Тахометр — это устройство для преобразования неэлектрического параметра (частоты вращения) в электрический (импульсы, напряжение, сила тока). С его помощью можно определить количество оборотов за определенную единицу времени (чаще всего интервал равен 1 минуте).
Тахометр предназначен для преобразования неэлектрического параметра в электрический.
Самодельный тахометр может основываться на практически любом считывающем устройстве. Очень часто применяют датчики:
- индуктивные;
- Холла;
- емкостные;
- резистивные;
- фоторезистивные;
- концевые.
Принцип работы тахометра на микроконтроллере
Если взять за основу современную элементную базу, то можно с использованием нескольких микросхем построить вполне рабочий самодельныйтахометр на светодиодах или с использованием ЖК-дисплея. Причем вариантов считывающих устройств может быть великое множество. Предусмотреть можно как подключение индуктивного, так и датчика Холла. Процесс преобразований в тахометре на микроконтроллерах:
- На оси вращения располагается диск, на краю которого имеется выступ — один зуб небольшой высоты. Размер диска может быть абсолютно любым. Главное, чтобы скорость срабатывания датчика позволяла зафиксировать один оборот.
- Напротив зуба диска устанавливается датчик. Срабатывает он лишь во время прохождения зуба возле него.
- Со считывающего устройства тахометра поступает сигнал на преобразователь, в случае если уровень сигнала маленький. Преобразователь состоит из операционного усилителя, который повышает уровень сигнала в несколько раз.
- Сигнал от операционного усилителя поступает на счетчик импульсов. Выполнен он может быть на простом микроконтроллере. Только в нем обязательно должно быть заложено программное обеспечение.
- Число импульсов, сосчитанное контроллером, подается на устройство, которое выполняет расчет данных. Это такой же микроконтроллер, но в нем заложен иной алгоритм. Устройство по определенной схеме, которая заложена в нем, считает число оборотов за некоторый промежуток времени.
- Следующий этап — это преобразование цифрового сигнала в визуальный вид. С этой задачей справляется ЖК-индикатор с микросхемой, которая им управляет.
Вернуться к оглавлению
Простое устройство для замеров скорости вращения
В качестве основы для изготовления тахометра можно взять микрокалькулятор.
Но построить тахометр можно не только с микроконтроллерами. За неимением элементной базы выйти из положения поможет даже простой микрокалькулятор. Самодельный тахометр на его основе не будет обладать высокой точностью, а также выводить на дисплей число оборотов в минуту не получится. Зато калькулятор послужит неплохим счетчиком импульсов. В качестве сигнального устройства (датчика) допускается использовать индуктивные датчики, а также многие другие. При вращении диска должен появляться на датчике всего один импульс за один оборот. Причем контакты датчика должны быть нормально разомкнуты, а в момент прохождения зуба диска они замыкаются.
Это идеально, если решите использовать самодельный простой тахометр на основе калькулятора. Но такое устройство будет полезным, если измерение нужно проводить очень редко. Если же требуется постоянный мониторинг скорости, то лучше воспользоваться более надежными устройствами. Контакты просто припаиваются параллельно кнопке сложения микрокалькулятора. При проведении замера скорости вращения выполняются следующие действия:
- Включается калькулятор.
- Нажимаются кнопки «+» и «1».
- Запускается устройство, на котором необходимо провести замер скорости вращения. Одновременно с этим включается секундомер.
- Производится отсчет 30 секунд, после чего фиксируется значение на экране микрокалькулятора.
- Это число оборотов за 0,5 минуты. Удвоив его, получаете значение за 1 минуту.
Вернуться к оглавлению
Аналоговые и цифровые тахометры
Самодельный тахометр может быть двух типов:
- Аналоговым.
- Цифровым.
Различия видны из названий. Первые преобразуют электронный сигнал и выдают его на устройство индикации — вольтметры, амперметры, светодиоды. Вторые же преобразовывают аналоговый сигнал в последовательность нулей и единиц, которые с легкостью распознаются микроконтроллерами. Последние работают с такими сложными комбинациями, преобразуя в конечном счете исходную величину в числа на дисплее.
Аналоговые тахометры состоят из следующих основных узлов:
- электронной микросхемы, выполняющей роль усилителя и преобразователя аналогового сигнала;
- проводки, соединяющей все элементы тахометра;
- шкалы с определенной градуировкой, которая наносится при помощи одновременного замера скорости вращения эталонным тахометром (вместо шкалы могут использоваться светодиоды, смонтированные друг за другом);
- стрелки, указывающей текущее значение искомой величины;
- электромагнитной катушки, на которой расположена ось для стрелки;
- считывающего устройства — прерывателя (в его качестве нередко выступает индуктивный датчик).
Цифровые тахометры выполняют подобную функцию, но состоят из других узлов:
- АЦП, имеющая 8 разрядов;
- центральный процессор, выполняющий функцию преобразования аналогового сигнала в последовательность 1 и 0;
- ЖК-дисплей для отображения текущего значения определенной величины;
- датчик оборотов — прерыватель, должен использоваться либо с усилителем, либо с шунтами, в зависимости от конструкции;
- специальная микросхема, позволяющая сбрасывать текущие значения на ноль;
- в автомобилях к ЦП могут быть подключены датчики температуры жидкости, в салоне, давления масла, скорости, и многие другие.
Тахометр с использованием микроконтроллера должен обязательно иметь программное обеспечение.
В «сердце» микросхемы при помощи персонального компьютера закладывается определенный алгоритм, по которому происходит работа. В процессоре происходит расчет математических формул, которые зависят от того, какой параметр необходимо измерять. При мониторинге одной величины алгоритм будет самым простым.
Но цифровой тахометр в автомобиле можно использовать и как регистратор температур, давления, скорости. Микроконтроллер имеет несколько входов и выходов. К ним производится подключение считывающих устройств посредством буферных каскадов — преобразователей и усилителей сигнала. Но стоит отметить, что при введении в конструкцию тахометра дополнительного оборудования необходимо учитывать это в алгоритме и программном обеспечении микроконтроллера.
Чтобы изготовить самодельный цифровой тахометр, вам потребуется знание персонального компьютера и языка программирования. Окажется полезным и умение составлять алгоритмы. Поэтому более простым окажется использование обычных микросхем, которые усилят сигнал прерывателя и выдадут его на полосу из светодиодов или стрелочный индикатор. Если имеется ряд светодиодов, состоящий из 10 штук на каждую тысячу оборотов, то можно определить текущее значение с точностью до ста.
Некоторые автолюбители так привыкают к тахометру, что при замене авто, в котором нет тахометра, чувствуют себя очень неуютно. Тахометр помогает правильно отрегулировать двигатель, уменьшить расход бензина, увеличить общий ресурс двигателя и приучится правильно водить автомобиль. Существуют готовые покупные тахометры, но цена обычно довольно высока. Есть сложные и простые схемы автомобильных тахометров , по которым тахометр можно сделать самому. Предлагаю простые схемы тахометров .
Первый вариант простого тахометра.
Для измерения числа оборотов используются импульсы прерывателя или напряжение от свечи, так как их частота линейно связана с частотой вращения вала двигателя автомобиля. Можно также обеспечить индуктивную связь с этой цепью, что и сделано в приборе, схема которого представлена на рисунке.
Основой схемы этого тахометра является одновибратор (DA1), запуск которого производят импульсы от работающей системы зажигания автомобиля, наведенные в катушке L1. Входная клемма Х1 может использоваться для настройки тахометра или же для подачи сигнала с прерывателя, как это показано пунктиром. Для четырехцилиндрового 4-тактного двигателя, имеющего 3000 об/мин, частота прерывания составит 100 Гц, а для 1500 об/мин - 50 Гц, что позволяет просто калибровать прибор по частоте сети.
Импульсы с выхода 3 микросхемы DA1 поступают на стрелочный индикатор - миллиамперметр РА1, который их интегрирует и показывает действующее напряжение в цепи. Атак как длительность у всех импульсов на выходе одновибратора одинаковая, напряжение, которое покажет прибор, будет пропорционально частоте образования искр. Шкалу РА1 можно проградуировать в частоте вращения вала (обороты в минуту). В качестве датчика (катушки L1) можно использовать магнитную головку от магнитофона, расположенную вблизи от высоковольтной катушки, или же потребуется сделать намотку на проводе, идущем от катушки зажигания к распределителю (укрепляется изоляционной лентой). Для защиты входа микросхемы от высоковольтных выбросов напряжения в качестве VD2 лучше использовать TVS-диод на напряжение ограничения 12 В. В качестве индикатора также можно использовать магнитофонный индикатор уровня сигнала или любой аналогичный прибор.
Следующая схема простого автомобильного тахометра.
Для изготовления тахометра понадобится опять таки крупный индикатор уровня записи от магнитофона (м476З). Заметьте, данная схема очень простая, это вроде выпрямителя-интегратора импульсов, которые поступают от прерывателя системы зажигания автомобиля. Обратите внимание, что высшая отметка шкалы составляет 6000 оборотов в минуту.
Импульсное напряжение, поступающее на конденсатор С1 через развязывающий резистор R1, устраняет выбросы напряжения на спаде и фронте. После чего идёт параметрический стабилизатор на R2 VD1, он ограничивает амплитуду данных импульсов. В дифференцирующую цепь входит конденсатор C2. Данная цепь является преобразователем переменного напряжения, имеющего прямоугольную форму в короткие импульсы. В итоге параметры данных импульсов не влияют на амплитуду и длительность входных импульсов, поэтому при изменении частоты вращения меняется только их частота. Конденсатор C2 заряжается с помощью выпрямительного моста, а разряжается с помощью резисторов R1 и R2. Некоторая часть разрядного и зарядного токов конденсатора C2 протекает сквозь измерительный прибор, в результате чего происходит отклонение стрелки. Благодаря инерционности механизма работа выполняется непрерывно.
Этот тахометр
можно разместить в любом удобном месте приборной панели автомобиля. Советуем вам воспользоваться индикатором с подсветкой, либо же установите в его корпус небольшую лампочку, что очень положительно скажется на восприятие показаний в темное время суток.
Чтобы наладить прибор понадобится другой автомобильный тахометр. С его помощью Вы сможете отградуировать изготовленный самодельный автомобильный тахометр.
Если у Вас нет в наличии другого тахометра, можете воспользоваться генератором прямоугольных импульсов с изменяемой частотой была в пределах 25 - 200 Гц, и амплитудой 15 - 20 В.
Еще одна простая схема автомобильного тахометра. Прибор предназначен для измерения частоты вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей с системой электрооборудования, у которой минус аккумуляторной батареи соединен с корпусом.
Основой схемы является формирователь одиночных импульсов, собранный на микросхеме CD4007 (отечественный аналог - К176ЛП1). Формирователь запускается положительными импульсами, возникающими в момент размыкания контактов прерывателя. Индикатор РА1, подключенный к выходу формирователя через ограничивающий резистор R5, измеряет напряжение на измерительном конденсаторе С1, которое пропорционально частоте входных импульсов с точностью не хуже 1...2% - Частота следования импульсов в 30 раз меньше частоты вращения коленчатого вала четырехтактного двигателя.
И в завершении, еще одна простая схема тахометра для мотоцикла или мопеда
. Тахометр предназначен для работы с одноцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания с контактной или бесконтактной системой зажигания и позволяет измерять частоту вращения коленчатого вала до 10000 об/мин.
Принцип действия прибора. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. В это время левая (по схеме) обкладка конденсатора С 5 соединена через небольшое сопротивление открытого транзистора VT2 с шиной +5 В. Ток в это время через микроамперметр РА1 не идет. При первом отрицательном полупериоде переменного напряжения, поданного на вход тахометра, транзистор VT1 открывается, а VT2 закрывается. В это время С5 быстро заряжается через микроамперметр РА1, VD3 и R5.
При положительном полупериоде входного напряжения VT1 закрывается, а VT2 открывается. Теперь С5 разряжается через малое сопротивление открытого VT2 и VD4. При следующем отрицательном полупериоде процесс повторяется аналогично.
Подстроечным резистором R6 устанавливается верхняя граница частоты измеряемого сигнала. Номинал конденсатора С5 подбирается в зависимости от типа двигателя. Чем выше частота оборотов двигателя, тем меньше должна быть емкость конденсатора С5. Правильно собранная схема тахометра
наладки не требует. Надо только подстроечным резистором R6 установить максимальные показания тахометра, открыв дроссельную заслонку двигателя до конца.
Схема подключения тахометра к электрооборудованию мотоцикла или мопеда.
Если используется контактное зажигание, вход самодельного тахометра подключается к точке А. Для бесконтактного зажигания - подключаем к точке Б.
Начнем с определений. Что такое тахометр в автомобиле? Это прибор, фиксирующий частоту вращения коленчатого вала в автомобиле.
Разумеется, его применение не ограничено только автотранспортом. Определение количества оборотов в минуту необходимо при работе с различными механизмами:
- турбина самолета
- вал корабельной силовой установки
- генераторы электростанций
- фрезерные и токарные станки высокой точности
- буровые установки
- приборы учета электроэнергии и воды.
Кроме того, приборы для измерения частоты вращения применяются в научно-исследовательской работе.
Любой тахометр состоит из двух частей:
- Датчик вращения снимает показания с вала – объекта измерения
- Сигнальное устройство либо подает команду на управляющую схему механизма, либо просто выводит данные на стрелочный прибор (цифровое табло).
Принцип работы тахометра достаточно простой
Есть несколько разновидностей конструкции:
Электрическая схема импульсная
На вал, частота которого измеряется, устанавливается метка, излучающая любое поле. Чаще всего это маленький магнит.
Рядом с валом размещается считывающее устройство – датчик. На нем формируются импульсы, соответствующие скорости вращения вала.
Электронная схема принимает сигналы, и выводит их на устройство отображения. Вместо пары магнит-датчик иногда применяется фото и светодиод.
Тогда на вал устанавливается диск с отверстием, и считывание происходит по вспышкам света.
Преимущество схемы – идеальная точность. Фактически, это цифровое устройство, работающее без погрешностей. Кроме того, такая схема не отбирает мощность у двигателя.
Недостаток – требуется электропитание. Это исключает применение прибора в чисто механических агрегатах.
Электрическая схема генераторного типа
Вал механизма соединен с компактным генератором. В зависимости от скорости вращения, меняется величина вырабатываемого напряжения.
Показания снимаются прибором, работающим по принципу вольтметра. Иное название – тахометр постоянного тока. Главное преимущество – нет необходимости в источнике питания.
Индукционный тахометр
Это также генераторная схема, только в данной конструкции применяется машина асинхронного типа. На катушки статора подается питание, и при вращении ротора происходит возбуждение и линейное увеличение напряжения.
У таких приборов высокая погрешность, и они не являются энергонезависимыми. Зато снятие показаний (в отличие от тахометра постоянного тока) происходит уже на малых оборотах.
Несколько лет назад мне срочно понадобилось замерить обороты двигателя, а тахометра нет! Как тут быть? Поскольку замерить обороты мне нужно было позарез, вариант заказывать тахометр и ждать его месяц, меня не устраивал. Пришлось думать! И мне пришла в голову идея использовать для этой цели компьютер, а точнее - звуковой редактор установленый на компе.
Звуковой редактор "Adobe Audition" у меня установлен давно для работы со звуком. Поэтому осталось придумать способ соединения двигателя с компом. Это вопрос был решён буквально в течение 1 минуты - ИК светодиодный приёмник! Полез в коробочку и достал светодиод, а также штеккер "мини джек". Нашёл кусок микрофонного кабеля и через 10 минут светодиодный датчик был готов! Сам диод я вклеил в клопачек от авторучки.
Кабель в сборе.
Для освещения ИК светодиодного датчика использовал фонарик. Тоже светодиодный.
Датчик приклеил кусочком скотча на носу модели, а фонарик просто держал рукой. Расстояние между датчиком и фонариком 5.....7 см. Световой поток от фонарика освещает приёмный светодиод, а воздушный винт прерывает (модулирует) световой поток. В результате светодиод генерирует импульсы. Датчик подключается к микрофонному входу звуковой карты. Необходимое для работы светодиода напряжение обеспечивается конструкцией микрофонного гнезда звуковой карты. Любая звуковая карта рассчитана на работу в том числе и с электретным микрофоном, поскольку ему нужно напряжение питания + 5 Вольт. Поэтому это напряжение присутствует на центральном контакте
микрофонно гнезда и поступает на светодиод, что и обеспечивает его работу. В результате импульсы, возникающие при вращении воздушного винта, через микрофонный вход поступают на звуковую карту, а редактор "Adobe Audition" записывает всё это, как обычный звуковой файл.
Для измерения частоты вращения двигателя запись достаточно осуществить в течение нескольких секунд. Этого достаточно. Вот что мы увидим на экране в окне звукового редактора.
Прежде всего хочу отметить, что в самом низу Редактора имеется временная шкала, именно по ней и определяются обороты двигателя. В данном случае время записи составило 9 секунд. Стрелка показывает внизу окна Редактора временную шкалу. Теперь нужно укрупнить масштаб звукового файла. Чтобы не считаль имулься за одну секунду, (их долго считать), посчитаем их за отрезок времени 0,1 секунды, а потом умножим на 10. Вначале по временной шкале выбираем участок записи чуть более 0,5 секунды и растягиваем его на весь экран.
Выделеный участок ~ 0,5 сек растянут на весь экран. Временная шкала тоже растянулась.
Теперь на временной шкале выделяем отрезок времени ровно 0,1 сек - от 3,1 до 3,2 сек.
и тоже растягиваем его на весь экран. Теперь видно четкие импульсы, подсчитать которые не сложно.
Считаем импульсы в интервале времени 0,1 сек. - их 42 .
А теперь простая арифметика. Раз за 0,1 сек. имеем 42 импульса, значит за 1 сек. их от датчика поступило 420. А за 1 минуту 420 х 60 сек. = 25200 импульсов. Но так ка винт имеет 2 лопасти и дважды прерывает световой поток, результат нужно поделить на 2 и получим 12600 оборотов в минуту. Что и требовалось определить. В случае 3х лопастного винта результат делим на 3. В случае 4х лопастного винта делим на 4. Такой необычный тахометр - синтез ИК диода, компа и звукового редактора меня вполне удовлетворил! А вопрос приобретения "железного" тахометра в магазине,
у меня отпал сам собой. И от приобретения отказался.
На полетах в поле тахометр мне не нужен, а дома комп и кабель со светодиодом всегда под рукой.
Думаю, что не у всех коллег дома уже имеется тахометр, а вот замерить обороты двигателя хочется! В таком случае мой опыт, надеюсь, товарищам пригодится. "Adobe Audition" можно бесплатно скачать отсюда http://www.fayloobmennik.net/2293677 . Можно использовать и другой звуковой редактор, кому что нравится. Мой звуковой файл этого теста двигателя, записаный Редактором лежит тут . В данной статье я хотел показать, что при необходимости, если сильно захотеть, в большинстве случаев, которые возникают у нас, моделистов, можно придумать достойную замену необходимому, но отсутствующему, прибору. Надеюсь, китайские товарищи на меня не в обиде.
Большинство современных автомобилей укомплектовано тахометрами , облегчающими правильный выбор передачи, что продлевает ресурс двигателя. Если на вашем автомобиле такого устройства нет, то его можно изготовить по предлагаемому описанию.
Схема тахометра приведена на рис. 1. Его основной особенностью является использование микросхемы К1003ПП1, предназначенной для управления линейной шкалой из 12 светодиодов. В стандартном варианте исполнения, описанном в , микросхема обеспечивает формирование столбика из светящихся светодиодов, длина которого пропорциональна входному напряжению.
Сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя, снимается с контактов прерывателя или с усилителя-формирователя датчика Холла и через делитель напряжения R1R2 подается на вход триггера Шмитта DD1.1. Назначение триггера и конденсатора СЗ — подавить импульсы дребезга на выходе прерывателя, высоковольтные выбросы на обмотке катушки зажигания и привести сигнал к стандартным уровням КМОП логики с нормальной крутизной фронтов.
для увеличения нажмите на схему
Рис. 1 Схема тахометра
Выходной сигнал триггера Шмитта запускает ждущий мультивибратор на микросхеме DD2. В основном положении переключателя SA1 «6000» длительность импульсов, формируемых ждущим мультивибратором, составляет 2,5 мс. При скорости вращения 6000 об/мин частота импульсов для четырехцилиндрового двигателя составляет 200 Гц, период следования — 5 мс, скважность — 2. Интегрирующая цепочка R12C6 усредняет эти импульсы, и среднее напряжение на конденсаторе С6 составляет около 3 В. Это напряжение и подается на выв. 17 (UBX) микросхемы DD2. При напряжении 3 В, поданном на выв. 3 (UB) этой микросхемы и определяющем масштаб индикации, включены все 12 светодиодов HL1…HL12, формируя светящийся столбик.
При меньших оборотах двигателя скважность импульсов на выходе DD1 увеличивается, среднее напряжение на конденсаторе С6 уменьшается пропорционально оборотам, и высота столбика становится меньше. При остановленном двигателе ни один светодиод не светится. «Цена деления» светодиодной шкалы — 500 об/мин.
Светодиоды целесообразно установить разного цвета свечения. Например, если оптимальной работе двигателя соответствуют 2000.. .4000 об/мин, светодиоды HL1…HL3 можно использовать желтые или оранжевые («перейти на более низкую передачу»), HL4…HL8 — зеленые («норма»), HL9…HL12 — красные («перейти на более высокую передачу»).
Для регулировки оборотов холостого хода переключатель следует установить в положение «1200». В этом случае длительность формируемых импульсов увеличится в 5 раз и составит 12,5 мс, а «цена деления» шкалы — 100 об/мин.
Микросхемы DD1 и DD2 тахометра питаются через интегральный стабилизатор напряжения DA1. Конденсаторы С1 и С2 обеспечивают устойчивость стабилизатора.
Ток через светодиоды, подключенные к микросхеме DA2 определяется напряжением на ее выв. 2. В дневное время, когда лампы подсветки панели приборов выключены, на входах элемента DD1.2 присутствует лог. 0, на выходе — напряжение 6 В, на выв. 2 DA2 — около 0,85 В, что задает ток в 25 мА через каждый светодиод. Вечером, при включении подсветки напряжение на выв. 2 уменьшается до 0,4 В, что уменьшает ток через светодиоды до 8 мА и, соответственно, их яркость свечения.
Чертеж печатной платы тахометра приведен на рис. 2. В конструкции использованы постоянные резисторы МЛТ, подстроечные СПЗ-19а. Конденсатор С5 типа К73-17 на напряжение 250 В, С6 — К50-16, остальные — КМ-5 и КМ-6. Микросхема DA1 — любой стабилизатор напряжения на 6 В, например, КР1157ЕН6 с любым буквенным индексом, КР142ЕН5Б(Г), КР1180ЕН6, 78L06, 7806 . Микросхему К561ТЛ1 можно заменить на КР1561ТЛ1, CD4093, CD4093B, а К1003ПП1 — на UAA180 или А277.
Светодиоды оранжевого свечения — АЛ307ММ (желтые обычно светятся слабее других), зеленые с повышенной яркостью — АЛ307НМ6, красные — АЛ307БМ. Выводы светодиодов согнуты под углом 90°, а их оси направлены параллельно печатной плате. Размер светодиодов уменьшен до 5 мм при помощи напильника.
Переключатель SA1 — любой малогабаритный тумблер, его следует установить в непосредственной близости к печатной плате.
Неиспользуемые входы микросхем DD1 и DD2 подключены или к общему проводу или к цепи +6 В.
Наладка тахометра довольно проста. Вначале переключатель SA1 устанавливают в положение «6000», на вход тахометра для имитации подключения к прерывателю подают импульсы положительной полярности амплитудой 12 В с частотой 200 Гц и скважностью, близкой к 2. Подстроечным резистором R9 добиваются свечения всего светодиодного столбика. При необходимости подбирают сопротивление резистора R8. Затем ту же операцию проделывают для положения SA1 «1200» при частоте входных импульсов 40 Гц.
Светодиоды можно расположить по дуге окружности. При этом может оказаться эффектнее свечение одного све-тодиода из цепочки. Для обеспечения такого режима включения светодиодов их аноды следует отключить от выходов микросхемы DA2 и подключить к выводу питания (выв. 18).
