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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Tacómetro de aviones. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El tacómetro descrito en el artículo está diseñado para medir la velocidad de rotación de la hélice del modelo de avión, pero también se puede usar para controlar el funcionamiento de otros mecanismos de palas: rotores, impulsores, obturadores. El principio de funcionamiento de este dispositivo se basa en medir la frecuencia de interrupción por las palas de la hélice del flujo de radiación infrarroja modulada creada por el tacómetro e incidente en su elemento fotosensible. Comparado con tacómetros de propósito similar [1-3], similar al descrito por el principio de operación, el dispositivo propuesto es más resistente al ruido. Pueden medir la velocidad de rotación de hélices de dos, tres y cuatro palas. El tacómetro está equipado con un indicador de puntero de la velocidad de rotación, que proporciona información no solo cuantitativa, sino también cualitativa sobre la dinámica de los cambios en el parámetro controlado [4]. El instrumento tiene dos límites de medición para la velocidad de la hélice: hasta 3000 rpm y hasta 30000 rpm. Error de medición: no más de ± 2,5%. Hay un calibrador de cuarzo, que aumenta la precisión de la medición y le permite monitorear rápidamente el rendimiento del dispositivo. El tacómetro está hecho sobre una base de elementos asequible y es fácil de configurar. El diagrama funcional del dispositivo se muestra en la fig. 1. El oscilador de cristal genera una secuencia periódica de pulsos rectangulares a una frecuencia de 100 kHz. Desde la salida del generador, estos pulsos son alimentados a divisores de frecuencia por 20000 y 2000, formando pulsos que siguen a una frecuencia de 50 y 500 Hz, respectivamente. Estos pulsos están destinados a calibrar el tacómetro antes de tomar una medida. Una frecuencia de 50 Hz corresponde a una velocidad de la hélice de 3000 rpm (máxima en el primer límite de medición) y una frecuencia de 500 Hz - 30000 1 rpm (máxima en el segundo límite de medición). El interruptor SA2 selecciona el límite de medición y el interruptor SAXNUMX, el modo de funcionamiento del dispositivo (calibración o mediciones).
En el modo de calibración del dispositivo, los pulsos con una frecuencia de 50 o 500 Hz se alimentan a través de los interruptores SA1.1 y SA2.1 a una de las entradas del elemento lógico AND, cuya segunda entrada recibe pulsos con una frecuencia de 100 kHz. de la salida de un oscilador de cuarzo. A la salida del elemento lógico, sigue una secuencia de ráfagas de pulsos con una frecuencia de 50 kHz con una frecuencia de 500 o 100 Hz. Esta secuencia se alimenta a la entrada de señal del transmisor IR, cuya operación se permite presionando y manteniendo presionado el botón SB1. El gatillo en el circuito del botón elimina el rebote de sus contactos. Habiendo llegado al receptor IR, que está a cierta distancia del transmisor y ubicado en el mismo eje óptico con él, la radiación IR se convierte nuevamente en una señal de pulso eléctrico. Es amplificado y filtrado por un amplificador de paso de banda. La señal amplificada es detectada por amplitud y convertida en una secuencia de pulsos siguiendo con la frecuencia de repetición de ráfagas de radiación IR. Después de la amplificación y la conformación por un disparador Schmitt, estos pulsos se vuelven rectangulares con caídas pronunciadas. En el modo de calibración, los pulsos de la salida del disparador Schmitt inician un solo vibrador que normaliza su duración, que, según el límite de medición seleccionado, se modifica mediante el interruptor SA1.2. El componente constante del voltaje de salida de un solo vibrador, directamente proporcional a la frecuencia, se mide con un voltímetro de un microamperímetro PA1 y resistencias adicionales Rext1 y Rext2seleccionado por el interruptor SA1.3. Estas resistencias son recortadores, con su ayuda, en el modo de calibración, el puntero del microamperímetro PA1 se establece en la última división de la escala en cada límite de medición. Al cambiar el interruptor SA2 a la "Medida". en lugar de los pulsos de calibración, la entrada de la válvula (elemento lógico Y) recibe un nivel constante de una unidad lógica, como resultado de lo cual la secuencia de pulsos IR emitidos con una frecuencia de 100 kHz se vuelve continua. La radiación IR en el camino desde el transmisor hasta el receptor es interrumpida periódicamente por las palas de un modelo de hélice giratoria insertada en el espacio entre el transmisor y el receptor. Por lo tanto, la frecuencia del pulso a la salida del gatillo Schmitt es igual al producto de la velocidad de la hélice y el número de sus palas. Puede haber dos, tres o cuatro. Para tener en cuenta este factor, la ruta de la señal entre el gatillo Schmitt y el vibrador individual se activa mediante los interruptores SA3 y SA2.2 con un divisor de frecuencia de repetición de impulsos por dos, tres o cuatro. El diagrama esquemático del tacómetro se muestra en la fig. 2. El generador de impulsos con una frecuencia de 100 kHz consta de elementos lógicos DD1.1, DD1.2, resistencia R4 y un resonador de cuarzo ZQ1. Elemento lógico DD1.3 - búfer. Los divisores de frecuencia se basan en contadores binarios DD2, DD7 y elementos lógicos DD1.4, DD4.1-DD4.3, DD6.1. Los pulsos con una frecuencia de 50 Hz se eliminan de la salida 15 del contador DD7 y los pulsos con una frecuencia de 500 Hz, de la salida 13 del contador DD2.
Los elementos DD8.1, DD8.2 realizan una función lógica Y. El disparador que genera la señal que permite el funcionamiento del transmisor consta de los elementos lógicos DD8.3, DD8.4. Los elementos lógicos DD6.2-DD6.4, conectados en paralelo, y el transistor VT4 forman un amplificador de pulsos que alimenta el diodo emisor de IR VD4. El receptor IR consta de un fotodiodo VD1 y un seguidor de fuente en un transistor VT1. El amplificador de paso de banda se basa en el amplificador operacional DA1 y el transistor VT2. El circuito R7R8C5 establece una polarización constante en la entrada no inversora del amplificador operacional y la resistencia R10 establece su corriente de control. El circuito de realimentación negativa del amplificador está formado por la resistencia R12 y el condensador de desacoplamiento C4. El condensador C6 sirve para la corrección de frecuencia del amplificador operacional. El transistor VT2 es un seguidor de emisor que aumenta la capacidad de carga del amplificador operacional DA1. En el tacómetro realizado por el autor, la ganancia de voltaje del amplificador de paso de banda a una frecuencia de 100 kHz es 400. Las frecuencias de corte de la banda de paso al nivel de -3 dB son 75 y 135 kHz. De muestra a muestra del dispositivo, los valores de estos parámetros pueden diferir de los dados por 15 ... 20%, lo que no tiene un efecto significativo en el funcionamiento del dispositivo. Sin embargo, la frecuencia de ganancia máxima debe estar dentro de 100 ± 5 kHz. Si es necesario, se corrige mediante una selección de resistencias R10, R12 y condensadores C4, C6. Por lo general, es suficiente elegir una resistencia R10. El detector de amplitud se ensambla en los diodos VD2 y VD3, y el amplificador de los pulsos detectados se ensambla en el amplificador operacional DA3. El circuito R16R24C10 proporciona la polarización constante necesaria en la entrada no inversora del amplificador operacional. La resistencia R31 establece su corriente de control. El condensador C12 se está separando. El circuito de realimentación negativa del amplificador está formado por las resistencias R27, R33 y los condensadores C16, C18. La ganancia de voltaje en el medio de la banda de paso es 5. Los capacitores C12, C16 forman la respuesta de frecuencia del amplificador en la región de baja frecuencia (frecuencia de corte 1 ... 2 Hz), y el capacitor C18, en la región de alta frecuencia (frecuencia de corte 8 kHz). La impedancia de entrada del amplificador se establece mediante la resistencia R22. El disparador Schmitt consta de elementos lógicos DD3.1, DD3.2 y resistencias R3, R5 que establecen sus umbrales de conmutación. El contador binario dual DD5 y los elementos lógicos DD3.3, DD3.4 forman divisores de frecuencia por dos, tres y cuatro. El vibrador único se fabrica en el temporizador integrado DA2, cuyos elementos de temporización son el condensador C13 y las resistencias R25 y R26 conmutadas cuando cambia el límite de medición. Condensador C15 - filtrado. La llave electrónica en el transistor VT3 y el circuito diferenciador R21C8 forman pulsos cortos de arranque de un solo vibrador en los momentos de aumento de las caídas de pulso en la entrada de la llave electrónica. Las resistencias R29, R30, R34, R35 forman una resistencia adicional para el microamperímetro PA1. El condensador C17 reduce la fluctuación de la aguja del microamperímetro en el límite inferior de medición. Los contactos del botón SB1.2 derivan el microamperímetro PA1 cuando no se presiona el botón y no es necesario leer las lecturas del instrumento. Esto elimina las fluctuaciones bruscas de su aguja peligrosas para el microamperímetro en los momentos de encender y apagar el tacómetro, cambiar los límites de medición y los modos de operación. El dispositivo se alimenta de una fuente de voltaje estabilizado de +9 V con una corriente de salida máxima de al menos 0,5 A. Condensadores C2, C3, C9, C14: filtrado en el circuito de alimentación. Las partes del tacómetro están montadas con bisagras en una placa de prueba. El diodo emisor VD4 y el fotodiodo VD1 están ubicados fuera del tablero a una distancia de 150...200 mm entre sí, formando un espacio que, al medir la velocidad, es atravesado por las palas de una hélice giratoria. El dispositivo utiliza condensadores de óxido K50-35, en su lugar se pueden utilizar otros similares. En su lugar, son adecuados los condensadores cerámicos: K10-17, KM-6 o importados. El condensador de temporización C13 es K73-17, se puede reemplazar con un K73-9, K73-24 u otro condensador de película. Resistencias fijas - C2-33. Resistencias de ajuste - SP2-2a u otras similares. El dispositivo utiliza interruptores de galleta PGK y un botón doble KM2-1, en lugar del cual se pueden usar otros similares. Microamperímetro - M906 u otro con una corriente de desviación total de la flecha 100 μA. Los diodos KD522B se pueden reemplazar por diodos de la misma serie o, por ejemplo, de la serie KD503, KD521. En lugar del diodo emisor de infrarrojos AL129A, son adecuados los diodos del mismo propósito de la serie AL107, AL118 o importados. El fotodiodo FD-256 se puede reemplazar por fotodiodos FD-21KP, FD-25K, FD-26K. Reemplazo del transistor de efecto de campo KP307G - transistores de la misma serie con un índice diferente o serie KP303, transistores KT315B - otras estructuras de silicio npn de baja potencia. En lugar del transistor KT973A, está permitido usar KT973B. Al reemplazar los amplificadores operacionales KR1407UD3 y KR140UD1208 con 1407UD3 y 140UD12, respectivamente, se deben tener en cuenta sus diferencias en el tipo de caja y la asignación de pines. Los microcircuitos de la serie K561 se pueden reemplazar por microcircuitos de la serie 564 o análogos importados, y el microcircuito KR1006VI1 se puede reemplazar por la serie 555 importada. El ajuste de las unidades funcionales del tacómetro no tiene características especiales y se lleva a cabo según métodos conocidos. La alineación de los ejes ópticos del diodo emisor VD4 y el fotodiodo VD1 está controlada por la amplitud máxima de la señal con una frecuencia de 100 kHz a la salida del amplificador de paso de banda (el emisor del transistor VT2) con el botón SB1 presionado . La aguja del microamperímetro PA1 se ajusta a la última división de la escala cuando se calibra el dispositivo dentro de los límites de medición de 3000 y 30000 rpm, respectivamente, con resistencias de ajuste R35 y R34. Cuando se mide la velocidad de rotación de una hélice, cuyas palas están hechas de un material que absorbe débilmente la radiación infrarroja, el funcionamiento normal del tacómetro se logra al reducir su sensibilidad a la radiación infrarroja. Para ello, la resistencia trimmer R6 reduce la amplitud de la señal a la entrada del amplificador pasabanda. Literatura
Autor: O. Ilyin
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