Скорость вращения

Рис.1 1 Эффект Холла.

Un, In - напряжение и ток источника питания: В - магнитная индукции h - толщина проводника (полупроводника), U_H выходное напряжение

U_H = Кн In B/h.

где Кн - постоянная Холла; I_п - ток от источника питания: В - магнитная индукция- h - толщина проводника (полупроводника).

    Из  выражения следует что величина напряжения U_H пропорциональна магнитной индукции В Если магнитное поле В изменять с частотой, пропорциональной скорости движения автомобиля то и частота изменения выходного напряжения U тоже будет пропорциональна скорости автомобиля На практике магнитное поле создается неподвижным магнитом, а его изменение — специальным вращающимся экраном с прорезями. При вращении экрана 1 его сегменты 2 и прорези 3 (рис 1.2) поочередно проходят между магнитом 4 и датчиком Холла 5. Когда между магнитом и датчиком Холла проходит сегмент экрана (рис 1.2 а), магнитное поле перекрывается и на выходе датчика напряжение минимально (U_Hmin). При прохождении между магнитом и датчиком Холла прорези экрана (рис 1.2,б) на датчик поступает максимальный магнитный поток, и на выходе напряжение максимально.

Рис. 1.2. Принцип работы датчика спидометра.

а - прохождение между  магнитом и датчиком сегмента экрана; б - прохождение между  магнитом и датчиком прорези экрана; в - изменение выходного  напряжения датчика  при вращении экрана;

1- экран; 2- сегмент  экрана;3 - прорезь  экрана;  4- магнит; 5 - датчик Холла с элементами усиления и преобразования выходного напряжений; Ui, - напряжение источника питания ; U_H выходное напряжение; Т- период чередования импульсов датчика Холла; f - частота следования импульсов V_a скорость автомобиля;

    Таким образом при вращении экрана со скоростью пропорциональной скорости движения автомобиля, на выходе датчика Холла появляются импульсы напряжения U_H (рис. 1.2.в.), частота следования которых пропорциональна скорости автомобиля.

По  типу индикатора

1. Аналоговые

Стрелочный  спидометр. 

• Стрелочный — наиболее распространён; скорость указывает вращающаяся вокруг оси стрелка;

 
 
 
 
 
 
 
 

Ленточный спидометр на «Волге». 

• Ленточный — использовался на ГАЗ-24до начала 1975 года, многих американских и некоторых европейских и японских моделях; скорость показывает лента, проходящая мимо делений на неподвижной шкале;

 
 
 
 

Барабанный  спидометр (по центру).

1. Барабанный — использовался на многих довоенных автомобилях, некоторых американских автомобилях шестидесятых, а также — относительно современных моделях «Ситроена»; деления нанесены на вращающийся барабанчик и при его вращении появляются в окошке, отображая текущую скорость;
2. Цифровые

Индикатор цифрового спидометра представляет собой жидкокристаллический или  аналогичный дисплей, отображающий скорость в виде цифр;

Цифровой  спидометр. 

В последнем  случае основной проблемой является задержка показаний: в отсутствие задержки отображения значения скорости или слишком малой задержки водитель не способен корректно воспринимать постоянно «скачущие» перед глазами цифры; при введении существенной задержки же, индикатор начинает некорректно отображать данные о скорости в данный момент времени при разгоне и торможении из-за запаздывания.

В силу этого, аналоговые индикаторы всё ещё  очень широко используются, а цифровые получили распространение на относительно небольшом числе моделей; всплеск  их популярности произошёл в США в конце семидесятых — восьмидесятых годах, откуда эта мода передалась японским производителям, но впоследствии на большинстве моделей их сменили традиционные стрелочные спидометры.

Часто спидометр совмещают в одном  корпусе со счётчиком пройденного  расстояния – одометром. 
 
 

Лаг (морской  прибор)

Корабельный лаг

    Лаг (от голландского log – расстояние)— прибор, предназначенный для измерения скорости движения судна.

В древности  в качестве лага использовался (и  используется по сей день на небольших судах) ручной, или секторный лаг. Он представляет собой доску треугольной формы (сектор) с привязанной к ней верёвкой (линем, лаглинем) и грузом. На лине на одинаковом расстоянии друг от друга завязываются узлы. Доска выбрасывается за корму и пересчитывается количество узлов, ушедших за борт за определенное время (обычно 15 секунд или 1 минуту). Отсюда пошло измерение скорости судна в узлах, 1 узел численно равен 1 морской миле в час. 
 
 

    Принцип работы современных приборов основан на измерении напора воды, или гидролокации морского дна. Самый распространённый лаг представляет собой вертушку, вращающуюся под напором воды. Число оборотов вертушки за единицу времени определяется с помощью электронного или механического устройства. Обычно вертушка лага закрепляется на корпусе судна, но на небольших судах используют портативный вариант лага, в котором вертушка выбрасывается за корму на тросе, а измерительный механизм находится в руках у матроса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Локомотивный  скоростемер

 

Локомотивный  скоростемер СЛ-2М (3СЛ-2М) 

Локомотивный  скоростемер СЛ-2 

Локомотивный скоростемер — прибор для измерения, регистрации и сигнализации параметров (скорость, время, расстояние и так далее) движения поезда

Первые  локомотивные самописцы в Российской империи появились ещё в 19 веке. В 1879 г электромеханик О. И. Графтио совместно с инженером В. Д. Зальманом изобрёл и построил прибор для измерения и записи скорости движения паровоза. Данный прибор (Контрольный самопишущий аппарат Графтио-Зальмана) представлял собой ящик, внутри которого вращался (привод был от осей паровоза) круг, на котором механический самописец фиксировал показание скорости на каждый момент времени.

В 30-40 гг XX-го века на железных дорогах СССР стал внедряться скоростемер системы Гаузгельтера, получивший обозначение СЛ-2, который используется и по сей день. Запись идёт на бумажную ленту шириной 79,5 мм, покрытую сернокислым барием, на которой запись выводится латунными писцами. Записываются:

• скорость движения (есть исполнения скоростемера на предельную скорость 150 либо 220 км/ч, соответствующая градуировка наносится на ленте);
• давление в тормозной магистрали, а на моторвагонных поездах в тормозных цилиндрах — давление подводится в скоростемер, в котором установлен металлический сильфон, двигающий писец, первоначально сильфон выполнялся на предельное давление и показание 6 кг/см², но из-за ненадёжной работы он был вытеснен сильфоном на 8 кг/см²;
• время — специальные часы скоростемера, небольшой 24-часовой циферблат которых установлен на основном циферблате скорости, в течение получаса плавно поднимают писец скорости, по истечении 30-й и 60-й минуты часа писец падает в исходное положение и запись начинается вновь, истечение 60-й минуты дополнительно отмечается проколом ленты;
• направление движения — реверсивный механизм скоростемера, который обеспечивает регистрацию скорости независимо от направления движения, при движении назад прижимает к ленте писец регистрации направления, самый нижний, при движении вперёд писец отпадает.

Регистрирующее  устройство скоростемера 3СЛ-2М 

Регистратор БР-2 комплекса КПД -3В 

Механизм  измерения скорости приводится от колёсной пары через редуктор, от него же протягивается диаграммная лента (5 мм протяжки на километр) и подзаводится специальный часовой механизм (часовой ход) узла измерения скорости (к часам скоростемера отношения не имеет), звук работы которого хорошо слышен при движении. От часового хода поворачивается вал, на котором укреплены три зубчатых сегмента (зубчатых рейки), которые могут ходить вертикально. Сбоку к сегментам прижимается зубчатое колесо, приводимое от колёсной пары, при его вращении сегмент, с которым колесо в зацеплении, поднимается.

Чем больше скорость — тем выше сегмент успевает подняться, пока находится в зацеплении с колесом (пока вал не повернулся и не ввёл зацепление с колесом следующий сегмент). Над сегментами стоит зубчатая рейка с шарикоподшипниками, приводящая стрелку скоростемера и писец скорости. Сегмент, вышедший из зацепления с колесом, под собственным весом и давлением шарикоподшипника падает вниз и цикл измерения скорости повторяется с другим сегментом.

С распространением автоматической локомотивной сигнализации потребовалось регистрировать параметры её работы и скоростемер был доработан установкой четырёх электромагнитов с писцами, внешне такой скоростемер отличается высотой корпуса и первоначально имел обозначение СЛ-2М (модернизированный), позже дополненное до 3СЛ-2М, где цифра «3» означает «показывающий, сигнализирующий и регистрирующий». Электромагниты возбуждаются и опускают писцы на 2 мм при появлении на локомотивном светофоре жёлтого, КЖ, красного огня и возбуждении катушки ЭПК автостопа соответственно. При проверках бдительности, когда катушка ЭПК теряет питание и раздаётся свисток, писец поднимается до восстановления питания рукояткой бдительности и на ленте видно длительность проверки.

В 90-е  гг XX века на железных дорогах России 3СЛ-2М вытеснялся комплексом КПД-3с таким же форматом записи на ленту, как и у 3СЛ-2М, но сама лента металлизированная и запись идёт выжиганием точек двумя электрическими дугами, а режимов протяжки ленты два: поездной (на 0,5 мм каждые 100 м пути, скорость, аналогичная простому 3СЛ-2М) и маневровый (на 0,5 мм каждые 50 м пути). Затем появились КПД-3П, КЛУБ и КЛУБ-У с записью на электронные носители. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Велокомпьютер

    Велокомпью́тер (англ Cyclocomputer) — электронное устройство для измерения скорости и пробега велосипеда, а также дополнительных параметров как: средняя скорость, время в пути, максимальная скорость, пульс, передача (на многоскоростных велосипедах), текущее, время, температура, давление, каденс и др.

Каденс — частота вращения педалей велосипеда. Нормальным считается каденс 80-110 оборотов в минуту. Спортсмены могут длительное время работать с каденсом 160—180 оборотов в минуту. Каденс ниже 80 оборотов в минуту опасен для здоровья (повышается нагрузка на коленные суставы, что может привести к артриту).

В 1895 году Curtis Hussey Veeder изобрел велоспидометр. Велоспидометром было простое механическое устройство, которое учитывает число оборотов колеса велосипеда. Кабелем передается число оборотов колеса на аналоговый одометр. После основания Veeder Manufacturing Company, Veeder рекламировал велоспидометр с лозунгом, о том что хорошо знать, сколько Вы проехали. Успех велоспидометра привел к появлению других конструкций механических устройств. В итоге, велоспидометры стали обладать возможностями не только измерять скорость, но и пройденное расстояние.

Принцип работы велокомпьютера

Принцип работы велокомпьютера следующий: к спице переднего колеса велосипеда крепится небольшой магнит, а к вилке – датчик геркон (в продвинутых моделях датчик Холла). Они соединены между собой проводом. Магнит на спице, при вращении колеса замыкает датчик, который передает сигнал в компьютер на руле. Компьютер рассчитывает скорость и другие данные, основываясь на длине окружности колеса и частоте замыкания датчика. Длина окружности колеса велосипеда вводится пользователем вручную. 

Основные  компоненты современных велокомпьютеров

Основной  блок

Выглядит  как электронные часы, крепящиеся на руль. Питается от «батарейки-таблетки» и/или солнечных батарей.

Датчик  колеса

Датчиком  служит геркон или сенсор Холла, закреплённый на вилке, и возбуждаемый магнитом, установленным на спице колеса.

Датчик  педалей

Датчик  крепится на раме, а на "звездочке" педалей крепится магнит.

Способы соединения

Существуют  проводные и беспроводные модификации  велокомпьютеров. В беспроводных вариантах сигнал с геркона передаётся в компьютер с помощью радиосигналов, что позволяет избавиться от проводов, а также использовать велокомпьютер без обязательной установки его на велосипед (существуют варианты, допускающие крепление на руку, как обычные часы). Активно используемый беспроводной велокомпьютер, как правило, требует смены аккумуляторов раз в 2-3 месяца. Столь же активно используемый проводной велокомпьютер требует замены аккумулятора один раз в год, а у некоторых моделей еще реже. Большинство современных моделей велокомпьютеров имеют резервное питание, позволяющее не сбивать счетчики километража и настройки времени при смене аккумулятора. Тем не менее, даже в простейших моделях велокомпьютеров после сбрасывания настроек времени и километража при включении срабатывает функция, позволяющая ввести текущий километраж вручную.