Тахометр ( счетчик оборотов , тахометр , тахометр , датчик оборотов в минуту ) — это прибор, измеряющий скорость вращения вала или диска, как в двигателе или другой машине. [1] Устройство обычно отображает число 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 из них используется для оборотов двигателя, а другой — для скорости транспортного средства. В формальной инженерной номенклатуре используются более точные термины для их различения.
Первый тахометр был описан Брайаном Донкиным в докладе Королевскому обществу искусств в 1810 году, за что он был награжден Золотой медалью общества. Он состоял из чаши с ртутью, сконструированной таким образом, что центробежная сила заставляла уровень в центральной трубке падать, когда она вращалась, и опускала уровень в более узкой трубке выше, заполненной цветным спиртом. Чаша была соединена с измеряемым механизмом с помощью шкивов. [2]
Первые механические тахометры были основаны на измерении центробежной силы , аналогично работе центробежного регулятора . Изобретателем считается немецкий инженер Дитрих Ульхорн ; он использовал его для измерения скорости машин в 1817 году. [3] С 1840 года он использовался 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 для условий вождения. Длительное использование на высоких скоростях может привести к недостаточной смазке , перегреву (превышению возможностей системы охлаждения), превышению скоростных возможностей подчастей двигателя (например, пружинных втянутых клапанов), что приводит к чрезмерному износу или необратимому повреждению или отказу двигателей. На аналоговых тахометрах скорости выше максимально безопасной рабочей скорости обычно обозначаются областью указателя, отмеченной красным цветом, что приводит к выражению « красная черта » двигателя — увеличение оборотов двигателя до максимально безопасного предела. Большинство современных автомобилей обычно имеют ограничитель оборотов , который электронным способом ограничивает скорость двигателя для предотвращения повреждений. Дизельные двигатели с традиционными механическими системами впрыска имеют встроенный регулятор , который предотвращает превышение оборотов двигателя, поэтому тахометры в транспортных средствах и машинах, оснащенных такими двигателями, иногда не имеют красной линии.
В таких транспортных средствах, как тракторы и грузовики, тахометр часто имеет другие отметки, обычно зеленую дугу, показывающую диапазон скоростей, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент , что представляет основной 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, требуемой большинством навесного оборудования с приводом от ВОМ. Во многих странах тракторы должны иметь спидометр для использования на дороге. Чтобы не устанавливать второй циферблат, тахометр транспортного средства часто маркируется второй шкалой в единицах скорости. Эта шкала точна только на определенной передаче, но поскольку у многих тракторов есть только одна передача, которая практична для использования на дороге, этого достаточно. Тракторы с несколькими «дорожными передачами» часто имеют тахометры с более чем одной шкалой скорости. Тахометры самолетов имеют зеленую дугу, показывающую расчетный диапазон крейсерской скорости двигателя.
В старых транспортных средствах тахометр приводится в действие волнами среднеквадратичного напряжения со стороны низкого напряжения ( контактный прерыватель LT) катушки зажигания , [4] , в то время как в других (и почти во всех дизельных двигателях , которые не имеют системы зажигания) скорость двигателя определяется частотой с выхода тахометра генератора . Это происходит от специального соединения, называемого «AC tap», которое представляет собой соединение с одним из выходов катушки статора перед выпрямителем. Существуют тахометры, приводимые в действие вращающимся кабелем от приводного устройства, установленного на двигателе (обычно на распределительном валу ), - обычно на простых дизельных машинах с базовыми или отсутствующими электрическими системами. В последних EMS, установленных на современных транспортных средствах, сигнал для тахометра обычно генерируется от 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 оборудовано датчиком и проводит «тахометрические прогоны», которые регистрируют данные о движении. Эти данные заменяют или дополняют данные детектора контуров . Для получения статистически значимых результатов требуется большое количество прогонов, а смещение вносится временем суток, днем недели и сезоном. Однако из-за стоимости, расстояния (более низкая плотность детекторов контуров снижает точность данных) и относительно низкой надежности детекторов контуров (часто 30% или более из них не работают в любой момент времени) тахометрические прогоны остаются обычной практикой.
Устройства измерения скорости, называемые по-разному «генераторами импульсов колес» (WIG), генераторами импульсов, датчиками скорости или тахометрами, широко используются в рельсовых транспортных средствах. Распространенные типы включают оптоизоляторные щелевые дисковые датчики [5] и датчики Холла .
Датчики Холла обычно используют вращающуюся цель, прикрепленную к колесу, коробке передач или двигателю. Эта цель может содержать магниты или может быть зубчатым колесом. Зубцы на колесе изменяют плотность потока магнита внутри головки датчика. Зонд устанавливается головкой на точном расстоянии от целевого колеса и обнаруживает зубцы или магниты, проходящие мимо его поверхности. Одна из проблем этой системы заключается в том, что необходимый воздушный зазор между целевым колесом и датчиком позволяет железной пыли из нижней части рамы транспортного средства скапливаться на зонде или цели, препятствуя его работе.
Датчики оптоизолятора полностью закрыты для предотвращения проникновения из внешней среды. Единственными открытыми частями являются герметичный штекерный разъем и приводная вилка, которая прикреплена к щелевому диску изнутри через подшипник и уплотнение. Щелевой диск обычно зажат между двумя печатными платами, содержащими фотодиод , фототранзистор , усилитель и фильтрующие схемы, которые вырабатывают выходную последовательность прямоугольных импульсов, настроенную в соответствии с требованиями клиентов к напряжению и импульсам на оборот. Эти типы датчиков обычно обеспечивают от 2 до 8 независимых каналов вывода, которые могут быть опробованы другими системами в транспортном средстве, такими как системы автоматического управления поездом и контроллеры движения/торможения.
Датчики, установленные по окружности диска, обеспечивают квадратурно-кодированные выходные данные и, таким образом, позволяют компьютеру транспортного средства определять направление вращения колеса. Это является юридическим требованием в Швейцарии для предотвращения отката при трогании с места. Строго говоря, такие устройства не являются тахометрами, поскольку они не обеспечивают прямого считывания скорости вращения диска. Скорость должна быть получена извне путем подсчета количества импульсов за период времени. Трудно окончательно доказать, что транспортное средство неподвижно, за исключением ожидания определенного времени, чтобы убедиться, что больше не будет импульсов. Это одна из причин, по которой часто существует временная задержка между остановкой поезда, как это воспринимается пассажиром, и открытием дверей. Устройства с щелевыми дисками являются типичными датчиками, используемыми в системах одометров для рельсовых транспортных средств, таких как те, которые требуются для систем защиты поездов — в частности, Европейской системы управления поездами .
Помимо измерения скорости, эти датчики часто используются для расчета пройденного расстояния путем умножения числа оборотов колеса на длину его окружности.
Их можно использовать для автоматической калибровки диаметра колеса путем сравнения числа оборотов каждой оси с эталонным колесом, измеренным вручную. Поскольку все колеса проходят одинаковое расстояние, диаметр каждого колеса пропорционален числу его оборотов по сравнению с эталонным колесом. Эту калибровку необходимо выполнять при движении накатом с фиксированной скоростью, чтобы исключить возможность проскальзывания/скольжения колес, вносящих ошибки в расчеты. Автоматическая калибровка этого типа используется для генерации более точных сигналов тяги и торможения, а также для улучшения обнаружения проскальзывания колес.
Слабость 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 высоким показателям ошибок, если колеса проскальзывают или скользят. Чтобы компенсировать это, вторичные входы одометрии используют доплеровские радары под поездом для независимого измерения скорости.
В аналоговой аудиозаписи тахометр — это устройство, измеряющее скорость аудиоленты при ее прохождении через головку. На большинстве аудиомагнитофонов тахометр (или просто «тахометр») — это относительно большой шпиндель около блока головок ERP, изолированный от шпинделей подачи и приема натяжными роликами.
Во многих регистраторах шпиндель тахометра соединен осью с вращающимся магнитом, который индуцирует изменяющееся магнитное поле на транзисторе с эффектом Холла . Другие системы соединяют шпиндель со стробоскопом , который чередует свет и темноту на фотодиоде .
Электроника привода магнитофона использует сигналы от тахометра, чтобы гарантировать, что лента воспроизводится с правильной скоростью. Сигнал сравнивается с опорным сигналом (либо кварцевым кристаллом , либо переменным током от сети ). Сравнение двух частот управляет скоростью перемещения ленты. Когда сигнал тахометра и опорный сигнал совпадают, говорят, что перемещение ленты «на скорости». (До сих пор на съемочных площадках режиссер кричит «Roll sound!», а звукорежиссер отвечает: «Sound speed!» Это пережиток тех дней, когда записывающим устройствам требовалось несколько секунд, чтобы достичь регулируемой скорости.)
Идеально отрегулированная скорость ленты важна, поскольку человеческое ухо очень чувствительно к изменениям высоты тона, особенно внезапным, и без саморегулирующейся системы управления скоростью ленты по головке высота тона может дрейфовать на несколько процентов. Этот эффект называется вау -и- флаттер , и современная кассетная дека с тахометрической регулировкой имеет вау-и-флаттер 0,07%.
Тахометры приемлемы для высококачественного воспроизведения звука, но не для записи синхронно с кинокамерой . Для таких целей необходимо использовать специальные записывающие устройства, которые записывают пилот-тон .
Сигналы тахометра можно использовать для синхронизации нескольких ленточных машин, но только если в дополнение к сигналу тахометра передается сигнал направления, сообщающий подчиненным машинам, в каком направлении движется главная машина.