Тахометр ( счетчик оборотов , тахометр , счетчик оборотов , датчик оборотов в минуту ) — это прибор, измеряющий скорость вращения вала или диска , например, в двигателе или другой машине. [1] Устройство обычно отображает количество оборотов в минуту (об/мин) на калиброванном аналоговом циферблате, но цифровые дисплеи становятся все более распространенными.
Слово происходит от греческого τάχος ( táchos «скорость») и μέτρον ( métron «мера»). По сути, слова тахометр и спидометр имеют одинаковое значение: устройство, измеряющее скорость. По произвольному соглашению в автомобильном мире один используется для оборотов двигателя, а другой — для скорости автомобиля. В формальной инженерной номенклатуре для их различия используются более точные термины.
Первый тахометр был описан Брайаном Донкиным в докладе Королевскому обществу искусств в 1810 году, за что он был награжден золотой медалью общества. Он представлял собой чашу с ртутью, сконструированную таким образом, что центробежная сила заставляла уровень в центральной трубке падать при вращении и снижать уровень в более узкой трубке наверху, наполненной цветным спиртом. Чаша была соединена с измеряемым оборудованием с помощью шкивов. [2]
Первые механические тахометры были основаны на измерении центробежной силы , аналогично работе центробежного регулятора . Предполагается, что изобретателем является немецкий инженер Дитрих Ульхорн ; он использовал его для измерения скорости машин в 1817 году. [3] С 1840 года его использовали для измерения скорости локомотивов .
Тахометры или счетчики оборотов на автомобилях, самолетах и других транспортных средствах показывают скорость вращения коленчатого вала двигателя и обычно имеют маркировку, указывающую безопасный диапазон скоростей вращения. Это может помочь водителю выбрать соответствующие настройки дроссельной заслонки и передачи в зависимости от условий движения. Длительное использование на высоких скоростях может привести к недостаточной смазке , перегреву (превышению возможностей системы охлаждения), превышению скоростной способности отдельных частей двигателя (например, пружинных клапанов), что приведет к чрезмерному износу или необратимому повреждению или выходу из строя двигателей. На аналоговых тахометрах скорости, превышающие максимальную безопасную рабочую скорость, обычно обозначаются областью шкалы, отмеченной красным, что приводит к выражению « красной линии » двигателя - увеличения оборотов двигателя до максимального безопасного предела. Большинство современных автомобилей обычно имеют ограничитель оборотов , который электронным образом ограничивает скорость двигателя во избежание повреждений. Дизельные двигатели с традиционными механическими системами инжекторов имеют встроенный регулятор , который предотвращает превышение скорости двигателя, поэтому на тахометрах транспортных средств и механизмов, оснащенных такими двигателями, иногда отсутствует красная линия.
В таких транспортных средствах, как тракторы и грузовики, тахометр часто имеет другую маркировку, обычно зеленую дугу, показывающую диапазон скоростей, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент , что представляет наибольший интерес для операторов таких транспортных средств. Тракторы, оснащенные системой отбора мощности (ВОМ), имеют тахометры, показывающие частоту вращения двигателя, необходимую для вращения ВОМ со стандартной скоростью, необходимой для большинства навесного оборудования с приводом от ВОМ. Во многих странах тракторы должны иметь спидометр для использования на дороге. Чтобы не устанавливать второй циферблат, тахометр автомобиля часто маркируется второй шкалой в единицах скорости. Эта шкала точна только на определенной передаче, но, поскольку многие тракторы имеют только одну передачу, удобную для использования на дороге, этого достаточно. Тракторы с несколькими «дорожными передачами» часто имеют тахометры с более чем одной шкалой скорости. На тахометрах самолетов есть зеленая дуга, показывающая расчетный диапазон крейсерской скорости двигателя.
В старых автомобилях тахометр приводится в действие волнами среднеквадратичного напряжения со стороны низкого напряжения ( контактный выключатель LT) катушки зажигания , [4] в то время как на других (и почти на всех дизельных двигателях , которые не имеют системы зажигания) частота вращения двигателя определяется частотой с выхода тахометра генератора . Это происходит от специального соединения, называемого «отводом переменного тока», которое подключается к одному из выходов катушки статора перед выпрямителем. Тахометры, приводимые в движение вращающимся тросом от привода, установленного на двигателе (обычно на распределительном валу ), существуют - обычно на простых машинах с дизельными двигателями с базовыми электрическими системами или без них. В последних системах EMS, установленных на современных автомобилях, сигнал для тахометра обычно генерируется ЭБУ , который получает информацию либо от датчика частоты вращения коленчатого вала, либо от датчика частоты вращения распределительного вала.
Тахометры используются для оценки скорости и объема (потока) движения. Транспортное средство оснащено датчиком и проводит «тахометрические пробеги», записывающие данные о дорожном движении. Эти данные заменяют или дополняют данные детектора контура . Для получения статистически значимых результатов требуется большое количество прогонов, а смещение зависит от времени суток, дня недели и сезона. Однако из-за стоимости, расстояния (меньшая плотность детекторов контуров снижает точность данных) и относительно низкой надежности детекторов контуров (часто 30% или более из них выходят из строя в любой момент времени) тахометровые датчики остаются обычной практикой.
Устройства измерения скорости, называемые по-разному «генераторами импульсов колес» (WIG), генераторами импульсов, датчиками скорости или тахометрами, широко используются в железнодорожных транспортных средствах. Распространенные типы включают датчики с прорезями в виде оптоизолятора [5] и датчики на эффекте Холла .
В датчиках Холла обычно используется вращающаяся мишень, прикрепленная к колесу, коробке передач или двигателю. Эта мишень может содержать магниты или представлять собой зубчатое колесо. Зубцы на колесе изменяют плотность потока магнита внутри головки датчика. Зонд устанавливается так, чтобы его головка находилась на точном расстоянии от целевого колеса, и обнаруживает зубы или магниты, проходящие мимо его поверхности. Одна из проблем этой системы заключается в том, что необходимый воздушный зазор между целевым колесом и датчиком позволяет черной пыли из-под рамы автомобиля скапливаться на зонде или мишени, препятствуя его работе.
Датчики с оптоизоляцией полностью закрыты для предотвращения проникновения из внешней среды. Единственными открытыми частями являются герметичный разъем и ведущая вилка, которая прикреплена к диску с прорезями внутри через подшипник и уплотнение. Диск с прорезями обычно размещается между двумя печатными платами , содержащими фотодиод , фототранзистор , усилитель и схемы фильтрации, которые создают выходную последовательность импульсов прямоугольной формы, настроенную в соответствии с требованиями заказчика по напряжению и количеству импульсов на оборот . Датчики такого типа обычно обеспечивают от 2 до 8 независимых выходных каналов, которые могут собираться другими системами транспортного средства, такими как автоматические системы управления поездом и контроллеры движения/торможения.
Датчики, установленные по окружности диска, выдают квадратурно-кодированные выходные данные и, таким образом, позволяют компьютеру автомобиля определять направление вращения колеса. Это законодательное требование Швейцарии, позволяющее предотвратить откат при трогании с места. Строго говоря, такие устройства не являются тахометрами, поскольку не обеспечивают непосредственного считывания скорости вращения диска. Скорость необходимо определять извне путем подсчета количества импульсов за период времени. Трудно окончательно доказать, что автомобиль неподвижен, кроме как подождать определенное время, чтобы убедиться в отсутствии дальнейших импульсов. Это одна из причин, почему между остановкой поезда, которую воспринимает пассажир, и открытием дверей часто возникает задержка по времени. Устройства с прорезями являются типичными датчиками, используемыми в системах одометра железнодорожных транспортных средств, например, которые необходимы для систем защиты поездов , в частности, Европейской системы управления поездом .
Помимо измерения скорости, эти датчики часто используются для расчета пройденного расстояния путем умножения оборотов колеса на окружность колеса.
Их можно использовать для автоматической калибровки диаметра колеса путем сравнения количества оборотов каждой оси с основным колесом, измеренным вручную. Поскольку все колеса проходят одинаковое расстояние, диаметр каждого колеса пропорционален количеству его оборотов по сравнению с главным колесом. Эту калибровку необходимо выполнять во время движения накатом с фиксированной скоростью, чтобы исключить возможность проскальзывания/скольжения колес, вносящего ошибки в расчеты. Автоматическая калибровка этого типа используется для генерации более точных сигналов тяги и торможения, а также для улучшения обнаружения пробуксовки колес.
Слабая сторона систем, которые полагаются на вращение колес для тахометрии и одометрии, заключается в том, что колеса поезда и рельсы очень гладкие, а трение между ними низкое, что приводит к высокому уровню ошибок, если колеса проскальзывают или скользят. Чтобы компенсировать это, вторичные входные данные одометрии используют доплеровские радары под поездом для независимого измерения скорости.
В аналоговой аудиозаписи тахометр — это устройство, которое измеряет скорость аудиокассеты при ее прохождении через голову. На большинстве аудиомагнитофонов тахометр (или просто «тах») представляет собой относительно большой шпиндель рядом с головкой ERP, изолированный от шпинделей подачи и приемки натяжными роликами.
На многих самописцах шпиндель тахометра соединен осью с вращающимся магнитом, который индуцирует изменяющееся магнитное поле на транзисторе на эффекте Холла . Другие системы подключают шпиндель к стробоскопу , который чередует свет и темноту на фотодиоде .
Электроника привода магнитофона использует сигналы тахометра, чтобы обеспечить воспроизведение ленты с нужной скоростью. Сигнал сравнивается с опорным сигналом (либо кристаллом кварца , либо переменным током из сети ). Сравнение двух частот определяет скорость транспортировки ленты. Когда сигнал тахометра и опорный сигнал совпадают, говорят, что лента транспортируется «на скорости». (По сей день на съемочной площадке режиссер кричит: «Катись звук!», а звукорежиссер отвечает: «Скорость звука!» Это пережиток тех дней, когда записывающим устройствам требовалось несколько секунд, чтобы достичь регулируемой скорости.)
Очень важно иметь идеально отрегулированную скорость ленты, потому что человеческое ухо очень чувствительно к изменениям высоты звука, особенно к внезапным, и без саморегулирующейся системы, контролирующей скорость ленты на голове, высота звука может отклоняться на несколько процентов. Этот эффект называется « вау -и- трепетание» , а современная кассетная дека с тахометрическим регулированием имеет «вау-и-трепетание» 0,07%.
Тахометры приемлемы для высококачественного воспроизведения звука, но не для записи в синхронизации с кинокамерой . Для таких целей необходимо использовать специальные диктофоны, записывающие пилот-тон .
Сигналы тахометра могут использоваться для синхронизации нескольких ленточных машин, но только в том случае, если в дополнение к сигналу тахометра передается сигнал направления, чтобы сообщить подчиненным машинам, в каком направлении движется мастер.