ВИНТ НА КОНТРОЛЕ

При отработке винтомоторных установок аэросаней, мотодельтапланов, самолетов, а также авиамоделей конструктору требуется знать точные значения ряда параметров. И самое главное — частоту вращения воздушного винта. Это необходимо и при форсировке двигателей, и при подборе пропеллера. Частота вращения является также одним из основных параметров в процессе эксплуатации мотора: по величине этого параметра можно объективно судить о надежности работы двигателя.

Во многих случаях «привязать» к винтомоторной установке какой-либо из стандартных тахометров просто невозможно: Ну а когда дело касается модельных двигателей, то контактные замеры могут настолько исказить их работу, что о каких-либо тонкостях регулировки уже не может быть и речи.

Предлагаю вниманию читателей бесконтактный электронный тахометр, предназначенный для измерения частоты вращения воздушного винта без использования каких-либо механических связей датчика с валом двигателя.

Тахометр состоит из двух основных частей — датчика и частотомера (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема тахометра:

1 — датчик, 2 — частотомер, 3 — индикатор, 4 — калибратор.

Датчик вырабатывает импульсные сигналы, следующие с частотой, кратной скорости вращения винта. Кратность при этом определяется количеством лопастей. Для данного тахометра можно использовать два типа датчиков: электростатический и оптический.

Разработанный специально для описываемого прибора электростатический датчик преобразует заряд накапливающийся на лопастях вращающегося винта при трении о воздух, в импульсное напряжение. Для этого в датчике имеется чувствительный элемент (рис. 2) — узкая, из металлической пластины или проволоки антенна, устанавливаемая параллельно плоскости вращения винта.

Рис. 2. Принцип работы электростатического датчика (а) и оптического датчика (б). На рисунке цифрами показано:

1 — воздушный винт, 2 — чувствительный элемент (антенна) электростатического датчика, 3 — усилитель, 4 — источник света, 5 — светоприемник с чувствительным элементом оптического датчика, 6 — усилитель.

При прохождении заряженных лопастей мимо антенны в ней будет наводиться переменное напряжение, частота которого будет определяться выражением (K*N)/60, где К — количество лопастей винта, N — частота вращения винта (об/мин).

Антенна электростатического датчика является источником низкого (порядка единиц милливольт) напряжения с очень высоким внутренним сопротивлением, равным сопротивлению изоляции. Для обеспечения нормальной работы частотомера это напряжение подводится к усилителю с высоким входным сопротивлением (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема электростатического датчика.

Высокое входное сопротивление достигается применением согласующего каскада, являющегося комбинацией потокового повторителя на полевом транзисторе VT1 и эмиттерного повторителя на биполярном транзисторе VT2. Операционный усилитель DA1 обеспечивает усиление сигналов до уровня, достаточного для работы частотомера.

Оптический датчик состоит из источника света, чувствительного элемента — фотодиода или фоторезистора — и усилителя.

Источник света и чувствительный элемент располагают так, чтобы луч проходил через плоскость винта. При вращении лопасти периодически пересекают луч, падающий на включенный между базой и эмиттером чувствительный элемент (рис. 4), периодически изменяя его сопротивление и тем самым образуя на базе транзистора переменное напряжение.

Рис. 4. Принципиальная схема оптического датчика.

Полученные импульсы усиливаются двухкаскадным усилителем до величины, достаточной для работы частотомера.

Частотомер преобразует полученные отдатчиков импульсы в постоянный ток, пропорциональный частоте следования импульсов. Его основным элементом является ждущий мультивибратор на транзисторах VT5 и VT6 (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная схема частотомера.

При поступлении на ждущий мультивибратор сигналов с датчиков он вырабатывает импульсы постоянной длительности, определяемой только величинами резисторов и емкостей схемы.

При вращении винта на выходе ждущего мультивибратора образуется последовательность импульсов с постоянной амплитудой и длительностью, частота следования которых пропорциональна скорости вращения винта.

Полученная импульсная последовательность содержит постоянную составляющую, величина которой зависит от так называемой скважности — отношения периода следования импульсов к их длительности, то есть и от скорости вращения винта.

Постоянная составляющая выделяется интегрированием импульсной последовательности. Интегрирующим элементом является стрелочный прибор РА1, служащий одновременно и для индикации скорости вращения винта. В данном случае была использована магнитоэлектрическая головка на 100 мкА с добавочным резистором R22. Может быть применен и более грубый прибор. Переменный резистор R21 используется при калибровке тахометра. Для развязки интегратора и ждущего мультивибратора используется эмиттерный повторитель на транзисторе VT7.

Питание прибора осуществляется от батарей или от выпрямителя с напряжением 9,5 В.

При изготовлении тахометра может быть принято любое конструктивное исполнение, но наиболее целесообразной представляется конструкция в виде двух блоков — датчика и частотомера с индикатором, связанных между собой трехпроводным кабелем.

Электростатический датчик должен тщательно экранироваться. Антенна датчика может быть выполнена из отрезка медной проволоки, узкой полоски латуни или фольгированного стеклотекстолита. При проведении измерений она должна располагаться параллельно плоскости вращения винта на расстоянии, обеспечивающем нормальную работу прибора.

Для повышения точности измерения скорости вращения винта перед началом работы необходимо проводить калибровку тахометра, для чего в его состав введен калибратор (встроенный или выносной). Калибратор представляет собой мультивибратор (рис. 6), генерирующий короткие импульсы, частота следования которых определяется величинами резисторов R24, R25 и емкостей C6, C7 и выбирается, исходя из диапазона измеряемых скоростей. Для достаточной точности измерений калибровку нужно проводить в двух-трех точках диапазона скоростей. При этом необходимые частоты следования импульсов для двухлопастного винта определяются выражением f=N/30.

Рис. 6. Принципиальная схема калибратора и таблица значений R25 для калибровочных точек.

В таблице (см. рис. 6) приведены значения резисторов R24 и R25 для различных скоростей вращения винта. Точная установка частоты осуществляется подстроечyым резистором R30, при этом контроль установки частоты проводится с помощью высокоточного цифрового частотомера.

Получить несколько значений частоты можно путем ступенчатого изменения резисторов R24 и R25 или применением нескольких генераторов.

В. ЕВСТРАТОВ, инженер