ХАРАКТЕРИОГРАФ Российский патент 2012 года по МПК G01P3/44 

Изобретение относится к измерительной технике, используемой при испытаниях двигателей.

Известен характериограф [1], использующий частотный таходатчик, дифференцирующее устройство, усилители и фильтры. Для повышения точности измерений у таких таходатчиков диск-модулятор закрепляют непосредственно на валу испытуемого двигателя.

Недостатком такого характериографа являются: сложность конструкции таходатчика, у которого из-за относительно малого числа зубцов диска-модулятора приходится применять встречно вращающийся модулятор или бегущую световую волну, а также необходимость полученный частотный сигнал сначала преобразовывать в сигнал, пропорциональный угловой скорости, затем его фильтровать, дифференцировать. При этом возникают погрешности, обусловленные неточным изготовлением диска-модулятора (изменяется шаг зубцового деления), а также при дифференцировании частотного сигнала незначительные пульсации угловой скорости приводят к существенным пульсациям углового ускорения, что приводит иногда к ошибочным результатам.

С другой стороны, известно применение асинхронного тахогенератора в качестве датчика углового ускорения [2]. Однако необходимость сочленять тахогенератор с испытуемым двигателем с помощью различных муфт приводит к пульсации углового ускорения с частотой вращения испытуемого двигателя (устранить несоосность тахогенератора и испытуемого двигателя практически невозможно). Так как пуск и реверс двигателей малой мощности проходит за время, равное одному-двум оборотам вала двигателя, то возникающие пульсации углового ускорения искажают характер переходного процесса, делая его порой просто недостоверным. Кроме того, выходное напряжение тахогенератора содержит высшие гармоники, обусловленные зубчатостью статора.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений.

Предлагается характериограф, содержащий датчик ускорения, интегратор, устройство питания, усилитель и согласующее устройство, отличающийся тем, что датчик углового ускорения выполнен в виде двух расположенных с зазорами магнитно не связанных магнитопроводов, перемещаемых по высоте на штативе так, что в эти зазоры входил закрепляемый на валу испытуемого двигателя немагнитный токопроводящий диск, при этом обмотка, расположенная на одном магнитопроводе, подключена под постоянное напряжение, обмотка на другом магнитопроводе формирует напряжение, пропорциональное угловому ускорению испытуемого двигателя, после усиления этого напряжения на выходе устройства формируется сигнал, пропорциональный угловому ускорению, а после интегрирования и усиления - сигнал, пропорциональный угловой скорости испытуемого двигателя, согласующее устройство обеспечивает передачу этих напряжений на компьютер.

Полученные сигналы могут быть представлены на компьютере в виде зависимостей угловой скорости от времени ω(t) и углового ускорения от времени ε(t), которое после умножения на момент инерции ротора испытуемого двигателя может быть преобразовано в динамическую механическую характеристику М(n) - зависимость электромагнитного момента от частоты вращения двигателя во время переходного режима.

На фиг.1 представлен общий вид, а на фиг.2 - вид сверху характериографа.

На валу испытуемого двигателя 1 закреплен немагнитный токопроводящий диск 2. На штативе 3 могут перемещаться конструктивно объединенные два магнитопровода 4 с обмотками 5. Одна обмотка подключена под постоянное напряжение, формируемое в электронном блоке 6; с другой обмотки снимается напряжение, пропорциональное угловому ускорению ε ротора двигателя. Это напряжение U_ε в электронном блоке 6 с помощью интегратора преобразуется в напряжение U_ω, пропорциональное угловой скорости. После усиления оба напряжения через согласующее устройство выводятся на разъем, который может быть подключен к компьютеру. С помощью программы обработки результаты испытаний могут быть выведены на экран компьютера в виде зависимостей ε(t), ω(t), М(n). Эти же графики могут быть распечатаны на принтере.

Работает датчик углового ускорения следующим образом.

При прохождении постоянного тока по обмотке 5 создается постоянное магнитное поле в первом магнитопроводе 4. В зазоре этого магнитопровода вращается диск 2, и в нем наводятся вихревые токи, которые замыкаются за пределами первого магнитопровода и частично заходят в зону воздушного зазора второго магнитопровода. При изменении скорости вращения диска 2 вихревые токи в нем изменяются во времени, и это изменение токов приводит к изменению магнитного потока во втором магнитопроводе и возникновению в обмотке, расположенной на втором магнитопроводе, ЭДС, пропорциональной угловому ускорению. Эта ЭДС не содержит высших гармоник, как асинхронный тахогенератор, т.к. нет зубчатого статора. В ней нет пульсаций, пропорциональных частот вращения ротора, т.к. нет несоосности (диск закреплен непосредственно на валу двигателя).

После интегрирования этого сигнала получается напряжение U_ω, пропорциональное угловой скорости. При этом в отличие от операций дифференцирования, которые усиливают имеющиеся помехи, операция интегрирования, наоборот, сглаживает имеющиеся помехи. В результате этого исключается операция фильтрации сигналов.

Предлагаемый характериограф отличается простотой конструкции и высокой универсальностью. С его помощью можно испытать и малые и очень большие двигатели (изменяется только диаметр отверстия диска, закрепляемого на испытуемом двигателе). Непосредственное получение углового ускорения и последующая операция интегрирования позволяют получить сигналы практически без помех и технологических пульсаций, что существенно повышает точность измерений.

Литература

1. Потапов Л.А., Зотин В.Ф. Испытание микроэлектродвигателей в переходных режимах. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 104 с.

2. Казарян С.Т. Асинхронный тахометр как датчик угловых ускорений. // Изв. вузов. Электромеханика. - 1958. - №11. - С.37-41.

Изобретение относится к измерительной технике, используемой при испытаниях двигателей. Устройство содержит датчик ускорения, интегратор, устройство питания, усилитель и согласующее устройство. Датчик углового ускорения выполнен в виде двух расположенных с зазорами магнитно не связанных магнитопроводов, перемещаемых по высоте на штативе так, что в эти зазоры входил закрепляемый на валу испытуемого двигателя немагнитный токопроводящий диск. При этом обмотка, расположенная на одном магнитопроводе, подключена под постоянное напряжение, а обмотка на другом магнитопроводе формирует напряжение, пропорциональное угловому ускорению испытуемого двигателя. После усиления этого напряжения на выходе устройства формируется сигнал, пропорциональный угловому ускорению, а после интегрирования и усиления - сигнал, пропорциональный угловой скорости испытуемого двигателя, согласующее устройство обеспечивает передачу этих напряжений на компьютер. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении точности измерений. 2 ил.

Характериограф, содержащий датчик ускорения, интегратор, устройство питания, усилитель и согласующее устройство, отличающийся тем, что датчик углового ускорения выполнен в виде двух расположенных с зазорами магнитно-несвязанных магнитопроводов, перемещаемых по высоте на штативе так, что в эти зазоры входил закрепляемый на валу испытуемого двигателя немагнитный токопроводящий диск, при этом обмотка, расположенная на одном магнитопроводе подключена под постоянное напряжение, обмотка на другом магнитопроводе формирует напряжение, пропорциональное угловому ускорению испытуемого двигателя, после усиления этого напряжения на выходе устройства формируется сигнал, пропорциональный угловому ускорению, а после интегрирования и усиления - сигнал, пропорциональный угловой скорости испытуемого двигателя, согласующее устройство обеспечивает передачу этих напряжений на компьютер.