劉新蘭 / 奇瑞汽車股份有限公司

智能化轉(zhuǎn)速表校準(zhǔn)方法

劉新蘭 / 奇瑞汽車股份有限公司

介紹了通常用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速性能測試的智能化轉(zhuǎn)速表的工作原理和信號處理電路，研究了智能化轉(zhuǎn)速表傳感器輸入的脈沖信號與顯示轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系，提出了智能化轉(zhuǎn)速表校準(zhǔn)方法，并通過校準(zhǔn)實驗驗證了校準(zhǔn)方法的有效性。

智能化轉(zhuǎn)速表；校準(zhǔn)

0 引言

在發(fā)動機研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域中需要進(jìn)行大量的發(fā)動機性能測試，轉(zhuǎn)速是測試的一個主要參數(shù)。上海內(nèi)燃機研究所生產(chǎn)的各種型號智能化轉(zhuǎn)速表可對此參數(shù)進(jìn)行測試。

以前智能化轉(zhuǎn)速表在國家規(guī)定的計量測試單位無法進(jìn)行量值溯源，均送往廠家進(jìn)行檢測，而目前廠家已不對客戶開展此項服務(wù)。為確保智能化轉(zhuǎn)速表的量值溯源及測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，本項目研究此類設(shè)備的工作原理，建立設(shè)備的校準(zhǔn)能力。校準(zhǔn)方法：用一臺經(jīng)過量傳的信號發(fā)生器模擬傳感器信號輸入智能化轉(zhuǎn)速表。將此信號通過智能化轉(zhuǎn)速表處理器運算得到的理論標(biāo)準(zhǔn)信號值與智能化轉(zhuǎn)速表顯示的值進(jìn)行對比，得到智能化轉(zhuǎn)速表的示值誤差。

1 智能化轉(zhuǎn)速表工作原理及信號處理電路分析

智能化轉(zhuǎn)速表接收霍爾傳感器的信號，將此信號進(jìn)行處理后得到并顯示被測設(shè)備的轉(zhuǎn)速值。

1.1 傳感器原理

霍爾式傳感器工作原理如圖1所示。使用時應(yīng)在被測量轉(zhuǎn)速的軸上裝一齒輪，將傳感器安裝在支架上，調(diào)整傳感器與齒輪頂之間隙為1.2 mm左右。當(dāng)軸帶動齒輪旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應(yīng)的原理在傳感器內(nèi)部線圈的兩端產(chǎn)生一個脈沖信號，被測軸轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生Z個電壓脈沖信號。通過式（1）計算可將被測軸的轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)換為頻率F的電壓脈沖信號。

式中：F——頻率，Hz；

n——被測軸轉(zhuǎn)速，r/min；

Z——齒輪齒數(shù)

當(dāng)齒輪齒數(shù)為60時，電壓脈沖信號的頻率F即等于被測軸的每分鐘轉(zhuǎn)速n。

圖1 霍爾式傳感器工作原理

1.2 信號處理電路

智能化轉(zhuǎn)速表的信號處理電路工作原理見圖2。

圖2 MCT系列智能化轉(zhuǎn)速表信號處理電路工作原理

MCT系列智能化轉(zhuǎn)速表的信號處理電路主要由MCS-51單片微處理器和74LS系列集成電路等部分組成。它是將磁電轉(zhuǎn)速傳感器接收到的脈沖信號轉(zhuǎn)化為所需要轉(zhuǎn)速信號的一種測試設(shè)備。將脈沖信號輸入MCT系列智能轉(zhuǎn)速表，信號經(jīng)過整形，采用單片微處理器和74LS系列集成電路，同時結(jié)合計算機軟件技術(shù)就可以測量出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。

通過研究，智能化轉(zhuǎn)速表傳感器輸出的電壓脈沖信號頻率與顯示轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 頻率與轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系表

2 校準(zhǔn)方案設(shè)計及實際校準(zhǔn)

2.1 校準(zhǔn)方案設(shè)計

智能化轉(zhuǎn)速表技術(shù)參數(shù)為：示值誤差不超過±（0.1%FS＋1個字）。根據(jù)傳感器原理和信號處理電路的分析可以推出，霍爾傳感器的輸出信號為頻率信號，此信號可以用一個標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器替代作為標(biāo)準(zhǔn)源，而被檢設(shè)備的示值誤差就是與此標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行對比后得出。校準(zhǔn)原理框圖如圖3所示。

圖3 MCT系列智能化轉(zhuǎn)速表校準(zhǔn)原理

2.2 校準(zhǔn)方法及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

通過研究智能化轉(zhuǎn)速表的工作原理，了解其技術(shù)參數(shù)及接線柱定義，校準(zhǔn)需配備頻率信號發(fā)生器、絕緣電阻表等設(shè)備。

2.2.1 檢測設(shè)備

智能化轉(zhuǎn)速表實驗室校準(zhǔn)所需要的檢測設(shè)備及其技術(shù)性能如表2所示。

表2 檢測設(shè)備

2.2.2 測試方法

1）示值誤差校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)前，被校設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)儀器預(yù)熱時間不少于30 min。

（2）根據(jù)被測智能化轉(zhuǎn)速表的型號進(jìn)行頻率信號輸出，智能化轉(zhuǎn)速表頻率與轉(zhuǎn)速的換算系數(shù)見表1。

（3）選取8個校準(zhǔn)點進(jìn)行校準(zhǔn)：800 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min、5 000 r/min、6 000 r/min、7 000 r/min、8 000 r/min。

（4）分別讀取多功能校驗器中的頻率示值和被檢設(shè)備示值，并記錄在對應(yīng)的表格中。

（5）數(shù)據(jù)處理

智能化轉(zhuǎn)速表示值誤差δ按式（2）計算：

式中：X ′——被檢智能化轉(zhuǎn)速表示值；

X——多功能校驗器的頻率示值；

C——智能化轉(zhuǎn)速表頻率與轉(zhuǎn)速的換算系數(shù)

在校準(zhǔn)示值誤差的同時觀察儀表的顯示能力，應(yīng)無疊字、不亮、缺劃等現(xiàn)象，并能連續(xù)變化。用絕緣電阻表測試被校準(zhǔn)儀器輸入與電源端子相互之間的絕緣電阻，不應(yīng)低于20 MΩ。

2）校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

選取四種型號的智能化轉(zhuǎn)速表，按上述方法進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)器：示值誤差和顯示能力校準(zhǔn)：多功能校驗器，編號：1419001，型號：5520A，廠家：FLUKE，測量范圍：0.01 Hz ～ 2.0 MHz，最大允許誤差：±0.02%；絕緣電阻校準(zhǔn):絕緣電阻表，編號：4-0447，型號：ZC25B-3，廠家：上海精科天平儀器有限公司，測量范圍：直流電壓500 V，準(zhǔn)確度等級：10級。四種型號的智能化轉(zhuǎn)速表校準(zhǔn)結(jié)果如表3所示。

表3 校準(zhǔn)結(jié)果

2.3 校準(zhǔn)結(jié)果及方案可行性

從校準(zhǔn)結(jié)果可以看出，此四種型號的設(shè)備滿足被測設(shè)備最大允許誤差為±（0.1%FS＋1個字）的技術(shù)要求。同時校準(zhǔn)結(jié)果表明，該校準(zhǔn)方案是可行且合理的。

續(xù)表3

3 結(jié)語

國家計量檢定規(guī)程JJG 105-2000《轉(zhuǎn)速表檢定規(guī)程》不適用于智能化轉(zhuǎn)速表的校準(zhǔn)。本文研究轉(zhuǎn)速表前端輸入信號的特性及信號輸入到轉(zhuǎn)速表后的處理方法，提出一種適用的校準(zhǔn)方法。經(jīng)過技術(shù)分析和方法驗證，該方法可靠性好，操作性強，可對智能化轉(zhuǎn)速表進(jìn)行量值溯源，同時該方法為一些特殊檢測設(shè)備的量值溯源提供了一個檢測思路。

[1]蔡美玲，張為民.MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用，2版[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]于炳亮.電機轉(zhuǎn)速測量方法研究[J].山東科學(xué)，2005（05）：74-78.

[3]牛潔，周靜，茍娜.基于霍爾傳感器的直流電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試，2008（05）：78-80.

Calibration method of intelligent tachometers

Liu Xinlan
（Chery Automobile Co.,Ltd.）

This paper introduces the working principle and signal processing circuits of intelligent tachometer which is usually used to test the rotate speed performance of engines, and studies the corresponding relations between the sensor’s input signals of intelligent tachometer and displayed speed values, meanwhile presents a calibration method.Experimental results verify the effectiveness of the method.

intelligent tachometer; calibration