Оптический тахометр своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Какой бы станок Вы ни собирали, наверняка не раз, испытывая станок, думали: нужен тахометр. А ведь он все время был у вас под рукой, конечно, если у Вас есть такие простейшие составляющие как маленький моторчик и вольтметр. Познакомьтесь с предлагаемым прибором, и убедитесь, что буквально через пять минут в вашем распоряжении окажется компактный и точный самодельный тахометр. Самодельный тахометр из моторчика и вольтметра
Итак, приступаем к сборке. Как уже упоминалось самодельный тахометр состоит из двух основных частей: моторчика работающего от постоянного тока и вольтметра. Если такого моторчика у Вас нет, его легко можно купить на блошином рынке по цене буханки хлеба или дешевле, по цене двух буханок можно купить новый в магазине электронных компонентов. Если нет вольтметра, он обойдется дороже моторчика, однако на том же блошином рынке его цена будет вполне приемлемой. Вольтметр подключается к контактам моторчика, и все, тахометр готов. Теперь нужно испытать готовый тахометр в работе. При вращении вала моторчика-генератора будет создаваться напряжение, пропорциональное частоте вращения. Следовательно, частоте вращения будут пропорциональны и показания вольтметра.

Проградуировать такой тахометр можно по-разному. Например, построить справочный график зависимости напряжения от частоты вращения якоря или сделать новую шкалу вольтметра, на которой вместо воль записывается число оборотов.

Зависимость напряжения на контактах моторчика от частоты вращения

Так как график отражает линейную зависимость, достаточно отметить две-три точки и провести через них прямую. Получение контрольных точек — это самый проблемный этап подготовки самодельного тахометра к работе. Если есть доступ к фирменным станкам, контрольные точки легко получить, зажав резиновую трубочку, надетую на вал моторчика, в патроне сверлильного или токарного станка и включая станок на различных передачах, фиксировать показания вольтметра (скорость вращения шпинделя на каждой передаче указана в паспорте станка). В противном случае для калибровки придется использовать либо дрель, либо двигатель при режиме работы для которого известна частота вращения. И даже если удалось измерить напряжение на контактах моторчика только для одной частоты вращения, вторая точка — это пересечение осей (x) и (y) (то есть числа оборотов и напряжения), правда точность измерений по зависимости основанной на двух точках будет низкой.

Для измерения частоты вращения, вал исследуемого двигателя соединяется с моторчиком небольшим отрезком резиновой трубки или с помощью различных переходников. Если вольтметр зашкаливает при измерении больших скоростей вращения, в схему вводится переключатель с дополнительными резисторами. Потребуется и перестроение графика для каждого положения переключателя.

Насадки для соединения моторчика с исследуемым объектом

Схема многодиапазонного тахометра

Возможности прибора можно значительно расширить. Если изготовить роликовый фрикционный переходник диаметром 31,8 мм, тахометр позволит измерять и линейную скорость, выраженную в метрах в минуту. Для этого количество оборотов в минуту, определенное по графику, делят на 10.

Точность измерения зависит практически только от тщательности построения графика и цены деления вольтметра. Подобный простейший и очень дешевый самодельный тахометр может найти широкое применение всюду, где нужно быстро определить частоту или скорость вращения валов, шкивов и других деталей.

Цифровой тахометр из смартфона своими руками

Если Вы являетесь обладателем iPhone, то очень советую установить лучшее приложение для измерения оборотов показанное ниже. И не останавливайтесь на стробоскопе из вспышки телефона, это всего лишь поможет понять как работает стробоскоп-тахометр. Сделав своими руками очень простые электронные схемы, Вы получите стробоскопический и лазерный тахометры не уступающие (а в некоторых ситуациях превосходящие) фирменным тахометрам. Схемы, фото и описание тахометров найдете в этом приложении. Видео с демонстрацией этого приложения смотрите ниже.

Самодельный стробоскопический тахометр из iPhone своими руками
Самодельный лазерный (оптический) тахометр из iPhone своими руками

Сравнительные измерения частоты вращения двигателя лазерным и стробоскопическим тахометрами

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Литература

Как самому сделать тахометр

Полезные советы. Тахометр можно собрать своими руками из остатков электроники. Простой светодиодный тахометр для автомобиля Мастер Винтик. Тахометр-2 или Тахометр своими руками — Автоэлектроника — Архив схем Тахометр для toyota своими руками. Блог, факты, фотографии.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах. По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Arduino проект \ Тахометр из старой мышки

Измерение частоты вращения

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:. Кроме того, приборы для измерения частоты вращения применяются в научно-исследовательской работе. Любой тахометр состоит из двух частей:. 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.

Тахометр своими руками – изготовление и применение на практике

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.

Схема измерителя

Бесконтактный этот измеритель потому, что достаточно приблизиться к, например, вращающемуся валу двигателя, на котором есть заметный яркий след вдоль оси (белая черточка или белая изолента), и через некоторое время мы получаем цифры импульсов в секунду, а преобразование этого в оборот — уже обычная математика из начальной школы. Здесь сознательно не делано преобразование, чтоб можно было измерить частоту всего, что излучает свет — мониторы, светодиодные дисплеи и так далее.

Самодельный автомобильный электронный тахометр

Электронный тахометр — это цифровое устройство, изготовленное из электронных компонентов и используемое для измерения скорости электродвигателя или любого другого вращающегося объекта в оборотах/ минуту. Он расположен в приборной панели автомобиля имеет хороший обзор и точность измерения.

Простой метроном скорости

индукционный;
электромагнитный;
электронный;
оптический.

Исторически сложилось так, что первый механический тахометр был разработан на основе измерения центробежной силы. В 1817 году они были использованы для измерения скорости тяговых машин, но после 1840 года применялись преимущественно для измерения скорости транспортных средств. Цифровой тахометр — оптический датчик, предназначенный для определения угловой скорости вращающегося элемента. Области применения:

Автомобили, самолёты, тракторы, поезда, лёгкие рельсовые транспортные средства и их ремонт.
Лазерные инструменты.
Медицинское применение. Гематахометр — устройство, установленное в артерию или вену, оценивает скорость движения крови по вращающейся турбине. Показания используются для диагностики проблем кровообращения, таких как тромбофлебит.
Аналоговая запись звука, измеряющая скорость аудиокассеты.
Оценка скорости и объёма трафика.

Типы современных тахометров

Важным параметром, который учитывают при выборе устройства, является рабочий диапазон скорости. Он устанавливает границу измерения, который способен контролировать прибор. Ещё один параметр — точность, которая задаётся в единицах, таких как ± RPM. Используемая технология датчиков: контактные, фотоэлектрические, индуктивные и с эффектом Холла.

В приборе контактного типа он входит в контакт с вращающейся частью. В фотоэлектрическом устройстве для измерения скорости используются световые лучи, видимые или инфракрасные. Частота разрыва, которого применяется для расчёта скорости. Индуктивные инструменты используют магнитные элементы для индукции магнитных полей, а частота активации — для измерения скорости. Конструктивные особенности:

счётчики;
таймеры;
стробоскоп.

Конфигурации дисплея включают аналоговые визуальные индикаторы, цифровые или графические видеодисплеи. Пользовательские интерфейсы и типы управления имеют аналоговые лицевые или цифровые панели и компьютерные программируемые интерфейсы. Современные тахометры оснащаются программным обеспечением для работы на ПК. У многих есть сетевые или коммуникационные интерфейсы. Доступные электрические выходы:

аналоговое напряжение;
аналоговый ток;
аналоговая модулированная частота;
переключатель или сигнализация;
светодиодный экран.

Тахометры классифицируются на основе технологии сбора данных. Типы применяемых устройств:

Аналоговые. Состоят из измерителя и интерфейса набора номера. Они не имеют возможности хранить базу данных, а также не вычисляют средние показания и их отклонения. Скорость движения преобразовывается в напряжение с использованием внешнего преобразователя частоты. Затем это измерение отображается аналоговым вольтметром.
Цифровые — состоят из ЖК-дисплея или светодиодного индикатора и памяти для хранения информации. Они осуществляют статистические операции и подходят для точного измерения и мониторинга любых видов времени. Цифровые тахометры чаще встречаются в наши дни, они дают числовые показания вместо использования циферблатов.
Контактный тип, контактируют с вращающимся валом, прикрепляется к дизелю или электродвигателю. Например, оптический кодер или магнитный датчик измеряет обороты. Они способны измерять скорость вращения в пределах от 0, 5 об / мин до 10 тыс. об / мин, имеют ЖК-дисплей, работает с диапазоном рабочих температур от 0 до + 40 C.
Бесконтактный тип не нуждается в физическом контакте с вращающимся элементом. В этом типе лазерный или оптический диск соединён с валом, результат считывается инфракрасным лучом или лазером. Этот тип замеряет скорость от 1 до 99,999 об/мин (токарный станок), угол обмера составляет меньше 120 градусов. Оборудованы ЖК-дисплеем, эффективны, долговечны, точны и компактны, а также видны с большого расстояния.
Временной, который вычисляет скорость по интервалу между входящими импульсами. Разрешение этого тахометра не ограничено, поэтому он более точен при измерениях низкой скорости.
Частотный, который вычисляет скорость по частоте импульсов. Этот тип работает с использованием красного светодиода, а оборот его зависит от вращающегося элемента. Он используется для высокоскоростных измерений. На рынке продаётся недорогой и высокоэффективный китайский вариант.

Микроэлектрическая машина генерированного напряжения

Генератор тахометра преобразует показатель вращения вала в электрический сигнал. Работа его использует свойства угловой скорости ротора, поток возбуждения, которого пропорциональный генерируемой ЭДС. Большинство современных тахогенераторов — это тип постоянного магнита. Эти устройства используют вращающееся соединение, один конец которого подключён к валу машины, индуцирует электродвижущую силу (напряжение), пропорциональную скорости вала. Контакты якоря соединены к цепи вольтметра, преобразуя напряжение в значение скорости.

Эти тахометры отличаются точностью, максимально допустимыми показателями и рабочей температурой. Используются в качестве датчиков в различных автомобильных и электромеханических компьютерных устройствах. Действуют в сетях переменного или постоянного тока.

Принцип работы автомобильного счётчика

Тахометр используется для проверки производительности двигателя и помогает автомеханику понять его состояние для оптимизации функционирования с допустимыми параметрами. Принцип работы автомобильного электронного тахометра прост. Система зажигания запускает импульс напряжения электромеханической части тахометра, которая реагирует на среднее напряжение импульсов пропорционально частоте вращения двигателя. Сигнал передаётся двойным экранированным кабелем к индикатору. Тахометры имеют температурную компенсацию для обработки измерений в диапазоне -20 до + 70 C окружающей среды.

Он позволяет водителю выбирать подходящие настройки дроссельной заслонки и шестерни во время движения, поскольку длительное использование на высоких скоростях вызывает недостаточную смазку, влияющую на двигатель, создаёт перегрев и приводит к ненужному износу трущихся деталей и к отказу машины.

Добрый день.
Выношу на Ваше рассмотрение схему простенького цифрового тахометра на AVR ATtiny2313, КР514ИД2, и оптопаре спроектированного мною.
Сразу оговорюсь: аналогичных схем в интернете много. У каждой реализации свои плюсы и минусы. Возможно, кому-то мой вариант подойдет больше.

Начну, пожалуй, с тех. задания.
Задача: нужно сделать цифровой тахометр для контроля оборотов электрического двигателя станка.
Вводные условия: Есть готовый реперный диск на 20 отверстий от лазерного принтера. В наличии много оптопар от сломанных принтеров. Средние (рабочие) обороты 4 000-5 000 оборотов/минуту. Погрешность отображаемых результатов не должна превышать ± 100 оборотов.

Ограничение: питание для блока управление составляет 36В (тахометр будет установлен в один корпус с блоком управления – об этом ниже).

Маленькое лирическое отступление. Это станок моего друга. На станке установлен электромотор PIK-8, обороты которого контролируются согласно найденной в интернете и модифицированной схеме. По просьбе друга и был разработан простенький тахометр для станка.

Изначально в схеме планировалось применить ATMega16, но рассмотрев условия, решено было ограничиться ATtiny2313, работающего от внутреннего (RC) генератора на частоте 4 Мгц.

Общая схема выглядит следующим образом:

При необходимости внесения изменений в прошивку тахометра на плате предусмотрен разъем ISP.

На схеме подтягивающий резистор R12, номиналом 30 кОм, подобран опытным путём для конкретной оптопары. Как показывает практика – для разных оптопар он может отличаться, но среднее значение в 30 кОм должно обеспечить устойчивую работу для большинства принтерных оптопар. Согласно документации к ATtiny2313, величина внутреннего подтягивающего резистора составляет от 20 до 50 кОм в зависимости от реализации конкретной партии микроконтроллеров, (стр. 177 паспорта к ATtiny2313), что не совсем подходит. Если кто захочет повторить схему, может для начала включать внутренний подтягивающий резистор, возможно у Вас, для Вашей оптопары и вашего МК работать будет. У меня, для моего набора не заработало.

Так выглядит типичная оптопара от принтера.

Светодиод оптопары запитан через ограничивающий резистор на 1К, который я разместил непосредственно на плате с оптопарой.
Для фильтрации пульсаций напряжения на схеме два конденсатора, электролитический на 220 мкФ х 25В (что было под рукой) и керамический на 0,1 мкФ, (общая схема включения микроконтроллера взята из паспорта ATtiny2313).

Для защиты от пыли и грязи плата тахометра покрыта толстым слоем автомобильного лака.

Замена компонентов.
Можно применить любой светодиодный индикатор на четыре цифры, либо два сдвоенных, либо четыре поодиночных. На худой конец, собрать индикатор на отдельных светодиодах.

Вместо КР514ИД2 можно применить КР514ИД1 (которая содержит внутри токоограничивающие резисторы), либо 564ИД5, К155ПП5, К155ИД9 (при параллельном соединении между собой ножек одного сегмента), или любой другой преобразователь двоичного в семисегментный (при соответствующих изменениях подключения выводов микросхем).

Транзисторы VT1-VT4 – любые слаботочные, работающие в режиме ключа.

Принцип работы основан на подсчете количества импульсов полученных от оптопары за одну секунду и пересчет их для отображения количества оборотов в минуту. Для этого использован внутренний счетчик Timer/Counter1 работающий в режиме подсчета импульсов поступающих на вход Т1 (вывод PD5 ножка 9 МК). Для обеспечения стабильности работы, включен режим программного подавления дребезга. Отсчет секунд выполняет Timer/Counter0 плюс одна переменная.

Расчет оборотов, на чем хотелось бы остановиться, происходит по следующей формуле:
M = (N / 20) *60,
где M – расчетные обороты в минуту (60 секунд), N – количество импульсов от оптопары за одну секунду, 20 – число отверстий в реперном диске.
Итого, упростив формулу получаем:
M = N*3.
Но! В микроконтроллере ATtiny2313 отсутствует функция аппаратного умножения. Поэтому, было применено суммирование со смещением.
Для тех, кто не знает суть метода:
Число 3 можно разложить как
3 = 2+1 = 2 1 + 2 0 .
Если мы возьмем наше число N сдвинем его влево на 1 байт и приплюсуем еще одно N сдвинутое влево на 0 байт – получим наше число N умноженное на 3.
В прошивке код на AVR ASM для двухбайтной операции умножения выглядит следующим образом:

Mul2bytes3:
CLR LoCalcByte //очищаем рабочие регистры
CLR HiCalcByte
mov LoCalcByte,LoInByte //грузим значения полученные из Timer/Counter1
mov HiCalcByte,HiInByte
CLC //чистим быт переноса
ROL LoCalcByte //сдвигаем через бит переноса
ROL HiCalcByte
CLC
ADD LoCalcByte,LoInByte //суммируем с учетом бита переноса
ADC HiCalcByte,HiInByte
ret

Проверка работоспособности и замер точности проводился следующим образом. К вентилятору компьютерного куллера был приклеен картонный диск с двадцатью отверстиями. Обороты куллера мониторились через BIOS материнской платы и сравнивались с показателями тахометра. Отклонение составило порядка 20 оборотов на частоте 3200 оборотов/минуту, что составляет 0,6%.

Вполне возможно, что реальное расхождение составляет меньше 20 оборотов, т.к. измерения материнской платы округляются в пределах 5 оборотов (по личным наблюдениям для одной конкретной платы).
Верхний предел измерения 9 999 оборотов в минуту. Нижний предел измерения, теоретически от ±10 оборотов, но на практике не замерялся (один импульс от оптопары в секунду дает 3 оборота в минуту, что, учитывая погрешность, теоретически должно правильно измерять скорость от 4 оборотов в минуту и выше, но на практике данный показатель необходимо завысить как минимум вдвое).

Отдельно остановлюсь на вопросе питания.
Вся схема питается от источника 5В, расчетное потребление всего устройства не превышает 300 мА. Но, по условиям ТЗ, тахометр конструктивно должен находится внутри блока управления оборотами двигателя, а к блоку от ЛАТРа поступает постоянное напряжение 36В., чтобы не тянуть отдельный провод питания, внутри блока установлена LM317 в паспортном включении, в режиме понижения питания до 5В (с ограничивающим резистором и стабилитроном для защиты от случайного перенапряжения). Логичнее было бы использовать ШИМ-контроллер в режиме step-down конвертера, на подобии МС34063, но у нас в городе купить такие вещи проблематично, поэтому, применяли то, что смогли найти.

Фотографии платы тахометра и готового устройства.

К сожалению, сейчас нет возможности сфотографировать на станке.

После компоновки плат и первой пробной сборки, коробка с устройством отправилась на покраску.

В случае, если у Вас тахометр не заработал сразу после включения, при заведомо верном монтаже:

1) Проверить работу микроконтроллера, убедится, что он работает от внутреннего генератора. Если схема собранна правильно – на циферблате должно отображаться четыре нуля.

2) Проверить уровень импульсов от оптопары, при необходимости подобрать номинал резистора R12 или заменить схему подключения оптопары. Возможен вариант обратного подключения оптотранзистора с подтяжкой к минусу, с включенным или нет внутренним подтягивающим резистором МК. Также возможно применить транзистор в ключевом (инвертирующем) режиме работы.

Измерение частоты вращения

Итак, приступаем к сборке. Как уже упоминалось самодельный тахометр состоит из двух основных частей: моторчика работающего от постоянного тока и вольтметра. Если такого моторчика у Вас нет, его легко можно купить на блошином рынке по цене буханки хлеба или дешевле, по цене двух буханок можно купить новый в магазине электронных компонентов. Если нет вольтметра, он обойдется дороже моторчика, однако на том же блошином рынке его цена будет вполне приемлемой. Вольтметр подключается к контактам моторчика, и все, тахометр готов. Теперь нужно испытать готовый тахометр в работе. При вращении вала моторчика-генератора будет создаваться напряжение, пропорциональное частоте вращения. Следовательно, частоте вращения будут пропорциональны и показания вольтметра.

Так как график отражает линейную зависимость, достаточно отметить две-три точки и провести через них прямую. Получение контрольных точек - это самый проблемный этап подготовки самодельного тахометра к работе. Если есть доступ к фирменным станкам, контрольные точки легко получить, зажав резиновую трубочку, надетую на вал моторчика, в патроне сверлильного или токарного станка и включая станок на различных передачах, фиксировать показания вольтметра (скорость вращения шпинделя на каждой передаче указана в паспорте станка). В противном случае для калибровки придется использовать либо дрель, либо двигатель при режиме работы для которого известна частота вращения. И даже если удалось измерить напряжение на контактах моторчика только для одной частоты вращения, вторая точка - это пересечение осей (x) и (y) (то есть числа оборотов и напряжения), правда точность измерений по зависимости основанной на двух точках будет низкой.

Цифровой тахометр из смартфона своими руками

Самодельный стробоскопический тахометр из iPhone своими руками

Самодельный лазерный (оптический) тахометр из iPhone своими руками

Сравнительные измерения частоты вращения двигателя лазерным и стробоскопическим тахометрами

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Все материалы добавляются пользователями. При копировании необходимо указывать ссылку на источник.

Читайте также: