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      三友仪表小张工控博客

      张小琦先生

           学历大学专科
           职称技术员
           年龄34岁
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      转速测量方法与转速仪表

      发表评论4   发布时间2009年6月7日  

          转速测量在国民经济的各个领域都是必不可少的本文就转速测量方法以及实施检测的仪表做一简单的阐述希望给工作中需要转速测量仪表和在转速测量或相关领域进行研究开发的人员提供一些参考意见
         
         
          关键词速度 线速度 角速度 转速 误差和精度 采样时间 虚拟仪表
         
         
          主题考察转速测量方法演变?#21451;?#21464;的轨迹对转速测量有一个比?#20808;?#38754;的了解着重介绍智能转速表的检测方法和实施检测的仪表
         
         
          内容提要
         
         
          转速检测仪表的分类
         
         
          电子式转速表
         
         
          转速测量的方法
         
         
          结束语
         
         
          附录
         
         
          一转速检测仪表的分类
         
         
          离心式转速表利用离心力与拉力的平衡来指示转速 离心式转速表是最传统的转速测量工具是利用离心力原理的机械式转速表测量精度一般在1~2级一般就地安装一只优良的离心式转速表不但有准确直观的特点还具备可靠耐用的优点但是结构比较复杂
         
         
          磁性转速表利用旋转磁场在金属?#32622;?#19978;产生旋转力利用旋转力与游丝力的平衡来指示转速 磁性转速表是成功利?#20040;?#21147;的一个典范是利?#20040;?#21147;原理的机械式转速表一般就地安装用软轴可以短距离异地安装磁性转速表因结构较简单目前较普遍用于摩托车和汽车以及其它机械设备异地安装时软轴易损坏
         
         
          电动式转速表由小型交流发电机电缆电动机和磁性表头组成小型交流发电机产生交流电交流电通过电缆输送驱动小型交流电动机小型交流电动机的转速与被测轴的转速一致磁性转速表头与小型交流电动机同轴连接在一起磁性表?#20998;?#31034;的转速自然就是被测轴的转速电动式转速表异地安装非常方便抗振性能好广泛运用于柴油机和船舶设备
         
         
          磁电式转速表磁电传感器加电流表异地安装非常方便
         
         
          闪光式转速表利用视觉暂留的原理闪光式转速表除了检测转速往复速度外还可以观测循环往复运动物体的静像对了解机械设备的工作状态是一必不可少的观测工具
         
         
          电子式转速表电子技术的不断进步使这一类转速表有?#36865;环?#29467;进的发展
         
         
          上述种转速表具有各自独特的结构和原理既代表着不同时期的技术发展水平也体现人类认识自然的阶段性发展过程 时代在不断前进?#34892;?#19996;西将会成为历史但我们留心回顾一下不禁要惊叹前贤的匠心
         
         
          离心式转速表是机械力学的成果
         
         
          磁性式转速表是运?#20040;?#21147;和机械力的一个典范
         
         
          电动式转速表巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运动异地拷贝
         
         
          磁电式转速表电流表头和传感器都是电磁学的普及运用
         
         
          闪光式转速表人类认识自然的同时也认识了自我体?#33267;?#20154;类的灵性
         
         
          电子式转速表电子技术的千变万化给了我们今天五彩?#22836;?#30340;世界同样也造就了满足人们各?#20013;?#35201;的转速测量仪表
         
         
          二电子式转速表
         
         
          电子式转速表是一个比较笼统的概念以现代电子技术为基础设计制造的转速测量工具它一般有传感器和显示器有的还?#34892;?#21495;输出和控制因为传感器和显示器件方面的多种多样还有测量方法的多样性很难像前种一样来归类本文将电子类转速表从传感器和二次仪表分开来分类如果从安装使用方式上来分还有就地安装式台式柜装式和便携式以及手持式 本文?#28304;?#19981;做详述
         
         
          转速传感器
         
         
          转速传感器从原理或器件上来分有磁电感应式光电效应式霍尔效应式磁阻效应式介?#23454;?#30913;感应式等另外还有间接测量转速的转速传感器如加速度传感器通过积分运算间接导出转速位移传感器通过微分运算间接导出转速等等测速发电机和某些磁电传感器在线性区域可以直接通过交流?#34892;?#20540;转换来测量转速 大多数都输出脉冲信号近?#26222;也?#25110;矩形波针?#26376;?#20914;信号测转速的方法有频率积分法也就是F/V转换法其直接结果是电压或电流和频率运算法其直接结果是数字
         
         
          转速显示仪
         
         
          显示仪从指示形式来分有指针式数字式图形及其混合式和虚拟仪表等
         
         
          1.指针式
         
         
          动圈式线圈游丝指针联于一旋转轴?#24076;?#32473;线圈输入电流线圈感应出磁力?#19968;?#25104;正比磁力与游丝的扭力平衡扭力与指针转角成正比指针的角度也就?#20174;?#20986;输入电流的大小
         
         
          动磁式正交线圈中电流的变化导致合成磁场方向的变化而指针附着在单对极的?#26469;?#20307;?#24076;?#25351;针?#20174;?#30005;流的变化
         
         
          电动式双向旋转的马达带动电位器的旋转电位器的取样值与输入信号电压比?#24076;?#20915;定双向旋转马达正转反转或停止与电位器联动的指针正确?#20174;?#36755;入信号的大小
         
         
          上述三式指针类表头中电动式表头属于电子类动磁式表头和动圈式表头本身不属于电子类当与表头配套的传感器或表头驱动需要供电电?#35789;?#19988;?#35272;?#29616;代电子技术时这里就把它归为电子类
         
         
          2.数字式图形及其混合式
         
         
          主要是从器件来区分有数码管字段式液晶液晶屏荧光管荧光屏等离子屏和EL屏等显示技术是一门专门的技术本文会涉及一些显示技术但不做展开阐述
         
         
          3.虚拟转速表
         
         
          随着计算机的普及利用计算机做显示和操作平台的虚拟仪表也越来越?#36824;?#27867;运用目前主流的开发平台是NI公司的LabVIEW有关开发运用技术可以浏览NI公司的网站
         
         
          三转速测量的方法
         
         
          F/V转换
         
         
          电子类转速测量仪表由转速传感器和表头显示器组成目前常用的转速传感器大多输出脉冲信号只要通过频?#23454;?#27969;转换就能与电压电流输入型的指针表和数字表匹配或直接送PLC;频?#23454;?#27969;转换的方法有阻容积分法电荷泵法和专用集成电路法前两种方法在磁电转速表中也有运用专用集成电路大都数是阻容积分法电荷泵法的综合目前常用的专用集成电路有LM331AD654和VF32等,转换精度在0.1%以?#24076;?#20294;在低频时这种转换就无能为力采用单片机 或FPGA做F/D和D/A转换转换精度在0.5~0.05%之间 量程从0~2Hz到0~20KHz频?#23454;?#20110;10Hz时?#20174;?#26102;间也变长关于F/V转换请参考相应芯片介绍和应用资?#24076;?#26412;文不做赘述
         
         
          频率运算
         
         
          在显示精度可靠性成本和使用灵活性上有一定要求时就可直接采用脉冲频率运算型转速表
         
         
          频率运算方法有定时计数法测频法定数计时法测周法和同步计数计时法
         
         
          定时计数法测频法在测量上?#23567;?#30340;误差低速时误差较大定数计时法测周法也?#23567;?#20010;时间单位的误差在高速时误差也很大
         
         
          同步计数计时法综合了上述两种方法的优点在整个测量范围都达到了很高的精度万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法下面以XJP-10B为例介绍定时计数法测频法定数计时法测周法和同步计数计时法
         
         
          早期的XJP-10B转速数字显示仪采用CMOS数字集成电路 其原理可用如下三个框图表示
         
         
          框图一 测频原理
         
         
          框图一告诉我们被测信号通过放大整形进入加法计数器晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒或分钟信号在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲寄存脉冲将加法计数器的BCD码送入寄存器通过译码驱动LED数码管显示一秒或分钟内的计数值直到下一次寄存脉冲的到来紧接着清零进行下一轮计数寄存译码显示如此不间断测频如果我们考察一下这些信号的时序不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是被计数脉冲有 多一或少一的误差如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差相对来讲只不过万分之一如果被测频率为2Hz,多一或少一的误差相对来讲就达到了百分之五十不难看出频率越低误差越大而?#19968;?#26377;一点把一秒变成一分钟误差就变小了低频时如不?#26144;?采样时间要提高精度就要采用测周的方法框图二正是说明这种方法
         
         
          框图二 测周原理
         
         
          将框图二与框图一进行比?#24076;?#25105;们不难发觉上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换象是代数上的分子分母的颠倒也正是物理上的频率和周期互为倒数?#24863;?#30340;读者可以体会到 学科之间的内在联系无处不在
         
         
          测周的误差与测频相似是多一个或少一个晶体振荡器脉冲也就是多一个或少一个时基脉冲晶体振荡器脉冲频率 准确度越高误差越小晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小被测频率越高误差越大因此测量高频时?#21592;?#27979;信号进行分频确实是提高测周精度的好方法在周期过长时还可通过计数器借助计时器来测量转速下面的框图表示了计数器的工作原理
         
         
          框图三 计数器原理
         
         
          现在我们可以看出XJP-10B转速数字显示仪在CMOS数字集成电路的条件下已是一款十分完备的转速测量工具这台仪器的设?#26222;?#26159;田同裕先生与之同期的类似产品还有XJP-02A转速数字显示仪设?#26222;?#31461;敏杰先生改进者姓名?#35029;?br>   
         
          早期的XJP-10B转速数字显示仪在今天看?#20174;心?#20123;不足呢周期和频率都不能等同转速频率与转速存在倍数关系通过时基频率的分频采样时间的倍乘基本满足了大都数用户的需要测周则需要用户自己换算成转速在今天的电子技术条件下解决这些问题用单片机或FPGA都比较方便那么今天的设?#26222;?#24590;样设计新的XJP-10B转速数字显示仪呢下面仍然以XJP-10B转速数字显示仪为例介绍同步计数计时法
         
         
          同步计数计时法
         
         
          同步计数计时法是随着单片机的普及而得到普及运用同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢我们还是用时序来分析
         
         
          定时计数时序
         
         
          时序图一 时序图二
         
         
          时序图一计时和计数脉冲不同步时序图二计时和计数脉冲同步但不管计时和计数脉冲同步与否都有多一少一的误差同理定数计时也有多一少一的误差同步计数计时时序图
         
         
          当定时器与被测脉冲同步计数时为避免被测脉冲计数多一少一的误差将定时作延时调整等待被测脉冲计数完整与此同时取时间基准脉冲计数值这样脉冲计数N为零误差时间基准脉冲计数T有多一少一的误差当时间基准脉冲源晶振误差小于十万分之一时误差源主要是时间基准脉冲计数多一少一引起
         
         
          频率f=N/T,假定定时为1秒时间基准脉冲周期为100S,T=10000+T
         
         
          f=N/(10000+T),
         
         
          误差f/f=[N/(10000+T)-N/(10000+T1)]/[N/(10000+T)]
         
         
          =1-(10000+T1)/(10000+T)
         
         
          =1/(10000+T)
         
         
          可见误差小于万分之一随着晶振频率的提高误差减小
         
         
          当采用单片机进行计数和运算时还有中断不及时引起的误差关于误差的分析本文不再做深入探讨
         
         
          频率与转速的关系
         
         
          f=P*v/60
         
         
          f表示频率P表示每旋转一周产生的脉冲个数v表示转速亦即每分?#26377;?#36716;的转数
         
         
          T=1/f
         
         
          新的XJP-10B转速数字显示仪由于采用了单片机 技术和同步计数计时法使得测频测速测周计数变得精确而且非常简单只要轻触仪表面板控制键就能在4种功能间切换由于系数可任意设置使得仪表与传感器 配套不受输出脉冲数的限制并且该仪表还有扩展的RS232接口能与配套的虚拟仪表动态显示频率转速速度和计数值
         
         

       评论仅代表评论人个人看法不表明博客主人及中国工控网同意其观点或其描述 共4条评论  共1页  第1页  

       评论人署名limu99 评论时间2009-11-7 20:57:00

      我要发表评论 

          说得很全面
       评论人署名wzh007244 评论时间2011-2-4 21:46:00

      我要发表评论 

          好
       评论人署名chengjmin 评论时间2011-4-14 21:23:00

      我要发表评论 

          说得很全面 好
       评论人署名李天成 评论时间2011-4-27 22:37:00

      我要发表评论 

          学习了

      共4条评论 共1页  第1页  

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