Лабораторна робота №1 вимірювання кутової швидкості контактними методами
Мета роботи:ознайомлення з пристроєм та принципом дії тахометрів, що працюють за контактним методом. Отримання практичних навичок проведення вимірювань кутової швидкості.
Інструменти та приладдя до роботи:
1. Лабораторний стенд
Загальні відомості про тахометри
Кутова швидкість та частота обертання вимірюються за допомогою приладів, які називаються тахометрами. За одиницю кутової швидкості прийнято радіан в секунду- (рад/с). Одиницею частоти обертання є секунда мінус першого ступеня (с-1).
За принципом дії первинного перетворювача тахометри поділяють на механічні, магнітні, електричні та стробоскопічні. Механічні тахометри мають лише механічні перетворювачі. До них відносяться відцентрові, фрикційні, вартові, гідравлічні, пневматичні. Відмінною рисою магнітних тахометрів і те, що з іншими перетворювачами вони мають магнітний індукційний перетворювач. Для електричних тахометрів характерна наявність вимірювального ланцюга електромеханічних перетворювачів. До цієї групи відносяться електромашинні та електроімпульсні тахометри. Дія стробоскопічних тахометрів ґрунтується на створенні за допомогою спеціальних перетворювачів стробоскопічного ефекту.
За способом застосуваннявсі тахометри класифікуються на стаціонарні та переносні. Стаціонарні, зазвичай, служать постійного вимірювання швидкості будь-якого об'єкта і з'єднуються з основним валом цього об'єкта у вигляді спеціального передавального пристрою. Переносні (ручні) тахометри приєднуються до контрольованого валу лише на час вимірювання швидкості обертання.
За методом вимірюваннярозрізняють тахометри, що працюють контактним ібезконтактними методами. До першої групи відносяться всі перераховані вище прилади, за винятком декількох різновидів електроімпульсних і стробоскопічних тахометрів, що працюють за безконтактним методом.
Відцентрові тахометри
Принципова схема відцентрового тахометра з грузиками представлена малюнку 1.1. У тахометрі є грузики 1, розташовані симетрично щодо осі тахометра 2. Тяги 3 шарнірно пов'язані з двома муфтами.
Одна (4) жорстко пов'язана з віссю тахометра, а друга (5) має можливість переміщатися по осі 2 у вертикальному напрямку. Між муфтами встановлена пружина 6, що прагне розтиснути і наблизити грузики до осі тахометра. При такій конструкції грузики разом із пружиною являють собою первинний перетворювач тахометра.
Вал тахометра приводиться у обертання від вхідного валика через 7 зубчасту передачу. При обертанні грузиків розвивається відцентрова сила Q, що діє у площині, перпендикулярній осі тахометра, і спрямована радіально. Ця сила може бути розкладена на складові Q1 і Q2-спрямовані вздовж тяг. Складова Qoc сили Q, спрямована вздовж осі обертання, переміщає рухливу муфту, поки не буде врівноважена пружною протидіє силою пружини.
Малюнок 1.1- Схема відцентрового тахометра
Таким чином, переміщення рухомої муфти є вихідним сигналом перетворювача, і рівняння діючих сил у рівноважному стані має вигляд:
де k - кількість вантажів; з - жорсткість пружини; у – деформація пружини.
Далі лінійне переміщення рухомої муфти за допомогою трибосекторного механізму 8 перетворюється на кутове переміщення стрілки 9. Волосок 10 служить для усунення мертвого ходупередавальний механізм.
Статична характеристика відцентрового тахометра може бути отримана з рівняння (1.1) в такий спосіб.
Складова відцентрової сили, спрямована вздовж осі тахометра:
де m - Маса одного грузика; р - відстань від осі обертання до центру зосередженої маси; ω- швидкість обертання осі тахометра.
Зважаючи на те, що
Вважатимемо, що з нерухомої осі тахометра відстань між муфтами дорівнює 2l, а за обертової — (2l— r0), де г0 — переміщення рухомий муфти (деформація пружини). Виходячи з геометричних співвідношень, можна записати:
Тоді вираз (1.4) набуває вигляду:
(1.5)
Якщо пружина мала попередню деформацію z1, її сумарне значення:
Підставляючи ці вирази (1.1), отримаємо рівняння характеристики чутливого елемента тахометра:
Цей вираз не можна призвести до традиційного виду характеристики перетворювача. Тому доводиться використовувати вираз характеристики виду:
Характеристики відцентрових тахометрів нелінійні. Тому в відцентрових тахометрах застосовують чутливі елементи з пригніченою початковою ділянкою шкали, що досягається за рахунок попереднього натягу пружини, що протидіє, відповідного вибору діапазону вимірювань і дозволяє вибрати робочу ділянку характеристики в її середній частині, найбільш близькій до лінійної. Насправді це забезпечується створенням багатодіапазонних приладів шляхом застосування на вході тахометрів коробок швидкостей. Наприклад, ручний відцентровий тахометр ІО-10 має вбудовану п'ятишвидкісну коробку передач з двома групами.діапазону вимірів: 25-100; 75-300; 250-1000; 750-3000; 2500 - 10000 об / хв. Аналогічного класу тахометр ІО-30 має вбудовану тришвидкісну коробку передач,
Відцентрові тахометри немає методичних похибок. Їм властиві лише інструментальні.
Поява інструментальних похибок зумовлена пружною гістерезисом і післядією пружини, що діє, впливом температури на її модуль пружності, похибок через тертя в кінематичних парах, а також неточностей виготовлення і складання.
Гідність відцентрових тахометрів - простота конструкції за порівняно високої точності вимірювання, а також незалежність показань від напрямку обертання. Недоліки пов'язані з нелінійністю характеристики та обмеженою дистанційністю вимірювання, яка визначається гранично допустимою довжиною гнучкого валика (2,5 м).
У різних конструкцій відцентрових тахометрів гранична основна похибка знаходиться в межах від ± 1 до ± 2 %.