Snímání otáček ozubeného kola

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, modul voltmetr přepnutý na rozsah 0,01 V a připojený na pozici vstupu A,
• optická závora připojená na pozici vstupu B,
• pohonný motor, zdroj stejnosměrného napětí, ozubené kolo 18 zubů, řemínek, stojan.

Úkoly

Změřit otáčky ozubeného kola pomocí indukčního snímače otáček a pomocí optické závory. Měření opakovat pro napětí pohonného motoru 6 V, 9 V, 12 V a 15 V.

Teorie

Indukční snímač se skládá z cívky na ocelovém jádře. Součástí jádra je permanentní magnet, jehož magnetický tok se uzavírá jádrem cívky a prochází zuby měřeného ocelového kola. Při otáčení kola dochází k uzavírání magnetického obvodu buď přes ocelový zub, nebo vzduchovou mezeru. Tím se mění i velikost magnetického toku v obvodu cívky a v cívce se indukuje střídavé napětí, jehož frekvence je stejná jako frekvence střídání zubů a mezer před jádrem snímací cívky. Velikost napětí je závislá na počtu závitů cívky, otáčkách kola, remanentní indukci permanentního magnetu a celkovém provedení magnetického obvodu. Tedy hlavně na vzduchové mezeře mezi ozubeným kolem a snímací cívkou a na vlastním tvaru kola.

Otáčky vypočteme ze vztahu

n = 60 / (z T)     [min^-1] ,

kde z je počet zubů kola a T je perioda střídavého napětí indukčního snímače.

Optická závora obsahuje vysílač infračerveného záření, polovodičovou světlo emitující diodu s optickým systémem usměrňujícím paprsky diody rovnoběžně a přijímač s fotodiodou. Při dopadu světla na polovodičový přechod fotodiody se na ní objeví malé elektrické napětí, které po zesílení snímáme. Na výstupu přijímače optické závory je napětí, když paprsek vysílače dopadá na optický vstup přijímače, tedy když prochází mezerou mezi zuby měřeného kola. Výstupní napětí přijímače při měření otáček ozubeného kola je střídavé s periodou, která odpovídá průchodu paprsku mezerou a následným zubem. Otáčky kola vypočteme ze stejného vztahu jako u indukčního snímače.

Pokud v ozubeném kole chybí jeden zub, indukuje se v indukčním snímači větší napětí, protože větší mezera způsobí větší pokles magnetického toku. V optické závoře způsobí impuls s větší mezerou. Tento jev se může využít k současné indikaci otáček i polohy kola.

Nastavení

Spustíme program ISES, založíme nový soubor a nastavíme: čas 0,2 s, vzorkování 20 000 Hz, start manuální, panel č. 1 napětí +0,05 V; −0,05 V, panel č. 2 optická závora. Nebo načteme soubor otacky.imc.

Provedení

Na stojan připevníme pohonný motor a ozubené kolo, které s motorem spojíme gumovým řemínkem. Připevníme indukční snímač ke kolu tak, aby jádro snímací cívky bylo co nejblíže zubům kola (viz obrázek).

Napájení pohonného motoru připojíme na stejnosměrný zdroj nastavený na 6 V / 2 A. Vývody cívky snímače připojíme na modul voltmetr. Aktivujeme modul voltmetr i optickou závoru. Zapneme zdroj napětí pro pohonný motor a optickou závoru podržíme tak, aby paprsek procházel mezi zuby kola. Spustíme měření a zobrazíme průběhy výstupního napětí snímačů. Otevřeme okno naměřených hodnot a odečteme frekvenci změřeného napětí tak, že po kliknutí myší na tlačítko měření frekvence táhneme stopu při stisknutém levém tlačítku myši přes několik period naměřeného signálu. Stopa musí být „uvnitř“ průběhu a musí projít větší množství period. Frekvenci změříme nejméně ve třech bodech a aritmetický průměr zapíšeme do tabulky. Měření provedeme u obou snímačů. Frekvenci zkontrolujeme tak, že změříme periodu vysokých impulsů pomocí tlačítka , frekvenci vypočteme  f = 1/T  a otáčky  n = 60 f.

Dále zobrazíme signály obou snímačů do jednoho panelu. Tlačítkem otevřeme nastavovací okno pro volbu parametrů zobrazení. Označíme panel č. 2 a tlačítkem ho odstraníme. V pravém okně označíme křížkem oba kanály A1 i B1.

Měření provedeme pro napětí pohonného motoru 9 V, 12 V a 15 V. Naměřené průběhy uložíme.

Protokol

Název: Snímání otáček ozubeného kola
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky:

Pohon	18 f  [Hz]	f  [Hz]	n  [min-1]	T  [s]	f  [Hz]	n  [min-1]
6 V
9 V
12 V
15 V

Vyhodnocení měření

Porovnat vlastnosti a posoudit možnosti použití obou snímačů. Proč dělíme ve výpočtech frekvenci číslem 18, když má kolo jen 17 zubů?

Výsledky

Název: Snímání otáček ozubeného kola
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Průběhy signálů obou snímačů:

Průběhy signálů obou snímačů otáček v jednom panelu:

Naměřená frekvence a otáčky

Pohon	18 f  [Hz]	f  [Hz]	n  [min-1]
6 V	112	14	840
9 V	308	38	2280
12 V	531	66	3960
15 V	684	85	5100

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014