1.1.1 Тахометр предназначен для непрерывного
дистанционного измерения частоты вращения частей машин и механизмов, индикации
результатов измерения и срабатывания уставок нижнего (далее – НУ) и верхнего
(далее – ВУ) уровней измеряемой величины с представлением результата на
шестиразрядном цифровом индикаторе, релейного управления внешними исполнительными
устройствами.
1.1.3 В зависимости от
коэффициента тахометра первичные преобразователи выпускаются двух типов:
ППЭ-Д1, ППЭ-Д2. Показывающие приборы выпускаются одного типа ТЭ-Д и двух климатических
исполнений: ТЭ-Д-ОМ5 и ТЭ-Д-ОМ4 – в зависимости от рабочей температуры.
1.1.4 Показывающий
прибор может эксплуатироваться со следующими датчиками преобразования частоты: ДЭМ (ТУ
В 25-7305.011-89),
ДЭМ-1 (ТУ В
311-0227471.025-91), ДЭМ С (ТУ В
25-7305.011-89),
ДЧВ-10000М
(БУКЛ.433646.201ТУ).
«ВУ»
– уставка верхнего порога срабатывания
рабочего диапазона частот вращения.
Таблица 1
Тип первичного
преобразователя
Диапазон измерения, r/min
Коэффициент тахометра1)
Примечание
ППЭ-Д1
от 1 до 5000
1:1
ППЭ-Д2
от 1 до 10000
1:2
_________________________
1) Под коэффициентом
тахометра понимается отношение значения входной частоты вращения к значению
частоты вращения, показываемой показывающим прибором.
1.2.8 Предел
допускаемой основной погрешности тахометра определяется выражением (1)
где – предел допускаемой
погрешности тахометра, r/min;
a – класс точности тахометра, выраженный в
процентах от значения измеряемой величины;
М –
погрешность, обусловленная дискретностью измерений (цена деления наименьшего
разряда).
1.2.9 Тахометр устойчив к воздействию относительной
влажности до 98 % при температуре окружающего воздуха 35 °С.
1.2.10 Тахометр
устойчив к воздействию синусоидальных вибраций:
1) на первичные
преобразователи в диапазоне частот от 5 до 5000 Hz с ускорением 100 m/s 2;
2) на показывающие
приборы в диапазоне частот от 5 до 500 Hz с ускорением 40 m/s2 и от 500 до
5000 Hz с ускорением 100 m/s2.
1.2.12 Наибольшее допускаемое изменение погрешности
показаний, вызванное изменением температуры окружающего воздуха от 20 °С до
крайнего значения рабочей температуры на каждые 10 °С, не превышает половины
абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности.
1.2.13 Тахометр питается от:
— выпрямителя без фильтрации выпрямленного тока
со средним значением выпрямленного напряжения V.
1.2.15 Показывающий прибор
выдает стабилизированный ток величиной ____ mA для питания
первичного преобразователя при значениях сопротивления нагрузки от 0 до 300 W.
1.3 Устройство
и работа
1.3.1 Принцип
работы тахометра
Работа
тахометра основана на счетно-импульсном принципе, заключающемся в том, что
показывающий прибор считает количество импульсов, поступающих от первичного
преобразователя, в течение определенного стабильного интервала времени.
Дистанционность показаний тахометра обеспечивается передачей импульсного
сигнала от первичного преобразователя к показывающему прибору по двухпроводной
линии связи. По этой же линии осуществляется питание первичного преобразователя
стабилизированным током, за счет этого обеспечивается помехоустойчивость
передачи импульсного сигнала.
1.3.2 Устройство и принцип работы первичных
преобразователей ППЭ-Д1, ППЭ-Д2.
1.3.2.1
Устройство первичного преобразователя показано на рисунке 1.
Передача вращения от приводного вала объекта на вал 2 первичного преобразователя
осуществляется при помощи хвостовика 1. Вал вращается в шарикоподшипниках 3 и
4. Шарикоподшипники смазываются смазкой ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80.
На вал с помощью штифта 5, шайбы 7 и гайки 8 крепится диск 6, который
представляет собой зубчатое колесо. Диск вращается в щели держателя оптопары 9. В первичном
преобразователе ППЭ-Д1 установлен диск с 30 зубьями, а в первичном
преобразователе ППЭ-Д2 с 60 зубьями.
1.3.2.2 Работа первичного преобразователя основана на
принципе прерывания излучения в оптическом канале оптопары вращающимся зубчатым
колесом.
Рисунок
1 – Устройство первичного
преобразователя
Рисунок
2 – Схема электрическая принципиальная
первичного
преобразователя ППЭ-Д
1.3.3.1 Показывающий
прибор, изображенный на рисунке 3, состоит из электронного блока 1, помещенного
внутри корпуса 2, вилки 4, розетки 5 и панели 3.
4)
узла цифровой обработки, подсчитывающего количество импульсов за стабильный
интервал времени и выдающего полученный результат в семисегментном цифровом
коде на узел индикации;
1. 4.6 На каждом экземпляре эксплуатационной документации должны быть
нанесены:
—
знак
утверждения типа в соответствии с Приказом Минпромторга России №1081 от
30.11.2009 г.;
— товарный
знак предприятия изготовителя.
1.4.7 Маркировка транспортной тары должна соответствовать ГОСТ 14192-96, чертежам
предприятия-изготовителя и иметь манипуляционные знаки: «Верх», «Хрупкое. Осторожно»,
«Беречь от влаги».
1.5.4 Порядок
упаковки:
-завернуть показывающий прибор и первичный
преобразователь в бумагу, вложить в чехол из полиэтиленовой пленки, герметизировать;
-упакованные показывающий прибор, первичный
преобразователь положить в потребительскую коробку предприятия-изготовителя и
вложить паспорт. Упаковка должна быть прочной, перемещение приборов не допускается;
-коробку заклеить, сверху наклеить этикетку с датой,
подписью лица, производившего упаковку.
1.5.5 Руководство по эксплуатации и упаковочный лист вложить в конверт из
полиэтиленовой пленки, герметизировать.
1.5.6 Для транспортирования коробку с тахометром
и руководством по эксплуатации уложить в транспортный ящик, свободные места в
ящике заполнить амортизирующим материалом, ящик забить.
1.5.7 В каждый транспортный ящик должен
быть вложен упаковочный лист, содержащий следующие сведения:
-наименование, обозначение и количество поставляемых тахометров;
-дату упаковки;
-подпись или штамп
ответственного лица за упаковку и штамп ОТК.
2.1 Общие указания
2.1.1 При получении ящиков с
тахометрами установить сохранность тары и пломб. В случае их повреждения составить
акт и обратиться с рекламацией к транспортной организации.
2.2.3
Габаритные размеры первичного преобразователя приведены на рисунке 5.
Рисунок 5 – Габаритные размеры первичного
преобразователя ППЭ-Д
Рисунок 6 – Крепление показывающего прибора к приборной доске
2. 2.6 Габаритные размеры показывающего прибора приведены на рисунке 9.
4) концы проводов от
первичного преобразователя, источника питания, показывающих приборов зачистить
и залудить на длину 8-10 mm;
Рисунок 9 — Габаритные размеры прибора показывающего
ТЭ-Д
Рисунок 10 – Конструкция
переходной коробки
Рисунок 11 – Четырехпроводная схема соединения
Рисунок 12 – Трехпроводная схема соединения
Рисунок 13 – Четырехпроводная схема соединения
Рисунок 14 –
Трехпроводная схема соединения
Схема соединения двух показывающих приборов ТЭ-Д без
уставок
с первичным преобразователем ППЭ-Д1 (ППЭ-Д2)
Рисунок 15 –
Четырехпроводная схема соединения
Рисунок
16 – Трехпроводная схема соединения
Схема соединения двух показывающих приборов ТЭ-Д с
уставками
с первичным
преобразователем ППЭ-Д1 (ППЭ-Д2)
Рисунок 17 – Четырехпроводная схема соединения
Рисунок 18 – Трехпроводная
схема соединения
3 Техническое обслуживание
3. 1 Работы по техническому обслуживанию
производятся с целью обеспечения нормальной работы и сохранения параметров
тахометра в течение всего срока эксплуатации.
3.2 Техническое
обслуживание включает в себя:
1) осмотр
внешнего состояния тахометра;
2) проверку
общей работоспособности тахометра.
3.3 Осмотр
внешнего состояния тахометра производится один раз в год и после установки на
объект. При осмотре проверяется крепление показывающего прибора и первичного
преобразователя, а также состояние крепления и герметизации подводящих проводов
и крышек.
3.4 Проверка
общей работоспособности тахометра проводится после окончания гарантийного срока
и заключается в определении основной погрешности и измерении напряжения
логических уровней импульсов, выдаваемых первичным преобразователем.
Результаты
проверки должны заноситься в паспорт.
4.1 Первичная поверка тахометра
производится при выпуске из производства. Поверка осуществляется в соответствии с
ГОСТ 8.285-78.
4.2 Межповерочный
интервал – 1 год.
Примечание –
Число поверяемых точек в каждом поддиапазоне должно быть не менее 10. Число
измерений в каждой точке – не менее 10.
4.3 Результаты поверки оформляются путем
записи или отметки результатов поверки в порядке, установленном метрологической
службой, осуществляющей поверку.
4.4 Тахометр,
не прошедший поверку (имеющий отрицательные результаты поверки), к эксплуатации
не допускается.
Описание последствий отказов и повреждений
Возможные причины отказов
и повреждений
Указания
по способам устра-нения отказов и повреждений
1 Индикатор показывающего прибора не светится,
напряжение питания подано
1 Неправильно выполнен электромонтаж
показывающего прибора, завышено или занижено напряжение питания
1
Проверить
монтаж соеднительных проводов, величину напряжения питания
1
Неправильно выполнен электромонтаж, отсутствие контакта или обрыв соединительных
проводов
1
Проверить монтаж и наличие контакта соединительных
проводов
2 Неисправен первичный преобразователь или
показывающий прибор
2 Заменить
первичный преоб-разователь или показывающий прибор
6. 1
Тахометры в упаковке и в составе объекта транспортируются всеми видами
транспорта в крытых транспортных средствах на любые расстояния и без
ограничения скорости в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими
на транспорте конкретного вида.
6.3 Во
время погрузочно-разгрузочных работ и транспортирования ящики с тахометрами не
должны подвергаться резким ударам и воздействию атмосферных осадков.
6.4 Условия транспортирования и хранения тахометров в
части воздействия климатических факторов соответствуют условиям хранения 5 по ГОСТ
15150-69, но при температуре от минус 60 до плюс 60 ºС.
6.7
Способ упаковки ящиков в транспортное средство должен исключать их перемещение
при транспортировании.
Этот тахометр предназначен для использования при регулировке холостого хода карбюраторов двигателей внутреннего сгорания. Его можно использовать и для контроля частоты вращения вала автомобильных или лодочных двигателей во время движения, принцип работы заимствован из статьи [1]. Для увеличения точности измерения оборотов введен предел измерения 3 секунды.
Тахометр имеет три разряда индикации с пределом измерения от 60 мин-1 до 7800 мин-1. Погрешность измерения на пределе 1 секунда равна 30 мин-1, а на пределе 3 секунды – 10 мин-1. Нижний предел ограничен погрешностью измерения, а верхний — количеством прерываний между индикацией. Из-за чего индикация разрядов становится прерывистой.
В статье-прототипе указана неверная формула [(2N x 3)/60] для вычисления частоты вращения коленчатого вала. Поскольку за один оборот коленчатого вала двигателя происходит два искрообразования, то мы подсчитываем за одну секунду 2N импульсов. Т.е. в два раза большее количество, чем произошло оборотов (N). Чтобы получить значение оборотов в минуту, необходимо умножить значение оборотов за секунду на 60 (Ns x 60 = Nm). Так как мы подсчитываем число импульсов не N, а 2N, то умножать нужно уже не на 60, а на 30. А поскольку аппаратно мы отбрасываем разряд единиц, то фактически делим значение оборотов на 10. Из этого следует расчетная формула: Nm = 2Nsx3 мин-1. Где Nm – значение оборотов в минуту, 2Ns – число импульсов с прерывателя за одну секунду.
Если подсчитывать число импульсов за 3 секунды, то Nm = 2Ns мин-1. Таким образом, подсчитанное число импульсов за секунду достаточно умножить на 3 и перекодировать в двоично-десятичное, чтобы получить значение оборотов в минуту без единиц. А на пределе 3-х секунд просто перекодировать полученное значение. Показания индикатора равные 100 будут соответствовать значению 1000 мин-1.Тахометр реализован на одной микросхеме микроконтроллера PIC16F84A. Алгоритм программы тахометра представлен на рисунке 1.
После включения питания происходит начальная инициализация всех регистров с последующей индикацией. После инициализации вступает в работу таймер TMR0. Таймер имеет коэффициент деления равный 256, что вместе с предделителем, имеющим коэффициент деления равный 32, и циклом процессора равным 4, дает прерывания каждую секунду (4 х 32 х 256 = 32768).
При замыкании контактов прерывателя с входа RB0 также происходит прерывание. При прерывании сохраняются значения регистров, задействованных на момент прерывания, и определяется происхождение прерывания. Если прерывание с входа RB0, то двоичный 16-ти разрядный счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, подсчитывается количество прерываний с RB0 между прерываниями от переполнения таймера, то есть за 1 секунду. Каждое прерывание заканчивается восстановлением ранее сохраненных значений регистров, и процессор переключается на работу с индикацией.
Если прерывание произошло по переполнению таймера, то определяется состояние переключателя предела измерения и, если переключатель на пределе одной секунды, двоичное значение 16-ти разрядного счетчика умножается на 3 Nx3). 16-ти разрядный счетчик обнуляется, готовясь к новому циклу измерения. Полученное двоичное значение перекодируется в трехразрядное двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. После восстановления значений регистров индикация происходит с новыми данными. То есть индикация обновляется каждую секунду.
Если установлен предел измерения равный 3 секундам, то при переполнении таймера значение счетчика секунд увеличивается на единицу. Если значение счетчика секунд еще не равно трем, прерывание завершается без обнуления 16-ти разрядного счетчика. В противном случае, в 16-ти разрядном счетчике накапливается количество прерываний с RB0 за три секунды. Это значение перекодируется в двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. Двоичный счетчик обнуляется и цикл повторяется. В данном случае индикация обновляется каждые три секунды. Схема тахометра показана на рисунке 2.
Входной сигнал с контактов прерывателя стабилизируется стабилитроном VD1 на уровень ТТЛ и подается на вход RB0. При бесконтактной системе зажигания сигнал снимается с выхода коммутатора, выдающего перепад напряжения 3 В. Этого напряжения достаточно для срабатывания микроконтроллера.
Входы RA0-RA2 коммутируют аноды светодиодов, реализуя динамическую индикацию. Вход RA3 нагружен переключателем предела измерения “1s — 3s”. Внутренние подтягивающие резисторы на входах микроконтроллера программно отключены для исключения влияния на входной сигнал, поэтому возникла необходимость в установке резистора R2. Входы RB1 — RB7 использованы для вывода значений сегментов. Поскольку микроконтроллер работает при верхнем питающем напряжении 6В, то микросхему стабилизатора напряжения КР142ЕН5 можно взять с любой буквой, обеспечивающей это напряжение.
Потребляемый тахометром ток около 25 миллиампер, поэтому микросхема стабилизатора напряжения не нуждается в радиаторе. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки. Если тахометр будет использоваться при регулировке карбюраторов, то светодиоды АЛ304Г нежелательно заменять светодиодами с большими размерами цифр. Топология печатной платы и расположение элементов на ней показаны на рисунке 3.
Печатная плата может быть выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите, однако лучше сделать ее из двухстороннего стеклотекстолита. Фольгу со стороны установки элементов необходимо использовать в качестве экрана, раззенковав отверстия установки элементов сверлом большего диаметра.
Это улучшит помехозащищенность прибора, особенно если высоковольтные провода двигателя имеют микротрещины. После монтажа элементов выводы кварцевого резонатора ZQ1 и микросхемы стабилизатора DA1 изгибают так, чтобы резонатор и микросхема были параллельны плате. Печатная плата индикаторов со стороны их установки показана на рисунке 4.
Тонкими линиями обозначены проводники, идущие с обратной стороны платы. При монтаже и пайке выводов с изгибом по краю корпуса необходимо действовать аккуратно и быстро, чтобы не повредить соединение внутри пластмассового корпуса светодиода. Для желающих на плате предусмотрен вывод сегмента запятой во втором разряде, чтобы отделить значение тысяч. Его необходимо подключить через резистор 430 — 510 Ом на минус 5В.
Тахометр в настройке не нуждается. Только необходимо перед установкой проверить кварцевый резонатор на соответствие его номинальной частоте. В противном случае придется корректировать частоту кварца в готовом приборе параллельным или последовательным подключением к нему корректирующих конденсаторов, что не предусмотрено конструкцией платы.
Проверку работоспособности тахометра можно выполнить при помощи любого низкочастотного импульсного генератора. Зависимость частоты FГц от показаний тахометра N мин-1 следующая: FГц х 3 = N мин-1. И наоборот, чтобы иметь представление о частоте вращения коленчатого вала в Герцах, необходимо показания тахометра разделить на три.
Например, если подать на вход тахометра частоту 100 Гц, то показания индикатора должны быть равны 300, что соответствует 3000 мин-1. При показании тахометра равном150 (соответствует 1500 мин-1), частота вращения коленчатого вала в Герцах будет равна 50 Гц. Для определения частоты вращения двухцилиндровых двигателей, например, автомобилей “Ока” показания тахометра необходимо умножать на два.
Скачать файлы .hex и .asm для прошивки микроконтроллера PIC16F84A сгенерированные ассемблером MPLAB — 52,5kb.