Білік айналу жылдамдығын өлшегіш құрал

Кіріспе

Оқпанның немесе дискінің айналу жылдамдығын өлшейтін аспап.

Тахометр (революция санағышы, тах, айналымдар санағышы, RPM көрсеткіші) – мотор немесе басқа машинадағы сияқты оқпанның немесе дискінің айналу жылдамдығын өлшейтін құрал. Құрылғы әдетте минутына айналымдарды (RPM) калибрленген аналогтық циферблатта көрсетеді, бірақ цифрлық дисплейлер де жиі қолданылады. Бұл сөз грек тіліндегі τάχος (táchos – "жылдамдық") және μέτρον (métron – "өлшем") сөздерінен шыққан. Негізінен, тахометр мен спидометр сөздерінің мағынасы бірдей: жылдамдықты өлшейтін құрылғы. Бірақ автомобиль саласында біреуі қозғалтқыштың айналымдарын, екіншісі көліктің жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады. Формалды инженерлік терминологияда оларды ажырату үшін нақтырақ терминдер пайдаланылады.

Тарих

Алғашқы тахометрді Брайан Донкин 1810 жылы Корольдік өнер қоғамына ұсынған еңбегінде сипаттады, осы үшін ол қоғамның алтын медалімен марапатталды. Ол сынаптан жасалған ыдыстан тұрды, конструкциясы осылай есептелген: айналу кезінде центробегтік күш орталық түтіктегі деңгейді төмендетіп, жоғарыдағы тар түтіктегі түсті сұйықтықтың деңгейін де төмендетті. Ыдыс өлшенетін механизмге шкивтер арқылы қосылды. Алғашқы механикалық тахометрлер центробегтік күшті өлшеу принципіне негізделген, бұл центробегтік регулятордың жұмыс істеуіне ұқсас. Оның авторы – неміс инженері Дитрих Ульхорн деп саналады; ол 1817 жылы машиналардың айналу жылдамдығын өлшеу үшін оны қолданды. 1840 жылдан бері локомотивтердің жылдамдығын өлшеу үшін қолданылып келеді.

Автомобильдерде, жүк көліктерінде, тракторларда және әуе кемелерінде

Тахометрлер немесе автомобильдердегі, ұшақтардағы және басқа да көлік құралдарындағы айналымдар қозғалтқыштың коленвалдың айналу жылдамдығын көрсетеді және әдетте айналу жылдамдықтарының қауіпсіз диапазонын көрсететін белгілері болады. Бұл жүргізушіге жүру жағдайына сәйкес газ педалін және берілісті дұрыс таңдауға көмектеседі. Ұзақ уақыт бойы жоғары жылдамдықпен жұмыс істеу жеткіліксіз майлауға, қызып кетуге (салқындату жүйесінің қабілетін асып кетуге), қозғалтқыштың бөліктерінің жылдамдық шегінен асып кетуіне (мысалы, серіппелі клапандарға) әкеліп, қозғалтқыштың тым тозуына, тұрақты зақымдануына немесе істен шығуына себеп болуы мүмкін. Аналогты тахометрлерде максималды қауіпсіз жылдамдықтан жоғары жылдамдықтар әдетте қызыл түсті аймақпен көрсетіледі, бұл қозғалтқышты "қызыл сызыққа" жеткізуді білдіреді – қозғалтқыштың максималды қауіпсіз шегіне дейін айналымдарды арттыруды. Көптеген қазіргі заманғы автомобильдерде қозғалтқыштың жылдамдығын электронды түрде шектейтін айналымдар шектегіші болады, бұл зақымданудың алдын алады. Традициялық механикалық инжекторлық жүйелері бар дизельдік қозғалтқыштарда қозғалтқыштың айналуын арттыруға жол бермейтін интегралды регулятор болады, сондықтан мұндай қозғалтқыштармен жабдықталған көліктер мен машиналардағы тахометрлерде кейде қызыл сызық болмайды. Тракторлар мен жүк көліктері сияқты көлік құралдарында тахометрде көбінесе басқа белгілер болады, әдетте жасыл доға қозғалтқыштың максималды айналым моментін беретін жылдамдық диапазонын көрсетеді, бұл мұндай көліктерді басқаратын операторлар үшін маңызды. Қуат алатын (PTO) жүйесімен жабдықталған тракторларда тахометрлер PTO-ны стандартталған жылдамдықпен айналдыру үшін қажетті қозғалтқыш жылдамдығын көрсетеді. Көптеген елдерде тракторларда жолда жүру үшін жылдамдық өлшегіш болуы талап етіледі. Екінші циферблатты орнатудан үнемдеу үшін көліктің тахометрінде көбінесе жылдамдық бірліктерінде екінші шкала болады. Бұл шкала тек белгілі бір берілісте ғана дұрыс, бірақ көптеген тракторларда жолда пайдалануға жарамды тек бір беріліс болғандықтан, бұл жеткілікті. Бірнеше "жол берілісі" бар тракторларда көбінесе бірнеше жылдамдық шкаласы бар тахометрлер болады. Ұшақтардың тахометрлері қозғалтқыштың жобаланған круиздік жылдамдық диапазонын көрсететін жасыл доғаға ие. Ескі көліктерде тахометр тұтану катушкасының төмен кернеулі (LT контактісін үзу) жағындағы RMS кернеу толқындарымен қозғалады, ал басқаларында (және тұтану жүйесі жоқ барлық дизельдік қозғалтқыштарда) қозғалтқыштың жылдамдығы генератордың тахометрлік шығысының жиілігімен анықталады. Бұл "AC кран" деп аталатын арнайы қосылымнан, ол түзеткіштен бұрын статордың бір орам шығысына қосылады. Қозғалтқышта орнатылған (әдетте, коленвалда) айналатын кабель арқылы іске қосылатын тахометрлер көбінесе қарапайым дизельдік қозғалтқыштармен жабдықталған немесе электрлік жүйесі жоқ қарапайым машиналарда кездеседі. Қазіргі заманғы көліктердегі соңғы EMS жүйелерінде тахометр сигналы әдетте ECU-дан шығарылады, ол ақпаратты коленвал немесе краншафт жылдамдығы сенсорынан алады.

Tachometers or revolution counters on cars, aircraft, and other vehicles show the rate of rotation of the engine's crankshaft, and typically have markings indicating a safe range of rotation speeds. This can assist the driver in selecting appropriate throttle and gear settings for the driving conditions. Prolonged use at high speeds may cause inadequate lubrication, overheating (exceeding capability of the cooling system), exceeding speed capability of sub parts of the engine (for example spring retracted valves) thus causing excessive wear or permanent damage or failure of engines. On analogue tachometers, speeds above maximum safe operating speed are typically indicated by an area of the gauge marked in red, giving rise to the expression of "redlining" an engine — revving the engine up to the maximum safe limit. Most modern cars typically have a revolution limiter which electronically limits engine speed to prevent damage. Diesel engines with traditional mechanical injector systems have an integral governor which prevents over speeding the engine, so the tachometers in vehicles and machinery fitted with such engines sometimes lack a redline. In vehicles such as tractors and trucks, the tachometer often has other markings, usually a green arc showing the speed range in which the engine produces maximum torque, which is of prime interest to operators of such vehicles. Tractors fitted with a power take off (PTO) system have tachometers showing the engine speed needed to rotate the PTO at the standardized speed required by most PTO driven implements. In many countries, tractors are required to have a speedometer for use on a road. To save fitting a second dial, the vehicle's tachometer is often marked with a second scale in units of speed. This scale is only accurate in a certain gear, but since many tractors only have one gear that is practical for use on road, this is sufficient. Tractors with multiple 'road gears' often have tachometers with more than one speed scale. Aircraft tachometers have a green arc showing the engine's designed cruising speed range. In older vehicles, the tachometer is driven by the RMS voltage waves from the low tension (LT contact breaker) side of the ignition coil, while on others (and nearly all diesel engines, which have no ignition system) engine speed is determined by the frequency from the alternator tachometer output. This is from a special connection called an "AC tap" which is a connection to one of the stator's coil output, before the rectifier. Tachometers driven by a rotating cable from a drive unit fitted to the engine (usually on the camshaft) exist usually on simple diesel engined machinery with basic or no electrical systems. On recent EMS found on modern vehicles, the signal for the tachometer is usually generated from an ECU which derives the information from either the crankshaft or camshaft speed sensor.

Жол қозғалысы инженері

Тахометрлер қозғалыс жылдамдығы мен көлемін (ағынын) бағалау үшін қолданылады. Көлік сенсормен жабдықталған және қозғалыс деректерін тіркеу үшін "тахо-жүргізулер" (tach runs) жасайды. Бұл деректер циклдық детекторлардың деректерін ауыстыруға немесе толықтыруға мүмкіндік береді. Статистикалық тұрғыдан маңызды нәтижелер алу үшін көптеген жүгірулер қажет, сондай-ақ нәтижелерге күннің уақыты, апта күні және маусым сияқты факторлар әсер етеді. Дегенмен, жоғары шығындар, аралықтар (циклдық детекторлардың сирек орналасуы деректердің дәлдігін азайтады) және циклдық детекторлардың салыстырмалы түрде төмен сенімділігі (көбінесе 30% немесе одан да көп қызметтен тыс болады) салдарынан тахо-жүргізулер жиі қолданылатын әдіс болып табылады.

Пойыздар мен жеңіл теміржол көліктерінде

Жылдамдық сезімді құрылғылары, әр түрлі "дөңгелек импульс генераторлары" (WIG), импульс генераторлары, жылдамдық зондтары немесе тахометрлер теміржол көліктерінде кеңінен қолданылады. Көбінесе оптоизоляторлы дискілі сенсорлар мен Холл эффектісі сенсорлары қолданылады. Холл эффектісі сенсорлары көбінесе дөңгелекке, беріліс қорабына немесе қозғалтқышқа бекітілген айналатын нысананы пайдаланады. Бұл нысанада магниттер немесе тісті дөңгелек болуы мүмкін. Дөңгелектің тістері сенсор ішіндегі магниттің ағын тығыздығын өзгертеді. Зонд нысана дөңгелекке дәл қашықтықта орнатылып, оның бетінен өтетін тістерді немесе магниттерді анықтайды. Бұл жүйенің бір мәселесі – нысана дөңгелек пен сенсор арасындағы қажетті аралыққа теміржол көлігінің шассиінен темір ұнтақ жиналуына мүмкіндік тудырады, бұл оның жұмысын бұзады. Оптоизоляторлы сенсорлар сыртқы ортадан ене алмайтындай етіп толығымен жабылады. Сыртқа шығатын жалғыз бөліктері – герметикалық тығынмен жабық жалғағыш және ішкі подшипник пен тығын арқылы дискіге бекітілген жетектегіш құрылғы. Дискілі құрылғы әдетте фотодиодты, фототранзисторды, күшейткішті және сүзгі схемаларын қамтитын екі баска тақтасының арасында орналасады, бұл клиенттің кернеу және айналымға шаққандағы импульстар талаптарына сәйкес келетін шаршы толқынды импульстік тізбек шығысын жасайды. Мұндай сенсорлар көбінесе 2-ден 8-ге дейін тәуелсіз шығыс каналдарын ұсынады, оларды көліктің басқа жүйелері, мысалы, автоматты пойыз басқару жүйелері және жетектеу/тормоздау контроллерлері сынап ала алады. Дискінің айналасына орнатылған сенсорлар квадраттық кодталған шығыс береді, соның арқасында көліктің компьютері дөңгелектің айналу бағытын анықтай алады. Швейцарияда тұрып қалғаннан кейін кері домалап кетпеуі үшін бұл талап ресми түрде бекітілген. Техникалық тұрғыдан алғанда, мұндай құрылғылар тахометрлер емес, өйткені олар дискінің айналу жылдамдығын тікелей көрсетпейді. Жылдамдық уақыт аралығындағы импульстар санын санау арқылы сырттан есептеледі. Көліктің тоқтағанын нақты дәлелдеу қиын, импульстар тоқтағанын қамтамасыз ету үшін белгілі бір уақыт күтуден басқа. Осы себепті, жолаушылар пойыз тоқтағанын сезгеннен кейін есіктердің ашылуына дейін уақыт кешігуі жиі болады. Дискілі құрылғылар теміржол көліктерінің жүріс көрсеткіштерінде қолданылатын сенсорлардың типік мысалы, мысалы, пойызды қорғау жүйелерінде, әсіресе Еуропалық пойыз басқару жүйесінде қажет. Жылдамдық сезімділігімен қатар, бұл зондтар дөңгелек айналымдарын дөңгелек айналасына көбейту арқылы жүрілген қашықтықты есептеу үшін де жиі қолданылады. Олар дөңгелек диаметрін автоматты түрде калибрлеу үшін әрбір осьтің айналу санын қолмен өлшенген эталондық дөңгелекпен салыстыру арқылы қолданылуы мүмкін. Барлық дөңгелектер бірдей қашықтықты жүргендіктен, әрбір дөңгелектің диаметрі эталондық дөңгелекке қарағанда оның айналу санына пропорционал. Бұл калибрлеуді дөңгелектердің сырғануынан немесе домалап кетуінен туындаған қателерді болдырмау үшін тұрақты жылдамдықпен жүру кезінде жасау керек. Осы типтегі автоматты калибрлеу жетектеу және тормоздау сигналдарын дәлірек жасауға және дөңгелектердің сырғануын анықтауды жақсартуға көмектеседі. Тахометрия мен жүріс көрсеткіштері үшін дөңгелек айналуына сүйенетін жүйелердің кемшілігі – пойыз дөңгелектері мен рельстері өте тегіс болып, арасындағы үйкеліс төмен, дөңгелектер сырғанағанда немесе домалағанда қателіктердің жоғары деңгейіне әкеледі. Бұл мәселені шешу үшін, екіншілік жүріс көрсеткіштерінде пойыздың астындағы Допплер радары қолданылады, ол жылдамдықты тәуелсіз өлшейді.

Speed sensing devices, termed variously "wheel impulse generators" (WIG), pulse generators, speed probes, or tachometers are used extensively in rail vehicles. Common types include opto isolator slotted disk sensors and Hall effect sensors. Hall effect sensors typically use a rotating target attached to a wheel, gearbox or motor. This target may contain magnets, or it may be a toothed wheel. The teeth on the wheel vary the flux density of a magnet inside the sensor head. The probe is mounted with its head a precise distance from the target wheel and detects the teeth or magnets passing its face. One problem with this system is that the necessary air gap between the target wheel and the sensor allows ferrous dust from the vehicle's underframe to build up on the probe or target, inhibiting its function. Opto isolator sensors are completely encased to prevent ingress from the outside environment. The only exposed parts are a sealed plug connector and a drive fork, which is attached to a slotted disk internally through a bearing and seal. The slotted disk is typically sandwiched between two circuit boards containing a photo diode, photo transistor, amplifier, and filtering circuits which produce a square wave pulse train output customized to the customers voltage and pulses per revolution requirements. These types of sensors typically provide 2 to 8 independent channels of output that can be sampled by other systems in the vehicle such as automatic train control systems and propulsion/braking controllers. The sensors mounted around the circumference of the disk provide quadrature encoded outputs and thus allow the vehicle's computer to determine the direction of rotation of the wheel. This is a legal requirement in Switzerland to prevent rollback when starting from standstill. Strictly, such devices are not tachometers since they do not provide a direct reading of the rotational speed of the disk. The speed has to be derived externally by counting the number of pulses in a time period. It is difficult to prove conclusively that the vehicle is stationary, other than by waiting a certain time to ensure that no further pulses occur. This is one reason why there is often a time delay between the train stopping, as perceived by a passenger, and the doors being released. Slotted disk devices are typical sensors used in odometer systems for rail vehicles, such as are required for train protection systems — notably the European Train Control System. As well as speed sensing, these probes are often used to calculate distance travelled by multiplying wheel rotations by wheel circumference. They can be used to automatically calibrate wheel diameter by comparing the number of rotations of each axle against a master wheel that has been measured manually. Since all wheels travel the same distance, the diameter of each wheel is proportional to its number of rotations compared to the master wheel. This calibration must be done while coasting at a fixed speed to eliminate the possibility of wheel slip/slide introducing errors into the calculation. Automatic calibration of this type is used to generate more accurate traction and braking signals, and to improve wheel slip detection. A weakness of systems that rely on wheel rotation for tachometry and odometry is that the train wheels and the rails are very smooth and the friction between them is low, leading to high error rates if the wheels slip or slide. To compensate for this, secondary odometry inputs employ Doppler radar units beneath the train to measure speed independently.

Аналогты аудиожазуда

Тахометр - аналогты аудио жазуда, аудиотаспаның басынан өткендегі жылдамдығын өлшейтін құрылғы. Көптеген аудиотаспадағы тахометр (немесе жай ғана "тах") ERP бас стегіне жақын, қоректендіруден оқшауланған және кернеуді бос уақытта ұстайтын шпиндельдер арқылы алынады. Көптеген диктофондарда тахометр оғы Холл эффектісі транзисторына өзгермелі магнит өрісін тудыратын айналатын магнитке ось арқылы қосылады. Басқа жүйелер орауды фотодиод арқылы жарық пен қараңғыны ауыстырып көрсететін стробоскоппен байланыстырады. Таспаның дұрыс жылдамдықпен ойнатылуын қамтамасыз ету үшін тахометрдің сигналдарын пайдаланады. Сигнал эталондық сигналмен салыстырылады (кварц кристалы немесе желіден келетін ауыспалы ток). Екі жиілікті салыстыру таспаның жылдамдығын арттырады. Тах сигнал мен эталондық сигнал сәйкес келсе, таспа тасымалы "жылдамдықта" деп аталады. (Бүгінге дейін кино түсірілімінде режиссер "Ролл дыбысы!" деп атайды. дыбыс беруші "Дибыс жылдамдығы!" деп жауап береді. Бұл - жазу құрылғыларының реттеліп отыратын жылдамдыққа жетуі бірнеше секундқа созылатын күндерінен қалған қалдық.) Таспаның жылдамдығын дұрыс реттеу өте маңызды, себебі адамның құлағы дыбыс биіктігінің өзгеруіне өте сезімтал, әсіресе кенеттен, ал таспаның жылдамдығын басқаратын өзін-өзі реттейтін жүйе болмаса, дыбыс биіктігі бірнеше пайызға ауысып кетеді. Бұл эффект "уууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууу Тахометрлер жоғары сенімділікпен дыбысты қайтаруға жарамды, бірақ кинокамерамен синхрондалған жазба үшін жарамды емес. Бұл үшін пилоттануды тіркейтін арнайы жазу құрылғыларын пайдалану керек. Тахометр сигналдары бірнеше лента машиналарын біріктіруге пайдаланылуы мүмкін, бірақ тек тахометр сигналынан басқа, бағыттық сигнал берілсе ғана, құл машиналарға қожайынының қай бағытта қозғалатынын айту үшін.