4.6 数字转速测量仪.doc

4.6 数字转速测量仪数字转速测量仪是用于测量转动物体旋转速度的一种仪器。在工农业生产以及日常生活中被广泛应用。如在工业生产中对生产出的电动机产品进行转速检测，在交通运输业中，对内燃机车、汽车、摩托车发动机的转速测量，以及通过对转速测量值的略加运算即可求出内燃机车、汽车、摩托车的运行速度等。在日常生活中，我们常见的电动助力车中就有转速测量仪。因此，本课题非常贴近实际，极具实用价值，制作本课题对培养或提高学生的实践能力和专业技能很有帮助，具体如下： 1掌握霍尔器件的工作原理与应用方法。 2学会怎样将被测物理量转变成能被数字电路处理的脉冲信号的方法。 3学会设计简单数字测量系统的方法。 4掌握简单的数字测量系统的调试方法。 一、设计原理 欲测旋转物体的转速，首先需解决信号采样，即怎样才能将被测物的转速变成能被数字电路处理的脉冲信号，现选用霍尔传感器来实现这一转变。霍尔传感器主要依据霍尔效应制成，其内部电路框图如图4-6-1所示。外形类似塑封晶体管，如图4-6-2所示。应用电路如图4-6-3所示。工程安装示意如图4-6-4所示。 工作过程是：在被测的旋转物体上安装一块磁铁，在磁铁的附近约1mm2mm处(需微调）放置霍尔元件器件，但无需接触，并按图连接好电路。当物体旋转后，其上磁铁每经过一次霍尔元件，霍尔器件的输出端就会有一个符合要求的脉冲输出。这样，只要在单位时间内计量出脉冲的个数，就可知物体的转速。 一个转速测量系统应包含下列几部分电路： (1)能产生标准单位时间的电路。 (2)能计量霍尔器件输出脉冲个数的电路。 (3)能显示计量值电路。 (4)能进行量程转换的电路。 (5)能控制各部分按测量、显示、清零这一流程自动且周而复始工作的电路。 现针对这五个部分作简单阐述。 1产生标准单位时间的电路 需要产生两个标准的单位时间：一个是1s，另一个是1min。秒信号发生器在以往的实验中已出现过多次。将秒信号60分频即可得到周期为1 min的信号。60分频电路可用两片74LS161实现。 2计量霍尔器件输出脉冲个数的电路 为了符合日常计数习惯，计数器采用十进制，可用多片74LS161经变模后构成，每位的模M=10。 3显示计量值电路 这部分电路在实验中已有多处应用实例。实际只需在每个十进制计数器之后配上译码和显示电路即可。 4进行量程转换的电路 这部分电路功能是进行1s或1min量程转换，即以每秒钟多少转进行测量，还是以每分钟多少转进行测量。在数字电路中，可用数据选择器在秒周期信号和分周期信号中作出选择，控制计数闸门。 5控制部分 这部分的原理框图如图4-6-5所示。控制部分要完成的工作是：(1)使受控门开启1s或1min，在开启时间内允许霍尔器件的输出脉冲通过，否则将被禁止。(2)当受控门关闭后，将显示测量值，但要控制显示时间的长短。控制时间应设置在使用者有足够的时间读取完成四位测量值为宜。（3）对计数器清零，准备下次测量。控制器时序图参见图4-6-6。当各部分设计完之后，其总体电路就是各部分电路的正确组合。图4-6-7是总体原理图，图中采用四位十进制显示，故转速测量范围为：（19999）转/s或转/min。图4-6-8是总体时序图。二、课程设计任务1理解转速测量仪的原理。2设计完成各部分电路及总体电路。3连接、安装电路。4调试电路。5调试完成后，写出设计报告。三、设计报告要求1设计要求及技术指标。2设计思想及原理。3一总体设计、各部分设计、工艺设计及器件选用。4电路框图及具体电路图。5调试步骤。6调试中所遇问题及解决方法。7对最终成品的自我评价。8感想、体会和设想。四、思考题1试选择其他方法来实现将旋转的机械量变为电量信号（可参照机械鼠标）。2试用其他方式对转速测量仪的控制部分进行再设计。五、实验仪器及主要器件1仪器双踪示波器 l台直流稳压电源 l台脉冲信号发生器 l台万用表 1只