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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Tacômetro de aeronaves. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O tacômetro descrito no artigo é projetado para medir a velocidade de rotação da hélice do modelo de aeronave, mas também pode ser usado para controlar a operação de outros mecanismos de pás - rotores, impulsores, obturadores. O princípio de funcionamento deste dispositivo baseia-se na medição da frequência de interrupção pelas pás da hélice do fluxo modulado de radiação infravermelha criado pelo tacômetro e incidente em seu elemento fotossensível. Comparado com tacômetros de finalidade semelhante [1-3], semelhante ao descrito pelo princípio de operação, o dispositivo proposto é mais resistente a ruídos. Eles podem medir a velocidade de rotação de hélices contendo duas, três e quatro pás. O tacômetro é equipado com um indicador de ponteiro da velocidade de rotação, que fornece não apenas informações quantitativas, mas também qualitativas sobre a dinâmica das mudanças no parâmetro controlado [4]. O instrumento tem dois limites de medição para a velocidade da hélice: até 3000 rpm e até 30000 rpm. Erro de medição - não mais que ± 2,5%. Existe um calibrador de quartzo, que aumenta a precisão da medição e permite monitorar rapidamente o desempenho do dispositivo. O tacômetro é feito em uma base de elemento acessível e é fácil de configurar. O diagrama funcional do dispositivo é mostrado na fig. 1. O oscilador de cristal gera uma sequência periódica de pulsos retangulares a uma frequência de 100 kHz. A partir da saída do gerador, esses pulsos são alimentados aos divisores de frequência por 20000 e 2000, formando pulsos que seguem na frequência de 50 e 500 Hz, respectivamente. Esses pulsos destinam-se a calibrar o tacômetro antes de fazer uma medição. Uma frequência de 50 Hz corresponde a uma velocidade da hélice de 3000 rpm (máximo no primeiro limite de medição) e uma frequência de 500 Hz - 30000 rpm (máximo no segundo limite de medição). A chave SA1 seleciona o limite de medição e a chave SA2 - o modo de operação do dispositivo (calibração ou medições).
No modo de calibração do dispositivo, pulsos com frequência de 50 ou 500 Hz são alimentados através dos interruptores SA1.1 e SA2.1 para uma das entradas do elemento lógico AND, cuja segunda entrada recebe pulsos com frequência de 100 kHz da saída de um oscilador de quartzo. Na saída do elemento lógico, é formada uma sequência de rajadas de pulsos com frequência de 50 kHz seguindo com frequência de 500 ou 100 Hz. Esta sequência é alimentada à entrada de sinal do transmissor IR, cuja operação é permitida pressionando e segurando o botão SB1. O gatilho no circuito do botão elimina o ressalto de seus contatos. Tendo alcançado o receptor IR, que está a alguma distância do transmissor e localizado no mesmo eixo óptico com ele, a radiação IR é novamente convertida em um sinal de pulso elétrico. É amplificado e filtrado por um amplificador passa-banda. O sinal amplificado é detectado por amplitude e convertido em uma sequência de pulsos seguindo com a frequência de repetição de rajadas de radiação IR. Após a amplificação e modelagem por um gatilho Schmitt, esses pulsos tornam-se retangulares com quedas acentuadas. No modo de calibração, os pulsos da saída do gatilho Schmitt iniciam um único vibrador que normaliza sua duração, que, dependendo do limite de medição selecionado, é alterado pela chave SA1.2. O componente constante da tensão de saída de um único vibrador, diretamente proporcional à frequência, é medido por um voltímetro de um microamperímetro PA1 e resistores adicionais Rramal 1 e Rramal 2selecionado pela chave SA1.3. Esses resistores são aparadores, com a ajuda deles, no modo de calibração, o ponteiro do microamperímetro PA1 é ajustado para a última divisão da escala em cada limite de medição. Ao alternar o interruptor SA2 para "Medir". em vez dos pulsos de calibração, a entrada da válvula (elemento lógico AND) recebe um nível constante de uma unidade lógica, como resultado da qual a sequência de pulsos IR emitidos com frequência de 100 kHz torna-se contínua. A radiação IR no caminho do transmissor para o receptor é periodicamente interrompida pelas pás de uma hélice de aeromodelo rotativa inserida no espaço entre o transmissor e o receptor. Portanto, a frequência do pulso na saída do gatilho Schmitt é igual ao produto da velocidade da hélice e o número de suas pás. Podem ser dois, três ou quatro. Para levar esse fator em consideração, o caminho do sinal entre o gatilho Schmitt e o vibrador único é ativado usando as chaves SA3 e SA2.2 com um divisor de frequência de repetição de pulso por dois, três ou quatro. O diagrama esquemático do tacômetro é mostrado na fig. 2. O gerador de pulsos com frequência de 100 kHz consiste nos elementos lógicos DD1.1, DD1.2, resistor R4 e um ressonador de quartzo ZQ1. Elemento lógico DD1.3 - buffer. Os divisores de frequência são construídos nos contadores binários DD2, DD7 e nos elementos lógicos DD1.4, DD4.1-DD4.3, DD6.1. Os pulsos com frequência de 50 Hz são removidos da saída 15 do contador DD7 e os pulsos com frequência de 500 Hz - da saída 13 do contador DD2.
Os elementos DD8.1, DD8.2 executam uma função lógica E. O gatilho que gera o sinal que permite a operação do transmissor consiste nos elementos lógicos DD8.3, DD8.4. Os elementos lógicos DD6.2-DD6.4, conectados em paralelo, e o transistor VT4 formam um amplificador de pulso que alimenta o diodo emissor de infravermelho VD4. O receptor IR consiste em um fotodiodo VD1 e um seguidor de fonte em um transistor VT1. O amplificador passa-banda é construído no amplificador operacional DA1 e no transistor VT2. O circuito R7R8C5 define um viés constante na entrada não inversora do amplificador operacional e o resistor R10 define sua corrente de controle. O circuito de feedback negativo do amplificador é formado pelo resistor R12 e pelo capacitor de desacoplamento C4. O capacitor C6 serve para a correção de frequência do amplificador operacional. O transistor VT2 é um seguidor de emissor que aumenta a capacidade de carga do amplificador operacional DA1. No tacômetro fabricado pelo autor, o ganho de tensão do amplificador passa-banda na frequência de 100 kHz é de 400. As frequências de corte da banda passante no nível de -3 dB são 75 e 135 kHz. De amostra para amostra do dispositivo, os valores desses parâmetros podem diferir daqueles dados em 15 ... 20%, o que não afeta significativamente a operação do dispositivo. No entanto, a frequência de ganho máximo deve estar dentro de 100 ± 5 kHz. Se necessário, é corrigido por uma seleção dos resistores R10, R12 e dos capacitores C4, C6. Normalmente basta escolher um resistor R10. O detector de amplitude é montado nos diodos VD2 e VD3, e o amplificador dos pulsos detectados é montado no amplificador operacional DA3. O circuito R16R24C10 fornece a polarização constante necessária na entrada não inversora do amplificador operacional. O resistor R31 define sua corrente de controle. O capacitor C12 está se separando. O circuito de feedback negativo do amplificador é formado pelos resistores R27, R33 e pelos capacitores C16, C18. O ganho de tensão no meio da banda passante é 5. Os capacitores C12, C16 formam a resposta de frequência do amplificador na região de baixa frequência (frequência de corte 1 ... 2 Hz) e o capacitor C18 - na região de alta frequência (frequência de corte 8 kHz). A impedância de entrada do amplificador é definida pelo resistor R22. O gatilho Schmitt consiste em elementos lógicos DD3.1, DD3.2 e resistores R3, R5 que definem seus limites de comutação. O contador binário duplo DD5 e os elementos lógicos DD3.3, DD3.4 formam divisores de frequência por dois, três e quatro. O único vibrador é feito no temporizador integrado DA2, cujos elementos de temporização são o capacitor C13 e os resistores R25 e R26 comutados quando o limite de medição muda. Capacitor C15 - filtragem. A chave eletrônica no transistor VT3 e o circuito diferenciador R21C8 formam pulsos curtos de início de vibrador único nos momentos de queda crescente de pulso na entrada da chave eletrônica. Os resistores R29, R30, R34, R35 formam uma resistência adicional para o microamperímetro PA1. O capacitor C17 reduz o jitter da agulha do microamperímetro no limite inferior de medição. Os contatos do botão SB1.2 desviam o microamperímetro PA1 quando o botão não é pressionado e não é necessário ler as leituras do instrumento. Isso elimina flutuações bruscas de sua agulha perigosas para o microamperímetro nos momentos de ligar e desligar o tacômetro, alternando os limites de medição e modos de operação. O dispositivo é alimentado por uma fonte de tensão estabilizada de +9 V com uma corrente de saída máxima de pelo menos 0,5 A. Capacitores C2, C3, C9, C14 - filtragem no circuito de alimentação. As peças do tacômetro são articuladas montadas em uma placa de ensaio. O diodo emissor VD4 e o fotodiodo VD1 estão localizados fora da placa a uma distância de 150...200 mm um do outro, formando um vão que, ao medir a velocidade, é atravessado pelas pás de uma hélice em rotação. O dispositivo usa capacitores de óxido K50-35, outros semelhantes podem ser usados em seu lugar. Capacitores de cerâmica - K10-17, KM-6 ou importados são adequados. O capacitor de temporização C13 é K73-17, pode ser substituído por um K73-9, K73-24 ou outro capacitor de filme. Resistores fixos - C2-33. Resistores trimmer - SP2-2a ou outros similares. O dispositivo usa interruptores de biscoito PGK e um botão duplo KM2-1, em vez dos quais outros semelhantes podem ser usados. Microamperímetro - M906 ou outro com corrente de deflexão total da flecha 100 μA. Os diodos KD522B podem ser substituídos por diodos da mesma série ou, por exemplo, série KD503, KD521. Em vez do diodo emissor de infravermelho AL129A, diodos com a mesma finalidade das séries AL107, AL118 ou importados são adequados. O fotodiodo FD-256 pode ser substituído pelos fotodiodos FD-21KP, FD-25K, FD-26K. Substituindo o transistor de efeito de campo KP307G - transistores da mesma série com um índice diferente ou série KP303, transistores KT315B - outras estruturas de silício npn de baixa potência. Em vez do transistor KT973A, é permitido usar o KT973B. Ao substituir os amplificadores operacionais KR1407UD3 e KR140UD1208 por 1407UD3 e 140UD12, respectivamente, deve-se levar em consideração suas diferenças no tipo de caixa e na atribuição de pinos. Os microcircuitos da série K561 podem ser substituídos por microcircuitos da série 564 ou análogos importados, e o microcircuito KR1006VI1 pode ser substituído pela série 555 importada. O ajuste das unidades funcionais do tacômetro não possui características especiais e é realizado de acordo com métodos conhecidos. O alinhamento dos eixos ópticos do diodo emissor VD4 e do fotodiodo VD1 é controlado pela amplitude máxima do sinal com frequência de 100 kHz na saída do amplificador passa-banda (o emissor do transistor VT2) enquanto o botão SB1 é pressionado. O ponteiro do microamperímetro PA1 é ajustado para a última divisão da escala ao calibrar o dispositivo dentro dos limites de medição de 3000 e 30000 rpm, respectivamente, com resistores de compensação R35 e R34. Ao medir a velocidade de rotação de uma hélice, cujas pás são feitas de um material que absorve fracamente a radiação infravermelha, o funcionamento normal do tacômetro é obtido reduzindo sua sensibilidade à radiação infravermelha. Para fazer isso, o resistor trimmer R6 reduz a amplitude do sinal na entrada do amplificador passa-banda. Literatura
Autor: O. Ilyin
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