转速差测量系统的设计

　　1　引言

　　在电力或传送系统中,为了避免异步电机的损坏或传送皮带承载负荷过重而损坏皮带,通常要获得异步电动机或主、从传送轴的转差率,也就是要测量两个转轴的转速之差。转速差的测量方案有两种:一种是直接测量出两个转轴的转速,然后求它们的差值;另一种是利用脉冲计数进行测量。直接测量转速的原理是将两转轴的转速转换成电压信号,求两电压信号之差,这种设计运行可靠,但体积较大,测量精度较低,而且测量的是模拟量,要经A/D转换才能变成数字量输入计算机。脉冲检测的原理是将转轴的转速转换成脉冲信号,根据脉冲信号的多少可以求出转速差,这种设计能实现高性能检测,但电路较复杂。脉冲检测又有两种设计,一种是将两转轴的转速都转换成脉冲信号,另一种为只将其一转速转换成脉冲信号,另一转速根据计算设定。本文设计了一种根据测量一个转轴的转速脉冲信号而快速得到高精度的转速差的转差测量系统。

　　2　测量原理

　　要测量两转轴的转速之差n2-n1,首先要用转速传感器将转速转换成脉冲信号,在预定的时间内根据脉冲数可以得出脉冲速率。由于只测一个转轴(转速较低的转轴)的转速,另一个转轴(转速较高的转轴)的转速用标准的脉冲信号来模拟。用两个计数器分别对两路信号脉冲进行计数,一个计数器计转轴的脉冲数,另一计数器计标准脉冲数,当转轴脉冲数达到预先设定的值后,这个计数器发出一个复位信号,关闭两个计数器,可以得到另一计数器的计数值。测量原理如图1.

　　设计两个计数器的计数范围均为0~999,转轴脉冲用计数器1计数,标准脉冲(模拟另一转轴转速)通过计数器2计数,当计数器1计数值达到999后给出一个溢出脉冲,该脉冲使控制电路产生复位信号并关闭两计数器,使它们都停止计数。由于计数器2计数脉冲的频率更高,所以在计数器1计数值达到999时计数器2已经达到999且溢出又重新从0开始计数,关闭计数器时的计数值就是转速差。根据选定的计数值为1000(计数范围0~999),则可以直接用千分数得出相对转速差(n2-n1) /n1,即n2为转速差的千分数,通过小数点的设定就可以得到转速差的百分率。

　　3　测量电路

　　3.1　转速传感器

　　转速传感器的作用是将转轴的转速转换成测量信号,有感应式、电感式、霍尔元件及光电式等多种。根据转差测量仪的使用环境(室外、多尘、电源不稳等),选用电感式转速传感器,这种传感器的固定部件是一个带铁芯的线圈,随着转轴的转动,线圈的磁阻将发生变化,电感变化时通过电桥电路产生电压脉冲,而且脉冲的幅值与转速无关,脉冲的频率与转速一致。电感式转速传感器如图2所示。