高精度转速表设计

　　1　引言

　　转速测量在工业领域得到广泛应用,按照不同的理论方法先后产生过模拟测速法、同步测速法以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。

　　2　系统组成

　　整个测速系统的组成框图如图1所示,采用普通磁电式传感器从60齿测速齿轮上测得60周期/r的近似正弦波信号,经整形电路整形为矩形波,光耦将传感器可能引入的干扰信号与数字电路隔离,分频器、模拟开关、80C31组成自动量程切换开关,测量结果送LED显示。

　　3　工作原理

　　由于采用60齿测速齿轮测速,所以转速的测量实际上就是信号频率的测量,测量的方法有两种:一种是频率测量法,计单位时间内的脉冲数,如100 ms内计数为N,则f=10N,该法较适合于高频信号的测量。另一种是周期法,在信号占空比为50%时,测得其半个周期所需的时间t,则f=1/2t.该法较适合低频信号,且测量时间不固定,频率越高所用的时间越少,读数亦越小。

　　文中所介绍的方法是周期法,为了解决高频段的矛盾,采用了4040分频器,通过80C31与4052模拟开关组成了智能量程切换开关。

　　4040分频器最大可实现4096分频,即fout=fin/4096。与4052四选一模拟开关配合,根据实际需要选择分频系数n(最多4个),fout=fin/n,控制信号A、B来自80C31。分频系数n=2,16,128时,测量误差E<0.02%,最大转速可达12800r/min.如图2所示,80C31的INT1与T1配合使用,可使用定时方式1(16位计数器)。当GATE=1时,由INT1控制计数,当振荡器为12M时,定时脉冲宽度为1μs,输入16位计数器。在INT1外接频率信号0→1开始计数到1→0停计,计数器读数N,则信号1/2周期的时间t=N(μs).若分频系数为n,则频率f为

　　所以,转速v=f与计数值N成反比。

　　4　误差分析与分频系数的确定

　　4·1　转速测量的误差

　　4·1·1　测速齿轮加工工艺的误差

　　由于测速齿轮的加工工艺直接影响信号波形的占空比,因此信号经过分频后基本可以消除这部分误差,与量化±1误差相比基本可以忽略。

　　4·1·2　振荡器频率的时基误差

　　时基误差由晶振精度决定,一般来说也比量化±1误差小得多。

　　4·1·3　量化±1误差

　　 E=(1/N)×100%

式中:N为实际测量值(与转速成反比)。所以N越小,误差越大。即转速越高,误差越大。当N>2000时,E<0.05%。

　　4·2　分频系数

　　表1为在不同分频系数下满足不同精度最大最小转速表。