Obr.1 Kapesní mini-otáčkoměr.Měření otáček
Tento článek by měl pomoci všem, kteří si setkali s problematikou měření otáček v modelářské praxi, ale její řešení nějak přesáhlo jejich osobní zkušenosti, či dříve získané teoretické předpoklady.
Kolik otáček má vrtule, lodní šroub nebo jiná rotující část modelu je jedním z nejdůležitějších údajů, které je mnohdy potřeba znát. Z něj je odvozená účinnost pohonu, či bezpečnost, související s maximální hodnotou otáček pro vrtule, je doslova životně důležitá. Měřit otáčky lze mnoha způsoby, tímto článkem by měl zájemce získat přehled o možném řešení této problematiky snadno dostupnými prostředky. Každé řešení bude popisováno jak z hlediska funkce, tak z hlediska ceny, získaného komfortu měření, přesnosti a potřebné investice v podobě peněz a tvůrčí invence uživatele.
Malé, pěkné, ale drahé..
Prvním řešením je koupit hotový přístroj, a tím eliminovat jakékoli další požadavky na čas, zručnost nebo odbornou erudovanost zájemce o toto měření. Jednou z nejvhodnějších mašinek pro modeláře, zejména letecké, je výrobek dodávaný firmou Conrad1), jenž má zastoupení i u nás, v České republice. Jedná se o otáčkoměr s katalogovým číslem 12 87 16-62, malý ruční přístroj s LCD displejem, napájený dvěma knoflíkovými články LR 44.
Obr.1 Kapesní mini-otáčkoměr.
Měřící rozsah je od 120 do 99 999 ot/min. Pro dvojlistou vrtuli je tato hodnota dělena dvěma, pro trojlistou třemi, a při měření čtyřlisté vrtule je rozsah měření 30 až 28 500 ot/min. Měření je založeno na optickém principu, bez použití vnějšího zdroje světla. Stačí tedy okolní osvětlení v přírodě. (Avšak pozor na umělé osvětlení, toto osvětlení žárovkami, či zářivkami, bude považováno za „otáčení“, a tak nám na displeji žárovky či zářivky ukáží, „jak rychle se v nich cukají elektrony tam a zpět“ 50x za sekundu, 50Hz x 60 = 3000 ot.min. To číslo na obrázku otáčkoměru asi taky není čistě náhodné...).
Takže, je to malé, skladné, moc to nepapá, a tím pádem to bude něco stát. Tušíte správně, slušná muzika si žádá dobré peníze. V tomto případě si stačí nachystat 49,95DM (vzhledem ke kursovým změnám neuvádím cenu v korunách). Navíc je marka u Conrada přepočítávána až 25,-Kč za 1 DM, což jistě potěší. Další informace lze získat na www adrese Conrad elektronic2).
Co nejlevněji...
Pokud má zájemce o otáčkoměr alespoň minimální znalosti z elektrotechniky, stačí, když rozezná kladný a záporný pól na baterii, lze celé měření pořídit značně levněji. Známý výrobce modelářské elektrotechniky a modulů BEL3) dodává doplněk pro měření otáček, jako modul k digitálnímu multimetru obr.2. Stačí připojit 9V baterii a propojit výstupní kontakty desky modulu s digitálním voltmetrem.
Obr.2 Modul otáčkoměru od BEL.
Jeho popis a schéma bylo uveřejněno v časopise MHM 1/98. Jde o malou desku 45x35mm, osazenou součástkami optického snímače, zesilovače a tvarovačem impulsů, vzniklých přerušováním světla otáčením měřeného předmětu. Cena je velmi příjemná, 200,-Kč + poštovné. Nelze jen sečíst cenu součástek, vezměte si kolik bude stát deska plošných spojů, osazení, pájení etc.
Modul je vybaven patentním kontaktem sloužícím k připojení destičkové, 9V baterie. Jeho rozměr se také s touto baterií kryje, a lze tak snímač s baterií spojit do kompaktního celku a na modulu jej pomocí zkratovací propojky vypínat. Nevýhodou je, že připojený multimetr bude ukazovat správně pouze hodnoty u dvojlisté vrtule, u jiných se musí údaj přepočítávat. Maximální otáčky jsou stanoveny na 20 000 ot./min, s rozlišením 10 ot./min. Převodní konstantou je 100 ot./min. na 1 mV.
Vzhledem k tomu, že nejjednodušší digitální multimetry dnes stojí kolem 250,- Kč, je cena za celou měřící sestavu více než příznivá. Nehledě k faktu, že digitální multimetr je dnes skoro běžným domácím přístrojem, uloženým v šuplíku snad i zahrádkáře. Na obr.3 je modul otáčkoměru s destičkovou baterií a cenový Low End DMM v akci.(Vrtule se opravdu točí těmi 9 480 ot/min, ale rychlost uzávěrky fotoaparátu to nedovolí zobrazit.)
Obr.3 Modul BEL a levný multimetr v
akci.
Vlastní konstrukce...
Výše uvedený modul lze také využít ke konstrukci samostatného, jednoúčelového přístroje. Modul lze vestavět spolu s baterií a modulem digitálního voltmetru do vhodné krabičky, doplnit spínač, popřípadě tlačítko, pokud má modul voltmetru podsvětlený displej, a je to hotovo.
Pokud však chceme k napájení otáčkoměru použít jednoduché napájení pomocí jedné baterie 9V, je potřeba použít digitální modul voltmetru s interním zdrojem napětí –5V. Tento modul lze opět snadno získat z katalogu Conrad. Je jím obj.č. 12 11 42-61 za 29,95DM (v českém katalogu 799,-Kč, obr.4). Modul má rozměry 24x48 mm a výšku písma 10 mm. Za stejnou cenu lze koupit i větší modul o rozměrech 36x72 mm s číslicemi vysokými 14 mm.
Obr.4 Modul voltmetru Conrad s podsvětlením
a zdrojem -5V.
Na obr.5 je celý hotový otáčkoměr. Výhodou tohoto řešení je kompaktnost a tím pádem snadná manipulace, jednoduché napájení, malá spotřeba a vynikající čitelnost ve zhoršených podmínkách. Tento aspekt zmiňuji úmyslně, neboť měření při umělém osvětlení je možné pouze v zastíněném prostoru, kdy snímač je osvětlen „stejnosměrným“ osvětlením. Prostě na něj musíme svítit baterkou - ruční svítilnou. Přímý dopad světla modulovaného střídavým elektrickým proudem by ovlivnil nežádoucí chybou měření.
Cena za digitální modul se může někomu zdát v porovnání s cenou celého multimetru poněkud přemrštěná. Pokud nám nebude vadit přítomnost dvou destičkových baterií v krabičce otáčkoměru, a tedy i trochu větších rozměrů a hmotnosti, lze použít běžný modul voltmetru, buď jako stavebnice za cca 299,- Kč od EZK4) typ PMV 7106 nebo od Conrada za 319,- Kč hotový modul DVM210 k.č. 12 65 94-61. Napájení 9-12V, spotřeba 1mA.
Obr.5 Hotový otáčkoměr s DVM modulem Conrad.
Desku plošného spoje jsem překreslil pro přímé napojení na konektor digitálního modulu a samotný optický senzor byl převeden do SMD podoby. Díky tomu je i v poměrně malé krabičce spousta místa. Vše na obr.6.
Obr.6 Senzor v SMD provedení a vnitřní uspořádání otáčkoměru.
Odběr proudu celého otáčkoměru je opravdu malý, pouhé 3mA, pokud si podsvítím displej tak odběr stoupne na 33mA. Destičková 9V baterie asi zajde stářím a samovybíjením, než vyčerpáním své energetické kapacity. Je připojena patentkou s bočním vývodem a celá mašinka drží pohromadě jedním vrutem. Kromě měření otáček lze také zkontrolovat funkci například dálkového ovladače k televizoru. Halogenové osvětlení se zdroji 12V bez železa - t.j. s elektronickým měničem s FET tranzistory 220/12V, jsou pro osvětlení pracoviště při měření otáček nejvhodnější, neboť neovlivňují měření blikáním s frekvencí 50Hz.
Bez kompromisů...
Nejkomfortnějším řešením této problematiky je možnost použít k vyhodnocení signálu získaného z modulu optického snímání otáček některý z procesorových čítačů od našeho kolegy, modeláře známého pod značkou MZ5). V časopisech Praktická elektronika – Aradio, byl v 5/97 uveřejněn návod na stavbu šestimístného čítače s měřením otáček do 100 000 ot./min. s dělitelem 1,2,3 a 4 a možností mnoha dalších měření. To vše napájeno 5V s odběrem od 60 do 120mA. S rozměry 100x64x39mm je to ideální adept na vestavbu do malé skřínky – obr.7.
Obr.7 Hotový čítač s LED displejem ze stavebnice MZ.
Výhodou je relativně nízká cena, stavebnice stojí komplet 999,-Kč, samotný procesor jen 500,-Kč. Za tuto cenu získáte přístroj, který dříve stával až 10 000,- Kč. Jeho novější variantou je konstrukce z časopisu PE čísla 3 a 4/99 s alfanumerickým LCD displejem s jedním nebo dvěma řádky a mezním kmitočtem 1,3 GHz – obr.8.
Obr.8 Čítač s LCD displejem.
To je však již značný luxus, a tak přístroj měřením otáček budeme, vzhledem k jeho schopnostem, zřejmě značně nudit. Pokud je ale měření kmitočtů, period, počtu pulsů, a jiných elektrických kmitavostí pro někoho denním chlebem, je cena 1500,- Kč za mašinku s komunikačním portem RS232 a schopností měřit hodnotu kapacity důvodem k optimistickému úsměvu.
Rekonstrukce modulu optického snímače do SMD podoby je již nachystána na vestavbu do letícího modelu, kde se získaný údaj otáček spolu s mnoha dalšími (napětí, proud, teploty, výška) ukládají do paměti záznamníku a po přistání je lze přenést do programu MS Excel v osobním počítači k dalšímu vyhodnocení. O tom však až někdy příště, tedy, pokud bude zájem.
Petr Sysala info@sysala.cz
Použité odkazy:
