taco metros
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ESPEL – INSTRUMENTACION INDUSTRIAL I
TACOMETROSTACOMETROS
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Desplazamiento angular (Desplazamiento angular ())
Se expresa, normalmente, en grados (°), vueltas o revoluciones (rey) y radianes (rad).
1 revolución = 360° = 2 radianes1 radián = 57,3°
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La medida de un ángulo en radianes
es un numero adimensional.
radioarcodelLongitud
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Velocidad angular (Velocidad angular ())
La velocidad angular de un cuerpo en movimiento de rotación en torno a un eje se define como la variación del desplazamiento angular que experimenta en la unidad de tiempo. Se expresa en rad/s, o bien, en grados/s, rev/s (rps) o rev/mim (rpm).
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entodesplazamidelsegundosTiemporadangularentoDesplazami
tsrad
)( )( )/(
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Aceleracion angular (Aceleracion angular ())
La aceleración angular de un cuerpo en movimiento de rotación en torno a un eje es la variación que experimenta su velocidad angular en la unidad de tiempo. Se expresa en radianes por segundo cada segundo (rad/s2).
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Si la velocidad angular de un cuerpo varía uniformemente de 0 a t rad/s en t segundos, resulta:
iaciónladesTiemposradangularvelocidadladeVariación
tsrad t
var )( )/( )/( 02
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Relación entre las magnitudes lineales Relación entre las magnitudes lineales y angularesy angulares
rarvrs
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s = longitud del arco (m, cm, etc.)r = radio (m, cm, etc.)v = velocidad lineal (m/s, cm/s, etc.)a = aceleración lineal (m/s2, cm/s2, etc.)
donde (radianes), (rad/s) (rad/s2)
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TACOMETROSTACOMETROS
Un tacómetro es un dispositivo que mide la velocidad angular de un eje rotatorio. Las unidades más comunes para expresar la velocidad angular son revoluciones por minuto (r/min) y radianes por segundo. Utilizaremos exclusivamente las unidades de r/min.
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Los tacómetros de uso industrial emplean uno de dos métodos de medición básicos:
La velocidad angular está representada por la magnitud de un voltaje generado.
La velocidad angular está representada por la frecuencia de un voltaje generado.
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TACOGENERADORTACOGENERADOR
El tacómetro generador de cd es simplemente un generador de cd. El campo se establece ya sea por un magneto permanente montado sobre el estator o por un electromagneto excitado independientemente en el estator.
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El voltaje de salida es generado en una bobina de armadura cd convencional con un conmutador y escobilla. La ecuación para el voltaje real generado en un generador cd es
VG = kBS
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Donde VG representa el voltaje real generado, k es una constante de proporcionalidad que depende de los detalles de construcción (longitud del rotor, diámetro del rotor, etcétera.), B es la fuerza del campo magnético, y S es la velocidad angular medida en revoluciones por minuto.
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Cuando la fuerza del campo se mantiene constante, el voltaje generado es proporcional a la velocidad angular del eje. Por tanto, es posible conectar el eje del tacómetro al eje que está siendo medido, aplicar el voltaje generado a un voltímetro, y calibrar el medidor en términos de r/min.
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Una característica positiva del tacómetro generador de cd es que la polaridad del voltaje generado se invierte si la dirección de la rotación también se invierte. Por tanto, este tipo de tacómetro puede indicar la dirección rotacional así como la velocidad.
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La precisión en la medida alcanza 0.5% para velocidades que llegan hasta las 6000 r/min.
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TACÓMETRO DE ROTOR DE METAL TACÓMETRO DE ROTOR DE METAL NO MAGNÉTICONO MAGNÉTICO
Un tacómetro de rotor hueco tiene dos conjuntos de bobinas en su estator en ángulos rectos entre sí, justo como un servomotor de ca.
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Refiérase a la figura 2. Sin embargo, el rotor no es un rotor de jaula de ardilla. Es un cilindro de cobre hueco, denominado copa, con un núcleo interno de hierro laminado, el cual no hace contacto con la copa. La copa se adjunta al eje de entrada del tacómetro y rota a la velocidad medida.
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Una de las bobinas de estator, denominada bobina de excitación, está accionada por una fuente del voltaje de ca estable. La otra bobina de estator es la bobina de salida.
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La bobina de excitación establece un campo magnético alternante el cual induce corrientes de fuga, Foucalt, en la copa de cobre.
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Las corrientes de Foucalt establecen un campo de reacción de armadura en ángulos rectos al campo provenientes de la bobina de excitación.
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El campo de ángulo recto entonces inducirá un voltaje de ca en la bobina de salida cuya magnitud depende de la velocidad de rotación de la copa. El resultado es un voltaje de salida de ca que varía linealmente con la velocidad del eje.
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La frecuencia del voltaje de salida es igual a la frecuencia de excitación (por lo general 60 Hz), y se encuentra a 90 grados fuera de fase respecto al voltaje de excitación.
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La dirección de la rotación del eje determina si el voltaje de salida está adelantado o retrasado respecto al voltaje de excitación. Por tanto, este tacómetro también puede indicar la dirección así como la velocidad de la rotación.
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ERRORES TACOMETROS DE ERRORES TACOMETROS DE MAGNITUD DE VOLTAJEMAGNITUD DE VOLTAJE
Todos los tacómetros que dependen de una magnitud de voltaje para representar la velocidad están sujetos a errores causados por tres cosas:
Carga de la señalVariación de la temperaturaVibración del eje
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En lo concerniente al problema uno, el voltaje suministrado por cualquier clase de generador variará ligeramente al momento en que la carga de corriente en la bobina de salida varíe. Esto es debido a que la caída del voltaje IR en un bobina de salida varía al variar su corriente.
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Con respecto al problema 2, al cambiar la temperatura, las propiedades magnéticas del núcleo cambian, ocasionando variaciones en la fuerza del campo magnético. Al variar la fuerza del campo magnético, también lo hace el voltaje generado.
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Respecto al problema 3, al vibrar el eje, el espaciamiento preciso entre el campo y las bobinas de armadura cambia. Este cambio en el espaciamiento ocasiona variaciones en el voltaje generado.
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Los diseños modernos de tacómetros han minimizado estos errores y han producido tacómetros en los cuales la linealidad velocidad-voltaje es mejor a 0.5%. Esto es muy adecuado para la mayoría de las aplicaciones industriales.
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TACÓMETROS DIGITALESTACÓMETROS DIGITALES
La velocidad angular está representada por la frecuencia de un voltaje generado.
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Tacómetros de ca de campo rotatorioTacómetros de ca de campo rotatorio
El tacómetro de ca de campo rotatorio es un alternador de campo rotatorio, puro y simple. El campo se crea por lo general por medio de magnetos permanentes montados sobre el rotor.
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El eje del rotor está conectado al eje de medición, y el campo magnético rotatorio entonces induce un voltaje de ca en las bobinas de salida del estator.
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La ecuación para la frecuencia del voltaje generado en un alternador ca es
20SPf
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Dondef es la frecuencia en hertz,P es el número de polos magnéticos en
el rotor,S es la velocidad rotacional en r/min.
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Se puede observar que la frecuencia de salida es una medida exacta de la velocidad angular del eje.
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Tacómetros de rotor dentadoTacómetros de rotor dentado
El tacómetro de rotor dentado es el más popular de los tacómetros de frecuencia. Este tacómetro tiene varios dientes ferromagnéticos en su rotor. En su estator tiene un magneto permanente con una bobina de alambre envolviéndolo.
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Al rotar el rotor, los dientes se acercan al magneto y después pasan de largo. Cuando un diente está cerca del magneto, la reactancia del circuito magnético es baja, de manera que la fuerza del campo en el núcleo del magneto se incrementa.
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Cuando ningún diente está cerca, la reactancia del circuito magnético es alta, de manera que la fuerza del campo en el núcleo del magneto disminuye. Por tanto, se produce un ciclo de fuerza de campo magnético por cada vez que un diente pase de largo.
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Esta variación en la fuerza del campo magnético induce un voltaje en la bobina envuelta sobre el magneto permanente. Un pulso de voltaje se produce por cada diente. Esto se muestra en la figura 4.
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La relación entre la frecuencia del pulso y la velocidad está dada por
debido a que toma seis pulsos para representar una revolución.
6// spulsossrev
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El número de revoluciones por minuto equivale al número de revoluciones por segundo multiplicado por 60, o
frS
spulsossrevrS
10min)/(6
/60/60min)/(
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Dondef representa la frecuencia del pulso;
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Cualquier método de lectura que sea utilizado que reflejar la ecuación anterior, es decir, que la velocidad de rotación es igual a la frecuencia medida multiplicada por el factor 10. Para un número diferente de dientes en el rotor, el factor sería diferente.
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