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高精度转速表设计

编辑:金沙官网        发布日期:2018-05-24        点击量:614

转速测量在工业领域得到一般应用,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。

高精度转速表设计

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。

 

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。

文中所先容的方法是周期法,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,测量偏差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,可使用定时方式方法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。

 

偏差分析与分频系数的确定

1、转速测量的偏差

1)测速齿轮加工工艺的偏差

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偏差,与量化±1偏差相比基本可以忽略。玻璃仪器检测量具:滴定管、量筒、量杯、分度吸管。

2)振荡器频率的时基偏差

时基偏差由晶振精度决定,一般来说也比量化±1偏差小得多。

3)量化±1偏差

E=(1/N)×100%

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

2、分频系数

若最大转速为10000 r/min,则选分频系数n=2,16,128时,可获得E<0.02%的精度;当测量频率信号,E<0.05%时,选n=2,32,512,4096,最高频率测量值可达1MHz.若想测得更高频率,只需再串接一分频器既可。考虑到模拟开关等的延时偏差及测量现场的干扰等因素,还应在App中加入App滤波程序。

 

App构成

该App设计的关键在于精确测得频率信号的周期值

 

结束语

文中先容了一种用普通器件构成高精度转速表的方法,也可扩展到测量频率及其他以频率为信号的工业参数。随着智能仪表越来越广泛的应用,本方法具有比较高的推广价值,该转速表已得到较好的实际应用。

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