Obrotomierz - Tachometer
Obrotomierz ( obrót licznik , z tachometru , obrotomierz , miernik prędkości obrotowej ) stanowi przyrząd do pomiaru prędkości obrotowej na wale lub dysk, a w silniku lub innym urządzeniu. Urządzenie zwykle wyświetla obroty na minutę (RPM) na skalibrowanej tarczy analogowej, ale wyświetlacze cyfrowe są coraz powszechniejsze.
Słowo to pochodzi od greckiego τάχος ( táchos "speed") i μέτρον ( Metron "środek"). Zasadniczo słowa obrotomierz i prędkościomierz mają identyczne znaczenie: urządzenie mierzące prędkość. Jest to arbitralna konwencja, że w świecie motoryzacji jeden jest używany do silnika, a drugi do prędkości pojazdu. W formalnej nomenklaturze inżynierskiej do rozróżnienia tych dwóch używa się bardziej precyzyjnych terminów.
Historia
Pierwszy obrotomierz został opisany przez Bryana Donkina w referacie do Royal Society of Arts w 1810 roku, za który otrzymał złoty medal towarzystwa. Składała się ona z miski z rtęcią skonstruowanej w taki sposób, że siła odśrodkowa powodowała spadek poziomu w centralnej rurce podczas jej obracania i obniżała poziom w węższej rurce powyżej wypełnionej kolorowym spirytusem. Misa była połączona z mierzoną maszyną za pomocą kół pasowych.
Pierwsze mechaniczne tachometry opierały się na pomiarze siły odśrodkowej , podobnie jak w przypadku regulatora odśrodkowego . Przyjmuje się, że wynalazcą był niemiecki inżynier Dietrich Uhlhorn ; używał go do pomiaru prędkości maszyn w 1817 roku. Od 1840 roku jest używany do pomiaru prędkości lokomotyw .
W samochodach, ciężarówkach, ciągnikach i samolotach
Obrotomierze lub obrotomierze w samochodach, samolotach i innych pojazdach pokazują prędkość obrotową wału korbowego silnika i zazwyczaj mają oznaczenia wskazujące bezpieczny zakres prędkości obrotowych. Może to pomóc kierowcy w doborze odpowiednich ustawień przepustnicy i biegów do warunków jazdy. Długotrwałe użytkowanie przy wysokich prędkościach może spowodować niedostateczne smarowanie , przegrzanie (przekroczenie zdolności układu chłodzenia), przekroczenie możliwości prędkościowych podzespołów silnika (np. zawory cofane sprężyną) powodując nadmierne zużycie lub trwałe uszkodzenie lub awarię silników. W obrotomierzach analogowych prędkości przekraczające maksymalną bezpieczną prędkość eksploatacyjną są zwykle wskazywane przez obszar wskaźnika zaznaczony na czerwono, co daje wyraz „ nadmiarowania ” silnika — rozkręcenie silnika do maksymalnego bezpiecznego limitu. Większość nowoczesnych samochodów ma zazwyczaj ogranicznik obrotów, który elektronicznie ogranicza prędkość silnika, aby zapobiec uszkodzeniom. Silniki Diesla z tradycyjnymi mechanicznymi układami wtryskiwaczy posiadają zintegrowany regulator, który zapobiega nadmiernej prędkości obrotowej silnika, dlatego obrotomierzom w pojazdach i maszynach wyposażonych w takie silniki czasami brakuje czerwonej linii .
W pojazdach, takich jak ciągniki i ciężarówki, obrotomierz często ma inne oznaczenia, zwykle zielony łuk pokazujący zakres prędkości, w którym silnik wytwarza maksymalny moment obrotowy , co jest szczególnie interesujące dla operatorów takich pojazdów. Ciągniki wyposażone w układ odbioru mocy (WOM) są wyposażone w obrotomierze pokazujące prędkość silnika potrzebną do obracania WOM ze znormalizowaną prędkością wymaganą przez większość narzędzi napędzanych przez WOM. W wielu krajach ciągniki muszą posiadać prędkościomierz do użytku na drodze. Aby zaoszczędzić montowanie drugiej tarczy, obrotomierz pojazdu jest często oznaczony drugą skalą w jednostkach prędkości. Ta skala jest dokładna tylko na określonym biegu, ale ponieważ wiele ciągników ma tylko jeden bieg, który jest praktyczny do użytku na drodze, jest to wystarczające. Ciągniki z wieloma „przekładniami drogowymi” często mają obrotomierze z więcej niż jedną skalą prędkości. Obrotomierze lotnicze mają zielony łuk, pokazujący zaprojektowany przez silnik zakres prędkości przelotowej.
W starszych pojazdach obrotomierz jest napędzany falami napięcia RMS od strony niskiego napięcia (LT) cewki zapłonowej , podczas gdy w innych (i prawie wszystkich silnikach wysokoprężnych , które nie mają układu zapłonowego) prędkość obrotowa zależy od częstotliwości alternatora wyjście obrotomierz. Pochodzi ze specjalnego połączenia zwanego „odczepem AC”, które jest połączeniem z jednym z wyjść cewki stojana, przed prostownikiem. Istnieją obrotomierze napędzane kablem obrotowym z jednostki napędowej zamontowanej na silniku (zwykle na wałku rozrządu ) - zwykle w prostych maszynach z silnikiem Diesla z podstawowymi lub bez instalacji elektrycznych. W najnowszych EMS znalezionych w nowoczesnych pojazdach sygnał do obrotomierza jest zwykle generowany z ECU, który czerpie informacje z czujnika prędkości wału korbowego lub wałka rozrządu .
Inżynieria ruchu
Tachometry służą do szacowania prędkości i natężenia ruchu (przepływu). Pojazd jest wyposażony w czujnik i wykonuje „przejazdy” rejestrujące dane o ruchu. Dane te są substytutem lub uzupełnieniem danych z detektora pętli . Uzyskanie statystycznie istotnych wyników wymaga dużej liczby przebiegów, a błąd jest wprowadzany w zależności od pory dnia, dnia tygodnia i pory roku. Jednak ze względu na koszty, odstępy (mniejsze zagęszczenie detektorów pętli zmniejsza dokładność danych) i stosunkowo niską niezawodność detektorów pętli (często 30% lub więcej jest nieczynnych w danym momencie), przebiegi tachograficzne pozostają powszechną praktyką.
W pociągach i lekkich pojazdach szynowych
Urządzenia wykrywające prędkość, zwane różnie „generatorami impulsów koła” (WIG), sondy prędkości lub tachometry są szeroko stosowane w pojazdach szynowych. Popularne typy obejmują czujniki tarczowe z izolatorem optycznym i czujniki Halla .
Czujniki z efektem Halla zazwyczaj wykorzystują tarczę obrotową przymocowaną do koła, skrzyni biegów lub silnika. Ten cel może zawierać magnesy lub może być kołem zębatym. Zęby na kole zmieniają gęstość strumienia magnesu wewnątrz głowicy czujnika. Sonda jest zamontowana głowicą w dokładnej odległości od tarczy celowniczej i wykrywa zęby lub magnesy przechodzące przez jej twarz. Jednym z problemów związanych z tym systemem jest to, że niezbędna szczelina powietrzna między kołem docelowym a czujnikiem umożliwia gromadzenie się żelaznego pyłu z podwozia pojazdu na sondzie lub celu, hamując jego działanie.
Czujniki z izolatorem optycznym są całkowicie zabudowane, aby zapobiec wnikaniu ze środowiska zewnętrznego. Jedynymi odsłoniętymi częściami są uszczelnione złącze wtykowe i widelec napędowy, który jest przymocowany do szczelinowego dysku wewnętrznie przez łożysko i uszczelkę. Szczelinowy dysk jest zwykle umieszczony pomiędzy dwoma obwodów zawierających foto diody , foto- tranzystor , wzmacniacz i układy filtrujące, które wytwarzają kwadrat impulsów fali wyjście kolejowego dostosowany do napięcia impulsów klienta i zgodnie z wymaganiami obrót. Tego typu czujniki zazwyczaj zapewniają od 2 do 8 niezależnych kanałów wyjściowych, które mogą być próbkowane przez inne systemy w pojeździe, takie jak automatyczne systemy sterowania pociągiem i sterowniki napędu/hamowania.
Czujniki zamontowane na obwodzie tarczy dostarczają zakodowanych kwadraturowo sygnałów wyjściowych, a tym samym umożliwiają komputerowi pojazdu określenie kierunku obrotu koła. Jest to wymóg prawny w Szwajcarii, aby zapobiec stoczeniu gdy zaczyna od zera. Ściśle mówiąc, takie urządzenia nie są tachometrami, ponieważ nie zapewniają bezpośredniego odczytu prędkości obrotowej tarczy. Prędkość musi być wyprowadzona zewnętrznie poprzez zliczanie liczby impulsów w okresie czasu. Trudno jednoznacznie udowodnić, że pojazd jest nieruchomy, inaczej niż przez odczekanie określonego czasu, aby upewnić się, że nie pojawią się dalsze impulsy. Jest to jeden z powodów, dla których często występuje opóźnienie między zatrzymaniem pociągu, postrzegane przez pasażera, a otwarciem drzwi. Urządzenia z tarczami szczelinowymi są typowymi czujnikami stosowanymi w systemach liczników kilometrów w pojazdach szynowych, takich jakie są wymagane w systemach kontroli pociągu – w szczególności w europejskim systemie sterowania pociągiem .
Oprócz wykrywania prędkości sondy te są często używane do obliczania przebytej odległości poprzez pomnożenie obrotów koła przez obwód koła.
Można ich użyć do automatycznej kalibracji średnicy koła, porównując liczbę obrotów każdej osi z kołem głównym, które zostało zmierzone ręcznie. Ponieważ wszystkie koła pokonują tę samą odległość, średnica każdego koła jest proporcjonalna do liczby obrotów w porównaniu z kołem głównym. Ta kalibracja musi być wykonana podczas jazdy bezwładnej ze stałą prędkością, aby wyeliminować możliwość poślizgu/poślizgu koła wprowadzającego błędy do obliczeń. Automatyczna kalibracja tego typu służy do generowania dokładniejszych sygnałów trakcji i hamowania oraz poprawy wykrywania poślizgu kół.
Słabością systemów, które opierają się na obrotach kół w tachometrii i odometrii, jest to, że koła pociągu i szyny są bardzo gładkie, a tarcie między nimi jest niskie, co prowadzi do wysokich wskaźników błędów, jeśli koła się ślizgają lub ślizgają. Aby to zrekompensować, wtórne dane wejściowe odometrii wykorzystują jednostki radaru dopplerowskiego znajdujące się pod pociągiem, aby niezależnie mierzyć prędkość.
W analogowym nagrywaniu dźwięku
W analogowym nagrywaniu dźwięku tachometr to urządzenie, które mierzy prędkość taśmy audio, gdy przechodzi ona przez głowę. W większości magnetofonów taśmowych obrotomierz (lub po prostu „tach”) jest stosunkowo dużym wrzecionem w pobliżu stosu głowicy ERP , odizolowanym od wrzecion podających i odbierających za pomocą napinaczy.
W wielu rejestratorach wrzeciono obrotomierza jest połączone osią z obracającym się magnesem, który indukuje zmieniające się pole magnetyczne na tranzystorze Halla . Inne systemy łączą wrzeciono ze stroboskopem , który zmienia światło i ciemność na fotodiodzie .
Elektronika napędu magnetofonu wykorzystuje sygnały z obrotomierza, aby zapewnić, że taśma jest odtwarzana z odpowiednią prędkością. Sygnał jest porównywany z sygnałem odniesienia ( kryształem kwarcu lub prądem przemiennym z sieci ). Porównanie dwóch częstotliwości wpływa na prędkość transportu taśmy. Gdy sygnał tachografu i sygnał odniesienia są zgodne, mówi się, że transport taśmy jest „z prędkością”. (Do dziś na planach filmowych reżyser woła „Dźwięk rolki!”, a dźwiękowiec odpowiada „Prędkość dźwięku!” To pozostałość po czasach, kiedy urządzenia rejestrujące potrzebowały kilku sekund na osiągnięcie regulowanej prędkości.)
Posiadanie perfekcyjnie regulowanej prędkości taśmy jest ważne, ponieważ ludzkie ucho jest bardzo wrażliwe na zmiany wysokości tonu, szczególnie nagłe, a bez samoregulującego systemu kontroli prędkości taśmy w poprzek głowy wysokość tonu może dryfować o kilka procent. Efekt ten nazywany jest wow -i- trzepotanie i nowoczesne obrotomierz regulacją kasetowy ma wow i drgania i wibracje na 0,07%.
Obrotomierze są dopuszczalne do odtwarzania dźwięku w wysokiej wierności , ale nie do nagrywania w synchronizacji z kamerą filmową . Do takich celów należy użyć specjalnych rejestratorów, które rejestrują sygnał pilota .
Sygnały tachometru mogą być używane do synchronizacji kilku maszyn taśmowych razem, ale tylko wtedy, gdy oprócz sygnału tachometru przesyłany jest sygnał kierunkowy, aby poinformować maszyny podrzędne, w którym kierunku porusza się master.
Zobacz też
Bibliografia