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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Tachimetro per aereo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il tachimetro descritto nell'articolo è progettato per misurare la velocità di rotazione dell'elica del modello di aeromobile, ma può anche essere utilizzato per controllare il funzionamento di altri meccanismi a pale: rotori, giranti, otturatori. Il principio di funzionamento di questo dispositivo si basa sulla misurazione della frequenza di interruzione da parte delle pale dell'elica del flusso di radiazione infrarossa modulata creata dal tachimetro e incidente sul suo elemento fotosensibile. Rispetto ai tachimetri di scopo simile [1-3], simile a quello descritto dal principio di funzionamento, il dispositivo proposto è più resistente al rumore. Possono misurare la velocità di rotazione di eliche contenenti due, tre e quattro pale. Il tachimetro è dotato di un indicatore del puntatore della velocità di rotazione, che fornisce informazioni non solo quantitative, ma anche qualitative sulla dinamica dei cambiamenti nel parametro controllato [4]. Lo strumento ha due limiti di misura per la velocità dell'elica: fino a 3000 rpm e fino a 30000 rpm. Errore di misurazione: non più di ± 2,5%. C'è un calibratore al quarzo, che aumenta la precisione della misurazione e consente di monitorare rapidamente le prestazioni del dispositivo. Il tachimetro è realizzato su una base di elementi economica ed è facile da configurare. Lo schema funzionale del dispositivo è riportato in fig. 1. L'oscillatore a cristallo genera una sequenza periodica di impulsi rettangolari a una frequenza di 100 kHz. Dall'uscita del generatore, questi impulsi vengono inviati ai divisori di frequenza di 20000 e 2000, formando impulsi che seguono rispettivamente a una frequenza di 50 e 500 Hz. Questi impulsi hanno lo scopo di calibrare il tachimetro prima di effettuare una misurazione. Una frequenza di 50 Hz corrisponde a una velocità dell'elica di 3000 rpm (massima al primo limite di misurazione) e una frequenza di 500 Hz - 30000 rpm (massima al secondo limite di misurazione). L'interruttore SA1 seleziona il limite di misurazione e l'interruttore SA2 - la modalità operativa del dispositivo (calibrazione o misurazioni).
Nella modalità di calibrazione del dispositivo, gli impulsi con una frequenza di 50 o 500 Hz vengono inviati attraverso gli interruttori SA1.1 e SA2.1 a uno degli ingressi dell'elemento logico AND, il cui secondo ingresso riceve impulsi con una frequenza di 100 kHz dall'uscita di un oscillatore al quarzo. All'uscita dell'elemento logico segue una sequenza di burst di impulsi con una frequenza di 50 kHz con una frequenza di 500 o 100 Hz. Questa sequenza viene inviata all'ingresso del segnale del trasmettitore IR, il cui funzionamento è consentito tenendo premuto il pulsante SB1. Il grilletto nel circuito del pulsante elimina il rimbalzo dei suoi contatti. Dopo aver raggiunto il ricevitore IR, che si trova a una certa distanza dal trasmettitore e situato sullo stesso asse ottico con esso, la radiazione IR viene nuovamente convertita in un segnale di impulso elettrico. Viene amplificato e filtrato da un amplificatore passa-banda. Il segnale amplificato viene rilevato dall'ampiezza e convertito in una sequenza di impulsi che segue con la frequenza di ripetizione di burst di radiazione IR. Dopo l'amplificazione e la modellazione da parte di un trigger di Schmitt, questi impulsi diventano rettangolari con ripide cadute. Nella modalità di calibrazione, gli impulsi dall'uscita del trigger di Schmitt avviano un singolo vibratore che normalizza la loro durata, che, a seconda del limite di misurazione selezionato, viene modificata dall'interruttore SA1.2. La componente costante della tensione di uscita di un singolo vibratore, direttamente proporzionale alla frequenza, viene misurata da un voltmetro da un microamperometro PA1 e resistori aggiuntivi Rest1 e Rest2selezionato dall'interruttore SA1.3. Questi resistori sono trimmer, con il loro aiuto, nella modalità di calibrazione, il puntatore del microamperometro PA1 è impostato sull'ultima divisione della scala ad ogni limite di misurazione. Quando si commuta l'interruttore SA2 su "Misura". invece degli impulsi di calibrazione, l'ingresso della valvola (elemento logico AND) riceve un livello costante di un'unità logica, per cui la sequenza di impulsi IR emessi con una frequenza di 100 kHz diventa continua. La radiazione IR nel percorso dal trasmettitore al ricevitore viene periodicamente interrotta dalle pale di un'elica rotante di aeromodelli inserita nello spazio tra il trasmettitore e il ricevitore. Pertanto, la frequenza degli impulsi all'uscita del grilletto di Schmitt è uguale al prodotto della velocità dell'elica e al numero delle sue pale. Possono essere due, tre o quattro. Per tener conto di questo fattore, il percorso del segnale tra il trigger di Schmitt e il singolo vibratore viene attivato utilizzando gli interruttori SA3 e SA2.2 con un divisore di frequenza di ripetizione dell'impulso per due, tre o quattro. Il diagramma schematico del tachimetro è mostrato in fig. 2. Il generatore di impulsi con una frequenza di 100 kHz è costituito da elementi logici DD1.1, DD1.2, resistore R4 e un risonatore al quarzo ZQ1. Elemento logico DD1.3 - buffer. I divisori di frequenza sono costruiti sui contatori binari DD2, DD7 e sugli elementi logici DD1.4, DD4.1-DD4.3, DD6.1. Gli impulsi con una frequenza di 50 Hz vengono rimossi dall'uscita 15 del contatore DD7 e gli impulsi con una frequenza di 500 Hz - dall'uscita 13 del contatore DD2.
Gli elementi DD8.1, DD8.2 svolgono una funzione logica AND Il trigger che genera il segnale di abilitazione al funzionamento del trasmettitore è costituito dagli elementi logici DD8.3, DD8.4. Gli elementi logici DD6.2-DD6.4, collegati in parallelo, e il transistor VT4 formano un amplificatore di impulsi che alimenta il diodo emettitore IR VD4. Il ricevitore IR è costituito da un fotodiodo VD1 e un inseguitore di sorgente su un transistor VT1. L'amplificatore passa-banda è costruito sull'amplificatore operazionale DA1 e sul transistor VT2. Il circuito R7R8C5 imposta una polarizzazione costante all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale e il resistore R10 imposta la sua corrente di controllo. Il circuito di retroazione negativa dell'amplificatore è formato dal resistore R12 e dal condensatore di disaccoppiamento C4. Il condensatore C6 serve per la correzione della frequenza dell'amplificatore operazionale. Il transistor VT2 è un inseguitore di emettitore che aumenta la capacità di carico dell'amplificatore operazionale DA1. Nel tachimetro realizzato dall'autore, il guadagno di tensione dell'amplificatore passa-banda a una frequenza di 100 kHz è 400. Le frequenze di taglio della banda passante a livello di -3 dB sono 75 e 135 kHz. Da campione a campione del dispositivo, i valori di questi parametri possono differire da quelli indicati del 15 ... 20%, il che non ha un effetto significativo sul funzionamento del dispositivo. Tuttavia, la frequenza di guadagno massima deve essere compresa tra 100 ± 5 kHz. Se necessario, viene corretto da una selezione di resistori R10, R12 e condensatori C4, C6. Di solito è sufficiente scegliere un resistore R10. Il rilevatore di ampiezza è assemblato sui diodi VD2 e VD3 e l'amplificatore degli impulsi rilevati è assemblato sull'amplificatore operazionale DA3. Il circuito R16R24C10 fornisce la polarizzazione costante necessaria all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale. Il resistore R31 imposta la sua corrente di controllo. Il condensatore C12 si sta separando. Il circuito di retroazione negativa dell'amplificatore è formato dai resistori R27, R33 e dai condensatori C16, C18. Il guadagno di tensione nel mezzo della banda passante è 5. I condensatori C12, C16 formano la risposta in frequenza dell'amplificatore nella regione a bassa frequenza (frequenza di taglio 1 ... 2 Hz) e il condensatore C18 - nella regione ad alta frequenza (frequenza di taglio 8 kHz). L'impedenza di ingresso dell'amplificatore è impostata dal resistore R22. Il trigger di Schmitt è costituito dagli elementi logici DD3.1, DD3.2 e dai resistori R3, R5 che ne impostano le soglie di commutazione. Il doppio contatore binario DD5 e gli elementi logici DD3.3, DD3.4 formano divisori di frequenza per due, tre e quattro. Il singolo vibratore è realizzato sul timer integrato DA2, i cui elementi di temporizzazione sono il condensatore C13 e le resistenze R25 e R26 commutate al variare del limite di misura. Condensatore C15 - filtraggio. La chiave elettronica sul transistor VT3 e il circuito di differenziazione R21C8 formano brevi impulsi di avvio a vibrazione singola nei momenti di aumento delle cadute di impulsi all'ingresso della chiave elettronica. I resistori R29, R30, R34, R35 formano una resistenza aggiuntiva per il microamperometro PA1. Il condensatore C17 riduce il jitter dell'ago del microamperometro al limite inferiore della misurazione. I contatti del pulsante SB1.2 deviano il microamperometro PA1 quando il pulsante non è premuto e non è necessario leggere le letture dello strumento. Ciò elimina le forti fluttuazioni del suo ago pericolose per il microamperometro nei momenti di accensione e spegnimento del tachimetro, commutazione dei limiti di misurazione e delle modalità operative. Il dispositivo è alimentato da una sorgente di tensione stabilizzata +9 V con una corrente di uscita massima di almeno 0,5 A. Condensatori C2, C3, C9, C14 - filtraggio nel circuito di alimentazione. Le parti del tachimetro sono incernierate montate su una breadboard. Il diodo emettitore VD4 e il fotodiodo VD1 si trovano all'esterno della scheda ad una distanza di 150...200 mm l'uno dall'altro, formando un'intercapedine che, misurando la velocità, viene attraversata dalle pale di un'elica rotante. Il dispositivo utilizza condensatori di ossido K50-35, al loro posto possono essere utilizzati altri simili. Sono invece adatti condensatori ceramici: K10-17, KM-6 o importati. Il condensatore di temporizzazione C13 è K73-17, può essere sostituito con un K73-9, K73-24 o un altro condensatore a film. Resistori fissi - C2-33. Resistenze trimmer - SP2-2a o altre simili. Il dispositivo utilizza interruttori a biscotto PGK e un doppio pulsante KM2-1, al posto del quale possono essere utilizzati altri simili. Microamperometro - M906 o altro con una corrente di deflessione completa della freccia 100 μA. I diodi KD522B possono essere sostituiti da diodi della stessa serie o, ad esempio, serie KD503, KD521. Invece del diodo emettitore IR AL129A, sono adatti diodi con lo stesso scopo della serie AL107, AL118 o quelli importati. Il fotodiodo FD-256 può essere sostituito dai fotodiodi FD-21KP, FD-25K, FD-26K. Sostituzione del transistor ad effetto di campo KP307G - transistor della stessa serie con un indice diverso o serie KP303, transistor KT315B - altre strutture in silicio npn a bassa potenza. Invece del transistor KT973A, è consentito utilizzare KT973B. Quando si sostituiscono gli amplificatori operazionali KR1407UD3 e KR140UD1208 rispettivamente con 1407UD3 e 140UD12, è necessario tenere conto delle loro differenze nel tipo di case e nell'assegnazione dei pin. I microcircuiti della serie K561 possono essere sostituiti da microcircuiti della serie 564 o analoghi importati e il microcircuito KR1006VI1 può essere sostituito dalla serie 555 importata. La regolazione dei gruppi funzionali del tachimetro non presenta particolarità e viene effettuata secondo metodi noti. L'allineamento degli assi ottici del diodo emittente VD4 e del fotodiodo VD1 è controllato dall'ampiezza massima del segnale con una frequenza di 100 kHz all'uscita dell'amplificatore passa-banda (l'emettitore del transistor VT2) con il pulsante SB1 premuto . La lancetta del microamperometro PA1 è impostata sull'ultima divisione della scala durante la calibrazione del dispositivo entro i limiti di misurazione di 3000 e 30000 giri/min, rispettivamente, con resistenze di regolazione R35 e R34. Quando si misura la velocità di rotazione di un'elica, le cui pale sono realizzate in un materiale che assorbe debolmente la radiazione infrarossa, il normale funzionamento del tachimetro si ottiene riducendo la sua sensibilità alla radiazione infrarossa. Per fare ciò, il resistore trimmer R6 riduce l'ampiezza del segnale all'ingresso dell'amplificatore passa-banda. Letteratura
Autore: O. Ilin
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