TACÔMETROS

INTRODUÇÃO

O termo tacômetro aplica-se aos instrumentos empregados para medir a velocidade angular. Muitos automóveis têm tacômetros que medem o número de revoluções do eixo de manivelas do motor.

Medidores de Velocidade = Em aplicações industriais ou mesmo no projeto de determinados tipos de equipamentos eletrônicos de medida é necessário saber a velocidade com que um eixo, uma engrenagem ou outra peça rodam. Para contar a velocidade de rotação ou RPM é preciso usar um circuito denominado tacômetro, que exige um tipo de tecnologia diferenciada para sua elaboração, e que pode ter o projeto consideravelmente simplificado pelo emprego de microprocessadores associados à lógica digital. A seguir serão descritos os mais importantes dentre os diversos tipos de tacômetros existentes, bem como serão mostrados seus princípios de funcionamento, de modo a permitir e facilitar o entendimento dos conceitos aqui apresentados. Os tacômetros são instrumentos destinados a medição de valores relacionados a eventos por tempo, utilizados na medição de velocidade, vazão, rotações, etc., em intervalos de tempo em segundo, minuto ou hora. Exemplo: Hertz (ciclos por segundo), mm/s, RPM, mts/m, Lts/m, Km/h, pçs/h e outras. A medição de velocidade na indústria é efetuada de duas formas: com tacômetros mecânicos e com tacômetros elétricos. Os primeiros detectam o número de voltas do eixo da máquina por meios exclusivamente mecânicos, podendo incorporar ou não a medição conjunta do tempo para determinar o número de revoluções por minuto ( r.p.m.), enquanto que os outros captam a velocidade por sistemas elétricos. Para usos industriais costuma-se utilizar os tacômetros elétricos porque permitem a transformação direta do sinal para alimentar os instrumentos registradores ou controladores de painel.

TIPOS DE TACÔMETROS

Tacômetros Mecânicos

O tacômetro mecânico mais utilizado é o típico contador de revoluções empregado para medir localmente a velocidade de rotação de todas as classes de máquinas ou dispositivos giratórios. Este contador consiste basicamente em um eixo flexível terminado em forma de ponta que se apoia sobre o centro da peça giratória. Ao girar, eixo flexível move, através de um trem de engrenagens, dois diais calibrados concêntricos, (um exterior, e outro interior). Cada divisão do dial exterior representa uma volta do eixo giratório, enquanto que no dial interior uma divisão representa uma revolução do dial exterior. Conhecido o tempo de trabalho do contador, medido mediante um cronômetro, é fácil calculara velocidade média em r.p.m.

Tacômetros Centrífugos = Os tacômetros centrífugos baseiam-se em um volante centrífugo clássico empregado inicialmente nas caldeiras a vapor. Dois pesos rotativos articulados a um eixo giratório aumentam seu raio de giro devido à força centrífuga, e comprimem uma mola. A medida da compressão da mola, (lida em uma escala), representa a velocidade de giro do eixo. A velocidade limite que esses instrumentos podem medir é de mais de 40000r.p.m., com uma precisão de + 1%. Esses aparatos podem dispor de transmissão hidráulica ou pneumática.

Tacômetros Elétricos = Os tacômetros elétricos empregam um transdutor que produz um sinal analógico ou digital como conversão da velocidade de giro do eixo da máquina. Um sistema eletrônico de medição básico que faz uso de tacômetro tem basicamente quatro componentes essenciais: O transdutor (tacômetro) que converte a grandeza medida (rotações por minuto ­ RPM) numa saída elétrica usável; o condicionador de sinal que transforma a saída do transdutor em um tipo de sinal elétrico aceito pelo display; o display (ou leitor) que mostra a informação desejada a respeito da grandeza; o fornecedor de potencia que alimenta as voltagens necessárias ao condicionador e sinal e a alguns tipos de transdutores e displays. Existem vários tipos de tacômetros, de acordo com os transdutores.

Tacômetro de Correntes Parasitas = Nos tacômetros de correntes parasitas o eixo da máquina faz girar um ímã dentro de uma taça de alumínio. O giro do ímã induz correntes parasitas no alumínio que criam um par resistente proporcional à velocidade. Uma mola freia o cabeçal do alumínio, ficando este em uma posição que é sinalada em um dial. É deste modo que funciona o tacômetro elétrico empregado em um automóvel, por exemplo. Na aviação, a máquina faz girar o ímã permanente através de um grupo gerador-motor síncronos, enquanto que em máquinas de ferrovia geralmente se utiliza um rotor que produz um campo magnético giratório.

Tacômetro de Corrente Alternada = O tacômetro de corrente alternada consiste em um estator bobinado multipolar em que o rotor dotado de ímã permanente induz uma corrente alternada. Um voltímetro sinala a corrente induzida, e pelo tanto, o giro em r.p.m. do giro da máquina.

Tacômetro de corrente Contínua = O tacômetro de corrente contínua, (ou dínamo tacométrico) consiste em um estator de ímã permanente e um rotor com um entre ferro uniforme. A tensão contínua recolhida através das escovas do rotor é proporcional à velocidade em r.p.m. da máquina. Essa tensão pode ser lida em um voltímetro indicador, ou ainda alimentar um instrumento potenciométrico através de uma resistência divisora detensão. A precisão na medida alcança + 0.5 % para velocidades que chegam até a 6000 r.p.m.

Tacômetro de frequência = O tacômetro de frequência (ou frequencímetro) mede a frequência do sinal de c.a. captada por transdutores do tipo eletromagnético, capacitivo ou óptico que dão impulsos cujo número é proporcional à velocidade de giro da máquina. O transdutor não tem nenhum contato mecânico com o eixo rotativo. A medida da frequência pode ser passada a um contador eletrônico baseado na medida das revoluções por unidade de tempo.

Tacômetros Eletro-ópticos = Velocidade angular é muitas vezes medida por sensores fotoelétricos que usam tanto o método de transmissão quanto de reflexão. O método da transmissão utiliza um encoder angular incremental com um padrão de codificação continuo (360º) e tem como saída uma onda quadrada

ou senoidal.O método da reflexão é usado numa grande variedade de sistemas sensores de velocidade angular. A cabeça do sensor tem uma fonte luminosa que emite um feixe colimador na direção de uma porção reflexiva do objeto rotor e um sensor de luz que detecta um pulso luminoso sempre que o feixe é refletido de volta (a maioria dos objetos rotores pode requerer um pedaço de fita reflexiva colada em algum ponto). A saída do sensor de luz é uma contagem de revoluções que pode ser facilmente convertida em RPM, tanto por integração para produzir um sinal analógico quanto por comparação com pulsos gerados por relógio, a fim de ter-se um sinal digital como saída. Um método também largamente utilizado para a medição de velocidade angular de objetos rotores é o "congelamento do movimento", através do emprego do estroboscópio. Um estroboscópio utiliza uma lâmpada catodo fria para como fonte para emissão de flashes de luz de alta intensidade, utilizados para iluminar o objeto. O número de flashes por minuto está sujeito a ajuste manual contínuo. Esse ajuste é feito até que o objeto rotar pareça estar parado, o que ocorre quando um flash de luz é emitido a cada rotação completa do objeto.

O numero de flashes por minuto, correspondente ao número de rotações por minuto pode ser tanto mostrado num display no próprio estroboscópio quanto num display digital.

Tacômetros AC / DC = A velocidade angular pode ser medida através de geradores AC ou DC. Os geradores AC são usados para medir velocidades angulares médias. O número de ciclos de voltagem gerados por revolução depende do número de pólos, e a velocidade pode ser medida através de um simples contador de freqüência. A medição de velocidades instantâneas é mais complicada. Para este fim, é usado um conversor torsional de dois canais. Este conversor requer duas entradas para cada canal. A primeira entrada é o número de pulsos por revolução e a segunda é a voltagem pulsátil que vem do sensor. A saída do conversor gera medições de velocidade com uma sensibilidade de 0,05 mV.

Tacômetro DC: Mede a velocidade através da associação de um campo magnético e um condutor. A corrente gerada através do movimento relativo destes é medida e registrada por meio se um instrumento.

Tacômetro AC: Podem medir a velocidade através de sistemas sensíveis à velocidade ou à freqüência.

Tacômetro pulsátil magnético (digital) = É constituído de uma bobina, dentro da qual rotaciona um eixo marcado com interrupções radiais. Um sensor indica a interrupção de um ciclo quando uma depressão do eixo passa por ele, gerando ondas quadradas de 5V DC.

Tacômetro pulsátil óptico (digital) = Usam o poder de cálculo dos microprocessadores para converter medidas de um sensor óptico em medidas de velocidade. Uma variedade interessante é o tacômetro estroboscópico. Um circuito gera a interrupção da luz a taxas muito elevadas e estas podem ser ajustadas para uma velocidade fixa, eliminando harmônicos e sub harmônicos que podem confundir as medições.

Tacômetro de relutância variável = Produz pulsos proporcionais à velocidade. Estes pulsos são amplificados e retificados. É utilizado para velocidades entre 10000 e 50000 rpm.

Tacômetro de vigas vibrantes = Mede a freqüência de rotação através do acoplamento de várias vigas com freqüências naturais de oscilação distintas. A freqüência de rotação é verificada através da observação de qual viga está vibrando.

Tacômetros fotoelétricos = São usados para medições de até 3 milhões de rpm. A parte móvel que se deseja estudar é concebida de modo a conter partes reflexivas e absorventes. A interrupção da luz refletida provoca a geração de um impulso por meio de uma célula fotoelétrica. Estes impulsos são interpretados por um medidor de freqüência que gera ondas quadradas. Estas ondas são levadas a um circuito discriminatório que proporciona a medição da velocidade.

Curiosidade = Os velocímetros dos aviões, só podem ser interpretados diretamente quando o avião voa no nível do mar e na atmosfera padrão. Com o acréscimo de altitude e com as variações da densidade do ar, certas compensações devem ser consideradas para obter a verdadeira velocidade do avião em relação ao solo. É importante transmitir aos leigos que , por exemplo, 100 nós de velocidade indicada ao nível do mar, correspondem a cerca de 121 nós de velocidade aerodinâmica a 10.000 pés de altitude numa ISA

+ 10 ( International Standard Atmosphere mais 10 graus centígrados ao nível do mar). Nos aviões modernos o piloto dispõe automaticamente das indicações de três velocidades: a indicada (VI, ou IAS em inglês); a aerodinâmica verdadeira (VA ou TAS em inglês) e a VS (GS em inglês - que é a velocidade em relação ao solo). Nos aviões mais antigos o piloto usa computadores mecânicos, ábacos e/ou tabelas para calcular essas velocidades. Como regra geral admitimos que a VA aumenta 2% a cada 1000 pés.

CONCLUSÃO

Tacômetros são dispositivos de muita importância em áreas onde medições devem ser precisas, além de apresentar estas informações através de dados em forma de números ou num display ou em um relógio. É principalmente empregado em áreas onde é necessário fazer medições de velocidades.

Um tacômetro é um transdutor indutivo que converte diretamente a velocidade ou aceleração num sinal elétrico. Assim, o objeto cuja velocidade angular se pretenda conhecer é diretamente acoplado ao rotor de um gerador de corrente continua, que roda em torno dos pólos de uma armadura de um magnete permanente (estator).

O funcionamento do tacômetro digital baseia – se na conversão da media de pulsos de entrada, fornecidas por um sensor durante o tempo de amostragem, em um valor legivel no display do aparelho.

Os sensores podem ser do tipo óptico, indutivo, magnético, entre outros.