вращения вала турбины га­зотурбинного двигателя (до 20 000 об/мин), угловой скорости вращения коленчатого вала поршневых авиадвигателей (до 4000 об/мин) и т. п. Кроме того, тахогенераторы используются в качестве датчиков обратной связи в автопилотах и различных следящих системах, где они измеряют угловую скорость враще­ния исполнительных органов. Иногда вместо угловой скорости измеряется линейная скорость, например линейная скорость дви­жения штока гидравлического сервомеханизма.

§8.2. Методы измерения угловой скорости вращения вала

Рассмотрим следующие методы измерения угловой скорости вращения вала: центробежный, часовой, фрикционный, магнит­ный, индукционный, импульсный, стробоскопический и метод дифференцирования.

1. Центробежный метод [1]

Центробежный метод основан на зависимости центробежных сил от угловой скорости вращения инерционной массы.

Существуют две типовые схемы центробежных тахометров — тахометр конического типа и с кольцевым грузом.

В тахометре конического типа на вращающейся оси при по­мощи шарниров прикреплено несколько грузов (два, три или че­тыре), которые при наличии угловой скорости развивают центро­бежные силы и симметрично расходятся, перемещая вдоль оси муфту и сжимая пружину до тех пор, пока ее упругая сила не уравновесит центробежные силы (рис. 8.1, а).

Зависимость перемещения s муфты от угловой скорости вы­ражается формулой [1]

,

где n – число грузов,

m – масса одного груза,

с₁ – коэффициент линейной жесткости пружины,

z₀ – длина пружины в свободном состоянии,

r₀ и l – размеры, обозначенные на рис. 8.1.

Для малых перемещений можно пренебречь величиной s по сравнению с z₀ и тогда

.

Из выражения (8.2) следует, что центробежный тахометр обладает квадратичной характеристикой.

Схема центробежного тахометра с кольцевым грузом изобра­жена рис. 8.1, б. На оси, связанной с контролируемым валом, по­мещен кольцевой груз, имеющий дополнительную степень свобо­ды относительно поперечной оси, вращающейся вместе с основ­ной осью. Когда кольцевой груз расположен под некоторым углом, а к основной оси (см. рис. 8.1, б), возникающие при его вра­щении инерционные силы создают вращающий момент М_вр отно­сительно поперечной оси и стремятся повернуть кольцо так, что­бы его плоскость была перпендикулярна оси вращения. Враща­ющему моменту М_вр противодействует момент М_пр спиральной пружины; равновесие наступает при равенстве М_пр = М_вр, чему соответствует некоторый угол .

Зависимость угла от угловой скорости для тахометра с кольцевым грузом также является квадратичной.

В динамическом отношении чувствительный элемент тахомет­ра с кольцевым грузом, так же как и тахометра конического ти­па, в случае применения воздушного демпфера является колеба­тельным звеном 3-го порядка (см.стр. 54).