Pomiary w ruchu obrotowym
Pomiar i regulacja prędkości obrotowej jest jednym z ważniejszych zagadnień we wszystkich dziedzinach techniki. Nie można sobie obecnie wyobrazić maszyn i urządzeń bez pomiaru prędkości obrotowej. Do pomiarów wykorzystuje się przetworniki wielkości mechanicznych na sygnał elektryczny. Na drodze elektrycznej, prędkość może być mierzona bezpośrednio za pomocą przetwarzania na impulsy elektryczne o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej oraz za pomocą przyrządu pomiarowego.
Te dwa sposoby pomiaru prędkości obrotowej wskazują na obecność dwóch zasadniczych urządzeń do jej pomiaru. Te urządzenia to:
- prądnica tachometryczna,
- impulsator, zwany enkoderem.
Prądnica tachometryczna służy do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna małej mocy, służąca do przetwarzania prędkości obrotowej na proporcjonalny sygnał elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu). Podstawowym parametrem prądnicy tachometrycznej jest stała prądnicy, która określa wartość napięcia na 1000 obrotów.
Prądnice tachometryczne można podzielić na:
- prądnice prądu stałego
- prądnice prądu zmiennego.
Tachoprądnica prądu stałego charakteryzuje się dużym zakresem pomiarowym i umożliwia rozróżnienie pracy dwukierunkowej.
Tachoprądnice prądu zmiennego są natomiast wyposażane w prostownik, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemożliwia określenie kierunku obrotu maszyny.
Cyfrowy pomiar prędkości obrotowej może być wykonany na pomocą impulsatora zwanego enkoderem. Impulsator to urządzenie służące do przekształcania ruchu obrotowego na ciąg impulsów prostokątnych o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej. Podstawowe części impulsatora to: fotonadajnik, tarcza z otworami i fotoodbiornik. Maszyna, której prędkość obrotową chcemy mierzyć jest "na sztywno" połączona z tarczą. Częstotliwość z jaką pojawia się sygnał na fotoodbiorniku jest proporcjonalna do prędkości obrotowej maszyny. Takie rozwiązanie stosowane jest w impulsatorach jednokanałowych. Jeżeli wprowadzimy drugą tarczę to będzie ona pełnić funkcję drugiego kanału, który jest odpowiednio przesunięty i pozwala nam na określenie kierunku wirowania maszyny. Taki impulsator nazywamy dwukanałowym. Wprowadzenie trzeciej tarczy z jednym otworem pozwala na określenie punktu początkowego lub tzw. pulsu zerowego. Przetworniki z trzema tarczami są najczęściej używane i nazywamy je przetwornikami inkrementalnymi lub enkoderami inkrementalnymi.
Kolejnym zagadnieniem jest pomiar kąta obrotu. Można wykorzystać tutaj enkodery inkrementalne współpracujące z odpowiednimi licznikami impulsów. Ta metoda ma jedną wadę-nie pozwala na określenie położenia wirnika silnika zaraz po załączeniu. Tej wady nie mają enkodery absolutne. Enkodery absolutne posiadają znacznie więcej kanałów, które różnią się od siebie. Umożliwia to uzyskanie z kilku wyjść jednej liczby binarnej jednoznacznie określającej położenie kątowe przetwornika. Najczęściej stosowanym systemem do kodowania wartości kąta jest kod Graya.
Główne kryteria wyboru przetworników
1. Przetworniki impulsowe
Przy wyborze przetwornika impulsowego ważne jest, aby określić ilość wyjściowych kanałów sygnałowych. Dla określenia tego parametru rozstrzygającym kryterium jest funkcja przetwornika. Do podstawowych funkcji przetworników impulsowych należy:
- pomiar prędkości obrotowej wymaga 1 kanału
- pozycjonowanie położenia w trakcie obrotu wymaga 2 kanałów przesuniętych względem siebie o 90o
- pozycjonowanie położenia w zakresie obrotu o 360o oraz zliczania ilości pełnych obrotów wymaga 3 kanałów, z czego jeden kanał posiada impuls zerowy
Kolejnym parametrem jest rozdzielczość, która określa liczbę impulsów przypadającą na jeden obrót.
Maksymalna częstotliwość impulsów określa największą ilość impulsów przypadającą na jeden obrót. Ten parametr nie może być większy od wartości dopuszczalnej, która jest określona w danych technicznych.
Ponadto należy wyróżnić wyjścia sygnałowe i rodzaj napięcia zasilania.
Każdy przetwornik posiada dopuszczalną temperaturę otoczenia, w jakiej może pracować.
2. Przewodniki absolutne
Można wyróżnić dwa rodzaje przetworników absolutnych:
- z możliwością pomiaru absolutnej pozycji kątowej w zakresie 1 obrotu
- z możliwością pomiaru absolutnej pozycji kątowej w zakresie 1 obrotu oraz z możliwością pomiaru pewnej ilości całkowitych obrotów
Bardzo ważnym parametrem jest rozdzielczość, wyrażana w bitach.
Przy doborze przetwornika należy wziąć pod uwagę również rodzaj wyjść sygnałowych, napięcie zasilania oraz długość przewodów połączeniowych.
Należy zwrócić także uwagę na dopuszczalną temperaturę pracy.
Opisane powyżej przetworniki pomiaru prędkości i kąta różnią się od siebie wersjami obudów, stopniem ochrony, środowiskiem pracy, mają różny błąd pomiarowy i zakres temperatury pracy a także posiadają różne dodatkowe elementy mocujące.
Firma TERM posiada w swojej ofercie wszystkie rodzaje tachoprądnic i enkoderów, a nasi pracownicy pozwolą Państwu dobrać najbardziej optymalne rozwiązanie.
| 
