Что такое тахометр и как работает

Если задать в поиске запрос, что такое тахометр, практически всегда вверху будут страницы с описанием тех или иных автомобильных счетчиков скорости. И объяснение этому есть. Тахометры есть в каждой машине. Как минимум для того, чтобы показывать скорость движения по трассе на другом измерительном приборе – спидометре. Но также может показываться количество оборотов коленчатого вала.

Что такое тахометр

Кстати познакомимся с часто встречающимся основным показателем (RPM), в инструкциях по эксплуатации и технических характеристиках. Это и есть искомая частота вращения. Наиболее популярные единицы измерения: об/мин или об/сек.

Приведем 3 примера, показывающие, насколько важно измерять количество оборотов. От этого зависит в буквальном смысле жизнь людей, здоровье и безопасность оборудования.

1. Скорость вращения вытяжного вентилятора в системах отвода химических испарений от лабораторных вытяжных шкафов зависит как от поперечного сечения воздуховода, так и скорости проходящего потока воздуха. Все эти факторы должны быть учтены.
2. От того, с каким числом оборотов вращаются лопасти вертолета, зависит подъемная сила, возможность отрыва от земли как минимум, а как максимум – достижение предельной высоты, поскольку чем выше, тем воздух более разрежен и приходится увеличивать скорость вращения.
3. Воздушная скорость авиалайнера с турбовентиляторными двигателями также напрямую зависит от также частоты вращения лопаток турбины.

Но возвратимся к автомобилю. В нем есть масса других крутящихся деталей (тот же распредвал, различные шестерни, генератор). Не все частоты вращения выводятся для водителя, но все их параметры тщательно измеряются и подстраиваются на этапе проектирования и опытных испытаний авто. Например никто из водителей не знает (потому что это не нужно), как быстро крутятся лопасти вентилятора системы охлаждения двигателя. Ведь главное, чтобы радиатор не “закипал”. Но если задаться целью, то число оборотов можно измерить самостоятельно, если купить даже недорогой тахометр.

Но рассматриваемая тема шире исключительно автомобильной тематики.

А почему мы только о вращении ? Да, это основное предназначение счетчика оборотов. Но не единственное.

• самое распространенное – колеса, валы, приводные ролики, шестеренки, зубчатые, планетарные, ременные передачи;
• но также – скорость движения например автоматизированной конвейерной линии или прокатного стана, который на выходе выдает металлическую проволоку, которая сматывается в рулон или нитка в текстильной промышленности, наматывающаяся на барабан;
• еще один, узкоспециализированный пример применения тахометров - маркировка продукции. Для того, чтобы маркиратор наносил чернила в строго заданную области упаковки и согласовать его работу со скоростью линии, не обойтись без измерителей частоты вращения.

 

Как работают тахометры

А почему во множественном числе ? Потому что несмотря на одинаковый конечный результат, принцип преобразования в цифру разный.
Сразу заметим, что простейший псевдомеханический тахометр, правда малооборотный, мы можем сделать сами. Если на валу или другой детали вращения сделать небольшой выступ типа капли и к нему приложить подпружиненную пластину, то при каждом наезде на препятствие, она будет издавать щелчок. Если мы с секундомером в руках посчитаем число щелчков в минуту, то это и примитивный есть механический тахометр. Даже уточним – контактный. Но скорости в тысячи оборотов в минуту (десятков в секунду), таким образом измерить довольно сложно.

На производстве используются и другие виды механических тахометров. Их принцип действия основан на действии центробежной силы (как в лабораторных центрифугах для сепарации жидкостей в пробирках). Поскольку эта сила пропорциональна частоте вращения и если прибор откалиброван должным образом, мы получим довольно точный результат. Но не идеальный.
Поскольку электроника предоставляет гораздо больше возможностей. Не только в самом процессе измерения, но и при хранении данных и передаче в режиме даталоггера для последующей обработки.

 

Виды тахометров

Электронный

При каждом повороте, формируется импульс напряжения. В радиоэлектронике есть разновидность микросхем – счетчики. Как только на вход поступает логическая ”1”, можно считать, что элемент вращения совершил один оборот.
Просто, удобно и точно. Поскольку быстродействие электроники таково, что без проблем подсчитывается число импульсов, исчисляемых даже тысячами в секунду
Проблема состоит только в помехозащищенности. Логика работает надежно только в том случае, когда однозначно можно определить, что например "единица" это 5 В, а "ноль" это 0 Вольт. Если же имеют место электромагнитные помехи, возможны ложные срабатывания (в любую сторону, как увеличивая количество оборотов на выходе, так и уменьшая).

Если же высокая точность не нужна и по техническим условиям допускается погрешность например в 5-10%, то схему можно упростить. Для этого импульсы не считаются, а усредняется напряжение за период времени, например с помощью конденсаторной цепочки. И мы получаем среднее аналоговое значение.

Контактный

Здесь используется оптический кодировщик, магнитный или электромагнитный датчик, воспринимающий сигнал от вращающейся детали.
Покажем на примере датчика коленвала (уж никуда от автотемы не уйти). Снаружи, у шестерни удаляется один зубчик. И как только сигнал о “сломанном зубе” попадает в бортовой компьютер, значит система засчитывает очередной оборот. Между прочим это пожалуй даже самый важный тахометр в авто. Если без спидометра можно спокойно ехать, то без датчика оборотов коленвала, двигатель просто не заведется.

Оптический

Источником информации может быть и видимый свет. Нужен излучатель и приемник. Как только луч прерывается, значит совершен один оборот.

Лазерный

Это частный случай оптических тахометров. Его основное преимущество – большая дистанция, если конечно в этом есть необходимость.

Дело в том, что лазер это узкофокусированый луч и он удобен для работы в труднодоступных местах, даже если до вращающейся детали 1 метр или больше.