Прилади для вимірювання частоти обертання вала двигуна

При випробовуванні двигуна внутрішнього згоряння необхідно знати частоту обертання вала в залежності від часу. Ці дві величини необхідно фіксувати одночасно з достатньою точністю. Не маючи цих даних, неможливо визначити потужність та економічні показники випробовуваного двигуна в заданому режимі.

Для вимірювання частоти обертання колінчастого вала двигуна застосовують тахометри, сумарні лічильники обертів та тахоскопи. Тахометри показують миттєве значення частоти обертання. За принципом дії їх поділяють на відцентрові, електричні, електронні, стробоскопічні тощо. Для випробовування ДВЗ використовують переважно відцентрові та електричні тахометри. Відцентрові тахометри, як правило, застосовують приставного типу. Вони призначені для короткочасної перевірки та контролю. Для тривалого використання вони мало придатні внаслідок швидкого зносу деталей механізму.

Рис. 10. Принципова схема охолодження двигуна з

водопровідної мережі:

1 – ДВ3; 2 – підведення води до двигуна; 3 – злив води з двигуна

Електротахометри (рис. 11) більш надійні в роботі, дозволяють вести дистанційне вимірювання частоти обертання і особливо зручні для досягнення та підтримання швидкісного режиму двигуна. Вони складаються з трьох ланок: датчика (перетворювача) 3, передавальної ланки та покажчика (вольтметра). Перетворювач представляє собою малогабаритну динамомашину постійного або змінного струму. Під час стендових випробувань динамомашина звичайно приводиться в обертання від вала гальма через черв’ячну або зубчасту передачі. Струм, який виникає при роботі динамомашини, вимірюється за допомогою вольтметра, шкала якого проградуйована безпосередньо в об/хв. Покажчик, як правило, встановлений на пульті керування.

Для визначення середньої частоти обертання вала двигуна застосовуються сумарні лічильники (механічні, електромеханічні, електронні) в поєднанні з лічильниками часу.

Більш зручним приладом для періодичної перевірки частоти обертання швидкохідних двигунів є тахоскоп (рис. 12), що представляє собою сумарний механічний лічильник з вмонтованим годинниковим механізмом. Останній механізм діє протягом 3 або 5 с, автоматично вмикає або вимикає механічний лічильник. Шкала приладу дозволяє визначити число обертів за хвилину за положенням стрілки механічного лічильника.

Рис. 11. Принципова схема електротахометра:

1 – покажчик (вольтметр); 2 – передавальна ланка (провідники); 3 – датчик (перетворювач)

Рис. 12. Тахоскоп:

1 – приводний вал (без насадки); 2 – кнопка для встановлення стрілок у нульове положення; 3 – вмикач тахоскопу

Вимірювання температури

Для визначення температури тіла забезпечують його тепловий контакт з іншим тілом, яке називають термометром.

Термометри бувають ртутні, манометричні, тиску, опору та термопари (термоелектричні пірометри).

Дистанційні манометричні термометри або термометри тиску застосовують переважно для контролю температури води та оливи. Їх перевага полягає в тому, що вимірювання температури можна здійснювати на великій відстані. Залежно від речовини, яка заповнює систему, термометри тиску поділяють на газові, парові та рідинні. Парові та рідинні термометри конструктивно не відрізняються від газових, тому часто їх об’єднують назвою аеротермометри або дистанційні термометри.

У рідинних термометрах тиску всю систему заповнюють рідиною певної властивості, у парових – термобалончики заповнюють рідиною, яка кипить при низькій температурі, тому верхню частину заповнює пара цієї рідини. На рис. 13 представлена схема такого термометра. Його основою є термобалончик 1, заповнений на 2/3 об’єму рідиною, яка кипить при низькій температурі, наприклад, хлоретилом (кипить від 0 до 120°), та довга капілярна трубка 3, з’єднана з трубчатою пружиною 4. Вільний кінець останньої з’єднаний за допомогою повідця 7 та сектора 8 з зубчастим колесом 5, закріпленим на осі стрілки 6. Капіляри трубчатої пружини заповнюють гліцерином у суміші зі спиртом. При нагріванні балона змінюється тиск всередині системи, внаслідок чого пружина розкручується і повертає стрілку. За положенням стрілки на шкалі роблять висновки про температуру досліджуваного середовища.

Термометри опору також дозволяють вести дистанційні вимірювання температури та користуватись вимірювачами стрілкового типу. Принцип вимірювання температури ґрунтується на властивості провідникових (або напівпровідникових) матеріалів змінювати свій опір залежно від температури. Принципова схема термометра опору представлена на рис. 14. Опір R_x є одним із плечей моста і має великий температурний коефіцієнт електричного опору. Опори R₁, R₂, R₃ моста виготовлені з провідників з малим температурним коефіцієнтом. Залежно від температури середовища, в якому розміщено опір R_x, його електроопір змінюється, що викликає порушення рівноваги моста. Стрілка гальванометра відхиляється на деякий кут від нульового положення. Змінюючи опір R₃ так, щоб гальванометр повернувся в початкове нульове положення, будемо мати залежність:

, або .

За відомими опорами R₁, R₂ та R₃оцінюють опір R_x в заданому температурному середовищі. Функціональна залежність опору від температури встановлюється попереднім тарируванням. Внаслідок цього можна визначати температуру середовища.

Рис. 13. Принципова схема манометричного термометра:

1 – термобалончик; 2 – рідина; 3 – капілярна трубка; 4 – трубчаста пружина; 5 – зубчасте колесо; 6 – стрілка; 7 – повідець; 8 – сектор

Викладений метод вимірювання температури відзначається високою чутливістю та точністю, однак потребує регулювання (установки на нуль) та певних розрахунків.

Термоелектричні пірометри (термопари) призначені для вимірювання відносно високих температур. Наприклад, температур відпрацьованих газів або окремих деталей двигуна. Принцип дії термопари ґрунтується на термоелектричному ефекті, який виникає при нагріванні зварених (спаяних) двох провідників з неоднорідних металів. На рис. 15 представлена схема термоелектричного пірометра.

Рис. 14. Принципова схема термометра опору

Рис. 15. Принципова схема термоелектричного пірометра

Зварний кінець термопари, який називають гарячим кінцем, розміщують в ізольоване середовище з температурою t₁. Відповідно до холодного кінця з сталою температурою t₀приєднують гальванометр, який покаже електрорушійну силу (ЕРС) термоелемента. Знаючи ЕРС термоелемента при зміні температури середовища, яке вимірюють, за тарирувальними характеристиками визначають температуру t₁середовища. Найбільш розповсюджені термопари платина – платинородій, хромель – копель, хромель –алюмель, нікель – кобальт.