Предлагаем вниманию читателей описания трех тахометров, сконструированных читателями. Тахометр киевлянина В. С. Новицкого — самый простой по устройству. Работа его основана на замере действующего напряжения в низковольтных цепях системы зажигания. Недостаток конструкции в том, что поскольку напряжение даже на различных экземплярах одной модели может несколько различаться, поскольку прибор необходимо отградуировать для данного мотора; при использовании на другом моторе он будет иметь большую погрешность.
Два других варианта лишены этого недостатка, так как представляют собой тиристорные частотомеры с дозирующим конденсатором. Показания таких частотомеров зависят только от количества импульсов, поступающих на вход прибора, и не зависят (при определенных значениях компонентов схемы) ни от длительности, ни от амплитуды импульса. Оба прибора — киевлянина Г. И. Заенчковского и саратовца В. П. Токарева — построены на одном принципе, но имеют некоторые схемные различия узлов формирования импульса и индикации. При этом прибор Г. И. Заенчковского имеет повышенную стабильность показаний при изменении температуры окружающего воздуха благодаря оригинальному схемному решению блока индикации — замеру не тока разряда, а тока заряда дозирующего конденсатора.
Простейший тахометр
Проверяя систему зажигания своего «Вихря-М» с магдино МВ-1, я замерил авометром Ц-20 действующее значение ЭДС на генераторной катушке зажигания. Оказалось, что по достижении 7,5 В при 1000 об/мин ЭДС линейно увеличивается до частоты вращения, равной 5000—5500 об/мин, примерно на 1,2 В на каждые 500 об/мин. Учитывая эту зависимость для определения частоты вращения коленвала, можно использовать любой авометр или сделать несложный специальный прибор, состоящий из небольшого числа деталей.
Такой тахометр я использую уже две навигации, он оказался очень надежным и достаточно точным. Подключается прибор непосредственно к кнопке «стоп» на пульте управления, питания не требует.
Для прибора лучше всего использовать миллиамперметр на 1 мА (М-260М, М-24 и т. п.), обязательно — имеющий рамку, укрепленную в кернах. Основное отличие тахометра от обычного вольтметра — смещение начала шкалы с тем, чтобы «растянуть» показания прибора от 1000 до 5000 об/мин на всю шкалу.
Особого налаживания прибор не требует. При наладке используется авометр, который подключается параллельно тахометру. Двигатель запускается и число его оборотов доводится до 1000 об/мин по показаниям авометра (7,5 В). Резистором R3 стрелка тахометра подводится к отметке 0,2 мА. Обороты увеличиваются до 2500 об/мин, и поворотом движка резистора R2 стрелка тахометра устанавливается в крайнее правое положение (1,0 мА). Затем вновь устанавливается 1000 об/мин, и резистором R3 стрелка тахометра подводится к отметке 0,2 мА, Получена начальная точка отсчета — 1000 об/мин.
Увеличив обороты, например, до 4000 об/мин (по показаниям авометра), резистором R2 стрелку подводим к отметке 0,8 мА. На этом градуировка кончается. Учитывая линейную зависимость ЭДС от частоты вращения в диапазоне от 1000 до 5000 об/мин, по двум найденным точкам на индикаторе тахометра можно проставить промежуточные значения числа оборотов.
При замерах авометром необходимо соблюдать осторожность — амплитудное значение ЭДС на генераторной катушке зажигания доходит до 400 В.
Мне не удалось снять графики зависимости ЭДС от числа оборотов для других моторов, имеющих аналогичные МВ-1 магнето, — «Нептуна-23» и «Привета-22», Думаю, что эти зависимости мало отличаются от полученной для «Вихря-М», поэтому такой же простой тахометр можно использовать и на этих моторах.
Электронный тахометр
Описываемый электронный тахометр универсален — может использоваться с двигателями различного типа и различными системами зажигания. Прибор имеет собственную погрешность менее 1% при изменении напряжения питания от 8 до 20 В и окружающей температуры в пределах от минус 15° до плюс 60°С; не шунтирует систему зажигания; имеет высокую помехозащищенность.
Электронный тахометр состоит из двух основных частей — селектора импульсов и частотомера.
Я опробовал несколько конструкций промышленных и любительских тахометров с различными вариантами селектора импульсов. В результате как наиболее помехозащищенная была выбрана схема, использованная в серийном приборе ДЛМ-1.
Самым ответственным элементом тахометра является частотомер.Я использовал схему тиристорного частотомера, приведенную в журнале «Радио» № 2 за 1974 г., отличие только в том, что для уменьшения погрешности от изменения окружающей температуры заряд дозирующего конденсатора С6 осуществляется не через диод, а через внутреннее сопротивление измерительного прибора и шунтирующий резистор R11. Это незначительное, на первый взгляд, отличие позволило стабилизировать энергию заряда конденсатора С6 и уменьшить погрешность частотомера примерно в 8 раз; теперь максимальная погрешность тахометра в основном определяется классом используемого измерительного прибора.
Тахометр работает следующим образом. Пачка затухающих колебаний с первичной обмотки генераторной катушки зажигания поступает на дифференцирующую цепь C1 (С2), R1 тахометра. Через ограничительный диод Д1 отрицательный импульс поступает на делитель напряжения R2, R3 и интегрирующую цепь R4, С4. С делителя напряжения импульс поступает на вторую дифференцирующую цепь С3, R5 и далее на ограничительный диод Д2. С интегрирующей цепочки R4, С4 через делитель напряжения R6, R7 на анод диода Д2 поступает отрицательный запирающий импульс. Оба импульса (с С3, R5 и с R6, R7) поступают на диод Д2 одновременно, но амплитуда импульса, поступающего с С3, R5, несколько больше амплитуды запирающего импульса. Запирающее действие импульса прекращается только с разрядом конденсатора С4 к приходу колебаний на вход тахометра. Таким образом из пачки затухающих колебаний на дифференцирующую цепь С5, R8 поступает только один отрицательный импульс. Этот импульс подводится к базе нормально закрытого транзистора Т1 и открывает его.
Коллекторный ток транзистора Т1 создает на резисторе R9 падение напряжения, которое прикладывается к управляющему электроду тринистора Д-3 и открывает его.
Конденсатор С6, заряженный через резистор R10 и измерительный прибор ИП1, в момент открытия тринистора Д3 разряжается через открытый переход тринистора и прямой переход диода Д5. Сопротивление резистора R10 достаточно велико для того, чтобы тринистор в конце разряда конденсатора С6 закрылся и начался новый цикл заряда конденсатора С6 от источника питания через стабилизатор: Д4, R12 и С7.
Протекающий при заряде через рамку измерительного прибора ИП1 ток отклоняет стрелку пропорционально частоте входных импульсов.
Питание тахометра осуществляется от набора сухих батарей, от аккумулятора или от генератора магдино через мостиковый выпрямитель на четырех диодах типа Д226 или Д220 и гасящий резистор МЛТ-1 сопротивлением 100 Ом.
При изготовлении тахометра могут быть использованы следующие детали: резисторы R1-R10 — типа МЛТ0,125; R12 — МЛТ0,5; R11 — проволочный типа СП5-16ТА-0,5 или другой проволочный с подходящими габаритами; конденсаторы C1, С2 — типа МБМ, К40У-9, КМ4 на рабочее напряжение не менее 400 В; С3 — любого типа на напряжение не менее 160 В; С4, С5 — любого типа на рабочее напряжение 50 В; С7 — любой электролитический на напряжение 25 В. Особые требования должны быть предъявлены к конденсатору С6, поскольку от его стабильности зависят погрешность и воспроизводимость показаний тахометра. Рекомендуется использовать бумажные конденсаторы МБМ, К40У-9, К42У-2 на напряжения не более 160—200 В. Диоды Д1 типа Д226 можно заменить на Д7, Д2 типа Д220 с любым индексом, Д5 типа Д311А или любой германиевый маломощный импульсный диод с малым прямым сопротивлением. Тринистор КУ101А можно заменить на КУЮ1 с любым индексом, транзистор КТ203Г — на П104, П106, МП114—МП116.
В качестве стрелочного измерительного прибора можно применить любой микроамперметр с чувствительностью не хуже 200 мкА. Прибор надо выбирать по классу точности 1,0; 1,5, если необходима высокая точность измерений, и 2,5; 4,0, — если необходима только индикация изменения числа оборотов.
Конструктивно все элементы тахометра размещены на печатной плате толщиной 2 мм и размером 60X140 мм. Плата и измерительный прибор размещаются в коробке, укрепленной на передней панели или приборном щитке лодки.
После настройки и калибровки прибора плату с элементами необходимо покрыть влагостойким лаком УР-231 или 4с, 4т.
Настройку тахометра лучше всего производить с помощью генератора импульсов Г5-54 (Г5-15) и частотомера ЧЗ-24 или любого другого ему аналогичного. Производить настройку тахометра только по одному генератору не следует, поскольку он имеет грубую шкалу.
Отрицательные импульсы длительностью 3—5 мкс с частотой 100 Гц, амплитудой 25—30 В с генератора подаются на один из входов тахометра. Стрелка прибора резистором R11 устанавливается в середине шкалы. Если стрелку не удается установить в середине шкалы, необходимо проверить чувствительность измерительного прибора или увеличить сопротивление потенциометра R11. После этого на генераторе устанавливается частота, соответствующая максимальным оборотам двигателя, и резистором R11 стрелка прибора устанавливается на последнее деление шкалы.
Необходимая частота генератора по частоте вращения коленчатого вала может быть определена по формуле
где F — частота, Гц;
n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
k — количество искрообразований за один оборот коленчатого вала.
Учитывая абсолютную линейность шкалы, получив максимальное отклонение стрелки, градуируем всю шкалу.
При отсутствии необходимых приборов настройку и калибровку тахометра можно выполнить более простым способом, но при этом возрастает и погрешность его показаний. Для этого используется любое неполяризованное реле постоянного тока, контакты которого могут пропустить ток силой 1—1,5А. Обмотка реле «Р» подключается к сети через любой понижающий трансформатор, имеющий напряжение 30—35 В (рис. а). Контакты реле «Р» имитируют работу прерывателя магнето в схеме зажигания. При градиуровке рабочий зазор запальной свечи уменьшается до 0,2—0,3 мм. В качестве батареи «Б» можно использовать аккумулятор или 2—3 батареи 3336Л, включенных параллельно.
Можно проградуировать тахометр, используя реле с контактами, рассчитанными на ток 30—100 мА (рис. б) и набором сухих батарей на напряжение 15—25 В. Частота переменного тока в сети равна 50 Гц, поэтому контакты реле будут размыкаться 50 раз в секунду, что будет соответствовать 1500 об/мин для двухцилиндрового двухтактного двигателя. Учитывая линейность шкалы, по одной полученной точке градуируем всю шкалу.
При подключении тахометра к мотору выводы 1 и 2 соединяются с первичными обмотками высоковольтных трансформаторов или с проводами, выведенными на кнопку «стоп», а вывод 3 — с корпусом двигателя.
При подключении тахометра к аккумулятору, соединенному с массой двигателя, необходимо следить, чтобы с массой был соединен минус аккумулятора; в противном случае тахометр из-за короткого замыкания через его цепи выйдет из строя.
Несколько экземпляров тахометров прошли ходовые испытания в 1976 и 1977 гг. на моторах «Нептун», «Нептун-23», «Вихрь», «Вихрь-М» и «Москвич-412». В конце каждого сезона они проверялись на воспроизводимость показаний, и отклонений более 0,5% не обнаружилось.
Тринисторный тахометр
При разработке предлагаемого тахометра была поставлена задача — получить достаточно простую, надежную в работе и обладающую хорошей линейностью схему.
За основу конструкции были приняты две схемы, опубликованные в журнале «Радио» (см. № 5 за 1967 г.— «Простой тахометр» и N2 2 за 1974 г.— «Тиристорный частотомер»). Обе эти схемы были мной собраны и испытаны на моторе. Первая — не обладала необходимой линейностью шкалы в диапазоне необходимых частот вращения коленчатого вала. Вторая — имела хорошую линейность, но использовать ее в качестве тахометра, работающего от импульсов магнето, было нельзя из-за низкого входного сопротивления управляющей цепи тринистора.
Предлагаемая схема соединяет в себе положительные качества обеих этих схем — высокое входное сопротивление первой и линейность шкалы второй.
При размыкании контактов прерывателей на первичных обмотках катушек зажигания возникают импульсы напряжения, затухающие во времени. Для работы тахометра используются положительные полу-периоды напряжения, которые поступают через диоды Д1 и Д2 и заряжают конденсатор С1 до амплитудного значения импульсного напряжения. Постоянная времени разряда цепи R1—С1 выбрана так, чтобы конденсатор С1 не успевал заметно разрядиться за время одного полного колебания напряжения в импульсе, но был бы полностью разряжен к приходу следующего импульса.
Резистор R2 и стабилитрон Д3 ограничивают импульс напряжения по амплитуде, конденсатор С2 и резистор R3 дифференцируют его. Задний отрицательный фронт продифференцированного импульса формируется диодом Д4. Сформированный таким образом запускающий импульс поступает на вход эмиттерного повторителя Т1, нагрузкой которого является управляющий электрод тринистора Д5.
До прихода запускающего импульса дозирующий конденсатор С3 заряжается через резистор R5 и диод Д6 от источника питания, напряжение которого стабилизировано резистором R6 и стабилитроном Д7.
С приходом запускающего импульса на управляющий электрод открывается, конденсатор С3 разряжается через открытый тиристор и измерительный прибор ИП1. Импульсы, отклоняющие стрелку прибора ИП1, постоянны по амплитуде и по длительности, поэтому величина отклонения стрелки прибора ИП1 будет зависеть только от частоты сигналов, поступающих на вход тахометра, т. е. от частоты вращения коленчатого вала.
Резистор R4 предназначен для градуировки измерительного прибора ИП1.
В схеме используются: микроамперметр типа М-494 на 50 мкА, резисторы и конденсаторы (любого типа). Диоды и измерительный прибор могут быть заменены аналогичными, близкими по параметрам.
Схема тахометра собрана на печатной плате размером 60X100 мм.
После сборки схема почти не потребовала регулировки, за исключением подбора сопротивления резистора R4 при градуировке шкалы. Градуировку прибора ИП1 лучше всего производить при помощи звукового генератора. Для двухцилиндрового двухтактного двигателя частота 33,3 Гц соответствует 1000 об/мин; 50,0 Гц — 1500 об/мин и 167,0 Гц — 5000 об/мин.