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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Drehzahlmesser für Flugzeuge. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der im Artikel beschriebene Drehzahlmesser dient zur Messung der Drehzahl eines Propellers eines Modellflugzeugs, kann aber auch zur Überwachung des Betriebs anderer Blattmechanismen – Rotoren, Laufräder, Verschlüsse – verwendet werden. Das Funktionsprinzip dieses Geräts basiert auf der Messung der Häufigkeit der Unterbrechung des modulierten Infrarotstrahlungsstroms, der vom Drehzahlmesser erzeugt wird und auf sein lichtempfindliches Element trifft, durch die Propellerblätter. Im Vergleich zu Tachometern für ähnliche Zwecke [1-3] ist das vorgeschlagene Gerät aufgrund des beschriebenen Funktionsprinzips geräuschresistenter. Es kann die Rotationsgeschwindigkeit von Propellern mit zwei, drei und vier Blättern messen. Der Drehzahlmesser ist mit einer Drehzahlanzeige ausgestattet, die nicht nur quantitative, sondern auch qualitative Informationen über die Dynamik von Änderungen des gesteuerten Parameters liefert [4]. Das Gerät verfügt über zwei Grenzwerte zur Messung der Propellerdrehzahl: bis 3000 U/min und bis 30000 U/min. Messfehler - nicht mehr als ±2,5 %. Es gibt einen Quarzkalibrator, der die Messgenauigkeit erhöht und eine schnelle Überwachung der Leistung des Geräts ermöglicht. Der Drehzahlmesser ist auf einem zugänglichen Komponentensockel aufgebaut und lässt sich einfach einrichten. Das Funktionsdiagramm des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Ein Quarzoszillator erzeugt eine periodische Folge von Rechteckimpulsen mit einer Frequenz von 100 kHz. Vom Ausgang des Generators werden diese Impulse an Frequenzteiler von 20000 und 2000 weitergeleitet, die Impulse mit einer Frequenz von 50 bzw. 500 Hz bilden. Diese Impulse dienen der Kalibrierung des Drehzahlmessers vor der Messung. Eine Frequenz von 50 Hz entspricht einer Propellerdrehzahl von 3000 U/min (Maximum an der ersten Messgrenze), eine Frequenz von 500 Hz entspricht 30000 U/min (Maximum an der zweiten Messgrenze). Schalter SA1 wählt die Messgrenze und Schalter SA2 wählt den Betriebsmodus des Geräts (Kalibrierung oder Messung).
Im Gerätekalibrierungsmodus werden Impulse mit einer Frequenz von 50 oder 500 Hz über die Schalter SA1.1 und SA2.1 einem der Eingänge des UND-Logikelements zugeführt, dessen zweiter Eingang mit Impulsen mit einer Frequenz von versorgt wird 100 kHz vom Ausgang des Quarzoszillators. Am Ausgang des Logikelements entsteht eine Folge von Impulsstößen mit einer Frequenz von 50 kHz mit einer Frequenz von 500 oder 100 Hz. Diese Sequenz wird an den Signaleingang des IR-Senders gesendet, dessen Betrieb durch Drücken und Halten der Taste SB1 aktiviert wird. Ein Auslöser im Schaltkreis der Taste verhindert das Prellen seiner Kontakte. Am IR-Empfänger angekommen, der in einiger Entfernung vom Sender liegt und auf der gleichen optischen Achse liegt, wird die IR-Strahlung wiederum in ein elektrisches Impulssignal umgewandelt. Es wird durch einen Bandpassverstärker verstärkt und herausgefiltert. Das verstärkte Signal wird anhand der Amplitude erfasst und in eine Folge von Impulsen umgewandelt, die mit der Wiederholungsrate von IR-Strahlungsstößen folgen. Nach der Verstärkung und Formung durch einen Schmitt-Trigger werden diese Impulse rechteckig mit steilem Abfall. Im Kalibriermodus lösen Impulse vom Ausgang des Schmitt-Triggers einen monostabilen Impuls aus und normalisieren ihre Dauer, die je nach gewählter Messgrenze durch den Schalter SA1.2 geändert wird. Der Gleichanteil der Ausgangsspannung des Monovibrators, der direkt proportional zur Frequenz ist, wird mit einem Voltmeter unter Verwendung des Mikroamperemeters PA1 und zusätzlicher Widerstände R gemessenext1 und Rext2, ausgewählt durch Schalter SA1.3. Bei diesen Widerständen handelt es sich um Abstimmwiderstände; mit ihrer Hilfe wird im Kalibriermodus die Nadel des Mikroamperemeters PA1 an jeder Messgrenze auf den letzten Skalenteil eingestellt. Wenn Schalter SA2 in die Position „Messen“ gebracht wird. Anstelle von Kalibrierimpulsen wird dem Eingang des Ventils ein konstanter Pegel der logischen Eins zugeführt (Logikelement UND), wodurch die Folge der ausgesendeten IR-Impulse mit einer Frequenz von 100 kHz kontinuierlich wird. Die IR-Strahlung auf dem Weg vom Sender zum Empfänger wird periodisch durch die Blätter eines rotierenden Propellers eines Modellflugzeugs unterbrochen, der in den Spalt zwischen Sender und Empfänger eingesetzt wird. Daher ist die Impulsfrequenz am Ausgang des Schmitt-Triggers gleich dem Produkt aus der Drehzahl des Propellers und der Anzahl seiner Blätter. Es können zwei, drei oder vier sein. Um diesen Faktor zu berücksichtigen, ist im Signalweg zwischen dem Schmitt-Trigger und dem One-Shot-Schalter ein Impulswiederholungsratenteiler in zwei, drei oder vier mit den Schaltern SA3 und SA2.2 enthalten. Das schematische Diagramm des Drehzahlmessers ist in Abb. dargestellt. 2. Ein Impulsgenerator mit einer Frequenz von 100 kHz besteht aus den Logikelementen DD1.1, DD1.2, dem Widerstand R4 und dem Quarzresonator ZQ1. Das Logikelement DD1.3 ist ein Puffer. Die Frequenzteiler basieren auf den Binärzählern DD2, DD7 und den Logikelementen DD1.4, DD4.1-DD4.3, DD6.1. Impulse mit einer Frequenz von 50 Hz werden von Pin 15 des DD7-Zählers entfernt, und Impulse mit einer Frequenz von 500 Hz werden von Pin 13 des DD2-Zählers entfernt.
Die Elemente DD8.1, DD8.2 führen die logische Funktion UND aus. Der Auslöser, der das Signal erzeugt, das den Betrieb des Senders ermöglicht, besteht aus den logischen Elementen DD8.3, DD8.4. Die parallel geschalteten Logikelemente DD6.2-DD6.4 und der Transistor VT4 bilden einen Impulsverstärker, der die IR-Emissionsdiode VD4 mit Strom versorgt. Der IR-Empfänger besteht aus einer Fotodiode VD1 und einem Source-Folger am Transistor VT1. Der Bandpassverstärker besteht aus dem Operationsverstärker DA1 und dem Transistor VT2. Die Schaltung R7R8C5 stellt eine konstante Vorspannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein und der Widerstand R10 stellt seinen Steuerstrom ein. Der Gegenkopplungskreis des Verstärkers wird durch den Widerstand R12 und den Isolationskondensator C4 gebildet. Der Kondensator C6 wird zur Frequenzkorrektur des Operationsverstärkers verwendet. Der Transistor VT2 ist ein Emitterfolger, der die Belastbarkeit des Operationsverstärkers DA1 erhöht. Bei dem vom Autor hergestellten Drehzahlmesser beträgt die Spannungsverstärkung des Bandpassverstärkers bei einer Frequenz von 100 kHz 400. Die Grenzfrequenzen des Durchlassbereichs bei der -3-dB-Ebene betragen 75 und 135 kHz. Von Muster zu Muster des Geräts können die Werte dieser Parameter um 15...20 % von den angegebenen abweichen, was keinen wesentlichen Einfluss auf den Betrieb des Geräts hat. Die maximale Verstärkungsfrequenz sollte jedoch innerhalb von 100 ± 5 kHz liegen. Bei Bedarf erfolgt die Anpassung durch Auswahl der Widerstände R10, R12 und der Kondensatoren C4, C6. Normalerweise reicht es aus, den Widerstand R10 auszuwählen. Der Amplitudendetektor ist auf den Dioden VD2 und VD3 aufgebaut, und der Verstärker der erfassten Impulse ist auf dem Operationsverstärker DA3 aufgebaut. Die R16R24C10-Schaltung sorgt für die notwendige konstante Vorspannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Der Widerstand R31 stellt seinen Steuerstrom ein. Der Kondensator C12 ist ein Trennkondensator. Der Gegenkopplungskreis des Verstärkers wird durch die Widerstände R27, R33 und die Kondensatoren C16, C18 gebildet. Die Spannungsverstärkung in der Mitte des Durchlassbereichs beträgt 5. Die Kondensatoren C12, C16 bilden den Frequenzgang des Verstärkers im Niederfrequenzbereich (Grenzfrequenz 1...2 Hz) und der Kondensator C18 - im Hochfrequenzbereich (Grenzfrequenz 8 kHz). Die Eingangsimpedanz des Verstärkers wird durch den Widerstand R22 eingestellt. Der Schmitt-Trigger besteht aus den Logikelementen DD3.1, DD3.2 und den Widerständen R3, R5, die seine Schaltschwellen einstellen. Der duale Binärzähler DD5 und die Logikelemente DD3.3, DD3.4 bilden Frequenzteiler in zwei, drei und vier. Das One-Shot-Gerät basiert auf einem integrierten Timer DA2, dessen Zeitelemente der Kondensator C13 und die Widerstände R25 und R26 sind, die umgeschaltet werden, wenn sich die Messgrenze ändert. Der Kondensator C15 ist ein Filterkondensator. Der elektronische Schalter am Transistor VT3 und die Differenzierschaltung R21C8 bilden kurze Impulse, um den Monostabilen in Momenten zunehmender Impulsabfälle am Eingang des elektronischen Schlüssels auszulösen. Die Widerstände R29, R30, R34, R35 bilden zusätzliche Widerstände für das Mikroamperemeter PA1. Der Kondensator C17 reduziert den Jitter der Mikroamperemeternadel an der unteren Messgrenze. Die Kontakte der SB1.2-Taste umgehen das Mikroamperemeter PA1, wenn die Taste nicht gedrückt wird, und es besteht keine Notwendigkeit, das Gerät abzulesen. Dadurch werden starke, für das Mikroamperemeter gefährliche Schwankungen der Nadel beim Ein- und Ausschalten des Drehzahlmessers, beim Umschalten von Messgrenzen und Betriebsarten vermieden. Das Gerät wird von einer stabilisierten Spannungsquelle von +9 V mit einem maximalen Ausgangsstrom von mindestens 0,5 A gespeist. Die Kondensatoren C2, C3, C9, C14 sind Filterkondensatoren im Stromkreis. Die Tachoteile sind klappbar auf einem Steckbrett montiert. Die Sendediode VD4 und die Fotodiode VD1 befinden sich außerhalb der Platine im Abstand von 150...200 mm voneinander und bilden einen Spalt, der bei der Drehzahlmessung von den rotierenden Propellerblättern durchquert wird. Das Gerät verwendet Oxidkondensatoren K50-35; stattdessen können andere ähnliche verwendet werden. Stattdessen eignen sich Keramikkondensatoren – K10-17, KM-6 oder importierte. Zeitkondensator C13 - K73-17, er kann durch einen K73-9, K73-24 oder einen anderen Folienkondensator ersetzt werden. Festwiderstände - C2-33. Trimmerwiderstände – SP2-2a oder ähnliche. Das Gerät verwendet PGK-Keksschalter und einen Doppeltaster KM2-1, stattdessen können Sie andere ähnliche Schalter verwenden. Mikroamperemeter – M906 oder ein anderes mit einem Gesamtnadelauslenkungsstrom von 100 μA. KD522B-Dioden können durch Dioden derselben Serie oder beispielsweise der Serien KD503, KD521 ersetzt werden. Anstelle der IR-emittierenden Diode AL129A eignen sich zweckgleiche Dioden der Serien AL107, AL118 oder importierte. Die Fotodiode FD-256 kann durch die Fotodioden FD-21KP, FD-25K, FD-26K ersetzt werden. Ersatz des Feldeffekttransistors KP307G – Transistoren der gleichen Serie mit einem anderen Index oder der Serie KP303, Transistoren KT315B – andere Silizium-NPN-Strukturen mit geringer Leistung. Anstelle des Transistors KT973A kann auch der KT973B verwendet werden. Beim Austausch der Operationsverstärker KR1407UD3 und KR140UD1208 durch 1407UD3 bzw. 140UD12 sind deren Unterschiede in der Gehäuseart und Pinbelegung zu berücksichtigen. Mikroschaltungen der Serie K561 können durch Mikroschaltungen der Serie 564 oder importierte Analoga ersetzt werden, und die Mikroschaltung KR1006VI1 kann durch die importierte Serie 555 ersetzt werden. Die Einstellung der Funktionskomponenten des Drehzahlmessers weist keine Besonderheiten auf und erfolgt nach bekannten Methoden. Die Ausrichtung der optischen Achsen der Sendediode VD4 und der Fotodiode VD1 wird durch die maximale Amplitude des Signals mit einer Frequenz von 100 kHz am Ausgang des Bandpassverstärkers (Emitter des Transistors VT2) beim Drücken der SB1-Taste gesteuert. Die Nadel des Mikroamperemeters PA1 wird bei der Kalibrierung des Gerätes an den Messgrenzen von 3000 bzw. 30000 U/min über die Trimmwiderstände R35 und R34 auf den letzten Skalenteil eingestellt. Bei der Messung der Drehzahl eines Propellers, dessen Blätter aus einem Material bestehen, das IR-Strahlung schwach absorbiert, wird der normale Betrieb des Drehzahlmessers durch eine Verringerung seiner Empfindlichkeit gegenüber IR-Strahlung erreicht. Dazu reduziert der Trimmwiderstand R6 die Amplitude des Signals am Eingang des Bandpassverstärkers. Literatur
Autor: O. Iljin
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