Датчики скорости: тахогенераторы Общие сведения

Рис.8. К вопросу о принципе действия асинхронного тахогенератора постоянного тока.

Тахогенераторами (ТГ) называются электрические машины небольшой мощности, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал или тахогенератором называется информационная электрическая машина, предназначенная для выработки электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения ротора. Тахогенераторы могут быть постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока представляют собой маломощные генераторы постоянного тока с независимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магнитов. Выходное напряжение тахогенератора пропорционально частоте вращения ротора

Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в линейности выходной характеристики - пропорциональной зависимости между выходным напряжением U и угловой скоростью вращения n:

, (1)

где: k, k’ - коэффициенты пропорциональности; φ - угол поворота.

Из уравнения (1) видно, что тахогенераторы можно использовать для измерения скорости вращения и для электромеханического дифференцирования, если за входной сигнал принять угол поворота ротора.

Асинхронный тахогенератор по конструктивному исполнению подобен асинхронному двигателю с полым немагнитным ротором. Он состоит из статора и неподвижного сердечника ротора, между которыми, в воздушном зазоре вращается тонкий полый немагнитный цилиндр. Принципиальная схема асинхронного тахогенератора показана на рис.9.

Рис.9

На статоре генератора размещены две обмотки, пространственно смещенные относительно друг друга на 90^o. Одна из них, обмотка возбуждения B, подключена к источнику синусоидального напряжения, другая обмотка, являющаяся генератором Г, включается на измерительный прибор или на измерительную схему. Обмотка возбуждения создает пульсирующий магнитный поток Ф_в.

При неподвижном роторе ЭДС в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока Ф_в перпендикулярен оси этой обмотки.

При вращении цилиндра пульсирующий магнитный поток индуктирует в нем ЭДС вращения. Под действием ЭДС в цилиндре появляются токи, направления которых указаны на рис.9. Токи создают по оси генераторной обмотки пульсирующий поперечный поток Ф_п. Этот поток индуктирует в генераторной обмотке ЭДС, пропорциональную частоте вращения цилиндра.

Асинхронные тахогенераторы, как и тахогенераторы постоянного тока, используются для измерения скорости вращения валов, а также для вырабатывания ускоряющих или замедляющих сигналов в автоматических устройствах.

Тахогенераторы постоянного тока

Рис.10. Тахогенератор постоянного тока

Тахогенераторы постоянного тока по конструкции и принципу действия представляют собой электрическую машину постоянного тока всегда с независимым возбуждением, чаше всего от постоянных магнитов (рис.10).

Если учесть падение напряжения в щеточном контакте ΔU_щ, уменьшение магнитного потока возбуждения Ф_о из-за размагничивающего действия поперечной реакции якоря на величину ΔФ, уравнение напряжение тахогенератора будет

(2)

где: I_a – ток якоря; r_ам- сопротивление обмотки якоря. Поскольку I_а = U/R_н, а ΔФ можно принять равным k_ряI_а, уравнение (2) принимает вид

Рис.11. Выходные характеристики тахогенератора постоянного тока

Здесь: R_н - сопротивление нагрузки; k_ря - коэффициент пропорциональности между током якоря и потоком реакции якоря.

Решая последнее уравнение относительно U, окончательно получим

(3)

На рис.11 по уравнению (3) построены выходные характеристики тахогенератора постоянного тока. Их анализ позволяет сделать следующие выводы:

1)характеристики начинаются не из нуля - появляется зона нечувствительности, в пределах которой выходное напряжение равно нулю;

2)характеристики нелинейные с различной крутизной: чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше крутизна.

Приложение:

Датчик - это первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП), датчики относятся к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно-измерительной информации.

Промышленные датчики являются одними из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, а также в системах регулирования и управления.

По физическому принципу работы датчики подразделяются на бесконтактные - индуктивные, емкостные, магнитные, оптические (фотоэлектрические), ультразвуковые, и на контактные, основными из которых являются энкодеры – устройства преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов определенного формата.

По типу выхода датчики подразделяются на дискретные (выключатели), аналоговые и цифровые.

К разряду выключателей с дискретным выходом относятся устройства, которые имеют только два коммутационных состояния – открыт или закрыт.

«Электронщик» является дистрибьютором ведущих российских и зарубежых производителей датчиков.

Аналоговые и цифровые датчики имеют зависимость выходной величины от расстояния до объекта. В качестве выходной величины у аналогового выхода в основном используется ток 4 – 20 мА, а также напряжение 0 – 5 Вольт (напряжение 0 – 10 Вольт и ток 0 – 20 мА считаются устаревшими). У цифровых датчиков сигнал на выходе кодируется в последовательность импульсов определенного формата, например RS 232, RS 422/485, HyperFace, ProfyBus и т.д.

Основную долю продукции обоих производителей составляют выключатели, поэтому с целью правильного и однозначного толкования рассмотрим их функции выхода, одинаковые для всех типов независимо от физического принципа работы.

У всех бесконтактных выключателей есть исходное состояние, т.е. когда объект отсутствует в зоне чувствительности датчика. Данное состояние определяет функциональный тип выключателя, который может встречаться в следующих вариациях:

• нормально открытый (NO), замыкающий, нормально разомкнутый

• нормально закрытый (NC), размыкающий, нормально замкнутый

• переключающий (NO and NC, Q and Q', complementary, antivalent)

• инвертируемый (NO or NC, Q or Q', reversible, invertable). В отличии от переключающего типа, где физически 2 контакта, в данном случае физически 1 контакт, который может использоваться в режиме или замыкающего или размыкающего

• NANUR, специальный выход для взрывоопасных зон. Физически представляет собой токовый выход с верхним и нижним уровнем сигнала, который обрабатывается специальным блоком иcкрозащиты, который также выполняет функции питания/преобразования. Смысл данного выхода в недопущении образования искры в опасной зоне при обрыве соединительного провода датчика.

Необходимо отметить, что у производителя SICK термины NO и NC относятся к индуктивным, емкостным и магнитным типам датчиков, а Q и Q относятся к оптическим и ультразвуковым датчикам. Причем существуют различные вариации в зависимости от типа фотоэлектрического датчика (барьерный, рефлекторный, диффузный), которые будут рассмотрены далее.

Помимо выключателей с дискретным выходом оба производителя выпускают датчики с аналоговым выходом. В настоящее время наибольшее распространение получил токовый выход 4-20 мА. В отличии от выхода 0-10 В он является в значительной степени более помехоустойчивым и не зависит от падения напряжения (т.е. от длины соединительного кабеля). Однако, токовый выход более сложен в последующей обработке. Поэтому для перевода его в напряжение 2-10 В можно подключить в цепь выхода подстроечный резистор 500 Ом, а выход резистора замкнуть на массу. Напряжение 2-10 В снимается с зажимов резистора. (для получения напряжение 0-10 В необходимо, чтобы токовый выход был 0-20 мА, однако он тоже сейчас устарел).

Цифровым выходом оснащаются высокотехнологичные датчики расстояния, измерители угловых перемещений (энкодеры), лазерные сканеры, системы промышленного зрения и т.п., которые преобразуют соответствующую изменяющуюся физическую величину в последовательность импульсов определенного формата. Цифровой выход полезен для производственных линий высокой степени автоматизации и интеграции. Подобные изделия выпускаются только немецким производителем SICK.

http://www.electronshik.ru/class/promishlennie-datchiki-1601

Реечный датчик линейных перемещений типа Б2Р состоит из набора точно изготовленных мелкомодульных реек (m = 0,796), закрепленных на одной из частей контролируемой системы, например на поперечине, на стойке или на ползуне суппорта карусельного станка. Длина реек в наборе соответствует величине контролируемого перемещения. Точность взаимного расположения реек по длине проверяют специальными измерительными устройствами. Непараллельность реек ходу подвижного узла должна лежать в пределах 0,015 мм. При перемещении узла станка по рейкам катится прижимаемая к ним с постоянным усилием шестерня с числом зубьев z=16. Она установлена на входе многоступенчатого устройства автоматического контроля перемещений, состоящего из набора трехфазных сельсинов типа БС-155А. Сельсины соединены между собой последовательно расположенными беззазорными зубчатыми передачами, каждая из которых имеет передаточное отношение 1:10.

Каждый сельсин датчика отсчитывает за один оборот 2, 20, 200, 2000 и 20 000 мм линейного перемещения узла. Снимаемые с сельсинов датчика сигналы, соответствующие 1/200 оборота каждого сельсина, подаются в электронно-счетное устройство и указываются по декадам на табло цифровой индикации как величины пройденного перемещающимся узлом пути в сотых или десятых долях миллиметра или в единицах, десятках, сотнях и тысячах миллиметров.

Погрешность отсчета перемещений для реечных датчиков токарно-карусельных станков лежит в пределах 0,016-0,018 мм на длине пути 500 мм. Для повышения точности отсчетов датчик должен быть прогрет перед началом работы в течение 30 мин. Если этого не сделать, то за счет тепловых деформаций погрешность отсчета возрастет на 0,004-0,005 мм.

26

Датчики автоматизированных электроприводов