Go to English

Inleiding
Van de bijna 50 modelbouw motortjes die ik in de loop der jaren gemaakt heb waren mij de meeste eigenschappen en "geheimen" wel bekend, maar niet met welk toerental ze nu precies liepen.
Ik heb ooit een toerenteller gemaakt, gebruik makend van een gelijkstroom motortje afkomstig uit een videorecorder, zie onderstaande foto.

Als het rubberen wieltje op het asje daarvan tegen het vliegwiel van een modelbouw motortje wordt gedrukt gaat het gelijkstroom motortje ronddraaien en het gedraagt zich dan als een spannings generator. De gelijkspanning die het motortje opwekt is een maat voor het toerental ervan en daarmee ook voor het toerental van de modelbouw motor. Door het rubberen wieltje tegen de drieklauw van mijn draaibank te drukken kon ik het (lineaire) verband bepalen tussen de bekende toerentallen van de draaibank en de opgewekte gelijkspanningen. Middels deze ijkprocedure en rekening houdend met de diameter van het vliegwiel van de modelbouwmotor kan ik op die manier het toerental van de modelbouw motor bepalen.
Het probleem was echter dat het vermogen van de meeste van mijn kleine modelbouw motortjes relatief laag is waardoor het toerental van de motor in meer of mindere mate afneemt op het moment dat ik het rubberen wieltje tegen het vliegwiel druk. Sterker nog, al mijn erg kleine Stirling motortjes en Vlamhappers zijn niet of nauwelijks in staat om dit gelijkstroom motortje aan te drijven zodat ze soms zelfs stoppen met draaien zodra het rubberen wieltje contact maakt met het vliegwiel.
Ik moest dus op zoek naar een toerenteller die geen mechanisch contact maakt met het vliegwiel.

Een zelf gemaakte contactloze toerenteller
Ik legde mijn probleem voor aan mijn schoonzoon Maarten Pennings die zeer deskundig is op het gebied van micro elektronica en de basic software daarvoor. Ik wist dat hij regelmatig geslaagde experimenten deed met dit soort elektronica waarvoor hij de relatief goedkope (Chinese) hardware meestal koopt via de website van Aliexpress. Hij zag het wel zitten om hiermee voor mij een contactloze toerenteller te ontwerpen en begon meteen enthousiast aan dit uitdagend project. Hij bestelde meteen een dubbele set componenten daarvoor, namelijk:
- Een micro controller (ESP8266) die programmeerbaar is met Arduino.
- Een sensor met infrarood emitter & detector.
- Een 4 digit 8x8 matrix display.
De prijs per setje was ca 6 Euro.
Maarten woont 85 km van mij vandaan en hij had daarom het tweede setje rechtstreeks vanuit China op mijn adres laten bezorgen. Met zijn eigen set ontwikkelde hij de software voor het systeem.
Ik heb deze drie componenten bedraad volgens de instructie van Maarten en ze op en aan een 8mm dik perspex plaatje bevestigd, zie onderstaande foto's:


Het verdient wellicht niet de schoonheidsprijs maar zo is de micro controller in ieder geval goed toegankelijk en het samenstel is solide en robuust en daar hou ik eigenlijk wel van.

Onderstaande foto toont een voorbeeld van een meetopstelling aan een Stirling motor, aan de hand waarvan ik de werking van het systeem globaal zal toelichten:

Op het vliegwiel is een reflecterende strip geplakt hetgeen in dit geval eenvoudigweg een stukje plaktape is van wit papier. De sensor die recht tegenover het vliegwiel is opgesteld zendt infrarood straling uit en ontvangt die ook weer via de reflectie tegen het vliegwiel materiaal en het wit stukje papier. De gereflecteerde straling is even hoger als het witte papier de sensor passeert en het door Maarten gemaakt programma in de microcontroller meet steeds de tijd in milliseconden die verstrijkt tussen twee passages van het wit stukje papier en rekent dit weer om in toeren per minuut. Maarten heeft het sotware programma in de microcontroller zodanig gemaakt dat omwentelingstijden die sterk afwijken van het voortschrijdend gemiddelde worden genegeerd waardoor er een stabiele output op display verkregen wordt. Zo'n afwijkende omwentelingstijd kan bijvoorbeeld ontstaan door signaal dender bij de overgangen van het witte papier naar het vliegwiel materiaal en andersom.
Maarten heeft een aantal updates gemaakt van het software programma om de werking van het systeem te optimaliseren.
Middels een aantal Skype sessies heeft Maarten mij door de installatie van de software op de microprocessor geloodst.

Dit is wat ik er van begrijp en hoe ik er als eenvoudige gebruiker tegenaan kijk. Voor meer gedetailleerde en meer verantwoorde informatie over de hard- en software kan ik verwijzen naar de GitHub pagina van Maarten Pennings: klik hier.


De resultaten
1. Toen ik de componenten had bedraad volgens de instructies van Maarten was de output op het display echter corrupt en totaal onherkenbaar. Mijn zoon Marc die eveneens bedreven is met dit soort micro elektronica en daarover regelmatig discussieert met Maarten ontdekte dat de vier elementen van het display in China 180 graden verkeerd op het printed board waren gezet. Toen hij dat corrigeerde was de output op het display wel zoals het behoorde. Maarten kon deze fout niet gezien hebben omdat mijn display immers niet bij hem thuis was geweest.

2. Het bleek dat het systeem niet goed werkte met een witte papierstrip op een hoog gepolijst aluminium vliegwiel zoals sommige van mijn modelbouw motortjes die hebben. Vermoedelijk is de oorzaak dat het reflectie verschil tussen het witte papier en het blinkend aluminium onvoldoende groot is om betrouwbare signaalovergangen te genereren. Toen ik de witte papier tape op zo'n blinkend aluminium vliegwiel verving door een zwarte tape werkte het systeem in dat geval wel prima. Dit is trouwens volgens Maarten ook "by design" zo omdat de software de tijd meet tussen zwart-wit overgangen en het dus niet uitmaakt of het grootste deel van het wiel wit is of zwart.

3. Een van mijn grotere 4-takt motoren heeft voldoende vermogen om het toerental te meten met de contact methode zoals ik die beschreven heb in de inleiding. Ik kon daardoor tegelijkertijd beide methoden toepassen en het bleek dat meetresultaten aan elkaar gelijk waren. Ik kan dus concluderen dat de contactloze toerenteller volgens het ontwerp van Maarten de juiste toerentallen weergeeft.

4. Ik heb filmpjes gemaakt van toerentalmetingen aan een viertal van mijn motortjes: twee Stirling motoren, een Vlamhapper en een 4-takt verbrandingsmotor. Onderstaande YouTube film is daarvan een compilatie.

 

 

Het eerste filmfragment is door Maarten bij hem thuis gemaakt waarmee hij met zijn (Lego) testopstelling de werking van de toerenteller demonstreert. Hij laat daarop ook zien dat bij het weghalen van de sensor van het vliegwiel het laatst gemeten toerental op het display blijft staan. Door het drukken op het "flash" knopje op de micro controller kan ook de omlooptijd van het vliegwiel in milliseconden worden weergegeven alsmede het aantal toeren per seconde (Hz).

Met dank aan Maarten voor zijn al zijn inspanningen en bemoeienissen en aan Marc voor het ontdekken van de foutieve montage van de vier display elementen.