Senzori, Traductoare, Masuratori

Proiect : Turometru Electronic

Grupa 1928 : Apostol George-Emilian

Arsene Gabriel

Manolache Catalin

Cuprins:

1. Turometrul electronic 1.1 Generalitati 1.2 Principiul de functionare

1. Turometru Electronic1.1 Generalitati ale turometrului electronic

Turometrul este instrumentul care indica numarul de rotatii pe minut ale unui motor sau ale unei masini rotative. Este sinonimul tahometrului care provine din limba franceza si este compus din „tachos”care inseamna viteza si „metron” care inseamna „masura”.

Acest instrument este folosit pentru detectarea turatiei. Turometrele se aleg in functie de marime al turatiei , precizia de masurare si obiectivul verificarii.

Pentru turatii mari si masurari precise se folosesc aparate si instalatii electromecanice, folosind dupa caz diferite tipuri de traductoare .

Turometrele cu traducator centrifugal sunt cele mai folosite. Ele lucreaza pe baza cresterii fortei centrifuge cu patratul turatiei maselor in rotatie (scara neliniara)(figura alaturata).

Turatia „n” se exprima in rot/min:

n = rot/min = min la puterea –1

Turometrele cu dispozitiv cronometric se compun dintr-un numarator de rotatii si un cronometru, montate pe aceeasi carcasa, care pot fi pornite si oprite simultan. Pentru motoarele de autovehicule se folosesc cronotahografe (figura de mai jos).

Turometru electonic poate fi adaptat la orice masina si motocicleta care are cuplu motor.Echipamentul difera pentru fiecare turometru.

La turometrul electronic modelul analogic este inlocuit de cel cu dublu afisaj dand numarul de rotatii pe minut.

          Inainte de prezentarea turometrului propriu-zis discutam despre cateva generalitati ale turometrului electronic prezentand o schema a dispozitivului, de o simplitate extrema, care contine un singur tranzistor si un numar de patru diode, folosind ca instrument de masura un miliampermetru ce are la cap de scala aproximativ 1 - 1,5 mA.

          Masuratorile se efectueaza in trei regimuri de functionare, comandate de comutatorul K, astfel: in pozitia 1 - masurarea turatiei motorului; in pozitia 2 - masurarea tensiunii la bornele acumulatorului; in pozitia 3 - masurarea unghiului Dwell.

      1.2     Principiul de functionare are la baza masurarea valorii medii a unui curent pulsator, generat prin actionarea repetata a ruptorului. Valoarea curentului masurat va fi determinata de numarul si durata impulsurilor negative aplicate de catre ruptor la intrarea dispozitivului, respectiv la baza tranzistorului T.

          Tranzistorul T, care lucreaza in regim de comutatie, este blocat in stare de repaus, deschizandu-se pentru fiecare impuls care negativizeaza baza, ceea ce se traduce prin aparitia la bornele potentiometrului P1 a unor impulsuri de tensiune de forma aproximativ dreptunghiulara.       

   In cazul folosirii dispozitivului ca turometru (K in pozitia 1), tranzistorul fiind blocat, condensatorul C1 incepe sa se incarce prin potentiometrul P1 - dioda D1 - miliampermetru la tensiunea nominala a bateriei.

In momentul aplicarii de catre ruptor a unui impuls negativ pe baza tranzistorului, acesta se deschide, permitand descarcarea condensatorului C1 prin lantul P1 - circuitul de colector-emitor - R1-D2. Curentul care trece astfel prin miliampermetru si dioda D1 va fi proportional cu numarul de impulsuri negative aplicate bazei tranzistorului, sau, cu alte cuvinte, va fi proportional cu turatia axului motorului.

          Reglarea instrumentului in regim de functionare ca turometru se realizeaza cu ajutorul potentiometrului P1. Diodele D3 si D4 au rolul de a proteja baza tranzistorului fata de eventualele impulsuri de tensiune inalta.

           Pentru masurarea tensiunii la bornele bateriei de acumulatoare este necesar ca scala instrumentului sa fie etalonata, avand la cap de scala o valoare superioara tensiunii nominale, pentru a se putea masura tensiunile la borne si in regim de incarcare a bateriei, ca si in cazul unor eventuale dereglari ale sistemului regulator de tensiune

(consideram ca o valoare de aproximativ 20 V la cap de scala asigura pe deplin aceste cerinte).

In acest regim de lucru (K in pozitia 2), reglajul se efectueaza cu ajutorul potentiometrului P3, folosind pentru etalonare orice instrument de masura cu precizie suficienta in domeniul dat.           In cazul folosirii dispozitivului pentru masurarea unghiului de inchidere a contactelor ruptorului (K in pozitia 3), de fapt, se determina valoarea raportului T1/T2, adica raportul dintre perioada de timp in care contactele ruptorului sunt inchise (T1) si perioada in care se produce intregul ciclu de aprindere (T2). Valoarea acestui raport se exprima fie in unitati unghiulare (grade), fie in procente.

Pentru ratiuni de ordin practic, recomandam etalonarea instrumentului in procente.

             Impulsurile negative aplicate pe baza tranzistorului sunt aproximativ egale ca amplitudine in orice regim de functionare a motorului (in cazul nostru, in jur de 0,3 V), insa ele difera ca durata, in functie de durata de inchidere a contactelor ruptorului, determinata la randul ei de o

serie de alti factori, ca distanta dintre contacte, starea de uzura a camelor distribuitorului, etc.        

  In aceasta situatie, instrumentul va indica un curent mediu, proportional cu durata perioadei de inchidere a contactelor (T1).           Etalonarea instrumentului se realizeaza simplu, scurtcircuitand intrarea dispozitivului prin punere la masa, cand instrumentul va teebui sa indice o valoare corespunzatoare limitei superioare (100%). Pentru a plasa aceasta valoare la cap de scala, se va actiona asupra potentiometrului semireglabil P2. Intrucat variatia indicatiilor instrumentului este liniara, determinarea valorilor intermediare si

trasarea scalei nu prezinta nici o dificultate (scala se imparte in 10 diviziuni egale, corespunzatoare valorilor 10%...20%...30%, etc.).         Asa cum s-a mentionat mai inainte, valoarea unghiului de inchidere este independenta de turatia motorului, deci indicatia instrumentului va trebui sa fie stabila in orice regim de functionare a motorului (admitand ca starea contactelor ruptorului este perfecta).          La etalonarea scalei turometrului se va folosi un generator de joasa frecventa, un alt turometru etalonat, sau, in lipsa acestora, vom face uz de unul din artificiile urmatoare: se noteaza la cap de scala cifra 8, reprezentand valoarea 8000 rot/min - turatia maxima limita pentru care dispozitivul asigura inca o precizie suficienta. Apoi, tinand seama de liniaritatea scalei, aceasta se imparte in 8 diviziuni egale, notand cifrele corespunzatoare de la 0 la 7 (eventual si valori intermediare).          Se aplica la intrarea dispozitivului un semnal pulsator, cules dupa redresarea unei tensiuni alternative de 5-6 V (de la un transformator de sonerie). Se actioneaza cursorul potentiometrului P1, aducandu-se acul indicator in dreptul indicatiei corespunzatoare unei frecvente de 50 Hz (frecventa semnalului aplicat).

          In ceea ce priveste realizarea practica a dispozitivului, se recomanda folosirea unui montaj pe circuit imprimat, care se va confectiona in functie de dimensiunile pieselor disponibile si in primul rand de cele ale instrumentului de masura.

          In sfarsit, cateva precizari in legatura cu piesele folosite. Tranzistorul T poate fi in principiu de orice tip de joasa frecventa, pnp (EFT 312, EFT 313, AC 180, etc.); diodele D1-D4 vor fi de tip F 307, F 407 sau similare; instrumentul de masura va trebui sa aiba o rezistenta interna de aproximativ 1000 ohmi.          Alimentarea montajului se asigura direct de la bornele bateriei acumulatoare.          In cazul utilizarii unui tranzistor npn sau pentru adaptarea dispozitivului in scopul folosirii la tipurile de motoare cu plusul la masa, se vor face modificarile corespunzatoare in alimentarea montajului.

          Schema cablajului imprimat pentru realizarea acestui turometru multifinctional, realizata de mine, este prezentata in figura urmatoare:

La turometru electronic propriu-zis( cu afisaj)schema este de o simplitate extrema;el functioneaza cu numaratoare CD40192 programat pt numaratoare directa.

Decodificatoare BCD cu 7 segmente de tip 4543 care au ca element afisor VQE24 (afisor cu anod comun si rezistente de limitare a curentului pe fiecare element, maxim 10 A).

Semnalele de numarare si transfer a datelor se face la comanda unui oscilator realizat cu MMC4093.

Numararea si transferul datelor se face pe semnal dreptunghiular cu front pozitiv.

Traductorul realizat dintr-o dioda led in inflarosu si un senzor IR numara cate un impuls la fiecare rotatie a rotitei. Alimentarea se face la 12V curent continuu.

Printr-un circuit regulator de turatie, realizat cu LM317, se face reglarea turatie motorului de curent continuu.

Stabilizatorul de 12V este realizat realizat cu LM7112.

Redresor este de tip dublu alternanta cu 2 diode si transformator cu priza mediana.

Afisajul arata rotatiile incepand de la cateva sute pana la cateva mii masurand valoarea. Valorile intermediare care apar nu sunt importante deoarece numarul real de rotatii este instabil.

Mai mult decat atat unitate permite sa masoare numarul de rotatii sau numarul de miscari pe minut al oricarei rotatii sau miscari mecanice.

O singura simpla setare este nevoie ca sa se calibreze circuitul , dand o scala liniara intreaga. O a doua setare permite ajustarea luminii afisajului.Aceasta din urma depinde de unde este unitatea montata sau de nivelul ambiental al luminii.

Unitatea este compacta si usor de pus intr-o cutie , si o placa frontal este adaugata echipamentului.

Schema turometrului propriu-zis este urmatoarea:

Date tehnice

Alimentarea cu curent:maxim 200mA Tensiunea de alimentare: 12 - 14 V Scala de la 100 la 9900 r.p.m. Afisaj: 2 leduri Calibrare simpla

Turometrul descris are o constructie simpla, folosind ca indicatoare LED-uri. El poate lucra si cand se foloseste aprinderea clasica si cea electronica. Turometrul are si posibilitatea masurarii turatiei la relantii.

Pentru ca montajul sa poata lucra si in cazul aprinderii electronice si in cazul aprinderii clasice, la intrare avem circuitul R1D1, care protejeaza montajul si limiteaza impulsurile la o valoare constanta.

Apoi impulsurile sunt aplicate prin circuitul R2R3 in baza tranzistorului T1. Rezistorul R2 protejeaza baza lui T1, iar R3 blocheaza tranzistorul in momentul cunt pe baza nu exista impulsul pozitiv.

Condensatorul C1 evita deschiderea tranzistorului la impulsuri cu frecventa mai mare de de 300 Hz, evitand posibilitatea deschiderii de catre impulsuri false care ar putea aparea la ruptor-distribuitor.

Tranzistorul T1 formeaza etajul de comanda a circuitului integrat CL1. CL1 are nevoie pentru comanda de un impuls negativ care in cazul nostru se formeaza la deschiderea lui T1, cand C2 este pus la masa. Datorita faptului ca C2 este descarcat in starea de repaus a lui T1, apare pe terminalul 2 al lui CL1 un scurt impuls negativ si C2 incepe sa se incarce prin R5. La blocarea lui T1, C2 se descarca prin combinatia seric R5 - R4.

Dupa acest comutator de intrare urmeaza convertorul tensiune-frecventa format dintr-un circuit basculant monostabil si un circuit de integrare. Componenta de baza a circuitului basculant monostabil este circuitul bE555, care lucreaza cu o constanta de temporizare dictata de elementele C4 si R6 dupa formula t = 1,2 C4 x R6.

S-a ales constanta t=3,6 ms, care corespunde unei frecvente de aproximativ 280 Hz. Prin aceasta s-a micsorat riscul de comanda falsa. Condensatorul C3 se foloseste la filtrarea tensiunii interne de referinta a lui CL1. La iesirea lui CL1 este circuitul de intrare R7-C7, tensiunea pe C7 fiind direct proportionala cu frecventa de la intrare (turatia motorului).

Etajul urmator reprezinta etajul de afisare, care in functie de tensiunea pe C7 aprinde progresiv 12 LED-uri. Circuitul este montat dupa indicatiile din catalog. Rezistoarele R9 si R11 formeaza divizorul tensiunii de referinta pentru CL2.

Cateva dintre avantage ar fi:

Citirea mai usoara Marimea mai mica Fara eroare la citire de pe afisaj Robustete

Schemele turometrului cu componente si lipituri sunt urmatoarele:

* In „Anexa 1.1” ne sunt prezentate 3 scheme pe montaj, ale turometrului dupa cum urmeaza:

In prima parte se arata montajul cu piese al sursei de alimentare In a doua parte putem vedea turometrul propriuzis In cea de-a treia parte ne este prezentat motorul cu regulatorul

de turatie si senzorul IR.

Anexa 1.1

*In „Anexa 1.2” ne sunt prezentate cele 3 scheme de montaj ale turometrului vazute in oglinda, fara piesel propriuzise, pentru realizarea lipiturilor montajului.

Anexa 1.2

*„Anexa 1.3” reprezinta schema pe montaj a intregului turometru.

Anexa 1.3