Новый стандарт мобильности и эргономики

Актуальность задачи

Сегодняшняя промышленность предъявляет все более жесткие требования к точности измерения угловой скорости. Тахометры с выходным валом используются повсеместно – от авиастроения до станкостроения, и каждый из них нуждается в регулярной поверке. Однако у существующих эталонных установок, которые применяются для этих целей, есть серьезные недостатки: они имеют массу от 60 до 200 килограммов и потребляют до 2 киловатт электроэнергии – это делает их практически непригодным для работы в мобильных лабораториях и осуществления поверки на месте эксплуатации. 

Справка

Тахометр – средство измерения, предназначенное для измерения частоты вращения (количество оборотов за единицу времени). 

Тахометры применяются не только в автомобилях, но и во многих других агрегатах и механизмах. Существуют тахометры непосредственного измерения (с выходным валом) и дистанционные (оптические) тахометры. На данный момент большинство оптических тахометров поверяются с помощью генератора сигналов.

подробнее

К тому же нижняя граница воспроизводимой частоты вращения у большинства таких установок составляет 10 об/мин, что не позволяет поверять низкооборотные тахометры, используемые, например, в ветроэнергетике или на медленноходных машинах. Именно эти проблемы и стали отправной точкой для разработки нового компактного решения.

Автор проекта поставил перед собой цель спроектировать и внедрить в метрологическую практику малогабаритную, энергоэффективную тахометрическую установку, которая смогла бы перекрывать расширенный диапазон частот вращения, работать с минимальным уровнем шума и при этом максимально упрощать процесс сопряжения с поверяемыми приборами. Задача не сводилась к простому уменьшению размеров – требовалось сохранить, а по некоторым параметрам и превзойти точность существующих эталонов.

Меньше, легче, точнее

Практическая ценность разработки очевидна: созданный эталон весит всего 39 килограммов – почти в четыре раза меньше, чем традиционные аналоги. Это открывает возможности для оперативной поверки непосредственно на местах эксплуатации тахометров, без необходимости демонтажа и транспортировки оборудования в стационарную лабораторию. 

Но не менее важен и научный вклад. Оригинальность технического решения защищена патентом на изобретение № 2850127. Суть новизны в особой компоновке двух серводвигателей с мультипликатором, которая позволила плавно и стабильно воспроизводить частоты от 1 об/мин до максимальных значений. Кроме того, в устройстве сопряжения впервые применен прецизионный координатный стол, обеспечивающий точное центрирование поверяемых тахометров любых типов.

Четыре шага к разработке

Чтобы реализовать проект, Александру Бацарову предстояло решить несколько самостоятельных, но взаимосвязанных задач:

1. Разработать кинематическую схему блока воспроизведения частоты, которая бы обеспечивала требуемый диапазон и точность;

2. Спроектировать координатный стол вместе с подъемным механизмом для удобного и надежного крепления поверяемых устройств;

3. Реализовать цифровую систему управления с обратной связью – чтобы поддерживать заданную скорость вращения с минимальными отклонениями;

4. Провести официальную аттестацию установки, подтвердив ее соответствие статусу эталона единицы величины.

Каждая из этих задач потребовала нестандартных подходов, и все они были успешно решены. Александр самостоятельно выполнил проектирование и сборку узлов установки, разработал алгоритмическое обеспечение управления установкой, провел весь цикл метрологической аттестации изделия, подготовил доказательную базу для регистрации патента на изобретение. Весь процесс занял неполных два года. 

Финальный вариант конструкции состоит из двух основных частей:  блока управления и контроля  и  блока воспроизведения частоты вращения . 

Принцип действия основан на том, что цифровая система управления через специальный интерфейс задает прецизионную скорость вращения валов двух серводвигателей. Благодаря мультипликатору удается плавно изменять частоту в широком диапазоне. 

Одно из достижений – это универсальное устройство сопряжения. В его основе лежит прецизионный координатный стол, который в паре с ножничным подъемником позволяет быстро и точно соосно соединять выходной вал установки с валом поверяемого тахометра. При этом не требуется никаких дополнительных переходников или специальных приспособлений – процесс становится простым и интуитивно понятным даже для оператора средней квалификации.

Полученные результаты

Потребляемая мощность созданной установки снижена до 400 Вт, что в пять раз меньше, чем у предшественников. 

Масса уменьшена на 75% – со 150+ кг до 39 кг. 

Уровень шума не превышает 61 децибела, что позволяет проводить длительные поверочные сеансы без риска для слуха оператора и без нарушения комфортной атмосферы в лаборатории. 

Диапазон воспроизведения частоты расширен вниз до 1 об/мин – это закрывает потребности в поверке низкооборотных тахометров. 

Новая установка уже официально утверждена приказом Росстандарта № 486 от 12 марта 2025 года в качестве государственного рабочего эталона второго разряда единицы частоты вращения. 

Сравнительный анализ  с типовыми аналогами показывает уверенное преимущество разработки по всем ключевым параметрам – энергопотреблению, портативности, удобству работы. 

Фактически эта установка не просто заменяет старые образцы, а задает новый стандарт мобильности и эргономики в метрологии, что подтверждается успешной эксплуатацией в ФБУ «Ульяновский ЦСМ».