Тахометр. Виды и устройство. Применение и найти неисправность

Тахометр – это измерительное устройство используемое для определения частоты вращения подвижных деталей в механизмах и агрегатах. Обычно результаты его замеров вычисляются количеством оборотов в минуту. Устройство используется в автомобилях, мотоциклах, тракторах, комбайнах, морских и речных судах, самолетах, вертолетах и прочей технике с двигателем внутреннего сгорания. Его наличие позволяет контролировать пределы нагрузки в работе мотора, для увеличения его срока службы.

Зачем нужен тахометр в автомобиле

Устройство можно встретить на приборной панели практически каждого автомобиля за редким исключением. Оно используется водителем для контроля за работой двигателя. Дело в том, что эксплуатация мотора на повышенных оборотах несет опасность его повреждения. Следя за тахометром можно регулировать нажатие педали газа таким образом, чтобы коленвал оборачивался в безопасном режиме.

Наличие тахометра в автомобиле обеспечивает:

• Продления срока эксплуатации мотора.
• Оптимизацию расхода горючего.
• Выбор правильного режима езды в зависимости от нагрузки.
• Исключение ударного воздействия на трансмиссию при переключении передач.

Тахометры автомобилей имеют цифровую шкалу, последние числа и деления на которой отмечены красным цветом. Так на приборе выделяются критические обороты для данного двигателя. При достижении такого рабочего уровня коленчатый вал вращается на придельной для мотора скорости. Это сопровождается ускорением нагрева и увеличением вибрации, что способно вывести из строя поршневую группу, клапана, ГРМ и т.д. Глядя на тахометр, водитель может предотвратить такую нагрузку и вовремя перейти на более высокую передачу, сбросив при этом педаль газа.

После определенного предела оборотов, разного для каждого двигателя, тот начинает более интенсивно сжигать горючее. Контролируя вращение коленвала по тахометру, можно не допускать режим работы, при котором автомобиль начнет потреблять больше топлива.

С помощью тахометра подбираются оптимальные обороты двигателя для начала движения или подъема под гору. От этих данных зависит и удачный момент для переключения между передачами.

Показания тахометра особенно важны при вождении автомобиля с прицепом. В технической документации к машине можно увидеть информацию такого рода «120 лошадиных сил при 3500 об/мин». При достижении именно такого вращения коленвала можно добиться от двигателя самого высокого тягового усилия. То есть, двигаясь под гору в режиме 3500 об/мин, а не больше, можно безопасно для двигателя вытянуть нагрузку.

В автомобилях без тахометра контролировать нагрузку на двигатель приходится на слух, что при достаточной звукоизоляции салона сложно. Водителю нужно определять усиление по реву двигателя и только в этот момент переходить на более высокую передачу.

Устройство и виды тахометров

Главной частью прибора является датчик, установленный непосредственно возле коленчатого вала. Он считывает частоту вращения коленвала и с помощью электрических импульсов или механических связующих передает информацию на панель.

Существует 3 типа тахометров:

1. Механические.
2. Аналоговые.
3. Цифровые.

От датчика зависит точность измерения оборотов. Он фиксирует угловое положение коленвала в определенный момент времени. Обычно его устанавливают возле маховика.

Механический тахометр

Это самое простое устройство, которое уже не используется. Его еще можно встретить на старых авто и мотоциклах. В основе конструкции предусматривается использование тросика, который подключается к распредвалу или коленвалу. Его задача заключается в передаче крутящего момента на приемный механизм устройства, связанный со стрелкой. Отклонение последней на определенный угол и позволяет определять фактические обороты в текущий момент.

Такие устройства применялись на старых низкооборотистых двигателях, поэтому цена их деления обычно составляла всего 250 оборотов в минуту. Главный недостаток подобных приборов в их низкой точности, что связано со спецификой передачи — применением тросика. Поскольку тот состоит из витой проволоки, то может скручиваться. Это приводит к неправильному вычислению передаточного момента шестеренок. Уровень погрешности механических тахометров может достигать 500 оборотов в минуту. Также существенным недостатком является изнашивание тросика. Чем дольше он используется, тем выше становится погрешность. При его перетирании процесс замены сопровождается целым рядом трудностей.

Аналоговый

Такое устройство является более современным, но тоже уже практически не устанавливается на современные автомобили. Его можно встретить на почти всех старых машинах возрастом от 20 лет. Аналоговый тахометр внешне очень похож на механический. Он также имеет циферблат со стрелкой, которая указывает на количество оборотов. При этом отличается сам механизм связи между стрелкой и датчиком на коленвале.

Прибор состоит из четырех главных деталей:

• Магнитная катушка.
• Датчик.
• Размеченная шкала оборотов.
• Стрелка.

Установленный на коленчатом вале датчик считывает количество его оборотов. В результате формируется электрический сигнал, передаваемый по проводам на катушку. Та под воздействием магнитного поля отклоняет стрелку, указывающую на шкалу. Фактически повторяется устройство практически каждого аналогового измерительного прибора, используемого в автомобилях и авиации.

Аналоговые устройства намного надежнее механических, хотя они также имеют погрешность до 500 оборотов в минуту. Однако в их конструкции отсутствует слабый тросик. Кроме этого установка аналогового тахометра происходит намного проще, поскольку в отличие от троса, провода возможно прокладывать под любыми углами. Это позволяет выводить тахометры в любое место на панели приборов, даже если двигатель располагается в задней части авто.

Цифровой

Это современный тахометр, работающий с погрешностью до 100 оборотов в минуту. Датчик устройства подсчитывает количество оборотов и передает их на основную часть устройства в виде многочисленных сигналов. На приборной панели автомобиля количество сигналов отображается как обороты.

Основными составными частями цифрового тахометра являются:

• Процессор.
• Восьмиразрядный АЦП.
• Датчик.
• Экран.
• Оптрон.
• Электронная плата.

Результаты измерения оборотов двигателя в цифровом тахометре отображаются на дисплее. Это могут быть просто цифры или стилизованный циферблат со стрелкой. При выключенном зажигании тахометр выглядит как темный экран.

Определение неисправности тахометра

Единственным признаком того, что устройство перестало работать, являются скачки показаний оборотов двигателя на холостом ходу. Также симптомом неисправности является положение стрелки на нулевой отметке даже во время нажатии педали газа. Второй симптом это явная неисправность тахометра. Скачки же оборотов могут быть вызваны и неправильной работой системы зажигания или плохим качеством горючего.

Основной причиной неисправности обычно выступает плохой контакт электроцепей прибора. Для устранения поломки разбирается и прочищается вся контактная группа. С помощью тестера проверяются провода тахометра. На работоспособность прибора могут влиять незначительные дефекты, поэтому даже малейшие следы коррозии на контактной группе удаляются. При необходимости нужно поджать места подключения контактов проводов. Также следует проверить массу электропроводки. Если она плохая, то наблюдаются сбои с работой не только тахометра, но и прочих электроприборов. Если тахометр после проверки все равно продолжает работать плохо, то проверяется контактная группа на трамблере.

Существуют и другие способы устранения неполадок, но для их диагностики необходимо наличие специализированного оборудования, которого у обычного автовладельца просто нет. Зачастую проблемы вызваны не самим тахометром, а электропроводкой авто в целом. В таком случае покупка другого устройства никак не повлияет на ситуацию. Поэтому все равно придется обращаться к автоэлектрику в сервисный центр. Тот проверит высоковольтную проводку, сам датчик коленвала и т.д.

Виды тахометров по способу установки

В зависимости от предусматриваемого способа монтажа существуют 2 типа тахометров:

Штатные являются стандартными устройствами, которые устанавливаются на приборную панель автомобиля и прочей техники еще на конвейере. Они имеют свои персональные размеры, поэтому тахометр с одного авто редко когда подойдет к другому. На шкале устройства наносятся отметки с техническими возможностями оборотов конкретного двигателя с визуальным выделением опасной зоны. Штатные тахометры самые сложные в установке, поэтому в случае их поломки замена и диагностика сопровождается необходимостью разбора всей приборной панели автомобиля. Как следствие потребуется не один час.

Выносные тахометры это внешние дополнительные приборы. Они используются для установки на транспорт, в конструкции которого изначально не предусматривается датчика оборотов. Их в основном покупают для малолитражных бюджетных авто. Те в целях экономии очень часто не имеют тахометра, что осложняет вождение машины. Выносные устройства являются бесконтактными. Обычно они работают по лазерной технологии, поэтому устанавливаются очень легко. Их конструкция предусматривает возможность закрепления на центральной консоли поблизости приборной панели.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

30.10.2011

Приборы для измерения частоты вращения

В зависимости от места установки тахометра и способа применения тахометры подразделяют на стационарные, дистанционные и ручные. По принципу действия, различают механические (центробежные), магнитные, магнитно-индукционные, электрические и электронные тахометры.

Принцип действия механических тахометров основан на использовании центробежных сил, пропорциональных квадрату угловой скорости, действующих на центробежные расходящиеся грузы (наклонное кольцо), находящиеся на валу и вращающиеся вместе с ним вокруг оси, (рис. 1, а). Чувствительным элементом является кольцо 1 на оси 2, проходящей через приводной валик 3. Кольцо нагружено спиральной пружиной 4 и связано тягой 5 с подвижной муфтой 6. При вращении валика кольцо стремится занять положение, перпендикулярное к оси вращения. Муфта через промежуточное кольцо 9 и зубчатую рейку 7 входит в зацепление с шестерней 10, на оси которой закреплена стрелка 8, движущаяся вдоль шкалы прибора (градуирована в об/мин.). Тахометр закреплен неподвижно, а вал 3 приводится во вращение через передачу от вала двигателя.

При установившемся режиме центробежная сила, действующая на вращающееся кольцо 1, уравновешивается силой действия спиральной пружины, и стрелка тахометра неподвижна. При изменении частоты вращения вала равновесие сил нарушается, вызывая разворот кольца относительно оси 2 на угол α и соответствующий разворот стрелки 8 прибора. Механические центробежные измерительные приборы обладают нелинейной статической характеристикой, поэтому их шкала неравномерная.

Периодический контроль частоты вращения и проверку стационарных тахометров производят механическим центробежным ручным тахометром (рис. 1, б), прижимая наконечник 1 к торцу вращающегося вала. В корпус 2 встроен редуктор с переключающим устройством, позволяющий менять передаточное отношение от наконечника 1 к чувствительному элементу для измерения в пяти диапазонах частоты вращения от 25 до 10000 об/мин. Переключают редуктор и устанавливают указатель 3 путем перемещения вдоль оси наконечника приводного вала при нажатой кнопке 4. В зависимости от установленного диапазона частоты вращения показания прибора определяют по одной из двух шкал.

К преимуществам механических тахометров относится высокая точность показаний, а к недостаткам — невозможность дистанционного отсчета.

Магнитоиндукционный тахометр имеет равномерную шкалу. В тахометре (рис. 2.) вращение от приводного вала 1 через конические шестерни и вал 2 передается ротору с постоянными магнитами 3, между которыми на оси 10 находится алюминиевый диск 4.

Под действием вращающегося поля магнитов в диске индуцируется электрический ток, создающий свое магнитное поле. Сила взаимодействия магнитных полей уравновешивается силой действия волосковой пружины 5, один конец которой закреплен на оси 10, а другой — в корпусе прибора.

Пропорционально частоте вращения приводного вала 1 изменяются действующие силы, разворот диска 4, оси 10 и жестко связанной с ней стрелки 7 вдоль шкалы 8.

В прибор вмонтирован магнитоиндукционный успокоитель, состоящий из алюминиевого диска 9, закрепленного на валу 10, и неподвижной системы с постоянными магнитами 6. При движении в диске 9 индуцируется ток и создается магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов. А так как сила взаимодействия этих полей направлена в сторону, противоположную движению диска, то происходит торможение колебаний стрелки прибора.

Дистанционные магнитоиндукционные тахометры

Дистанционное измерение частоты вращения основано на принципе электрической дистанционной передачи вращения вала двигателя валу магнитно-индукционного измерительного узла измерителя и преобразования частоты вращения вала в угловые перемещения стрелки измерителя.

Тахометр работает следующим образом (рис. 3): в обмотке статора 11 датчика при вращении ротора 15 возбуждается трехфазовый ток с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя. Ток по трем проводам приводится к обмотке статора 12 синхронного серводвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора измерителя пропорциональна частоте токов в обмотках фазы. Ротор двигателя измерителя вращается с частотой, синхронной вращению магнитного поля статора. На конце вала ротора двигателя укреплен магнитный узел 2 с шестью парами постоянных магнитов, между полюсами которых расположен чувствительный элемент 8. При вращении магнитного узла в чувствительном элементе индуцируются вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнитного узла создается вращающий момент чувствительного элемента. Вращающему моменту чувствительного элемента противодействует спиральная пружина 7, — один конец которой укреплен на оси чувствительного элемента, другой — неподвижен. Так как момент спиральной пружины пропорционален углу ее закручивания, то угол поворота чувствительного элемента пропорционален частоте вращения магнитного узла, и соответствует частоте вращения вала двигателя. На другом конце оси чувствительного элемента укреплена стрелка 5, показывающая по равномерной шкале 4 измерителя частоту вращения вала двигателя.

Для повышения устойчивости стрелки и улучшения отсчета показаний прибора применено демпфирование подвижной системы измерителя. При движении подвижной системы магнитный поток магнита 6 наводит в алюминиевом диске 3 вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитным полем магнитов, и в подвижной системе возникает тормозящий момент. Ротор состоит из двух постоянных магнитов 13 и трех гистерезисных дисков 14, соединенных вместе. Взаимодействие ротора с магнитным полем статора — определяется взаимодействием магнитных полей постоянных магнитов статора и гистерезисных дисков.

Электрические тахометры служат для дистанционного контроля направления и частоты вращения валов в диапазоне до 1500 об/мин. Датчиками в них служат тахогенераторы — миниатюрные генераторы переменного или постоянного тока, вырабатывающие напряжение, пропорциональное частоте вращения вала. Указателями являются магнитоэлектрические вольтметры со шкалой, градуированной в единицах частоты вращения.

В тахометре (рис. 4, а) тахогенератор 3 постоянного тока, приводимый во вращение от вала через цепной привод 2, является датчиком частоты вращения вала 1. К нему может быть подключено до восьми указателей — вольтметров 4 постоянного тока, размещенных по судну. Передаточное отношение от вала 1 к датчику определяется соотношением числа зубьев звездочек цепного привода и должно быть таким, чтобы номинальные частоты вращения вала и якоря датчика совпадали. Если при номинальной частоте вращения вала напряжение, вырабатываемое датчиком, не равно (30±0,1) В, то необходимо корректировать положение магнитного шунта. При правом и левом вращении якоря с номинальной частотой разность напряжений не должна превышать 0,1 В. В противном случае, необходимо корректировать нейтральное положение траверсы щеткодержателей.

В электрическом генераторе переменного тока 5 (рис. 4, б), ротором является постоянный магнит 7, установленный неподвижно на валу, а статором — стальные неподвижные полосы 6. Тахогенераторы постоянного тока вместо обмоток возбуждения имеют постоянные магниты. В результате большого количества ламелей коллектора и особых форм вырезов канавок вырабатывается постоянное напряжение с небольшими пульсациями, которое пропорционально частоте вращения. Преимущество датчиков постоянного тока — получение поляризованного напряжения, т. е. одновременно определяется и направление вращения; недостаток — сбои в работе коллектора. Передача от вала должна быть без скольжения (шестеренчатая, цепная). В тахогенераторах переменного тока это возможно только при наличии двух обмоток со сдвигом фаз 90°. Переменное напряжение должно быть выпрямлено в мостиковой схеме. Разность напряжений обоих гальванически разделенных контуров измеряется прибором с двумя поворотными катушками. Напряжение на выводах тахогенератора зависит от количества подключенных показывающих приборов. Поэтому в корпусе тахогенератора устанавливается нагрузочный резистор, который можно включать или выключать. Имеется также резистор для поднастройки показаний.

Для суммирования числа оборотов вала двигателя или механизма применяют специальные счетчики оборотов. Упрощенная принципиальная схема дистанционного электромеханического счетчика представлена на рис. 5.

На валу 9 жестко закреплены храповое колесо 5 и цифровой барабан 7, а цифровые барабаны 6 свободно насажены на вал. Барабаны кинематически соединены между собой так, что при полном обороте каждого из них соседний слева разворачивается на 1/10 оборота. На каждый барабан нанесены цифры от 0 до 9. Таким образом обеспечивается десятичная система отсчета. Число читается в рамке прибора 8. Колесо 5 входит в зацепление с храповиком 3, который в одну сторону перемещается под действием пружины 4, а в другую — якорем 2 электромагнитной катушки 1. Катушка получает питание Uп от сети через герметичные контакты выключателя 13. В выключателе на пластинчатой пружине с контактом закреплен постоянный магнит 12. Выключатель крепится к корпусу двигателя таким образом, чтобы между якорем 12 и стальным штифтом 10 вала 11 был установлен зазор, обеспечивающий притягивание якоря и замыкание цепи питания катушки 1.

Широко распространены магнитоуправляемые контакты (герконы). Прибор представляет собой две тонкие пермалоевые пластины с небольшим зазором между концами, впаянные в стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (в некоторых приборах колбу заполняют инертным газом). При появлении вблизи геркона магнитного поля постоянного или электрического магнита происходит взаимное притягивание (прогиб) пластин и замыкание контактов. Постоянный магнит крепится на вращающемся валу 11 вместо штифта 10.

При каждом обороте вала независимо от направления его вращения катушка 1, получив питание, втягивает якорь 2 и смещает храповик 3 на один зуб колеса 5. При обесточивании катушки храповик под действием пружины 4 смещается в первоначальное положение, разворачивает колесо 5, вал 9 и барабан 7 на 1/10 оборота, что приводит к изменению показаний счетчика на одну единицу. Через один оборот барабана 7 соседний барабан 6 разворачивается на 1/10 оборота, отсчитав 10 оборотов вала 11, и т. д.