DISPOZITIVE DE MASURARE A PUTERII MOTORULUI PRINCIPAL LA LINIA DE AXE

DISPOZITIVE DE MASURARE A PUTERII MOTORULUI PRINCIPAL LA LINIA DE AXE

In cazul transmiterii mecanice a fortelor apare , in arborele care se roteste un cuplu . Supravegherea acestuia este importanta la turbine , laminoare , actionari de nave si motoare mavale . Acest cuplu produce o rasucire ( torsiune ) a arborelui . Doua sectiuni ale arborelui situate la distanta l una de alta sunt rasucite si formeaza intre ele un unghi Ψ . In limitele elasticitatii , intre unghiul Ψ si cuplul M exista relatia liniara :

M =

in care G reprezinta modulul de elasticitate transversala al materialului arborelui , iar Jp momentul de inertie polar al suprafetei sectiunii .

La un arbore de diametru d , avem :

Jp =

Masurarea electrica a cuplului se face de asemenea de cele mai multe ori pe cale ocolita prin unghiul de rasucire .

La o viteza unghiulara puterea transmisa este :

P = Mω

Deoarece in tehnica , in loc de viteza unghiulara se da , in general , turatia , se scrie:

P = kMω

in care k = 2= rot/s

Cele mai raspandite procedee de masurare a puterii furnizata de motorul principal la linia axiala , sunt acelea la care se masoara rasucirea cu ajutorul tensometrelor de banda sau cu convertoarele inductive ala marimilor de masurat .

Alte procedee de masurare sunt cele concepute de O.Dahle care lucreaza dupa principiul magnetoelastic , precum si cel dezvoltat de H. Peeselm si care este destinat in special pentru masurari dinamice . A. M. Springer a dezvoltat un aparat pentru masurarea de mici cupluri de torsiuni care lucreaza cu curenti turbionari .

Masurarea cu tensometrul de banda

Torsiunea provocata de un cuplu are ca rezultat o alungire a suprafetei arborelui , care depinde de torsiune dupa o anumita lege . Aceasta alungire poate fi masurata cu tensometre cu banda care se aplica pe arbore . Aceste benzi sunt lipite la unghiuri de 45, 135 , 225 , 315 fata de axa arborelui si sunt conectate astfel incat formeaza o punte Wheatstone .

Masurarea cuplului de torsiune cu ajutorul benzilor dilatometrice

a) aranjamentul benzilor b) schema de principiu ( metoda deviatiei )

1,2,3,4 - benzi extensometrice A,B,C,D, -inele de contact U- tensiunea de alimentare Ua - tensiunea de iesire

Alimentarea cu curent se face prin patru inele de contact .

Schema functionala a instalatiei de masurare a cuplului cu ajutorul benzilor dilatometrice

M- cuplul de masurat ; Ψ - unghiul de torsiune ; ε- alungirea :R - resistenta benzilor ; Ua - tensiunea la iesire a puntii ; Im - curentul sistemului de masurat ; α - deviatia dispozitivului de masurat

Fie s lungimea efectiva a benzii, r raza si l si Ψ lungimea de masurare si unghiul de torsiune . Inchipuindu-ne ca un capat A al benzii este fix si ca arborele se roteste in sensul sagetii , celalalt capat al benzii se va deplasa cu distanta rΨ din B in B .

Atunci se lungeste cu Δs .Dupa regula cosinusului avem :

( s+Δs )² = s² +r²Ψ² - 2rsΨ * cos (90 + α )

Facand substitutia sinα = -cos ( 90 + α ) rezulta

2sΔs +Δs² = r²Ψ² + 2rsΨ * sinα

si neglijand patratele marimilor mici rezulta :

= = r sin

Intrucat s = l / cosα se obtine :

=

In care Wp = reprezinta modulul de rezistenta polar al arborelui .

Expresia sin 2α atinge valoarea maxima de +1 la 45 si la 225 si pe cea de -1 la 135 si 315 . De aceea in puntea din schema de principiu a masurarii cuplului de torsiune cu ajutorul benzilor dilatometrice, benzile 1 si 3 se lungesc , iar benzile 2 si 4 se scurteaza . Daca se folosesc patru benzi de masurare cu rezistente R egale si cu variatii r egale ale rezistentei relative , tensiunea de iesire a puntii neincarcate , alimentate cu tensiunea U , va fi :

Ua = U - ]

sau dupa substituirea ecuatiei

Ua = Ukε

Astfel obtinem cuplul cautat :

M = = km Ua

Exista astfel proportionalitate intre tensiunea de iesire a puntii si cuplul cautat .

Pentru determinare puterii transmisa se alimenteaza puntea cu tensiunea unui tahogenerator , Avem deci :

U = kn *n

Ua = k M U = k2 M n = k P

Masurarea inductiva

Unghiul de torsiune este proportional cuplului de torsiune , putand fi astfel determinat si cu traductoare inductive ala marimilor de masurat . Acest traductor prezinta fata de benzile dilatometrice avantajul unei sensibilitati mai mari . Fiind utilizat cu current alternative , inelele alunecatoare pot fi inlocuite prin transformatoare inductive de rotatie . In cazul traductorului inductive de cupluri de torsiune acestea sunt inlocuite de transformatoare de bobinaj care inconjoara arborele .

Valoarea si frecventa tensiunilor secundare nu sunt influentate de turatie .

In schema de principiu a unei instalatii de masurare a cuplului de torsiune cu traductot se observa ca tensiunea alternativa de frecventa acustica ( 8 kHz ) generata de generatorul 9 este transmisa prin bobinajele 4 si 5 asupra arborelui . Armatura si bobinele traductorului sunt fixate de flanse , asezate de ambele laturi ale sistemului de masurat . Inductivitatile vor fi cu atat mai mult influentate cu cat este mai mare unghiul de torsiune , adica cu cat mai mare este cuplul de torsiune .

Traductorul este alcatuit din doua sisteme decalate cu 180 pentru compensarea eventualelor cupluri de incovoiere .Aceste sisteme formeaza impreuna cu rezistentele R R o punte a carei tensiune de iesiere este in mod practice proportionala cu marimea de masurat . Tensiunea de iesire a puntii este transmisa prin bobinajele 6 si 7 la carcasa fixa . Masurarea se face in mod obisnuit prin intermediul unui amplificator si a unui redresor . Acesta trebuie sa fie prevazut cu comanda independenta daca se cere si indicarea si sensul cuplului .

Schema de principiu a unei instalatii de masurat cuplurile de torsiune cu traductor

1-dispozitiv de masurat ,2,3-transformatoare inductive a marimii de masurat , 4,5-bobinajele tramsformatorului de intrare , 6,7-bobinajul transformatorului de iesire , 8-doza pentru racordul cablului , 9-benerator de 8 kHz , 10-amplificatorde tensiune alternativa , 11-redresor sensibil la faza,12 -dispozitiv de masurat cu bobina mobila

Masurarea cu doua traductoare de turatie

Masurarea cu doua traductoare de turatie reprezinta o alta metoda fara inele de contact , fiind prima data indicata de Hamabe , Nagao si Watanabe . Este alcatuita din cate un traductor de turatie cu tensiune alternativa , montate la capetele arborelui solicitat la torsiune . In bobinele fixe se induc tensiunile alternative U si U cu amplitudini egale . In cazul a p perechi de poli , unghiul electric dintre aceste tensiuni este pΨ . Un voltmetru cu mare rezistenta ohmica montat ca in figura de mai jos indica diferenta Ud dintre aceste doua tensiuni .

Montaj pentru masurarea puterii mecanice cu doua tahogeneratoare

U1 , U2 -tensiunile generatoarelor ; Ud - diferenta geometrica a tensiunii

Daca scriem :

| u | = |u | = U

Conform figurii de mai jos avem :

Masurarea cuplului cu un voltmetru

Ua -diferenta geometrica a tensiunilor ; Ud - tensiunea la bornele dispozitivulu de masurat

Ud = 2U sin

Intrucat Ψ = k1M rezulta M = arc sin

Tensiunea U este proportionala cu tratia n deci putem scrie :

P = k2 M U

Inlocuind obtinem : P = arc sin

Pentru un unghi pΨ mic , sinusul poate fi inlocuit cu argumentul sau.

M = = k₃

P = k₂ = k₄ U_d

Rezulta ca puterea este proportionala cu diferenta de tensiune .

Alt dispozitive de masurare au fost propuse de W. Gohlke si E. Murbach . Primul propune masurarea cuplului de torsiune prin rotirea unui traductor pana ce Ud dispare . Din unghiul citit la periferia generatorului se poate apoi calcula M . La aceasta metoda de compensare , dispozitivul electric serveste numai ca instrument de zero .

Masuratorul descris de Murbach este alcatuit din generatoare de constructie speciala , ale caror torsiuni , dupa ce trec prin organe sensibile la frecventa , sunt amplificate si apoi compuse in asa fel incat apare o tensiune care depinde numai de M . Astfel sensibilitatea acestui montaj poate fi marita , dupa indicatiile autorului atat de mult incat la o torsiune a arborelui cu un unghi de 2 minute are loc devierea totala .