Стробоскопический тахометр принцип работы
Автомобильных стробоскопов для регулировки угла зажигания известно множество, поэтому данная разработка является "одной из многих" и не заслуживает оформления в виде статьи.
В прошлом веке они делались на основе газоразрядных ламп-вспышек, а нынче им на замену пришли светодиоды. Компонентная база - самая различная - от логических элементов и триггеров до таймеров. Схемы из Интернета - под спойлером.
Заказчик (начальник отдела механизации) выдвинул еще одно пожелание - снабдить устройство тахометром, показывающим частоту оборотов коленвала. Поэтому пришлось разрабатывать устройство заново. Почти все детали были взяты из загашника. Прикуплены только "крокодилы" (к клеммам аккумулятора и для емкостного датчика), светодиодная матрица и разборный разъем питания.
Первым этапом была апробация индуктивного датчика искрообразования (200 витков на расколотом ферритовом кольце, одеваемом на провод первого цилиндра. Осциллограммы при испытании показали, что ни о какой индуктивной связи речи не идет даже близко. Датчик с катушкой ТТ оказался емкостным. Поэтому не мудря лукаво он был изготовлен из "крокодила", с приклепанной к его бранше полоской стеклотекстолита, на которой распаяны конденсатор С1 на 100 пФ х 2 кВ и входные резисторы R1R2 (на фото они еще отсутствуют):
В качестве элементной базы был выбран сдвоенный одновибратор К561АГ1:
На первой половинке (DD1) собран одновибратор аналогового тахометра с выходом на стрелочную измерительную головку на 500 мкА. Его вход отвязан от датчика буферным ключевым каскадом на VT1. Кроме функции тахометра этот одновибратор играет еще и роль защиты от ложных срабатываний - пока не закончится формирование выходного импульса, не запустится повторно следующий каскад (проблеск).
На второй половинке (DD2) собран одновибратор проблеска, нагруженный на управляемый источник стабильного тока на 3 А, нагрузкой которого, с свою очередь, явилась светодиодная матрица на 10 Вт. с неработающей центральной цепочкой светодиодов (итого суммарно на 6 Вт).
Матрица установлена на радиаторе северного моста материнской платы, прикрепленной к удлиняющей ручке.
Питание одновибраторов застабилизировано интегральным стабилизатором 78L09 на 9 В. Вся "лепестроника" размещена на печатной плате (кроме конденсатора С9, установленного прямо на входном разъеме питания):
Кроме того, на разъеме же установлен диод Шоттки на 3 А, защищающий от переполюсовки при подключении к клеммам аккумулятора.
И все это помещено в корпус от малогабаритного компьютерного блока питания:
В отверстие от кулера тютелька-в-тютельку поместилась стрелочная головка:
Резистор R9 регулировки длительности проблеска вынесен с печатной платы на корпус (вверху слева) для удобства подстройки. Включатель проблеска на ручке (как было показано на схеме) не уместился, поэтому тоже размещен на корпусе (красный тумблер справа по центру). Исключительно чтобы лишний раз не "напрягать" светодиодную матрицу. Все-таки, хоть скважность импульсов и велика, но и ток большой.
Попытался я сделать на головку шкалу программой Старичка "Shkala" - не получилось. Нет в ней таких приборов. Пришлось делать SPlan'ом.
Калибровка частотомера производилась от переменного напряжения 50 Гц х 3 В, что соответствовало 3000 об/мин. прямо на вход датчика, минуя конденсатор С1.
Испытания этого "чудо-девайса" оказались вполне удачными. Яркости было достаточно для наблюдения за меткой, "поднятой" белым маркером для ретуши текстов, в облачный день под капотом машины, стоящей во дворе. Длина ручки позволила подносить головку к любым движущимся частям мотора без опасности получения травм. Наличие частотомера тоже было информативным.
Тахометр – это прибор, предназначенный для измерения скорости вращения. Контролирование скорости вращения самых различных по своему назначению механизмов и устройств, подвижных элементов промышленного оборудования и всевозможных конструкций является одной из главных диагностических функций.
Своевременное выявление аномального отклонения текущего значения скорости механизма от паспортного позволяет вовремя предотвратить возможные необратимые последствия, связанные с поломкой и выходом устройством из строя.
Принцип работы тахометра
Скорость вращения в первую очередь характеризуется количеством полных оборотов, совершаемых телом при его равномерном движении по окружности за одну единицу времени. Этот показатель также называется частотой вращения, и именно для его определения и предназначены тахометры. Единицами измерения частоты вращения служат герцы или обороты в минуту.
Как правило, все современные тахометры позволяют выбрать единицы измерения. Кроме того, программное обеспечение современных тахометров позволяет сразу масштабировать единицы измерения в реальные показатели (минуты, часы, метры и так далее, в зависимости от установок).
Разновидности тахометров
В зависимости от способа получения информации от вращающихся частей механизмов все тахометры можно разделить не несколько типов:
- Механические тахометры – требуют непосредственного контакта с поверхностью контролируемого объекта. Датчик прибора присоединяется к поверхности исследуемого объекта, после чего тахометр начинает анализировать вращательный момент. В качестве датчика, как правило, выступает резиновое колесо или заостренный конический наконечник. Механический метод обычно применяется для контролирования и измерения относительно небольших скоростей – примерно от 20 до 20000 оборотов в минуту. Механические тахометры также позволяют измерить длину движущегося объекта.
- Оптические тахометры - выгодно отличаются от механических тем, что они не требуют прямого контакта с контролируемым объектом. В связи с этим такие тахометры также называют бесконтактными. При этом методе измерений информация о частоте вращения передается на прибор при помощи инфракрасного светового луча, излучаемого инструментом и отраженным от поверхности. В случае, когда отражательная способность поверхности не позволяет произвести измерения, на нее наклеивается специальная отражательная пленка, идущая в комплекте с прибором. Такие тахометры позволяют измерять вращение с частотой от 0 до 100000 оборотов в минуту.
- Стробоскопические тахометры – позволяют измерять частоту вращения очень маленьких объектов, а также частоту колебания объектов. Суть стробоскопического метода измерений заключается в том, что объекты в глазах наблюдателя становятся неподвижными, когда частота высокочастотных вспышек от объектов синхронно совпадает со скоростью вращения объекта. Такие тахометры позволяют измерять скорости вращения в пределах 1000 – 50000 оборотов в минуту.
Сейчас на рынке представлено огромное количество тахометров для самых разных нужд. Стоит отметить, что современные тахометры нередко сочетают в себе возможности нескольких видов измерений, к примеру, оптических и механических. Они оснащаются цифровым дисплеем для отображения результатов измерений, удобной клавиатурой с возможностью решения дополнительных задач, встроенной памятью для записей измерений и многими другими возможностями.
Данное устройство предназначено для измерения частоты вращения электродвигателей и главным преимуществом является бесконтактный метод измерения, основанный на стробоскопическом эффекте, где яркие световые импульсы производит светодиод высокой мощности. Для измерения необходимо установить частоту вспышек в соответствии с частотой вращения (при освещении стробоскопом объект кажется неподвижным), используя энкодер. Измерение может быть сделано без остановки вращающегося механизма. Тахометр построен на микроконтроллере ATmega8, а результат измерения отображается на ЖК-дисплее. Кроме того, система также показывает ошибку, которая появляется в результате некоторых временных процессов в программе. Управление осуществляется с помощью поворотного энкодера и небольшой клавиатуры. Все устройство может питаться от батарей, так как из-за импульсного характера генерации потребление энергии является незначительным. Весь прибор успешно уместился в популярном корпусе KM35, где также есть место для 9В батареи.
Схема устройства
Сборка
Прибор может быть успешно построен на основе печатной платы, которая доступна в архиве внизу страницы. Также доступа плата в зеркальном отображении. Плата проста в сборке, но включает в себя компоненты для пайки SMD, которые могут вызвать проблемы для начинающих радиолюбителей. Сборка должна быть начата с пайки двух перемычек. Далее должны быть установлены SMD конденсаторы и резисторы, они используются в популярных корпусах 0805(2x1.2mm). Далее, припаивается на место микроконтроллер U1, обратите внимание на правильность установки ключа. Кнопки должны иметь длину 15 мм и слегка выступать над ЖК дисплеем, это будет важно при установке платы в корпус. Точно так же и в случае с энкодером. Потенциометр Р1 установлен таким образом, чтобы его можно было регулировать через отверстие в боковой стенке корпуса. Плата разработана таким образом, что она легко помещается в популярном корпусе KM35.
После того как был написан первоначальный вариант кода и произведен расчет таймера делителя, измерения показали отклонение частоты генерируемых вспышек по отношению к теоретическим расчетам. Эта погрешность появляется из-за работы делителя таймера, равного 1, времени, которое необходимо для обслуживания прерывания, а иногда из-за перезагрузки значения таймера в регистрах. В приведенной ниже таблице, включены измерения частот, генерируемых на выходе (F_p) по отношению к частоте, которая должна быть теоретически (f_i) и соответствующие значения оборотов (умножаются на 10, чтобы получить точность установки в 0,1 об/мин).
Данные из таблицы делятся на два диапазона, первый от 60 до 480 об/мин и второй диапазон 480-42000 об/мин. Это разделение результат программы, в которой работают два диапазона измерения. Графики ниже показывают зависимость измеренных и теоретических данных:
В качестве калибровочной кривой была принята квадратичная зависимость:
y = a \cdot x^2 + b \cdot x +c
где у - обороты теоретические, х - измеренные обороты, а, b, c - коэффициенты в результате регрессии. Графики были выполнены в программе Gnuplot, и поправочные коэффициенты постоянные для двух областей работы системы представлены ниже:
После вставки параметров устройство становится измерителем, а не только индикатором оборотов. В таблице ниже приведены результаты измерений частот генерируемых прибором в зависимости от набора на дисплее. Частота генерируется с ошибкой, равной доли процента от желаемого:
Тахометр – контрольно-измерительный прибор, в задачи которого входит измерение скорости вращения. Важной частью процесса диагностики является контроль скорости вращения разных механизмов, устройств, элементов промышленного оборудования и конструкций. Вовремя выявленное отклонение в работе механизма от нормы позволяет исключить внезапный выход из строя и исключить тем самым возможные необратимые последствия. В современной практике тахометры часто применяют:
- Почти на всех транспортных средствах;
- Для технологических расчетов, например, расход материалов на конвейере или время наработки оборудования при проведении испытаний;
- Для контроля состояния технологического оборудования, к примеру, рабочих органов турбины или прокатного станка.
Скорость вращения характеризуется количеством полных оборотов, которые совершает объект при равномерном движении по окружности за единицу времени. Этот показатель также называют частотой вращения. Единицей измерения частоты вращения служат герцы или обороты в минуту.
В современных тахометрах реализована функция выбора единицы измерения. В них также предусмотрена возможность масштабировать единицы измерения в реальные показатели, например, минуты, часы, метры и пр.
Виды тахометров
По принципу работы измерители скорости вращения разделяются на:
- Механические – соединяются с контролируемым объектом через контактный наконечник, прижимаемый к оси вала. В этот момент измерительный сенсор считает количество оборотов за единицу времени.
- Оптические (бесконтактные) – для измерения применяют метод отражений: луч, который испускает тахометр, периодически отражается от закрепленной на подвижной части объекта пленки и попадает на сенсор, который подсчитывает количество вспышек за единицу времени, что соответствует частоте вращения.
- Стробоскопические – определяют частоту вращения методом подбора частоты вспышек, при их совпадении объект в глазах наблюдателя становится неподвижными.
Оформить заявку или узнать цену на тахометр или стробоскоп можно у наших менеджеров. Мы работаем как с российскими, так и иностранными брендами, поэтому можем предложить ряд аналогов, подходящих под требования к оборудованию. Компания СОЮЗ-ПРИБОР – это официальный дистрибьютер и дилер ряда торговых марок, поэтому мы готовы отвечать за качество поставляемой продукции.
Ответы на вопросы раздела Тахометры и стробоскопы
Отправим Тахометры и стробоскопы по России: Волгоград, Казань, Воронеж, Нижний Новгород, Уфа, Новосибирск, Пермь, Красноярск, Ростов-на-Дону, Самара, Санкт-Петербург, Челябинск, Омск, Москва, Екатеринбург и другим городам; доставка согласно тарифам перевозчиков.
Читайте также: