Стробоскопическое устройство для объективного измерения скорости вращения механизмов Советский патент 1935 года по МПК G01P3/40 

Уже известны устройства для измерения скорости вращения валов различных механизмов, либо измерения частоты переменного тока, использующие явление так называемого стробоскопического эффекта, заключающегося в том, что при освещении какого-либо равномерно вращающегося тела периодическими кратковременными вспыщками последнее представляется наблюдателю неподвижным в том случае, когда скорость вращения совпадает или кратна числу вспышек лампы, либо кажется медленно вращающимся, в том случае, когда частота вспышек и число оборотов не совпадает. Недостаток указанного способа связан с тем, что при освещении вращающегося тела вспышками света неподвижное положение диска либо его смещение является кажущимся, „мнимым и представляется таким лищь глазу наблюдателя. Поэтому точность отсчета по указанному методу связана с наличием неизбежной ошибки наблюдателя и качеством эталона времени (секундомера), по которому производится отсчет. Поэтому в существующих стробоскопических устройствах точность отсчета не превышает 0,2-0,3% и кроме того требует для каждого отсчета длительного промежутка времени (1-2 мин.), что помимо замедления, испытаний ведет к новой погрешности, связанной с некоторыми

возможными колебаниями частоты в сет за время отсчета.

Предлагаемое согласно изобретениюустройство предназначено для автоматической фиксации указанного „мнимого вращения при помощи регистрирующего механизма, например, по типу электрического секундомера.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически предлагаемое устройство, фиг. 2-указывает взаимное расположение щелей и диафрагмы, на фиг. 3 и 4 представлена одна из примерных форм выполнения устройства.

На фиг. 1 обозначена неоновая лампа, предпочтительно точечного типа, питаемая, как и в обычном стробоскопическом устройстве, переменным либо пульсирующим током какой-либо известной частоты, 2-стробоскопический диск, снабженный по окружности рядом симметрично расположенных вырезов (щелей) и 3- фотоэлемент.

Свет неоновой лампы концентрируется на щели диска. Если момент вспышки лампы совпадает с положением щели вращающегося диска в точке фокуса линзы 5, то луч света падает на фотоэлемент, во всех же других случаях фотоэлемент останется неосвещенным. Совпадения щели диска с фокусом линзы в момент вспышки будут, очевидно, соответствовать моменту подхода к точке

фокуса линзы зубца фигуры стробоскопа при наблюдаемом ее кажущемся перемещении. Следующее попадание света иа фотоэлемент произойдет при следующем совпадении момента вспышки с прохождением щели через точку фокуса, т. е. тогда, когда к указанной точке подойдет второй зубец наблюдаемой фигуры. Следовательно, промежуток времени между двумя импульсами, созданными вспышками света лампы при попадании их на фотоэлемент, эквивалентно времени прохождения мимо какой-либо точки двух зубцов фигуры, согласно тому, как это представляется наблюдателю, ведущему отсчет в обычном стробоскопе. Фиксируя время между .двумя соседними импульсами помощью какого-либо из известных регистрирующих устройств, получают автоматически записываемую скорость кажущегося вращения фигуры стробоскопа, по которой уже легко определить обычным путем действительную скорость вращения диска либо частоту переменного тока.

Однако в действительности процесс протекает несколько сложнее. Если бы величина отверстия в диске была очень мала, то освещение фотоэлемента при каждом кажущемся прохождении зубца длилось бы в течение одной лишь вспышки лампы. Практически .ширина щели диска является некоторой конечной величиной, поэтому время прохождения каждого зубца будет отмечено рядом вспышек и соответствующим числом импульсов в цепи фотоэлемента, после чего наступает интервал до прохождения второго зубца. Приведенные соображения могут быть пояснены фиг. 2, где а и б изображают два последовательных положения щели диска относительно отверстия фотоэлемента при двух смежных вспышках лампы. Так как время между двумя вспышками в частном случае, например, порядка V секунды может также измеряться сотыми долями секунды, а интервал прохождения двух смежных зубцов фигуры измеряется секундами, то в действительности, за время .каждого „кажущегося непрерывным освещения фотоэлемента последний воспримет иногда сотни кратковременных световых импульсов, запись которых существующими методами является

затруднительной, учитывая, что общая длительность записываемого процесса является весьма значительной. Поэтому в устройстве применены какие-либо приспособления, задерживающие исчезновение импульса до возникновения следующего. В качестве подобного рода приспособлений электрического типа в том случае, например, когда фотоэлемент включен в цепь сетки лампы усилительной схемы 4 (фиг. 1), может быть применена емкость, включенная в цепь сетки той же лампы, разряжаемая через сопротивление и удерживающая потенциал на сетке в течение промежутка времени между двумя импульсами. При применении какого-либо пишущего электромагнитного механизма по типу хронографа может быть использовано реле с задержкой времени отпускания.

Вторым способом регистрации показаний фотоэлемента является применение электрически управляемого либо электрического часового механизма. Примером электрических секундомеров первого типа может служить секундомер фирмы Гартман и Браун, в котором обычный часовой механизм электрическим путем включается и выключается нажимом кнопки и электромагнитным реле, а второго типа - часы Сименса, где стрелка приводится в действие синхронным двигателем на время замыкания цепи. Соответственно этим требованиям должна быть видоизменена и конструкция реле. Оно должно реагировать лишь на два последующих импульса, причем при первом включить, а при втором выключить секундомер. Значительным удобством предлагаемого способа является то, что секундомер может быть непосредственно проградуирован в значениях измеряемой частоты для каждой фигуры стробоскопа, причем шкала получается двойная, соответственно двум кажущимся направлениям движения фигуры от ее неподвижного положения. Для разных диапазонов измерения путем применения нескольких нанесенных на одном диске рядов отверстий можно нанести соответственно и несколько шкал на секундомере.

На фиг. 3 и 4 изображена одна из возможных форм выполнения предлагаемого устройства. В нем применен