Принципиальная схема центробежного тахометра
Назначение и принцип действия. Центробежный тахометр (фиг. 274) устанавливают на легких одномоторных самолетах для измерения числа оборотов главного вала двигателя. На многомоторных больших самолетах центробежный тахометр вытеснен электрическими тахометрами, обладающими тем преимуществом, что указатель можно отнести на значительное расстояние от места измерения. Лишь там, где расстояние от двигателя самолета до приборной доски невелико (до 2,5 м), можно устанавливать центробежные тахометры; при больших расстояниях показания прибора неустойчивы.
Вращение распределительного вала авиационного двигателя передается гибким валом передающему валику 1 тахометра. На оси валика 1 посажена шестерня 2, приводящая во вращение ось центробежного узла 3. На этой оси имеются две муфты 4 и 5, причем верхняя муфта 4 крепится неподвижно, а нижняя 5 может свободно скользить по шпинделю и под действием пружины 6 стремится занять крайнее нижнее положение. Обе муфты соединены с грузами 7 при помощи рессорок 8.
Перемещение муфты 5 по оси вызывает поворот зубчатого сектора и стрелки 9. Волосок 10 предназначен для выбирания люфтов. При вращении оси прибора на грузы 7 действует центробежная сила, и они расходятся, сжимая пружину 6 до тех пор, пока упругость последней не уравновесит центробежного усилия. Следовательно, прогиб пружины, фиксируемый стрелкой, является мерой скорости вращения.
Конструкция. Передающий валик 1 (фиг. 276) связан с осью 6 центробежного узла косозубчатыми шестернями с передаточным числом 3,5:1. Косозубчатое зацепление позволяет вывести наконечник валика тахометра под углом 45° относительно центробежного узла, вследствие чего устраняются большие углы изгиба гибкого вала. Большие углы изгиба недопустимы, так как они вызывают вибрацию стрелки и нарушают плавность хода прибора.
Все части прибора смонтированы в алюминиевом корпусе диаметром 80 мм. Корпус прибора разъемный и состоит из двух частей. В основной части корпуса 23 помещается весь механизм. Эта часть закрывается спереди шкалой, устанавливаемой на двух винтах. Передняя часть корпуса служит крышкой прибора. Спереди она закрывается стеклом, укрепленным пружинящим кольцом. Части корпуса скрепляются при помощи трех винтов.
Шкала прибора (см. фиг. 274) имеет деления от 400 до 3000 об/мин, нанесенные через 50 об/мин; цифры соответствуют сотням оборотов в минуту главного вала двигателя. Шкала черная; цифры и деления через каждые 200 об/мин покрыты светящейся массой.
Фиг. 276. Конструкция центробежного тахометра:
1-передающий валик, 2, 3 -шарикоподшипники, 4, 5-шестерни, 6- ось центробежного узла. 7, 8—шарикоподшипники. 9 -спиральная пружина, 10-подвижная муфта. 11-грузы, 12-рессорки, 13-неподвижная муфта, 14- шарикоподшипник, 15-поводок, 16-валик, 17-поводок, 18 сектор, 19-трибка, 20- стрелка, 21-волосок, 22-шкала, 23—основание корпуса, 24-стекло.
Гибкий вал. (фиг. 277) служит для передачи вращения от двигателя к тахометру. Этот вал выдерживает приложенный к нему скручивающий момент до 15 кг/см. При превышении этой нагрузки получаются большие остаточные деформации, в результате которых вал может выйти из строя.
Фиг. 277. Гибкий вал центробежного тахометра:
1 -гибкий вал, 2—оболочка, 3, 4 -наконечники, 5, 6-втулки, 7—гайка, 8-стопорный винт, 9, 10—гайки, 11-шарики.
Собственно вал состоит из сердечника (стальной проволоки) и навитых вокруг сердечника в противоположных направлениях четырех концентрических слоев стальной проволоки разной толщины. Направление навивки чередуется по слоям. Направление навивки верхнего слоя определяет собой направление передачи вращения, для которого предназначен данный гибкий вал. После навивки вал подвергается термической обработке и для получения эластичности его механически обжимают на специальных роликах.
Оболочка вала изготовляется из тонкой латунной или стальной ленты в виде цилиндрической спирали, навитой так, что края смежных витков накладываются друг на друга, образуя подвижное соединение. Между краями смежных витков прокладывают хлопчатобумажный шнур, предохраняющий внутреннюю часть оболочки от грязи и пыли и способствующий сохранению смазки внутри оболочки.
На концах гибкого сала напаяны два наконечника, имеющие на своих концах прямоугольные прорези для присоединения лопаток валиков двигателя и тахометра. Наконечник гибкого вала со стороны двигателя вращается во втулке, припаянной к одному из концов оболочки. Наконечник со стороны тахометра вращается на шариках диаметром 2 мм, помещенных в два ряда, по 17 шариков в ряду.
Для облегчения монтажа и демонтажа некоторые гибкие валы со стороны тахометра снабжаются переходной деталью, которая дает возможность, отвинтив стопорные винты, наконечник и выбив штифт, быстро вынуть вал и заменить его новым.
Центробежные тахометры просты по конструкции, развивают большой вращающий момент и сравнительно несложны в производстве.
Недостатки прибора — неравномерная шкала, сложность балансировки и довольно сильная, почти неустранимая вибрация стрелки.
Тахометр центробежный ТЦ-45. Тахометр ТЦ-45 представляет собой модернизованный центробежный тахометр. Модернизация проведена для повышения вибрационной устойчивости, механической прочности п повышения эксплоатацион-ной надежности прибора. В отверстие валика машинки ТЦ-45 впрессована бронзовая направляющая втулка, обеспечивающая необходимое направление поводка скобы и исключающая разработку отверстия валика при продолжительной работе.
В тахометре ТЦ-45 изменена конструкция опор центробежного узла. Валик центробежного узла с конусной опорой заменен валиком с шариковой опорой. Увеличен противодействующий момент волоска с 700 до 900 мг*см. Усилены центровые винты машинки, скобы и цапфы валика сектора за счет увеличения их диаметров.
Кроме того, тахометр ТЦ-45 имеет уплотнительные резиновые прокладки между основанием и корпусом прибора, а также под стеклом.
Назначение и принцип действия. При выполнении самолетом крутых виражей и фигур высшего пилотажа возникают центробежные силы, действующие на все части самолета. Эти силы зависят от угловой скорости вращения самолета. Центробежную силу, действующую на какую-либо часть самолета, можно сложить по правилу параллелограма с силой тяжести. Отношение результирующей силы к силе тяжести называется перегрузкой и характеризует увеличение напряжения в материале по сравнению с нормальным полетом, когда действует только сила тяжести (см. стр. 15).
Все части самолета должны быть рассчитаны на предельную величину перегрузки в полете. Длительные перегрузки возникают при крутом вираже, мертвой петле, штопоре, спирали. Непродолжительные, но весьма большие по величине перегрузки возникают при выходе самолета из крутого пикирования. Величина перегрузки может доходить до семи-восьмикратной.
Когда действует только сила тяжести (горизонтальный полет), то величина перегрузки принимается равной единице. Если самолет летит вверх колесами, то сила тяжести меняет свое направление относительно самолета на 180°; в этом случае перегрузка имеет отрицательный знак и равна —1. Если при этом самолет вращается, например, в верхней точке мертвой петли, то перегрузка может равняться нулю при равенстве центробежной силы и силы тяжести.
Акселерометр (перегрузочный прибор) служит для определения в полете величины перегрузки вдоль вертикальной оси самолета. Действие акселерометра основано на измерении сил инерции, возникающих в элементах прибора при выполнении самолетом эволюции.
На фиг. 279 изображена принципиальная схема акселерометра. При отсутствии центростремительных ускорений груз 3 удерживается пружинами 4 и 5 в нейтральном положении, и стрелка 11 указывает перегрузку, равную единице.
При наличии центростремительных ускорений на груз 3 действует сила, направленная противоположно ускорению. Под действием этой силы груз 3 преодолевает сопротивление пружин 4 и 5 и поворачивает рычаг 1 вокруг оси 2. С рычагом 1 жестко связан сектор 9, поворачивающий трибку 10 со стрелкой 11.
Поворот стрелки пропорционален величине перегрузки, так, как сила, действующая на груз, также пропорциональна перегрузке.
Конструкция. В цилиндрическом корпусе установлен маятник (рычаг с грузом), поддерживаемый посредством двух цилиндрических пружин в положении, близком к горизонтальному. Движения маятника ограничиваются стойками, на которые надеты резиновые трубки, предназначенные для смягчения ударов маятника. С рычагом груза жестко связан зубчатый сектор. Вращение сектора передается трибке, на оси которой находится главная стрелка прибора. На этой же оси жестко укреплен диск с пальцем, передвигающим стрелку-фиксатор максимальных перегрузок. Стрелка-фиксатор остается в положении максимального отклонения и удерживается от самопроизвольного отклонения храповым колесам и собачкой.
Для возвращения стрелки-фиксатора в нулевое положение служит кнопка, при нажатии на которую освобождается храповое колесо; при этом стрелка под действием волоска, установленного на се оси, возвращается в нулевое положение. Эта же кнопка служит для застопоривания рычага с грузом на то время, когда прибором не пользуются.
Для отсчета показаний шкала прибора разградуирована в единицах ускорения силы тяжести g; цена деления 0,2 g. Деления на шкале расположены так, что положительные ускорения (от 0 до 7 g) нужно отсчитывать от нуля по часовой стрелке, а отрицательные (от 0 до —1 g) против часовой стрелки. Точка шкалы с цифрой —1 соответствует одновременно ускорениям + 8 и —1 g. Цифры на шкале, деления и стрелка покрыты светящейся массой.
При монтаже акселерометра следует обеспечить удобство пользования прибором, минимальное влияние на него вибраций и правильность расположения шкалы (0 шкалы должен быть вверху).
Прибор крепят при помощи четырех болтов.
Дата публикации на сайте: 24.11.2012
Добавить комментарий.
25 11 2012
В современной авиации центробежные датчики применяются как пороговые замыкатели, будь то датчик юза колеса или центробежный замыкатель стартера. Ни в одной системе я не припомню, чтобы центробежный датчик применялся как аналоговый прибор.
Если говорить о современных ДТЭ - датчик тахометр электрический, то это простой трехфазный генератор переменного тока, величина напряжения которого зависит от его оборотов. Соответственно указатель - простой вольтметр. Такие генераторы, как мы знаем не имели коллекторно-щеточного узла, соответственно были надежны и не требовали техобслуживания. Схема была работоспособна и при пропадании напряжения в сети.
Именно такие тахометры ДТЭ-5Т, устанавливались на коробке приводов большинства советских двигателей, начиная от АИ-20, АИ-24 и кончая Д-30КУ, КП.
Придумать датчик тахометра с гибким валом от двигателя и центробежным аналоговым датчиком - это стоит внимания, чтобы его рассмотреть.
Аналогичный суперхит - это дистанционная тросовая настройка командной радиостанции РСИ-4 на советских самолетах Ил-10
Сегодня такие решения кажутся лишенными смысла, однако вероятно были в свое время очевидными.
Современный цифровой автомобильный тахометр считает количество импульсов за единицу времени. Нет ничего проще, чем придумать такую схему: на схему "И" поступает импульс времени счета, на второй вход собственно сами счетные импульсы. И никаких центробежных датчиков и сложнозавитых тросиков
Работает тахометр посредством регистрации количества импульсов. В авиации такие датчики, типа ДТА-10, устанавливались на двигатели Д-36. Датчик двигателя работает совместно с индуктором, который является частью ротора двигателя. При вращении зубчатого венца индуктора в датчике индуктируются электрические импульсы напряжения, частота которых пропорциональна частоте вращения вала двигателя.
Центробежные тахометры выполняются в двух вариантах: конический (рисунок 2) и кольцевой (рисунок 3).
В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2.
Рисунок 2. Принципиальная схема конического тахометра
Если обозначить у - перемещение муфты и у0 - начальную длину пружины (при щ = 0), то зависимость у от угловой скорости щ будет иметь вид
где S=nm y0 (1+2r0/ ) - чувствительность прибора;
n, т, r0 и c1 - соответственно число грузов, масса груза, радиус муфты и коэффициент жесткости пружины.
Из выражения (1) следует, что центробежный тахометр имеет квадратичную характеристику.
В кольцевом тахометре при не вращающейся оси (щ = 0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол а0 (рисунок 3). При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещение муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца
где S=mr 2 sin 2 2a/2c1 - чувствительность кольцевого тахометра;
m, r, c1 - соответственно масса и радиус кольца, коэффициент жесткости пружины.
Рисунок 3. Принципиальная схема кольцевого тахометра
Достоинства центробежных тахометров: показание не зависит от направления вращения; достаточные по величине силы, сообщающие движение стрелочному механизму, допускают приведение в действие дополнительных управляющих и регулирующих устройств.
Недостатки центробежных тахометров: недистанционность, значительные погрешности и технологические трудности изготовления и регулировки, показания такого вида тахометров начинаются не от нулевого, а от некоторого минимального значения.
Максимальная частота вращения серийно впускаемых центробежных тахометров составляет 10000 об·мин -1 .
При измерении центробежным тахометром возможны ошибки, зависящие от разных причин - отклонения от прямой пропорциональности между деформацией пружины и действующей силой, трения в механизме тахометра, неточности установки и градуировки шкалы, влияния температурных деформаций деталей тахометра, который обычно регулируется и градуируется при 20 С. Кроме того, могут быть неточности, зависящие от неправильной установки тахометра. [31]
Величину температурной погрешности центробежного тахометра можно определить, принимая во внимание, что основной причиной этой погрешности является изменение жесткости - пружины чувствительного элемента. Рассмотрим центробежный тахометр с грузиками ( фиг. [32]
К общим недостаткам механических центробежных тахометров относится большое количество трущихся механических деталей: осей, подшипников, шарниров, зубчатых передач. У стационарных тахометров эти детали находятся в непрерывном движении, что способствует их быстрому износу. Образующиеся в соединениях неплотности приводят к возрастанию погрешности, а износ зубьев шестерен влечет за собой выход всего прибора из строя. [33]
Чувствительным элементом регулятора является центробежный тахометр 2, приводимый во вращение синхронным вспомогательным двигателем. [34]
Для увеличения точности отсчета ручные центробежные тахометры имеют коробку скоростей с различным числом ступеней, включаемых по мере необходимости. У стационарных тахометров приводная ось соединяется с валом машины посредством специальной передачи. [35]
Для расширения диапазона измерения центробежных тахометров применяют в одних случаях пружины переменной жесткости, а в других - специальные механические редукторы с ручным переключением скоростей вращения вала тахометра при переходе с одного предела на другой. Редукторы применяют в переносных конструкциях тахометров. [36]
Как устроен измерительный механизм центробежного тахометра . [37]
Скорость вращения двигателя измеряют центробежным тахометром , который обычно имеет несколько пределов измерения. [38]
В У группе приведены механизмы центробежных тахометров и тахографов. [39]
Датчик частоты вращения, чувствительный элемент центробежного тахометра , устанавливается на кронштейне и крепится к передней стенке станины. Он соединяется с сельсиновым датчиком, сигнал которого передается на сельсиновый приемник, приводящий в движение стрелку регистратора. Предел измерения частоты вращения 500 об / мин. [41]
При изменении числа оборотов турбины грузы центробежного тахометра Т расходятся и через рычаг Рг воздействуют на маятниковый золотник ( МЗ), который перепускает масло в одну из полостей сервопоршня СЯЬ который воздействует через редуктор на заслонку. [42]
Уравнение ( 14 - 34) характеризует центробежный тахометр как колебательное звено. [43]
Схемы центробежных измерительных устройств: а - центробежный тахометр ; / - валик; 2 - грузы; 3 - пружина; 4 - выходной шток; б - центробежный импеллер; / - крыльчатка; 2 - вал; 3 - корпус. [44]
Принципиальная схема электромеханического регулятора: / - центробежный тахометр ; 2 - гидравлический золотник; 3 - контактное устройство; 4 - промежуточное реле; 5 - серводвигатель; 6 - электромеханический тормоз; 7-воль-тодобавочный двигатель-генератор; 8, 9, 0 - переключатели; / / - реле реверса; 12 - поршень; 13 - концевые выключатели; 14 - переключатель защелочного типа. [45]
Цель работы: ознакомление с устройством и принципом действия тахометров, работающих по контактному методу. Получение практических навыков по проведению измерений угловой скорости.
Инструменты и принадлежности к работе:
1. Лабораторный стенд
Общие сведения о тахометрах
Угловая скорость и частота вращения измеряются с помощью приборов, называемых тахометрами. За единицу угловой скорости принят радиан в секунду- (рад/с). Единицей частоты вращения является секунда в минус первой степени (с-1).
По принципу действия первичного преобразователя тахометры разделяют на механические, магнитные, электрические и стробоскопические. Механические тахометры имеют в своем составе только механические преобразователи. К ним относятся центробежные, фрикционные, часовые, гидравлические, пневматические. Отличительной особенностью магнитных тахометров является то, что наряду с другими преобразователями они имеют магнитный индукционный преобразователь. Для электрических тахометров характерно наличие в измерительной цепи электромеханических преобразователей. К этой группе относятся -электромашинные и электроимпульсные тахометры. Действие стробоскопических тахометров основано на создании с помощью специальных преобразователей стробоскопического эффекта.
По способу применения все тахометры классифицируются на стационарные и переносные. Стационарные, как правило, служат для постоянного измерения скорости какого-либо объекта и соединяются с основным валом этого объекта посредством специального передаточного устройства. Переносные (ручные) тахометры присоединяются к контролируемому валу только на время измерения скорости вращения.
По методу измерения различают тахометры, работающие контактным и бесконтактным методами. К первой группе относятся все вышеперечисленные приборы, за исключением нескольких разновидностей электроимпульсных и стробоскопических тахометров, работающих по бесконтактному методу.
Центробежные тахометры
Принципиальная схема центробежного тахометра с грузиками представлена на рисунке 1.1. В тахометре имеются грузики 1, симметрично расположенные относительно оси тахометра 2. Тяги 3 шарнирно связаны с двумя муфтами.
Одна из них (4) жестко связана с осью тахометра, а вторая (5) имеет возможность перемещаться по оси 2 в вертикальном направлении. Между муфтами установлена пружина 6, стремящаяся их разжать и приблизить грузики к оси тахометра. При такой конструкции грузики вместе с пружиной представляют собой первичный преобразователь тахометра.
Вал тахометра приводится во вращение от входного валика 7 через зубчатую передачу. При вращении грузиков развивается центробежная сила Q, действующая в плоскости, перпендикулярной оси тахометра, и направленная радиально. Эта сила может быть разложена на составляющие Q1 и Q2- направленные вдоль тяг. Составляющая Qoc силы Q, направленная вдоль оси вращения, перемещает подвижную муфту, пока не будет уравновешена упругой противодействующей силой пружины.
Рисунок 1.1- Схема центробежного тахометра
Таким образом, перемещение подвижной муфты является выходным сигналом преобразователя, и уравнение действующих сил в равновесном состоянии имеет вид:
;
(1.1)
где k — количество грузиков; с — жесткость пружины; у - деформация пружины.
Далее линейное перемещение подвижной муфты при помощи трибосекторного механизма 8 преобразуется в угловое перемещение стрелки 9. Волосок 10 служит для устранения мертвого хода в передаточном механизме.
Статическая характеристика центробежного тахометра может быть получена из уравнения (1.1) следующим образом.
Составляющая центробежной силы, направленная вдоль оси тахометра:
(1.2)
(1.3),
где m — масса одного грузика; р — расстояние от оси вращения до центра сосредоточенной массы; ω— скорость вращения оси тахометра.
Принимая во внимание, что
, а
,получаем:
(1.4)
Будем считать, что при неподвижной оси тахометра расстояние между муфтами равно 2l, а при вращающейся — (2l— r0), где г0 — перемещение подвижной муфты (деформация пружины). Исходя из геометрических соотношений, можно записать:
;
.
Тогда выражение (1.4) принимает вид:
(1.5)
Если пружина имела предварительную деформацию z1, то ее суммарное значение:
y= z1+z0 (1.6)
Подставляя эти выражения в (1.1), получим уравнение характеристики чувствительного элемента тахометра:
(1.7)
Это выражение нельзя привести к традиционному виду характеристики преобразователя. Поэтому приходится использовать выражение характеристики вида:
(1.8)
Характеристики центробежных тахометров нелинейны. Поэтому в центробежных тахометрах применяют чувствительные элементы с подавленным начальным участком шкалы, что достигается за счет предварительного натяга противодействующей пружины, соответствующего выбора диапазона измерений и позволяет выбрать рабочий участок характеристики в ее средней части, наиболее близкой к линейному. На практике это обеспечивается созданием многодиапазонных приборов путем применения на входе тахометров коробок скоростей. Например, ручной центробежный тахометр ИО-10 имеет встроенную пятискоростную коробку передач с двумя группами диапазона измерений: 25—100; 75—300; 250—1000; 750—3000; 2500— 10000 об/мин. Аналогичного класса тахометр ИО-30 имеет встроенную трехскоростную коробку передач,
Центробежные тахометры не имеют методических погрешностей. Им свойственны только инструментальные.
Появление инструментальных погрешностей обусловлено упругим гистерезисом и последействием противодействующей пружины, влиянием температуры на ее модуль упругости, погрешностей из-за трения в кинематических парах, а также неточностей изготовления и сборки.
Достоинство центробежных тахометров - простота конструкции при сравнительно высокой точности измерения, а также независимость показаний от направления вращения. Недостатки связаны с нелинейностью характеристики и с ограниченной дистанционностью измерения, которая определяется предельно допустимой длиной гибкого валика (2,5 м).
У различных конструкций центробежных тахометров предельная основная приведенная погрешность находится в пределах от ± 1 до ±2 %.
В данном тахометре (как, впрочем, и в большинстве подобных цифровых приборов) использован принцип пересчета частоты импульсов (Гц) с датчиков вращения вала в число оборотов в минуту путем умножения входных импульсов на число «подставных» импульсов. Т.е., каждый из входных импульсов инициирует появление на входе счетчика n-количества импульсов, увеличивающих показания цифрового дисплея в n-раз относительно числа входных импульсов. Для конкретного ДВС количество «подставных» импульсов может быть различным и зависит от конфигурации двигателя, выражающейся:
- в количестве цилиндров
- в числе тактов
- в количестве катушек зажигания
Формула такой зависимости выглядит следующим образом: F=N*I/30*U*G, где F – частота импульсов датчиков вращения, U – число тактов, G - число катушек зажигания, N – количество оборотов в минуту, I - число цилиндров.
Так, например, исходя из приведенной формулы, число импульсов в пачке, определяемой параметрами входного импульса и частотой генератора «подставных» импульсов, для 4-тактного, 4-цилиндрового ДВС с единственной катушкой зажигания (условно назовем конфигурацию 4-1-4) составит 30; для 8-цилиндрового ДВС (8-1-4) при прочих неизменных параметрах – 15; для 6-цилиндрового (6-1-4) – 20, с учетом времени измерения счетчика равным 1с. Время измерения можно выбрать иным с пересчетом количества импульсов в пачке. В большинстве тахометров для формирования «подставных» импульсов используется числоимпульсный генератор с достаточно громоздкой схемотехникой (если речь не идет о МК) и определенными сложностями коммутации режимов. Пачка импульсов в большинстве случаев формируется по фронту входного импульса, а частота импульсов в пачке фиксирована, привязана к опорной частоте, к которой привязано так же время измерения и индикации прибора.
рис.1 Принципиальная схема тахометра
В тахометре, схема которого изображена на рис.1, пачка импульсов формируется импульсом определенной фиксированной длительности, сформированным из входного импульса одновибратором на микросхеме U3 и генератором "подставных" импульсов на элементе U1.2. Если длительность выходного положительного импульса одновибратора (U3), предположим, составит 3мс, то для размещения в нем 30-ти импульсной пачки, период импульсной последовательности генератора на элементе U1 должен составить 100мкс. Т.е., частота генератора на элементе U1.2 должна составить 10кГц. Тогда при входной частоте сигналов датчиков вращения вала равной 40Гц, времени измерения 1с для 4-тактного 4-цилиндрового ДВС с единичной катушкой зажигания показания тахометра будут равны 1200об/м.
При уменьшении времени измерения количество «подставных» импульсов должно быть пропорционально увеличено, так же, как и при изменении числа тактов работы ДВС или числа катушек зажигания. При увеличении количества цилиндров число «подставных» импульсов должно быть пропорционально уменьшено.
Таким образом, импульс датчика, полученный по любому из входов (“IND” или ”DH”), преобразуется микросхемой U3 в положительный импульс длительностью 3мс. На время действия импульса разрешается запуск генератора «подставных» импульсов (U1.2), которые в инверсном виде после элемента U1.3 попадают на вход CLK (вывод 12) микросхемы МС14553 (U4), которая и производит счет импульсов. Время счета определяется длительностью положительного импульса по входу DIS (вывод 11). По спаду импульса на входе DIS данные на выходах микросхемы U4 Q0-Q3 фиксируются до прихода короткого положительного импульса на вход MR (вывод 13) микросхемы U4. Время счета и время до сброса индикации задается тактовым генератором на элементе U1.1. Длительности импульсов для счета и индикации выставляются значениями сопротивлений R10 и R12. Счет импульсов происходит во время, когда данные на выходах U4 зафиксированы и на дисплее, управляемым дешифратором U5 (или U6), не визуализируется процесс счета, - высвечиваются показания предыдущего счетного цикла или нулевые значения (до окончания первого цикла).
Микросхема МС14553 содержит три декадных счетчика, обеспечивающих режим динамической индикации, что позволяет обойтись небольшим количеством микросхем. Частота переключения выходов декад задается встроенным в микросхему генератором, частота которого определяется внешним конденсатором С11.
Работа дешифратора на микросхеме U5 (или U6), как и счетчика (U4), - возможна со светодиодными индикаторами, имеющими различные общие электроды. В качестве U5 подразумевается использование отечественных микросхем К176ИД2 или ИД3. Второй из них имеет открытые стоковые выходы ключей с p-каналом. В качестве дешифратора U6 должна использоваться микросхема MC14543, являющаяся практически полным аналогом микросхемы К176ИД2 (неполное совпадение цоколевки). Для использования индикаторов с общим анодом необходимо наличие транзисторов VT3-VT5, наличие резисторов R23-R30 (в случае использования U5 – К176ИД3), наличие перемычки ОА. При использовании в качестве U5 микросхемы К176ИД2 или в качестве U6 микросхемы МС14543, необходимость в резисторах R23-R30 отпадает. Резисторы R21-R24 при этом на плату не устанавливаются. При использовании индикаторов с общим катодом, перемычка ОА должна отсутствовать, VT3-VT5 так же не устанавливаются на плату, устанавливаются резисторы R21-R24. Важной особенностью используемых микросхем дешифраторов является встроенная опция ограничения тока выходных ключей, благодаря чему, индикаторы можно подключать к выходам микросхем без токоограничительных резисторов.
В схему тахометра для удобства настройки внедрен генератор импульсов на микросхеме U2 с диапазоном изменения частоты импульсной последовательности 10-200Гц (приблизительно). Генератор при необходимости подключается нажатием фиксированной кнопки S1 к входу "DH" тахометра.
Индикатор тахометра - 3-разрядный. "Тысячный" разряд выделен децимальной точкой. Светодиод HL3 индицирует подключение встроенного генератора в схему. Светодиод HL1 индицирует состояние входов (сигналы датчиков), HL2 - импульсы на выходе формирователя.
Все настройки тахометра взаимозависимы и начинать настройку прибора следует с установки длительности импульса на выходе микросхемы U3. Для этого следует подать на вход сигнал встроенного генератора на вход "DH" тахометра (кнопкой S1) и, контролируя с помощью осциллографа или частотомера (в режиме измерения длительности импульсов) выставить длительность выходного импульса формирователя равным 3мс (потенциометр PR3). Длительность импульса должна оставаться неизменной во всем диапазоне частот встроенного генератора.
Далее частоту генератора на элементе U1.2, контролируя импульсы частотомером на выводе 4 U1, необходимо выставить равной 10кГц (PR1). Частота тактового генератора на элементе должна быть равна 0,5Гц. При этом счет импульсов будет происходить в течении секунды. На этом настройка для конфигурации ДВС 4-1-4 (см. выше) закончена. Для настройки режимов тахометра под ДВС с иной конфигурацией, используется та же методика.
рис.2 макет тахометра
Тахометр был собран в нескольких вариантах (с использованием различных комплектующих) на макетной плате (рис.2). На рис.1 показан оптимальный вариант принципиальной схемы из версий, отработанных на макетной плате. Характеристики тахометра сравнивались с тахометром, собранным на МК (рис.3).
рис.3 сравнение работы двух тахометров
Кроме несколько большего ухода показаний за час работы (+50 относительно прибора с МК, что вполне предсказуемо) при фиксированной частоте входной импульсной последовательности, прочих недостатков замечено не было.
В генераторах тахометра желательно использовать конденсаторы и резисторы высокого качества, т.к. точность прибора во многом будет определяться качеством компонентов и их температурной зависимостью при отсутствии стабилизированной опорной частоты.
рис.4 вид печатной платы тахометра
Для тахометра была разработана печатная плата (рис.4) с размерами 75Х50мм. Предусмотрена возможность установки одной из указанных выше микросхем-дешифраторов; возможность установки 3-разрядных дисплеев размером 0,56" или 0,36".
Тахометр можно сделать многорежимным, используя простую коммутацию предварительно подобранных резисторов R6, меняя частоту генератора (элемент U1.2) «подставных» импульсов, изменяя тем самым количество импульсов в пачке. Коммутировать таким образом можно и время счета, изменяя частоту генератора на элементе U1.1. При этом элементы коммутации следует располагать на печатной плате для сохранения стабильности генерации и уменьшения влияния внешних электромагнитных проявлений. В данной печатной плате не предусмотрена установка элементов коммутации.
Тахометр предназначен для питания от бортовой сети автомобиля (+12В) и гарантированно работоспособен в диапазоне напряжений +10,5…+16,5В. Ток потребления в указанном диапазоне напряжений, при активности всех сегментов светодиодного индикатора и наличии входного сигнала, не превышает 60мА.
Читайте также: