В. ХАРИТОНОВ, Радио №8/1969, ст.51
Для измерения скорости вращения различных механизмов в настоящее время широко применяются контактные центробежные механические тахометры. Но они дорого стоят, часто выходят из строя и дают большую погрешность измерений, так как создают излишнюю нагрузку на измеряемый механизм. Этих недостатков лишены бесконтактные фотоэлектрические тахометры. Один из них описывается в настоящей статье. Он был разработан для измерения скорости вращения авиамодельных двигателей, но при его помощи можно измерять также скорость вращения любого механизма.
Тахометр полностью выполнен на транзисторах. Его размеры: 170 на 85 на 45 мм, вес — 400 г. Он питается от аккумуляторной батареи 7Д-0,1, потребляя ток 20 мА. Тахометром можно измерить скорости вращения от 7 000 до 30 000 об/мин в двух диапазонах 7 000—15 000 об/мин с погрешностью не более плюс-минус 50 об/мин и 14 000—30 000 об/мин с погрешностью не выше плюс-минус 100 об/мин.
Схема тахометра приведена на рисунке.
В качестве датчика в тахометре использован полупроводниковый фотодиод Д1, проводимость которого меняется в зависимости от интенсивности падающего на него светового потока. При использовании тахометра для определения скорости вращения авиамодельного двигателя световой поток, падающий на диод, будет прерываться дважды за один оборот вала мотора (в том случае, если винт двухлопастный) и на нагрузочном резисторе R1 фотодиода за это время появятся два импульса напряжения. Форма, амплитуда и длительность этих импульсов зависят от силы светового потока, конфигурации лопасти воздушного винта и ряда других факторов, а частота повторения прямо пропорциональна скорости вращения вала двигателя.
С резистора R1 импульсы датчика поступают на базу транзистора T1 составного эмиттерного повторителя, собранного на транзисторах T1 и T2. Затем импульсы усиливаются и ограничиваются двухкаскадным усилителем на транзисторах T3 T4, включенных по схеме с общим эмиттером. Прямоугольные импульсы, полученные на выходе усилителя, дифференцируются цепью C5 R10 и в отрицательной полярности подаются на вход ждущего мультивибратора, собранного на транзисторах T5 T6, для которого эти импульсы служат запускающими.
Калиброванные импульсы, вырабатываемые ждущим мультивибратором при его запуске, через эмиттерный повторитель на транзисторе T7 поступают на конденсатор C10 и заряжают его. Напряжение заряда, пропорциональное частоте импульсов мультивибратора, подается на миллиамперметр, проградуированный непосредственно в тысячах оборотов вращения вала авиамодельного двигателя в минуту. Кроме напряжения заряда C10 на миллиамперметр подается также компенсационное напряжение от источника питания тахометра (с движка потенциометров R20 или R23). Это напряжение позволяет отрегулировать показания миллиамперметра таким образом, что при наименьшем числе оборотов вала двигателя в минуту, которое предусмотрено для того или другого диапазона измерений (7 000 и 14 000 об/мин) стрелка миллиамперметра будет находиться на нулевом делении шкалы.
Тахометр собран на печатной плате и заключен в дюралюминиевый корпус с отверстиями для доступа света к фотодиоду, шкалы миллиамперметра и переключателя диапазонов П1. В нем применен миллиамперметр М4200 на 1 мА и транзисторы с B = 25—60. Транзисторы МП40 можно заменить МП39, МП41, МП42.
Правильно собранный тахометр начинает работать сразу и нуждается лишь в градуировке, которую делают с помощью звукового генератора, выход которого подключают к резистору R3. Амплитуду колебаний звукового генератора подбирают такой, чтобы импульсы в коллекторной цепи T4 были прямоугольными.
Так как шкала миллиамперметра тахометра градуируется непосредственно в тысячах оборотов вала двигателя в минуту, то необходимо знать, скольким оборотам вала соответствует та или иная частота звувого генератора, напряжение с которого подают на вход тахометра при градуировке. Эти две величины (при двухлопастном винте) связаны формулами:
f = n / 0,03 ; n = f * 0,03 ,
где f — частота звукового генератора, гц
n — число оборотов вала двигателя, тысяч об/мин.
Тахометр градуируют следующим образом: присоединяют звуковой генератор, подают с него на эмиттер T2 напряжение частотой 233 гц (что соответствует 7 000 об/мин вала двигателя) и, вращая движок потенциометра R23, устанавливают стрелку миллиамперметра на нуль. Затем переключают диапазон измерений тахометра (переключателем П1), настраивают звуковой генератор на частоту 466 гц (14 000 об/мин) и вращением движка потенциометра R20 добиваются, чтобы стрелка миллиамперметра встала также на нуль. Затем вычисляют по приведенным формулам частоты соответствующие 8 000, 9 000 (15 000, 16 000) и т. д.
При измерениях датчик тахометра необходимо помещать против источника света параллельно плоскости вращения воздушного винта на расстоянии 100—300 мм от него. Тахометр нормально работает как при дневном, так и при искусственном свете.
Если необходимо измерять скорость вращения какого-либо другого механизма, то на его валу следует закрепить диск с таким количеством отверстий, чтобы можно было ввести отсчет по одной из шкал, введя при необходимости коэффициент пересчета.
Тахометр можно переделать для измерений скоростей вращения от 100 до 100 000 об/мин, подобрав такую длительность импульсов ждущего мультивибратора, чтобы она была не более полупериода частоты повторения импульсов датчика на верхней границе диапазона измерения.
ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКЦИИ. Напряжения на коллекторах транзисторов T3 и T4 относительно «земли» необходимо установить 4,5 в ± 20%, подбирая соответственно сопротивления резисторов R4 и R7.
