Drehzahl einer Luftschraube

Hallo!

Ich hoffe, ich verstoße hiermit gegen keine Regeln.

Mir ist auch klar, dass dieses Thema nicht direkt hierhin gehört - allerdings habe ich auf meiner Suche bisher keine Alternative gefunden, also möchte ich mein Problem mal hier schildern.

Für ein Projekt an der Uni entwickel ich zusammen mit einem Kommilitonen einen "Prüfstand" für Modellflugzeugmotoren.
Dabei die Stromstärke, Zug etc zu erfassen ist kein Problem, allerdings scheitern wir momentan an der Drehzahl der Luftschraube.
Es gibt zwar zahlreiche optische Drezahlmesser, aber nur mit direkter digitaler Anzeige. Wir möchten die Messdaten aber elektronisch erfassen und haben dazu auch schon ein System gefunden, auf das wir alle anderen Komponenten zuschneiden können. In Zahlen: wir können alle anderen Werte im Bereich von 0 bis 5 Volt messen.
Optimal wäre es daher, wenn wir das mit der Drehzahl auch schaffen würden.

Gibt es dafür vorgefertigte Einheiten, die abhängig von der Drehzahl eine Spannung liefern?
Oder muss man sich eine solche Elektronik selbst entwickeln?

Wäre wirklich nett, wenn uns jemand einen Tip geben könnte.

heut

Dazu brauchst du einen Frequenz /Spannungswandler.
Es gibt dafür fertige Module. Für deinem Fall musste das Modul bis ca 50kHz ausgelegt sein.
schau dir das mal an: http://www.mks-control.com/Fu202_de.pdf

Danke schonmal für die schnelle Antwort!!!

Also bräuchten wir einen Frequenz Spannungswandler und den entsprechenden Sensor dazu?
Gibt's sowas bei Conrad, ELV etc. oder führen das nur Unternehmen, die etwas tiefer verwurzelt sind?

als Sensor würde ich eine stinknormale Lichtschranke nehmen.
Das gibt dann 2-Impule pro Umdrehung, also wird die Ausganspannung von dem oben erwähnten Modul (0-10V) einfach halbiert und Du bist dann genau auf 0-5 Volt. Würde also hervorragend passen ohne das du die Frequenz erst teilen musst.

Ich stimme steep zu. Allerdings würde ich einen Controller mit dazu packen der zum einen die Umdrehungsanzahl erfasst und zum anderen per PWM und nachgeschaltetem Tiefpass die notwendige Spannung erzeugt. Die Quantisierung der PWM sollte aber schon 14 bis 16 Bit haben.

Es wäre freilich einfacher die Messwerte per RS232 in den Rechner zu verfrachten weil man wegen der entfallenden Wandelvorgänge mögliche Messfehlerquellen reduziert. Ein selbst programmierter Controller dürfte ne ganze Menge eurer Messdaten erfassen und bearbeiten können.

50 - 100kHz sind aber eine ganze Menge, an was für einen Controller hast du denn gedacht?

Ich denke, da ja das System für die Messwerterfassung bereits existiert, er mit dem Fu202 bestens bedient ist.

Die Vorgabe war, die Drehzahl proportional als Spannung von 0-5 Volt auszugeben.

Äh, wie kommt Ihr auf 50kHz-100kHz? "Normale " Drehzahlen von Modellmotoren gehen bis 60.000 U/min - Nicht pro Sekunde. Bei Luftschrauben geht das viel weiter runter. Da bewegt man sich zw. 10.000-20.000 U/min, je nach Blatt.
Daraus folgt, pro Sekunde kommt da nicht so viel. 166 Pulse pro Blatt (also 332-500 Pulse pro Sekunde 2-3Blatt je nach dem).
Ich wurd einfach einen uC z.B. Mega8 nehmen, Pulse zählen und DA Wandeln. Ist zwar Perlen vor die Säue werfen, aber schnell und einfach zu realisieren.
lg

Alex

Im rclineforum gibt es immer wieder mal die gleichen projekte. Auch in den diversen Zeitschriften (FMT, MFI, ...) sind solche Pruefstaende samt Ausruestung schon haeufiger beschrieben worden.

Mein Motorenpruefstand verwendet einen normalen Digitalzaehler, der als Frequenzmesser arbeitet und am Eingang eine Minimalbeschaltung aus Fototransistor und Widerstand hat. Arbeitet als Reflexsensor hinter der Propellerebene. Den Umweg ueber eine analoge Spannung zu machen, habe ich vermieden, weil es mir zu ungenau ist.

Ein Unterscheidung in 1- bis 7-Blattschrauben ist noch ganz hilfreich. BL-Motoren in Impellern kommen schon mal bis 40000 U/min. Mal 7 sind dann 280000 / 60 = 4700 U/Sec. Langsame 2-Blattschrauben unter hoher Last laufen 1000 U/min. das sind dann nur noch 34 U/sec.

Die Leerlaufdrehzahl der Motoren muss man auch messen. Und die ist ebenfalls hoch. Das mache ich mit einem dicken schwarzen axialen Strich auf der blanken Motorwelle (== "Ein-Blatt-Luftschraube!). Und der Sensor muss auch das abkoennen, eine Lichtschranke ist da nicht so gut.


Blackbird

Ok, vielen Dank für die vielen Antworten!!!


Wir wollten eine einheitliche Erfassung haben, da die Geschwindigkeit der Messdatenerfassung - ob nun sinnvoll oder nicht - eines der größten Kriterien sein wird.
Und ich habe mir an alte Tage erinnert, als ich versucht habe ein Multimeter per RS232 auszulesen. Das war damals nicht sonderlich dynamisch.
Darum hatten wir uns einen Geschwindigkeitsvorteil versprochen, wenn wir einheitlich (in unserem Fall über USB) messen und nicht die Messdaten aus mehreren Schnittstellen zusammen würfeln.

Dieses Messsystem (Firma: bmcm) hat auch 4 Digitale Ein- und Ausgänge mit einem CMOS-Pegel.
Dann wäre es ja eigentlich darüber möglich, einen Microcontroller, der die Frequenzzählung übernimmt, auszulesen?

heut

Damit das ganze mal etwas besser eingeschätzt werden kann.

Wir möchten zunächst mal folgende Dinge messen:
- Drehzahl
- Stromstärke (über Stromzangenadapter)
- Zug (über DMS)

Da damit schon unser Soll erreicht wäre, wollten wir folgende Punkte unter der Vorraussetzung, dass dieser Teil funktioniert, dazufügen:
- Automatisches "abfahren" von Testprogrammen über Servotreiberbaustein
- Erfassen der Motortemperatur
- Erfassung der Spannung (wegen Spannungsabfall unter Last)

Bisher hatten wir vorgesehen, von bmcm das USB-AD12 System zu nehmen, da es dafür schon fertige DLLs gibt - was die Datenerfassung stark vereinfachen würde.
Allerdings ist das "nur" Ein 12 Bit AD-Wandler, im Bereich von +- 5V.
Da die 12 Bit ja im Zweierkomplement dargestellt werden müssen, bleiben 11 Bit für die reine Zahlen größe und da wir von 0 bis 5 V messen möchten, bleiben uns noch 10 Bit, also 1024 Schritte. Oder ist das schon falsch?
Nachdem, was ich so gehört habe hier, könnte es damit schon reichlich eng werden, was die Genauigkeit angeht?
Wir möchten zwar kein Profi-System entwickeln, aber völligen Schwachsinn soll es natürlich auch nicht ausspucken!
Wäre es dann sinnvoller, einen anderen 16 Bit Wandler zu nehmen? Oder ist dort das Rauschen so groß, dass wir erst nach entsprechenden Filtern schauen müssten?

Na ja... Du sattelst den Gaul von hinten auf in dem Du den Umweg über die Analoge Spannungsmessung machst. Ausserdem könnten die nicht vermeidbaren HF-Einstreuungen die Messergebnisse verfälschen.
Mit den sechs Sachen die Du da beschreibst ist selbst für ein kleinen Controller die Leistungsgrenze noch lange nicht erreicht. Und sich von einem alten Versuch abschrecken zu lassen halte ich für nachtragend. Es wird funktionieren. Man muss sich nur mal einen Tag lang geduldig hinsetzen, den Controller so proggen das er dauernd "Testbytes" sendet und sich die Software auf dem Rechner zurechtprogrammieren bis sie läuft. Auf vorkonfektionierte Ware würde ich da eher nicht zugreifen wollen.
Da ihr ja genau wisst was ihr im Falle des Wenn dem Controller an Daten eingeflößt habt, sollte sich das Auslesen der Daten wesentlich leichter gestalten.

Ok, aber bei der Stromstärke komme ich ja an einer Spannungsmessung gar nicht vorbei?

Auch wenn ich den Zug messen möchte - ich wüsste keine Möglichkeit außer DMS, Wägezelle oder ähnliches - muss ich wieder eine Spannung messen?

Oder meinst du eher den Fall, dass wir es aufteilen sollten und daher auf verschiedene Schnittstellen zugreifen?

Die 12bit bleiben erhalten. Nur muss dann das zu messende Signal in den Bereich -5V ... +5V gelegt werden und den vollen Spannungshub von 10V fuer die max. Drehzahl haben (das macht man ueblicherweise mit OVs). Also 40000 U/min bei 7Blatt sind ca. 5kHz. Das sind dann nach der Frequenz-Spannungswandlung (linear sollte sie sein) 500Hz/Volt.
Bei 10V Hub und 12bit ist die Aufloesung 10000mV/4096=2,44mV/digit.
Theoretisch wuerde das eine Aufloesung von ca. 10 U/min bedeuten. Aber die Wandlerfehler liegen sicher im (einstelligen) Prozentbereich und dann sind das bei 1% Gesamtfehler trotzdem (280000 / 100 =) 2800 U/min Unsicherheit (beim Impeller-Beispiel) bzw. 20 U/min beim langsamen Zweiblattpropeller.

Drehzahlen messen ist etwas schwierig, da man nie konstante (ganzzahlige) Werte innerhalb eines Zeitintervalls misst.

Fuer die Bestimmung der Motorparameter braucht man auch die Leerlaufdrehzahl und das Propellerdrehmoment (radial unterverschiedenen Lasten gemessen) ==> also ein zweiter DMS muss dann her.

Es gibt ein leicht zu lesendes Buch mit sehr gut nachvollziehbaren Beispielen und Erklaerungen, Zeichnungen, Fotos, Tabellen von Motoren, Propellern ... von Wilhelm Geck: "Antrieb nach Maß".

Mein Rat: Lest es und ihr kommt in der Haelfte der Zeit und mit einem Viertel der Kosten zum Ziel.

Blackbird

Das Buch habe ich mir bereits besorgt - werde es die nächsten Tage lesen.

Was das Problem mit der Drehzahl angeht, wird es uns hoffentlich weiterhelfen.

Wollte nur damit sagen, dass die Drehzahlmesswerte sehr schwanken und man mehrere Messungen machen muss, Ausreisser eliminieren muss und Mittelwerte bilden muss. Gilt auch fuer den Motorstrom. Sonst haben die berechneten Ergebnisse ziemlich wilde Streuungen.

Blackbird

Zitat:

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Zitat von AlexAtRobo

Äh, wie kommt Ihr auf 50kHz-100kHz? "Normale " Drehzahlen von Modellmotoren gehen bis 60.000 U/min - Nicht pro Sekunde.

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Ups, ein Gedankenfehler von mir. Hast natürlich vollkommen recht Min und nicht sek. :-$

Aso, ok.
Wir hatten ohnehin vor, variable "Filter" zu programmieren, die als Messwert den Median ermitteln, oder zum Beispiel den Durchschnitt aus den mittleren 6 Werten aus 10 Messungen. Wie genau das ablaufen wird, wissen wir auch noch nicht.
Ein Auge auf Ausreißer haben wir jedenfalls.

Da mir ans Herz gelegt wurde, für die Drehzahl die Werte nicht analog zu messen, sondern direkt digital zu übernehmen, haben wir in dieser Richtung einige Überlegungen angestellt.
Dann wäre es eigentlich am sinnvollsten, keinen fertigen Messbaustein zu nehmen, sondern selbst einen entsprechenden AD-Wandler zu suchen und dessen Werte eben auszulesen. Und bei dem Frequenz-Analogwandler die Messdaten direkt abzuholen.
Oder haben wir da was übersehen?

Eine genaue Messung erhaelt man, wenn man die Zeitdifferenz zwischen 2 Lichtreflexen misst. Dazu muss aber folgendes gegeben sein:
1. der Abtastpunkt, der die Spannungsaenderung des Lichtaufnehmers erkennt, muss immer bei gleicher Spannung erfolgen. Ein ordentlicher Trigger mit grosser Hysterese ist hier Pflicht.
2. die Zaehlfrequenz muss so hoch sein, dass bei der hoechsten Drehzahl noch genuegend Impulse gezaehlt werden koennen. Bei 5kHz ist das Zeitfenster 0,2msec. gross. Bei einer Genauigkeit von (angenommen 0,5%) muessen mehr als 200 Impulse da reinpassen. Also ist die Zaehlfrequenz dann 1MHz, die der Controller oder Zaehler koennen muss. Aus der Anzahl Impulse (z) errechnet man dann die "Frequenz" (f=1/z) und die Drehzahl (n=f*60). Die kann man dann in einen normierten Spannungswert via PWM oder DA-Wandler ausgeben.

Besser waere es aber, die Werte gleich digital dem Auswerteprogramm zu uebergeben.

Blackbird

Oder kein F-U sondern ein T-U Wandler!

Vorteil: praktisch keine Reaktionszeit.

Infos in der Doku von unserm Roboter
http://www.kleines-helferlein.com/fi...umentation.pdf
(Seite 14-16)

Grüße; MK