Лектрический и электронный тахометр

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тема: «Электрический и электронный  тахометр»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ЭЭ-09-4

 

Шарабарин А.В.

 

Проверил: ст. преподаватель Костин М.И.

 

 

 

2012

Тахометр - прибор, который  показывает частоту вращения (количество оборотов) коленчатого вала двигателя. Он обычно находится на панели приборов, рядом со спидометром.

Тахометры строятся по нескольким различным принципам:

1. преобразование «частота-угол отклонения стрелки» (механические и элетромеханические тахометры);

2. подсчет импульсов в течение заданного временного интервала;

3. измерение временного интервала между смежными импульсами и вычисление обратной функции.

Виды тахометров:

1. Центробежные механические тахометры;

2. Магнитные тахометры;

3. Электрические тахометры;

4. Оптические тахометры;

5. Лазерные тахометры.

Область применения - автомобильная техника, промышленное оборудование, производство, морской транспорт, железнодорожный транспорт, в слесарных и токарных мастерских и т.д.

 

Электрический тахометр

Электрический тахометр по существу представляет собой электрический  генератор постоянного или переменного  тока, ротор которого соединён с  контролируемым валом. ЭДС генератора пропорциональна угловой скорости ротора; измерив её, можно определить частоту вращения вала; показания передаются дистанционно на шкалу тахометра. Основой электрического тахометра служит тахогенератор - небольшой генератор постоянного тока. Напряжение с тахогенератора измеряется стрелочным вольтметром, проградуированным в единицах угловой скорости (об/мин).

Электрические тахометры  бывают либо индукционные, основанные на увлечении магнитом проводника, либо представляют собой небольшой  электрогенератор переменного тока.

Имеется несколько различных  типов электрических тахометров переменного тока и все они  хороши тем, что датчики - генераторы их выполняются в виде однофазного или двухфазного генератора с неподвижными обмотками, от которых отводится переменный ток. Магнитная система представляет собой постоянные магниты двухполюсного или многополюсного типа.

В качестве указателей оборотов применяются электромагнитные, тепловые или индукционные электрические  измерительные приборы—вольтметры.

В комплект индукционного  тахометра входят следующие элементы:

1. датчик—двухфазный генератор;

2. индикатор—двухфазный индукционный вольтметр;

3. эластичная муфта;

4. электропроводка.

 

Рисунок 1 – Электрический  тахометр.

 

Принцип действия электрического индукционного тахометра состоит  в том, что переменное напряжение, вырабатываемое генератором, приводимым во вращение валом мотора, по проводам передается к индикатору и измеряется им как число оборотов вала мотора.

 

Рисунок 2 – Схема электрического тахометра.

 

При поступлении импульсов  от прерывателя или катушки индуктивности, используемой в стробоскопе, конденсатор  С1 через диод VD1 и резистор R1-R2 перезаряжается, создавая на базе транзистора VT1 импульсы, открывая его. В результате на коллекторе транзистора, включенного в ключевом режиме, образуются короткие положительные импульсы, длительность которых определяется емкостью конденсатора С1. VT2 служит для инвертирования импульсов, перед подачей на вход DA1. Форма импульсов приведена на электрической схеме тахометра с правой стороны, верхняя осциллограмма. На фото ниже структурная схема КР1006ВИ1.

Интегральный таймер КР1006ВИ1 включен по типовой схеме формирователя  импульсов. По положительному фронту импульсов, поступающих на вход 2, микросхема формирует  на выходе 3 положительные импульсы с шириной, линейно изменяющейся в зависимости от частоты поступающих  на вход. Частота выше, импульсы шире. Исходная ширина импульсов зависит  от постоянной времени R6, R7 и C3.

 

Выходящие с вывода 3 микросхемы DA1 импульсы поступают на левое плече моста тахометра, которое образуют резисторы R8-R9 и R11. На правое плече моста тахометра, которое образую резисторы R10 и R12, R13 поступает постоянное опорное напряжение +9В с интегрального стабилизатора напряжения К142ЕН8А. Конденсатор С4 исключает дергание стрелки тахометра при измерении низких оборотов двигателя. Стабилизатор так же обеспечивает питание всех активных элементов тахометра. В диагональ моста включен микроамперметр. Благодаря такому схемному решению удалось исключить нелинейные элементы, получить линейное показание миллиамперметра при изменении частоты и обеспечить высокую точность измерений частоты вращения двигателя за счет растянутой шкалы. Так как в тахометре, по соображениям габаритных размеров, применен малогабаритный миллиамперметр от индикатора уровня записи магнитофона, у которого длина шкалы мала, то только благодаря растянутой шкале удалось получить высокую точность показаний.

 

Микросхемы стабилизаторов серии К142ЕН обеспечивают стабильное выходное напряжение в широком диапазоне  температуры, чем и обусловлено  применение микросхемы К142ЕН8А в  тахометре. Конденсаторы С2, С5 и С6 установлены для сглаживания пульсаций питающего напряжения.

 

Электронный тахометр

 

Электронный тахометр контактного  типа предназначен для измерения  частоты вращения, различных вращающихся  механизмов. Электронные тахометры основаны на безынерционном действии электронных измерительных устройств, работающих с индукционными или фотоэлектрическими входными преобразователями.

Рисунок 3 – Электронный  тахометр

 

Рисунок 4 – Схема электронного тахометра

 

 Тахометр представляет  собой прибор с классической  схемой, основанной на механическом  воздействии вращающегося вала  с приемной частью тахометра - тахометрическим преобразователем. При этом тахометр использует цифровые технологии.

Электронный тахометр, как  правило, строится на микропроцессорном  модуле который тактируется высокоточным и высокостабильным кварцевым генератором. Благодаря цифровой обработке сигнала и отсутствию аналоговых цепей в измерительном тракте, электронный тахометр является самым точным и стабильным среди всех прочих. Более того индикация у электронного тахометра не стрелочная а цифровая.

 

Электронные тахометры самые  современные и технически совершенные  приборы среди всех выше перечисленных. Рассмотрим их более детально. Каждый электронный тахометр измеряет скорость, обрабатывая данные с дискретных датчиков. Эти датчики могут быть интегрированными в корпус прибора  или подключаться к прибору посредством  соединительных проводов.

 

Сами датчики могут  быть контактными или бесконтактными, иметь различный выходной каскад типа “сухой контакт”, “открытый коллектор” или “напряжение”. В настоящее  время чаще всего используются бесконтактные  датчики с транзисторным выходом. Они надёжны, не имеют движущихся частей и “дребезга” по выходу. По принципу они могут быть индуктивными, емкостными или оптическими. Выходной каскад такого датчика представляет собой транзистор NPN или PNP структуры  с открытым коллектором. Тем не менее многие электронные тахометры прекрасно работают и с механическими датчиками. Для этого в них предусмотрены цифровые фильтры дребезга контактов.

 

Электронные тахометры могут  измерять скорость (частоту) следования сигналов с датчиков несколькими  способами. Первый - считать количество импульсов за фиксированный интервал времени (метод временных ворот). Второй - измерять время между смежными импульсами и вычислять обратную функцию. Первый способ даёт достаточно большую погрешность на малых  частотах, когда период следования импульсов сравним с периодом, за который совершается измерение. Второй способ технически более сложен но и более универсален и позволяет динамично реагировать на изменение входной частоты, так как вычисление происходит по поступлению очередного импульса, а не по окончанию фиксированного интервала. Сложность реализации второго способа заключается в необходимости ведения в реальном времени высокоскоростного счёта (десятки мегагерц) на достаточно длительном интервале (интервал следования импульсов с датчика), что требует высокой разрядности счётчиков и их синхронизации. Но игра стоит свеч, т.к. достигается отличная точность и малая инерционность прибора в целом.

 

В некоторых случаях требуется  не только измерять абсолютную скорость но знать её направление, например нужно понять включен сейчас реверс или нет. Для решения такого рода задач некоторые электронные тахометры оборудуются дополнительным входом для подключения второго датчика. И тогда тахометр автоматически получает всю необходимую информацию для получения знака скорости. Этот механизм основан на принципе двухфазного счёта. Для его осуществления необходимо соответствующим образом установить датчики. Сигналы с датчиков должны представлять из себя пару меандров, сдвинутых друг относительно друга на половину периода.

 

Применение тахометров

 

Тахометры нашли широкое  применение для контроля частоты вращения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания практически на всех типах транспортных средств (автомобилях, тракторах, тепловозах, судах, самолётах). Также применяются тахометры для контроля частоты вращения рабочих органов технологических машин.

 

Кроме того, тахометр может  быть использован в качестве счетчика импульсов, например, при подсчете продукции  на конвейере, расхода сырья, материалов, времени наработки оборудования, машин и механизмов при испытаниях и обкатке. Подсчет/измерение осуществляется в прямом, обратном или в обоих направлениях. Измеренная величина может быть заранее программно масштабирована в реальные единицы измерения (часы, минуты, метры, шт, упаковки и т. д.). В приборах может быть задействована аварийная сигнализация, сброс и обнуление накопленных значений, защита паролем, информационный обмен через CAN, или RS-485 для работы в сети или связи с компьютером. Тахометр может быть использован в качестве счетчика импульсов, например, при подсчете продукции на конвейере, расхода сырья, материалов, времени наработки оборудования, машин и механизмов при испытаниях и обкатке. Подсчет/измерение осуществляется в прямом, обратном или в обоих направлениях.