Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar prędkości obrotowej i momentu obrotowego

JacekBin 04 Maj 2005 11:09 10815 11
  • #1 04 Maj 2005 11:09
    JacekBin
    Poziom 11  

    Dzień dobry

    Przede mną zadanie polegające na budowie układu do pomiaru prędkości obrotowej i momentu obrotowego zespołu napędowego składającego się z silnika prądu stałego obciążonego prądnicą prądu stałego (wały maszyn na sztywno ze sobą połączone). Wyniki pomiarów będą prezentowane na wyświetlaczach cyfrowych zabudowanych na elewacji szafki zasilającej. Ma to być stanowisko dydaktycze.
    Z pomiarem prędkości nie ma raczej kłopotu. Najtańszym rozwiązaniem wydaje mi się zamontowanie na wale tarczy z otworami, które będą wykrywane przez czujnik indukcyjny, a impulsy przekazywane bezpośrednio do wyświetlacza z wbudowanym licznikiem.
    Rozwiązania do pomiaru momentu dostępne na rynku są jednak bardzo drogie. Poszukuję więc jakiegoś sprytnego rozwiązania. Z uwagi, że prądnica zamontowana zostanie na wadze można się pokusić o pomiar siły nacisku tensometrem [N]. Sprowadzenie jednak tego sygnału na wyświetlacz i pokazanie wyniku w [Nm] jest dla mnie dosyć trudne. Czy są jakieś gotowe rozwiązania w tym zakresie lub inne, lepsze rozwiązania ograniczone kwotą powiedzmy 1000 zł???

    0 11
  • #2 04 Maj 2005 12:06
    frohme
    Poziom 21  

    W wersji taniej, a uniwersalnej gdy chodzi o wielkości mierzonego momentu sugerowałbym nie stosowanie czujników indukcyjnych, lecz optycznych (fotodioda - fototranzystor, lub jeden transoptor szczelinowy) i zwykły potencjometr sprzęgniety z wałem obciążenia. Tutaj cały trik - do obciążenia silnika (np. prądnica) mechanicznie podłączamy coś jak wahadło - moment na wale jest zależny tylko od kąta odchylenia tego od pionu (w zakresie 0 - 90 deg), a wszystko zależy od ciężaru wieszanego na końcu wahadła i odległości tegoż od osi obrotu. Inaczej mówiąc M = G x R x sin(alfa), gdzie alfa jest katem odchylenia od pionu. Mierząc to jako zmianę rezystancji (jedna z możliwości) mamy pośredni pomiar momentu. Całość warto wykonać w oparciu o prosty mikrokontroler.

    0
  • #3 04 Maj 2005 13:19
    JacekBin
    Poziom 11  

    Dziękuje za wypowiedź

    Zakradła się tu drobna nieścisłość. Mianowicie przy wykorzystaniu czujnika indukcyjnego zamierzam zrealizować pomiar prędkości obrotowej, a nie momentu.
    Nie bardzo rozumiem opisany sposób pomiaru. Wał się będzie obracał z prędkością do ok. 1500 obr/min. W jaki sposób mam na nim zamontować wahadło? Opis rozwiązania jest bardzo ogólny, a zależy mi bardzo na konkretnych, praktycznych wskazówkach.

    0
  • #4 04 Maj 2005 16:50
    frohme
    Poziom 21  

    Czujniki typu opto sugerowałem dlatego, że są szybkie i tanie. Nawet przy bardzo dużych obrotach rzędu kilkunastu tysięcy na min. wyrabiają bez problemu, a z indukcyjnymi są kłopoty i cena!!!!!!. Zwykła tarcza z np. 6 otworami przy 1000 obr/min da zaledwie 100 impulsów/sek co dla układów opto to ślimacze tempo. To tyle jeżeli chodzi o pomiar obrotów. Teraz moment - wał silnika jest sprzężony sztywno z wałem prądnicy (obciążenia), natomiast jej obudowa ma możliwość obracania się, ale ruch powrotny wywołuje właśnie to "wahadło" do tej obudowy przymocowane. W stanie równowagi jest też równowaga momentów - moment silnika w jedną stronę, moment ciężarka w przeciwną i jakoś to się odchyli od położenia równowagi w pionie (nazywa się toto też hamownią).

    0
  • #5 04 Maj 2005 18:23
    JacekBin
    Poziom 11  

    To znaczy jeżeli chodzi o pomiar prędkości to czujniki indukcyjne chyba spełnią swoje zadanie. Są wstanie przełączyć się 800 razy / s (przy odległości 4mm). A prędkość nie będzie przekraczała 1500 obr/min. Czyli tarcza mogłaby mieć ok. 30 otworów.

    Jeżeli chodzi o pomiar momentu to wydaje mi się, że droga od tego, że coś się odchyli do tego, że pokaże się na wyświetlaczu w [Nm] jest bardzo daleka. Tym bardziej, że jestem elektrykiem, a nie elektronikiem.

    Wrócę jeszcze jutro do tego tematu. Dzięki za zainteresowanie.

    Dodano po 58 [minuty]:

    Jeszcze udało mi się chwilkę wygospodarować, więc mam prośbę do frohme abyś skomentował następujące rozwiązanie.

    Mianowicie, pomiar momentu byłby realizowany przy użyciu tensometru, na który naciskałoby ramię takiej wagi (czy też jak zauważyłeś - hamowni). Pozostałoby obrobienie w jakiś sposób tego sygnału rezystancyjnego.

    Wracając jeszcze do tych czujników fotooptycznych - ile razy maksymalnie mogą się one przełączać na sekundę oraz ile kosztują (te które miałeś na mysli)?

    Czujniki indukcyjne można kupić w granicach 70 - 80 zł.

    0
  • #6 06 Maj 2005 19:50
    frohme
    Poziom 21  

    Sorry, że z takim opóźnieniem ale nawał zajęć itd. Teraz do rzeczy - czujniki typu transoptor to szybkości przełączania w wykonaniu marnym minimum kilka tysięcy na sekundę a cena pojedyncze złotówki , reszta układu podobnie skomplikowana - wnioski wyciągaj sam. Pomiar siły tensometrem to odmiana tego co sugerowałem. Kiedyś pracowałem przy takich układach ale to mierzyło tony, natomiast w twoim wypadku przy dziesiątkach kilogramów (tak sądzę) szykują się problemy - nie dość , że pomiarowy mostek tensometryczny będzie dość drogi, to i czułe tensometry też będą kosztować - droga wcale nie jest taka prosta jak się wydaje.

    0
  • #7 07 Maj 2005 04:54
    Vic384
    Poziom 19  

    Czesc
    Mam pytanie, czy ta pradnica moze sie tak jakby obracac na swojej osi. Nie mysle o calym obrocie , ale o ruchu np 0.5mm, czyli,czy ta pradnica moze miec sprezyste podkladki pod nogami. Jesli tak, to wystarczy pomiar roznicowego ugiecia podkladek i mamy pomiar momentu.
    Pozdrowienia

    0
  • #8 07 Maj 2005 09:36
    frohme
    Poziom 21  

    Jakby na to nie patrzyć rzacz sprowadza sie do pomiaru momentu hamowania - jak to zrobić najlepiej i najtaniej to jest problem. Jeżeli zachowa się osiowość układu to pomiar ugięć też jest rozwiązaniem. Kiedyś stosowano hamulec cierny montowany na wale silnika i przez regulację siły zacisku szczęk, znane współczynniki tarcia obliczano moment hamowania. Grzało się to nieziemsko i było niezbyt dokładne, ale w ogóle działało.

    0
  • #9 07 Maj 2005 14:16
    balt
    Poziom 19  

    A może obliczyć moment z mocy odbieranej z pradnicy?
    Nie będzie to może szczyt dokładności bo pomijamy starty mechaniczne, chociaż dla stałego układu jest to do wyznaczenia, oraz starty w prądnicy. Przecież:
    P=ωM
    gdzie: P-moc na wale
    ω-prędkość kątowa
    M-moment
    ω mamy z pomiaru prędkości obrotowej a P tylko że elektryczne (czyli mniejsze o straty w pradnicy) z pomiaru parametrów prądnicy czyli napiecie i prąd obciążenia, wystarczy do P dodać straty elektryczne w prądnicy i mamy pomiar momentu z dokładnościa techniczną. Problem może być przy małych prędkościach lub napięciach prądnicy. Reszta to kwestia przeliczenia w jakimś mikrokontrolerze i zobrazowania na wyświetlaczu.

    Do odczytów tensometrów i nie tylko polecam układy XTR firmy Burr Brown model 104 odczytuje mostki pomiarowe i daje na wyjściu 4-20mA w załączeniu karta katalogowa.

    0
  • #10 14 Maj 2005 17:18
    JacekBin
    Poziom 11  

    Do pomiaru prędkości wybrałem jednak czujniki indukcyjne.

    Pomiar momentu zrealizuje przy użyciu tensometru (taki do 40 kg kosztuje ok. 300 zł). Cały układ pomiarowy (wraz z wyświetlaczem) będzie kosztował ok. 1000 zł. Udało mi się skontaktować z osobą, która wdrożyła już podobne układy. Ponoć działaj zadowalająco.

    Dziękuje za wypowiedzi
    Pozdrawiam

    0
  • #11 16 Maj 2005 16:14
    szymtro
    Poziom 30  

    Tak pomyślałem jeszcze.
    Pomiar momentu - jeżeli można zaingerować w polączenie mechaniczne pomiędzy silnikem a pradnicą.
    Rozciecie tego i wsttawienie dwóch tarczy ze szczeliną. Obie tarcze połaczone sprężyą tak aby tarcze mogły sie względem siebie obracać ale ten kat różnicowy wpływałby na ugiecie sprężyny. Do tego w obu tarczach odpowiednio wycięte otwory tak aby przy wiekszym ugięciu okno sie poszerzało a przy mniejszym malało. Uzyskamy z tego różną długość otworu a tym samym czasu. Jeżeli teraz znamy dokładnie obroty któregoś wałka to nie problem też przeliczyć czas okna na ugięcie sprężyny a co za tym idzie obliczymy moment pomiędzy nimi.
    Pomiar okna transoptorem szczelinowym. Można też wykonać kilka takich okien na obwodzie to bedziemy mieli wynik częściej (np. przy ruszaniu).
    Pomysł wydaje się dobry i w miare prosty do realizacji - mało elementów do wykonania. Druga zaletą jest brak wpływu jakichkolwiek momentów zewnętrznych - nic tu nie trzyma (ani żadne łożyska a ni nic).
    -----------------------------------
    Dodałem schematyczny rysunek - prosze się nie śmiać - efekt 10 minut pracy w corelu.
    Dwie sprężyny po to aby mierzyć moment w obie strony (dodatni i ujemny). Okna w tarczach są tak wykonane aby ich przesuwanie się względem siebie zwiększało całkowitą długość okna. Wycięcie na dole jest dla kołka z drugiej tarczy.

    0
  • #12 16 Gru 2007 17:45
    J_ohny
    Poziom 10  

    Sposób opisany przez szymtro wykorzystuje sie od wielu lat do pomiaru momentu na wałach śrub napedowych statków.

    0
  Szukaj w 5mln produktów