多功能转速测量仪的研制

　　0　引言

　　转速是常见的物理量,它存在于人类周围,是人们生活中不可缺少的一部分,例如:电脑中的磁光盘机、硬盘,要求转速既高又稳定。出租汽车计价器的正确与否也与转速计量有关。转速不仅与人类生活息息相关,同时在工业生产和科学研究领域中,转速也是影响产品质量和科研成果的因素之一。

　　转速测量针对不同的被测对象分为稳态测量和瞬态测量。目前上海市计量测试研究院有能力开展20~100 000 r/min的稳态转速测量。随着科学技术的发展,试验设备的功能和性能不断的提高,现有的转速测量仪由于功能不够全面,无法满足检测要求。例如:汽车特性试验的设备是试验汽车在短时间内能达到的最高速度,这就需要对瞬态转速进行测量并描述设备的加速过程。又如为了研究电动机的启动特性就需要记录转速瞬间变化的过程。对于碰到上述问题用已有的设备就无法测量,那么研制一台能测量瞬态转速的测量仪就显得尤为必要。

　　通常在产品制造过程中,出于工艺控制的需要,低转速的应用相当广泛。最常见的是对物体表面进行涂漆的流水线,转速大多在每分钟几转,它的快慢决定了物体被涂漆的厚度和烘干的程度。所以解决低转速测量的准确度,扩大测量仪的低速测量范围也是本次课题的研究内容之一。

　　本项目研制的测量仪是依据检测人员长期工作的经验,根据试验设备的不同功能而研制。它集多种测量功能为一体,与原有的设备相比,增加了瞬态转速、低转速检测、计数、计时、测线速度和测加速度等功能。

　　1　标准装置的构成和工作原理

　　多功能转速测量仪由转速传感器、频率转速采集器和电脑组成[1]。该仪器通过转速传感器接收到旋转体贴有反射标记的发射光,经光电转换产生脉冲信号,又经由频率转速采集器整理转换成数字信号,再由计算机运算处理,装置结构如图1所示。

　　测量仪的频率转速采集器具有二路光电隔离输入,一路TTL输入和RS232通信等接入功能。其信号输入方式如图2所示。

　　图2中:Fin、Com端口接收高频信号输入,主要兼容TTL电平,频率范围为0~10MHz; S1、S2端口接收低频信号输入,主要适合于NPN-OC集电极开路输出类,以及二线制开关类传感器的匹配(输入阻抗1. 0kΩ),频率范围在0~10 kHz。

　　2　转速测量仪基本原理

　　一般转速的稳态测量可以通过测频法和测周法来实现[2]。测频法是指将转速传感器取来的信号送入频率计数器,在给定的标准时间间隔内读出脉冲数,然后计算出转速值。由于其误差来源主要是多记一个脉冲或少记一个脉冲(不考虑晶振误差),在低转速情况下这种计数带来的误差对转速测量的结果影响很大,所以测频法更适用于高转速测量。而用测周法测量情况正好相反。测周法就是将转速传感器取来的脉冲信号作为闸门信号,测量脉冲信号的周期,由于晶体振荡器提供的时钟信号相当准确,所以计时带来的误差很小,其公式如下: