лекции (1233912), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Для измерения частот вращения до 600 мин^-1 могут быть применены датчики на основе вакуумных гермети­зированных контактов (герконов), показанных на рис. 14, в, или на основе бесконтактных путевых выклю­чателей типа БК.

Индукционные датчики обычно непосредственно сое­диняют с аналоговыми или электронно-счетными часто­томерами (рис. 14, г). По шкале или цифровому табло частотомеров производят отсчет частоты вращения.

Фотоэлектрические датчики соединяют с частотоме­рами через усиливающую и формирующую схему. При­мер такой схемы на основе операционного усилителя К284-УД18 показан на рис. 14, д. На выход схем вклю­чают частотомер.

Датчики частоты вращения на основе герконов или других контактных преобразователей соединяют с час­тотомером с помощью формирующей схемы (рис. 14, е). В эту схему, кроме резистивно-емкостной формирующей цепочки входит источник тока и диод, пропускающий на вход частотомера однополярные импульсы. Применение формирующей схемы исключает погрешности, связан­ные с так называемым «дребезгом» контактов.

При диагностировании строительных машин для из­мерения частот вращения довольно широко применяют тахогенераторы постоянного и переменного тока, а так­же магнитоиндукционные тахогенераторы.

Для измерения частот вращения без механической связи с объектом диагностирования используют стробо­скопические датчики, входящие в состав строботахометров. Основой стробоскопического датчика является га­зосветная лампа, частотой вспышек которой управляет напряжение отградуированного генератора с регулиру­емой в широких пределах частотой. Свет от лампы при измерениях частоты вращения направляют на объект диагностирования и регулируют частоту вспышек. При частоте вспышек синхронной с частотой вращения объек­та диагностирования изображение последнего кажется неподвижным. В это время производят отсчет по шкале ге­нератора в герцах или оборотах в минуту. При этом нужно знать порядок частоты вращения, так как изобра­жение кажется неподвижным и при кратных измеряемой частотах вращения.

Стробоскопические датчики применяют также для оп­ределения углов установки зажигания карбюраторных ДВС и углов опережения впрыска в дизелях. В этих слу­чаях запуск лампы осуществляют не от генератора, а электрическими импульсами от системы зажигания или от датчика давления впрыска.

Стробоскопические датчики обеспечивают высокую точность измерения частот вращения и не требуют меха­нической связи с объектом диагностирования. По ряду причин эти датчики не удобны в эксплуатации, в част­ности при работе с ними мешает дневной свет. Довольно широкое применение их в настоящее время объясняется главным образом недостаточной контролепригодностью машин, т. е. сложностью, а иногда и практической не­возможностью, без существенной разборки объекта, ме­ханического соединения датчиков с валами, а также от­сутствием на сборочных единицах машин встроенных датчиков.

3.3 Датчики ускорений (акселерометры).

Все акселеро­метры, применяемые для диагностирования, основаны на инерционном принципе измерения ускорений, т. е. они содержат инерционную массу, которая с силой F=ma (где т — масса; а — измеряемое ускорение) воздейству­ет на чувствительный элемент. Сигнал на выходе аксе­лерометра пропорционален ускорению инерционной мас­сы. Наибольшее применение, особенно для реализации виброакустических методов диагностирования, находят пьезоэлектрические акселерометры, которые в соответст­вии с видом деформации пьезоэлемента делят на рабо­тающие на растяжение-сжатие, сдвиг и изгиб.

Акселерометры с чувствительными элементами, вос­принимающими деформации изгиба под действием изме­ряемого ускорения характеризуются малой вибрацион­ной и ударной прочностью, поэтому в условиях эксплуа­тации машин их применяют редко.

На рис. 15, а, б, в показаны конструкции пьезоэлек­трических акселерометров, в которых использован пьезоэффект, возникающий при деформациях сжатия-растя­жения и деформации сдвига пьезоэлемента.

Рисунок 15 - Акселерометры:

а — с пьезоэлементом, работающим на растяжение-сжатие; б, в — с пьезоэлементом, работающим на сдвиг; г — тензорезисторный;

д — схема усилителя напряжения для пьезоэлектрических акселерометров; е — схема усилителя; заряда для пьезоэлектрических акселерометров; 1 — дисковая пружина; 2— инерционная масса; 3 — пьезоэлемент; 4 — корпус; 5 — вывод измерительного кабеля; 6 —призматический стержень; 7 — стягивающее кольцо; 8 — безоснов­ные подвесные тензорезисторы; 9 — опорные штифты;

10 — регулировочный винт; 11 — плоские пружины; 12 — операционные усилители.

В акселерометре, показанном на рис. 15, а, инерци­онная масса прижата к пьезоэлементам дисковой пружи­ной, натянутой центральным стержнем. Такой акселеро­метр отличается достаточно высокой чувствительнос­тью, но вместе с тем реагирует на деформации основа­ния корпуса и акустические шумы, что связано с воз­можностью появления заметных дополнительных пог­решностей.

Пьезоэлемент акселерометра, показанного на рис. 15, б, воспринимает деформации сдвига, что при малых га­баритах датчика обеспечивает высокую резонансную частоту и чувствительность датчика. Этот тип акселеро­метра очень слабо реагирует на изменения внешних ус­ловий.

Другой вариант конструкции акселерометра с пьезоэлементами, воспринимающими деформации сдвига, по­казан на рис. 15, в. Здесь три пьезоэлемента расположе­ны по граням центральной стойки, имеющей треуголь­ное сечение. Инерционные массы сегментного сечения установлены между пьезоэлементами и стягивающим кольцом.

Стягивающее кольцо создает большие радиальные силы прижатия инерционных масс к пьезоэлементам, благодаря чему пьезоэлементы закреплены без клеевых соединений, что обеспечивает высокую линейность, ста­бильность характеристик и незначительную их зависи­мость от температуры.

Для измерения низкочастотных ускорений относи­тельно малых величин при диагностировании тормозов грузовых лебедок башенных кранов или транспортных тормозов самоходных машин по величине замедления применяют низкочастотные тензорезисторные акселеро­метры. На рис. 15, г, показан акселерометр МП-02, в котором для измерения перемещения инерционной массы применены безосновные подвесные тензорезисторы. Тон­кая тензочувствительная проволока (~30 мкм) в местах контакта с опорными штифтами вызывает значительные контактные давления. Для исключения гистерезиса и снижения чувствительности во времени эти штифты вы­полняют из рубина. Начальное натяжение решеток тензорезисторов осуществляют при помощи регулировочно­го винта, который позволяет в небольших пределах раз­жимать боковые стенки корпуса. Чувствительный эле­мент акселерометра размещен в герметизированном кор­пусе, залитом для демпфирования поликсилоксановой жидкостью.

Для пьезоэлектрических акселерометров применяют специальные усилители. Усилитель напряжения (рис. 15, д) отличает высокое входное сопротивление и широкий частотный диапазон (от долей герца до 100 кГц). Недостатком усилителя напряжения явля­ется сильная зависимость чувствительности измерительного тракта от емкости кабеля, соединяющего вход уси­лителя с датчиком, поэтому усилитель напряжения при­ходится устанавливать в непосредственной близости от датчика, что не всегда возможно. Этого недостатка ли­шены усилители заряда (рис. 15, е), которые чувстви­тельны не к напряжению, а к величине заряда на пьезоэлементе датчика. В связи с этим емкость кабеля незначительно влияет на чувствительность измерительного тракта.

Усилитель заряда является усилителем с большим коэффициентом усиления. Стабильность коэффициента усиления по заряду здесь определяется стабильностью емкостей С1 и С2, включенных в цепь отрицательной об­ратной связи.

Для измерений с тензорезисторными акселерометра­ми применяют схемы, подобные показанной на рис. 10, б.

3.4 Датчики крутящего момента

Датчики крутящего момента силы разработаны для статических и динамических измерений крутящего момента, контроля частоты скорости вращения и угла поворота. Датчики крутящего момента сконструированы для измерений малых, средних и больших моментов и могут использоваться в различных испытательных стендах агрегатов и машин для целей контроля и регулирования. Датчики крутящего момента могут применяться в различных отраслях промышленности
В принципе, измерение крутящего момента – это простой механический процесс. В широком смысле он подразумевает измерение "силы", затраченной для вращения (попытки вращения) чего-либо. Когда сила или "крутящий момент" приложены к валу, вал скручивается (незначительно). Такое скручивание приводит к «растяжению» материала вала в направлении 45 градусов от оси вала, между точками, которые отдаляются друг от друга при скручивании. Материал вала также подвергается «сжатию» в противоположном направлении на 45 градусов.
Существуют устройства, которые используют деформацию вала и изменение его характеристик для расчета крутящего момента. Это измерение производится тензометрическими датчиками, установленными на валу и определяющими деформацию вала, вызванную крутящим моментом или ‘силой’. Существует несколько способов измерения скручивания вала. Использование тензометрических датчиков признано одним из самых надежных методов, если Вы обладаете необходимыми знаниями и навыками для работы с такими датчиками.

Датчики крутящего момента (ДКМ) используются для преобразования моментов, действующих на рабочих валах машин, в электрические сигналы.
Тензометрический датчик – это небольшой электрический ‘элемент’ нанесенный на токонепроводящий слой. Структура элемента выстроена таким образом, что когда датчик растягивается (или сжимается) в одном направлении (вдоль рабочей оси датчика), сопротивление элемента увеличивается (или уменьшается) в соответствии с растяжением. Растяжение, перпендикулярное оси тензометрического датчика не имеет большого влияния на сопротивление элемента. Датчик прикрепляется к валу таким образом, чтобы его ось совпадала с направлением растяжения материала при воздействии крутящего момента. В результате тензометрический датчик тоже растягивается, вызывая повышение сопротивления элемента.

Чувствительным элементом тензометрических датчиков момента является упругий (торсионный) вал, который вводится в разрыв силовой цепи рабочего вала (рис. 16). Упругий вал под действием приложенного к нему момента закручивается. Возникающие при этом деформации воспринимаются тензорезисторами моста ТМ, приклеенными к измерительному валу под углом 45° к его продольной оси.

Рисунок 16 - Тензометрический ДКМ с контактной передачей сигналов: 1, 4 – ведомый и ведущий рабочие валы; 2 – торсионный вал (упругий элемент); 3 – контактное кольцо со щеткой; М1, М2 – соединительные муфты; ТМ – тензометрический мост; М – крутящий момент

Сужение торсионного вала способствует измерению малых крутящих моментов с высокой точностью, так как при этом достигаются достаточные деформации (повышается чувствительность датчика).

Если в силовую кинематическую цепь нельзя ввести торсионный вал, то тензорезисторы наклеивают прямо на рабочий вал и используют бесконтактную передачу сигналов, применяя индуктивную связь для передачи питания и емкостную связь для съема сигнала измерения. Такой датчик является сложным и не обеспечивает высокой точности измерения.

Области применения датчиков крутящего момента сегодня:

1. Системы управления и регулирования (Момент затяжки болтовых соединений)

2. Выравнивание, балансирование (Предварительная нагрузка подшипников, предварительное натяжение пружин, зазор)

3. Винтовая техника (Момента затяжки, момент расслабления)

4. Проверка функционирования (Момент вращения кривошипа, генераторы,
   компрессоры, насосы, вентиляторы, транспортировочная лента, электродвигатели)

5. Стенды для долгосрочных испытаний (Автомобиль, двигатели внутреннего сгорания)

3.5 Датчики сил (силоизмерители).

Характеристики

Список файлов ВКР