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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drehzahlmessung für eine Facharbeit, was empfehlt ihr?


Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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Hallo zusammen!

Für Lichtgeschwindigkeitsmessung in einer Physik-Facharbeit wird ein 
Motor verwendet, der einen Spiegel rotiert. Die Belastung des Motors ist 
somit konstant. Für die Berechnungen muss man ziemlich genau die 
Drehzahl des Motors wissen, deswegen soll sie gemessen werden.

Als geeignete Methode sehe ich die folgende:

- An der Motorachse eine Scheibe mit Schlitz
- Am Rand der Scheibe eine Gabellichtschranke, sodass ein periodischer 
Pulssignal ensteht und gemessen werden kann

Die Frage ist jetz, wie soll die Periode (= Undrehungsdauer) gemessen 
werden. Möglich wäre die Messung mit einem Oszi, aber die 
Messgenauigkeit mit Oszi ist ja nicht so gut, oder? Die andere 
Möglichkeit ist mit einem Controller und Timer mit Capture-Register. Die 
müsste dann ja genau genug sein. Wie seht ihr das?

Kommt da außer Gabellichtschranke und Scheibe etwas anderes in Frage, 
das einfacher und günstiger ist?

Danke für eure Hinweise!

Autor: drpepper (Gast)
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wie schnell rotiert die scheibe?

ggf. kommt auch ein magnet + hall-sensor in frage...

was hast du gegen lichtschranke?

Autor: drpepper (Gast)
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und was ist schwierig an einer gabellichtschranke? Kann mir gerade 
nichts vorstellen, das einfacher auszuwerten ist...

Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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Danke für die Antwort!!

Drehzahl sollte schon 5 bis 10 Tausend Umdrehungen pro Minute betragen!

Gegen Lichtschranke habe ich nichts. Ich weiß nur nicht was zum Aufbauen 
einfacher ist. Ich weiß zum Beispiel nicht wo ich so eine geschlitzte 
Scheibe hernehmen kann. Gabellichtschranke gibt es bei Pollin günstig.

Was kostet denn so ungefähr die Lösung mit Hallsensor und Magnet? Ist 
die Beschaffung einfacher?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Drehzahlmesser schrieb:

> einfacher ist. Ich weiß zum Beispiel nicht wo ich so eine geschlitzte
> Scheibe hernehmen kann.

Was spricht dagegen, die aus Pappe auszuschneiden (wenns schön sein 
soll, kann man ja einen Schneidzirkel nehmen) und 2 gegenüberliegende 
Schlitze mit dem Messer reinzuschneiden.

Oder:
Es muss ja auch keine Scheibe sein. Ein rechteckiges Stück Holz (wie ein 
Propeller), das den Strahlengang der Lichtschranke bei jeder Umdrehung 
unterbricht tuts ja auch.

Hauptsache: nicht unwucht. 5 bis 10-tausend U/Min sollte so ziemlich 
jedes Material aushalten.

Autor: oszi40 (Gast)
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Magnet macht wahrscheinlich Unwucht.
Reflexlichtschranke ?

Autor: Conlost (Gast)
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Eine Reflexlichtschranke wäre günstiger, weil dann
die Schlitzscheibe entfallen kann.

Eine Markierung auf der Motorwelle reicht dann.

Ich hatte auch schon einmal eine Drehzahlerfassung
gebaut, welche die Störimpulse des Kollektors vom
Antriebsmotor ausgewertet hat.
Allerdings war die Genauigkeit nicht so berühmt,
aber es genügte für diesen Zweck.

Autor: H.J.Seifert (Gast)
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Vielleicht wäre das ganze mit einem Synchronmotor einfacher?
Damit ist die Drehzahl gleich der Erregerfrequenz (bzw. ein ganzzahliger 
Teil davon, falls Mehrpolmaschine).
Eine alte Festplatte gibt eine gute Basis :-)

Autor: drpepper (Gast)
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Offtopic:
kann man Synchronmotoren mit Rechteckansteuern?

Autor: DRJ (Gast)
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Eine Reflexlichtschranke aus einen anderen Winkel auf den Spiegel
richten. Dann muss am Motor nichts geändert werden.

Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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Danke für eure Antworten!!

Wo finde ich denn eine Reflexlichtschranke? Bei Reichelt habe ich da was 
für ca. 70€ gesehen, aber das ist ja nicht gerade günstig!

Außerdem, stimmt ihr dem auch zu, dass eine Messung mit Oszi für diesen 
Zweck zu ungenau ist?

Autor: vorbeigeschlendert (Gast)
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70,- ? Euro? vielleicht nimmst eine etwas einfachere Ausführung?
http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=6683

>Außerdem, stimmt ihr dem auch zu, dass eine Messung mit Oszi für
>diesen Zweck zu ungenau ist?

'kann ich mit meinem Auto einen neuen Streckenrekord auf der 
Nordschleife aufstellen?' ... 'was hast denn für ein Auto?' ... 'sag ich 
nicht'

Autor: oszi40 (Gast)
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Frage ist, ob Du bloß das Baulement (z.B.Conrad 1,46 EUR) oder eine 
komplette Auswerteschaltung dazu haben möchtest.

Wichtig ist, daß alles nicht zu langsam reagiert (wie z.B. einige 
Fotowiderstände).

Autor: tuppes (Gast)
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> Außerdem, stimmt ihr dem auch zu, dass eine Messung
> mit Oszi für diesen Zweck zu ungenau ist?

Ein Standard-Analog-Oskar hat horizontal 50 Skalenteile. Da man auch 
halbe Skalenteile noch ganz gut erkennen kann, würde ich sagen, der 
Ablesefehler beträgt ungefähr 1 %. Eine Präzisionsmessung ist das also 
nicht gerade.

Latürnich kann man sich dranmachen, einen Mikrocontroller zu 
programmieren, aber warum die Mühe? Hast du einen Frequenzzähler zur 
Verfügung (sowas hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzzähler )? 
Das wäre genau das Richtige dafür.

Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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Ich hätte die Möglichkeit, mit einem dig. Speicheroszi zu messen, der 
über eine Quick Measurement Frequenzmessfunktion verfügt. Nur weiß ich 
jetzt nicht genau, was für einer das ist. Wie genau sind diese Quick 
Measurement Funktionen in digitalen Oszis?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Probiers aus, dann weißt du es.
Du kennst ja das Ergebnis welches rauskommen muss :-)

(Könnte man ja auch was dabei lernen, wenn man verschiedene Varianten 
einfach durchprobiert)

Autor: Ephraim Hahn (ephi)
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alternativ kannst du auch einen drehimpulsgeber verwenden und per µC 
auswerten (evtl. gibts da auch fertige ICs). Einfach mit einem riemen an 
die motorachse dran.

Autor: .... (Gast)
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> ziemlich genau die Drehzahl des Motors wissen

das ist eine ziemlich ungenaue Aussage.

Wieviel % Abweichung von der Ist-Drehzahl darfs denn sein?

Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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erforderliche Genauigkeit <1%

Autor: Drehzahlmesser (Gast)
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besser gesagt, die Abweichung soll unter 0.5% bleiben

Autor: Thilo M. (Gast)
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Drehzahlmesser schrieb:
> besser gesagt, die Abweichung soll unter 0.5% bleiben

Dafür ist Grundvoraussetzung, dass dein Quarz diese Genauigkeit auch 
einhält (Temperaturdrift usw.).
Der ist schließlich die Referenz.

Autor: tuppes (Gast)
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Der Sinn dieser Facharbeit ist doch sicher (unter anderem), die 
Messmethode zu verstehen und das zur Verfügung stehende Equipment auf 
seine Tauglichkeit hin zu beurteilen. Also, nimm dir die Anleitung zu 
dem Speicherscope (oder googel dir eine) und lies nach, mit welcher 
Genauigkeit das Ding Frequenzen messen kann.

Der Sensor (geschlitzte Scheibe und Gabellichtschranke) ist primitiv, 
aber für diese Aufgabe völlig ausreichend. Geh davon aus, dass du zwei 
symmetrische Schlitze anbringen musst, damit die Scheibe gut 
ausgewuchtet ist, dann kriegst du bei 10.000 U / min eine Pulsfrequenz 
von 333 Hz. Das schafft die 1-Euro-Lichtschranke von Reichelt im Schlaf.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Also hier

http://www.leybold-didactic.de/literatur/hb/d/p5/p5611_d.pdf

wird ganz einfach ein Photodetektor eingebracht, den der Strahl 
überstreicht, wenn er vom drehenden Spiegel abgelenkt wird

Auswertung mit einem Oszi, indem die Zeit zwischen 2 
aufeinanderfolgenden Pulse festgestellt wird.

> Der Sinn dieser Facharbeit ist doch sicher (unter anderem)

Ein Sinn könnte zb darin bestehen, zu recherchieren wie andere das 
machen

Autor: oszi40 (Gast)
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Was hilft eine suuuper Meßgenauigkeit, wenn der Motor evtl. garnicht 
rund läuft ?
Übrigens gibt es auch fertige Drehzahlmesser zum Ansehen.
z.B. Conr*d . Artikel-Nr.: 121488 - 62

Autor: Gast (Gast)
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> wenn der Motor evtl. garnicht rund läuft ?


Eine andere Möglichkeit wäre auch, einen Schrittmotor für die 
Drehbewegung zu verwenden. Bei 150 Umdrehungen/s und 200 Schritten/360° 
reichen 30kHz Schrittfrequenz; der läuft dann schön rund :-)
Oder man nimmt einen BLDC-Motor.

Autor: Peter R. (pnu)
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Erst mal :
Das Gerät heißt Oszilloskop, nicht Oszillomess, also schauen, nicht 
messen ist der Zweck eines Scope.

Bei scopes sollte man nicht von einer größeren Genauigkeit als 2% 
ausgehen, für größere Genauigkeit sind sie nicht vorgesehen.

Quarze, wie sie als Taktquarz bei Kontrollern eingesetzt werden, halten 
locker einen Fehler unter 100ppm ein., das sind 0,01 Prozent. Wenns noch 
genauer sein soll, muss man den Quarz mit C-Trimmer abgleichen, der 
Temperaturgang bringt dann etwa 20 ppm Fehler.

Vermutlich ist also eine quarzbasierte Messung mit Frequenzzähler oder 
Mikrokontroller ausreichend genau.

Autor: oszi40 (Gast)
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@Gast auch Schrittmororen haben Schlupf und können humpeln
siehe http://www.mikrocontroller.net/articles/Schrittmotoren

Wahrscheinlich sollte unser "Drehzahlmesser" erst mal ein paar 
praktische Tests mit der Reflexlichtschranke und seinem Motor machen. 
Dann könnte er abschätzen, ob eine höhere Genauigkeit überhaupt sinnvoll 
ist. Dazu ist der Oszi erst mal eine gute Grundlage. Einen hochgenauen 
Zähler für "einige €" kann er später immer noch beschaffen, wenn er 
sicher ist, das seine erfassten Impulse überhaupt sauber sind.

Autor: drpepper (Gast)
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@pnu:
Die Grenzen zwischen Oszilloscop und Oszillomess verschwimmen bei den 
modernen Speicheroszis aber immer mehr.

Geh mit der Zeit ;)

Autor: Gast (Gast)
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>@Gast auch Schrittmororen haben Schlupf und können humpeln

Und wenn man den Saft abstellt, beleiben sie stehen! Sie sind somit 
völlig unbrauchbar. Geh am besten nicht vor die Tür, überall lauert 
Gefahr.

Aber eigentlich weiß ich garnicht, was ein Schrittmoror ist.

Autor: Olibert E. (olibert)
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> Für die Berechnungen muss man ziemlich genau die Drehzahl des Motors wissen, 
deswegen soll sie gemessen werden.

Falls du den Motor erst bestellen musst, wuerde ich mich nach einem mit 
angeflanschten Tachogenerator umsehen.

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