Импульсные преобразователи частоты вращения

Импульсные преобразователи формируют импульсы, частота которых пропорциональна частоте вращения вала. На судах нашли применение индукционные, трансформаторные и фотоэлектрические преобразователи частоты вращения.

Индукционные частотные преобразователи. На рис. 2.24 показан индукционный преобразователь, который имеет двухполюсную магнитную систему 1 с двумя обмотками и диск 2. На обмотку возбуждения w_в подается постоянное напряжение U, и она служит для создания постоянного магнитного потока. С измерительной обмотки снимается выходное напряжение U_вых. Магнитная система установлена рядом с диском из ферромагнитного материала, который закреплен на вращающемся валу. Между диском и полюсами имеется воздушный зазор. По периметру диска равномерно расположены зубцы. Высота каждого зубца равна расстоянию между полюсами. При вращении диска происходит изменение магнитного сопротивления, которое приводит к изменению магнитного потока, при этом в обмотке наводится ЭДС e = – w_иdФ/dt.

В общем случае кривая ЭДС имеет произвольную периодическую форму. Частота ЭДС преобразователя строго пропорциональна частоте вращения вала: f_п = nz/60, где п – частота вращения, об/мин; z – число зубцов диска. Поэтому точность измерения частоты вращения зависит только от точности измерения частоты ЭДС. Сам преобразователь не вносит погрешности в процесс измерения. Наряду с частотой ЭДС при изменении частоты вращения происходит изменение значения ЭДС. При малой частоте вращения ЭДС имеет небольшое значение, поэтому при измерении ее частоты возникают большие погрешности.

Часто в индукционных преобразова­телях в качестве источника постоянного магнитного потока вместо обмотки применяются постоянные магниты. Вместо зубчатого диска могут использоваться выступающие детали вращающихся частей машины или специальная накладка типа звездочки на вращающийся вал (рис. 2.25).

На судах индукционные преобразователи нашли применение для измерения частоты вращения дизелей и гребных валов. Недостатком индукционных преобразователей является нестабильная работа при малой частоте вращения.

Трансформаторные преобразователи. Трансформаторный преобразователь имеет зубчатый диск 2 из ферромагнитного материала и магнитопровод из Ш-образного трансформаторного железа 1 с тремя обмотками (рис. 2.26). Между диском и магнитопроводом имеется воздушный зазор. Обмотка возбуждения w_в, расположенная на среднем стержне, питается от сети переменного тока и служит для создания переменного магнитного потока. Обмотки w_и, расположенные на крайних стержнях, соединяются последовательно встречно и имеют одинаковое число витков. При вращении диска происходит периодическое изменение магнитных сопротивлений между средним и крайним стержнями. Если средний и правый стержни перекрыты зубцом диска, то магнитное сопротивление между ними будет значительно меньше магнитного сопротивления между средним и левым стержнями. При отсутствии перекрытия магнитные сопротивления между стержнями равны.

Магнитные потоки крайних стержней зависят от соотношения между магнитными сопротивлениями, вследствие чего при вращении диска будет происходить периодическое изменение магнитных потоков. При этом магнитный поток правого стержня периодически возрастает, а магнитный поток левого стержня периодически уменьшается. Изменение магнитных потоков приводит к изменению соответствующих ЭДС, наводимых в катушках крайних стержней. Выходное напря­жение преобразователя равно разности ЭДС правой обмотки и левой обмотки. Одновременное периодическое увеличение одной ЭДС и уменьшение другой приведет к амплитудной модуляции выходного напряжения. Несущая частота выходного напряжения равна частоте напряжения возбуждения, а частота модуляции (частота огибающей) представляет собой частоту преобразователя.

При амплитудной модуляции несущая частота должна быть в несколько раз больше частоты модуляции. Для трансформаторных преобразователей соотношение между частотами должно быть не менее 1:4. Таким образом, трансформаторные пре­образователи имеют предельное значение измеряемой частоты вращения, которое зависит от частоты возбуждения и числа зубцов диска.

В отличие от индукционных датчиков трансформаторные не имеют ограничения снизу по частоте вращения и могут использоваться даже как датчики металла (датчики приближения, конечные выключатели).

Фотоэлектрические преобразователи. Фотоэлектрические преобразователи (рис. 2.27) состоят из диска 3, источника светового потока 1 и фоточувствительного устройства 2.

Диск выполняется из непрозрачного материала. По окружности диска равномерно расположены цилиндрические отверстия или щели. При вращении диска происходит периодическое перекрытие светового луча. Сигнал фоточувствительного устройства преобразуется в прямоугольные импульсы напряжения, частота которых f_п = nz/60 (z – число отверстий или щелей) пропорциональна измеряемой частоте вращения п.

Фотоэлектрические преобразователи не имеют ограничений при измерении как малых, так и больших частот вращения. В качестве источников светового потока обычно применяются излучающие диоды, а в качестве фотоприемников – фотодиоды. Недостатком фотоэлектрических преобразователей является чувствительность оптического устройства к загрязнению масляными парами, пылью и копотью, что особенно актуально в условиях машинно-котельного помещения.