转速测量上课讲义.ppt

前言 控制系统中，常要对转速进行测量和控制，以改善其性能，提高其精度。 转速：被测旋转对象在单位时间内绕其旋转中心转过的角位移。 转速：用符号“n”表示 单位：r/s或r/min 转速测量 测量转速的方法按转速信号的最终表现形式可分为： 模拟型 计数型 同步型 按转速信号的获取方式： 离心式 电气式 光电式 闪频式 一、模拟型转速计 离心式转速表 离心式转速表主要由机心、变速器和指示器 三部分组成。 转轴上安装两个飞球架，一个是固定架，另一个是可沿转轴上下滑动的活动架。在两个飞球 架之间通过拉杆铰接一对质量相等的飞球。 当轴旋转时，飞球受离心作用向外散开，带动活动架克服弹簧反力向上滑动至平衡位置。转速越高，离心力越大，活动架滑动的位移量也越大。检测活动架的位移量就能换算出转速的大小。可以将指针式表盘 直接做成转速的刻度，即可将转速通过指针的偏转直接读出。 不能分辨转动的方向 测速发电机 原理是基于线圈在磁场中旋转产生的感应电动势与转速成正比。 由于直接产生电信号，将电压表按转速进行刻度即可现场读出转速值，也利于信号的远传。 交流测速发电机根据转子结构的不同，又分同步式测速发电机和异步式测速发电机两种 现以异步式测速发电机为例，介绍其工作原理。 发电机外定子嵌放着励磁绕组和输出绕组，两个绕组的轴线互相垂直。内外定子之间为转子，做成空心杯形。 其工作过程为：当转子静止时，励磁绕组接交流电源U1，输出绕组不产生感应电动势；当转子转动时，在输出绕组中感应的电动势U2 ，其频率和励磁电压的频率相同，与转速无关，而其幅值大小与杯形转子的转速成正比。 当转子反转，输出电压相位反转。因此这种测速发电机能够鉴别转向。 感应式转速计 感应式转速计基于磁电感应原理， 一种电涡流式模拟转速计的结构，传感器在被测转轴顶端安装一个永久磁铁，在磁铁的旋转磁场中设置一个金属盘(或金属罩），涡流盘中会感应出涡电流，该电流又感生磁场并与永久磁铁的旋转磁场相互作用，作用在涡流盘上的力矩使涡流盘及与盘相连的轴发生扭转。 通过测量扭转大小，可以测出转速。 二、数字型转速计 所谓数字型转速计，是指通过光电效应、各种磁电效应将转速变换成电脉冲信号，每旋转一周固定的发出一个或数个脉冲，经处理后被换算成转速。由于这种脉冲信号可以直 接被数字电路接收和处理，故称为数字型转速计。 数字型测速技术包含两个方面，即脉冲信号的发生和脉冲信号的测量。 磁电式转速计 与上面的磁感应式模拟转速计类似，磁电式转速计也利用电磁能量转换原理进行转速探测，不同之处在于传感器输出的频率是与转速成正比的脉冲信号。 一种即电涡流式数字转速计及其工作原理。在转轴上安装一个由高磁导 率材料制造的测速齿轮，在齿的外侧安放铁心线圈。亦可在轴上加工 一个键槽，在距轴表面d0处设置传感器。 对线圈施加交流激励，当 被测轴转动到槽口正对传感器时，传感器与输出轴的距离为d0+Δd。这一突变在线圈中产生电涡流，并使传感器线圈阻抗随Δd的变化而变化，这种变化将导致振荡回路的电压幅值和振荡频率发生变化。 因此，随着输入轴的旋转，从振荡器输出的载波信号中就叠加 了与转速成正比的脉冲信号。该信号经过进一步处理便可得到被测转速。 磁电式转速计 磁电效应的另一种表现形式是霍尔效应，即磁场中垂直于磁力线方向放置的导体通以电流时，在导体内与磁场方向和电流方向都垂直的方向会感生出电势差，称为霍尔电势差.利用霍尔元件和磁钢制成的霍尔式汽车数字转速计可以测试转速。 霍尔式传感器：霍尔传感器 非磁性材料的圆盘 磁钢 霍尔传感器 光电式转速计 原理：先利用发光管将轴的转动转化成光脉冲，再用光敏管将光脉冲变成电脉冲，产生的光脉冲频率与较速成正比。 光敏管可以用光敏二极管、光敏三极管或者光电池等等。 按光脉冲的发生可分为透射式转速计和反射式转速计之分。 光电式传感器：光栅传感器 投射式和反射式 刻线密度为 10-100线/毫米。 圆光栅——角位移 角度分辨率：0.01 光敏元件输出电流脉冲信号 主光栅 指示光栅 光栅副 光电式传感器：光栅传感器 长光栅——线位移 分辨率0.001~0.1μm