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Einrichtung zur Übertragung elektrischer Grössen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, in welcher mittels mindestens eines als Generator arbeitenden Synchronmotors elektrische Grössen in Drehzahlen und Winkelstellungen umgewandelt, in Impulsform übertragen und einem Empfängersystem mit einem Impulszähler und bzw. oder einer impulsweise weiterschaltbaren Einrichtung (Schrittmotor) zugeführt werden.
Es ist die Verwendung von potentiometrischen, induktiven und kapazitiven Gebern zur Umwandlung von Drehzahlen und Winkelstellungen in für die Messung und Fernübertragung geeignete elektrische Grössen bekannt. Eine besondere Bedeutung kommt den induktiven Einrichtungen zu, da sie frei von Kontakten sind und eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzen.
Bei einer ersten bekannten Gruppe dient als Geber ein Generatorsystem, das im allgemeinen mit einer Dreiphasen-Ständerwicklung und einer Einphasen-Rotorwicklung versehen ist. Dieser Geber bildet eine elektrische Welle, wobei die Ständer- oder die Rotorwicklung des Gebersystems elektrisch erregt wird und der Rotor des Empfängersystems über die Verbindungsleitungen, die Beschaltung des Empfängers und gegebenenfalls servomechanische Hilfseinrichtungen nachgeführt wird.
Bei einer zweiten Gruppe gibt das Gebersystem bei der Drehung des Rotors elektrische Impulse ab, die vom Empfänger gezählt oder in Winkelschritte zurückverwandelt werden. Als Geber dienen dabei im allgemeinen Nockenscheiben, die bei Rotation in einer oder in mehreren Induktionsspulen an der Peripherie der Scheibe generatorisch Impulse erzeugen (Generatorverfahren) oder magnetische Fluss- änderungen hervorrufen, die zur Modulation einer Trägerfrequenz (Trägerfrequenzverfahren) dienen.
Ein Nachteil aller bisher bekannten Einrichtungen besteht darin, dass sie zwar gestatten, die Übertragung von Drehzahlen und Winkeln, die die Messgrösse darstellen, mit relativ kleinen Winkelfehlem von 0, 5 bis 2% durchzuführen, dass aber der erforderliche Aufwand zur Erzielung dieser Genauigkeit sowohl beim Geber als auch beim Empfänger hohe Kosten verursacht.
Zweck der Erfindung ist, eine entscheidende Minderung des hohen technischen Aufwandes für Aufgaben mit geringeren Genauigkeitserfordernissen, wie sie in verschiedenen Betriebsmess-, Anzeige- und Registriereinrichtungen zu verzeichnen sind, herbeizuführen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln elektrische Grössen kontaktlos in Drehzahlen und Winkelstellungen umzuwandeln und diese Grössen als Impulse zu übertragen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Rotor des als digitaler Impulsgeber dienenden Synchronmotors mit der jeweiligen Eingangsgrösse beaufschlagt ist und dass der Wechselstromstatorausgang des Synchronmotors über eine Zweiweggleichrichterschaltung und eine Spannungsbegrenzerschaltung den mit den Impulsen beaufschlagten Geberausgang bildet, wobei die am Geberausgang auftretenden Gleichstromimpulse als solche unverändert mittels Übertragungsleitungen dem
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Empfängersystem zugeleitet werden.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das Gebersystem zwei Synchronmotore enthält, wobei jedem der mit der Eingangsgrösse über einen Kompensator beaufschlagten Synchron- motoren je eine Zweiweggleichrichterschaltung, je eine Spannungsbegrenzerschaltung und je eine zweipolige Übertragungsleitung sowie eine gemeinsame Logikeinheit zugeordnet sind, wobei die Logik- einheit über dreipolige Übertragungsleitungen mit einem Vor-Rückwärtszähler verbunden ist, und dass die Rotoren der Synchronmotoren über einen Winkelabgriff gesteuert werden, der zwischen einem Nach- laufmotor, der einem Differenzverstärker nachgeschaltet ist, und einem Untersetzungsgetriebe, dessen
Ausgang auf den Differenzverstärker rückgekoppelt ist, vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte weitere Ausbildung der Erfindung kann auch darin bestehen, dass ein aus zwei emittergekoppelten Transistoren bestehendes Steuerbauglied vorgesehen ist, das über einen zwischen dem Differenzverstärker und dem Nachlaufmotor vorgesehenen Abgriff und eine weitere Gleichrichter- schaltung sowie über den zwischen dem Nachlaufmotor und dem Untersetzungsgetriebe angeordneten
Winkelabgriff, den Synchronmotor und die Zweiweggleichrichterschaltung beaufschlagt ist. Die Tran- sistoren des Steuerbaugliedes können dabei mit ihren Basen mit dem Ausgang der weiteren Gleich- richterschaltung und über ihre Kollektoren mit dem Vor-Rückwärtszähler verbunden sein.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Lösung besteht in dem geringen technischen Aufwand infolge der Verwendung eines bekannten, äusserst billigen und zuverlässigen Bauelementes als Geber und in der einwandfreien Funktion bei beliebig kleinen Drehgeschwindigkeiten in beiden Drehrichtungen. Die Ab- gabe von elektrischen Impulsen einer bestimmten minimalen Amplitude, in der Grössenordnung von mehreren Volt, auch bei kleinsten Drehgeschwindigkeiten, beruht auf der sprungartigen Rotorbewegung infolge der definierten Raststellungen der Motoren bei ausreichender Lose (Toleranz) in der form- schlüssige Drehwinkelübertragung. Die notwendige Lose (Toleranz) beträgt zweckmässig 50 bis 100U/o des Winkelabstandes zweier Raststellungen.
Zur vollen Ausnutzung des Informationsgehaltes ist es vor- teilhaft, die Induktionsspannungen unter Ausnutzung beider Halbwellen gleichzurichten.
Eine Einrichtung nach der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. l eine Einrichtung zur Drehzahlmessung und-über- tragung zur Volumenzählung, die Fig. 2 und 3 die vereinfachte und die detaillierte Darstellung einer
Einrichtung zur digitalen Übertragung der Anzeige eines Poggendorff-Kompensators, Fig. 4 eine Einrich- tung zur Winkelfernübertragung in Verbindung mit einem servomechanischen Nachlaufsystem und Fig. 5 den Schaltplan für eine logische Steuereinheit, die einen Teil der Schaltung nach Fig. 4 darstellt.
In Fig. l ist das erste Bauglied ein Volumenzählwerk --1--, z. B. nach dem Prinzip des Wälz- kolben-, Ringkolben-, Drehkolben-oder Turbinenzählers, das mit der Eingangsgrösse-X-beauf- schlagt wird und das den zu messenden Durchfluss in eine Drehzahl umwandelt. An einer geeigneten
Stelle im Untersetzungsgetriebe des Zählwerkes ist als induktiver Impulsgeber ein Synchronmotor --2-- mit einer Lose (Toleranz) 6 a von
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formschlüssig angekoppelt, wobei p die Polpaarzahl des Motors, c den Proportionalitätsfaktor und n die Drehzahl bedeuten.
Die am Ausgang des Synchronmotors --2-- auftretenden Spannungsimpulse werden in der Doppelweggleichrichterschaltung --3-- gleichgerichtet, in der Spannungsbegrenzerschaltung-4-auf Impulse gleicher Amplitude geformt und über zweipolige Übertragungsleitungen --5-- zu den Empfängern weitergeleitet, die aus einem Impulszähler --6- zur digitalen Messwertanzeige oder -ausgabe, für das
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Steuerfunktionen vorgesehen ist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen das Zusammenwirken der Bauglieder bei einer Winkelfernübertragung. Die Eingangsgrösse-Xe-wird in einem Poggendorff-Kompensator --8-, der in Fig. 3 genauer dargestellt ist, in eine proportionale Winkelstellung umgeformt. Der Winkelabgriff-9-erfolgt hinter einem Differenzverstärker -10-- und einem Nachlaufmotor --11-- des Kompensators, aber vor einem Unter-
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Induktionsspannungen der Statorwicklungen der Synchronmotoren --2-- werden in einer Gleichrichter- schaltung, die sich aus zwei Doppelweggleichrichtern --3-- zusammensetzt, getrennt gleichgerichtet und mit einer Triggerschaltung, bestehend aus zwei Spannungsbegrenzerschaltungen in Recht- eckspannungen umgewandelt.
Aus diesen Rechteckspannungen erzeugt eine Logikeinheit --14-- ge- trennte Impulsfolgen, die über dreipolige Übertragungsleitungen-15-einen Vor-Rückwartszähler - ansteuern. Dieser Zähler ist als Eingangsglied für die weitere digitale Informationsverarbeitung oder die Informationsausgabe, z. B. eine Ziffernanzeige-Einheit, einen Drucker oder Locher, vorgesehen.
Die Erzeugung der getrennten Impulsfolgen zur Verarbeitung in dem Vbr-Rückwrtszähler-16- erfolgt in der Schaltung nach den Fig. 4 und 5 auf einem andern Wege als bei der Schaltung nach Fig. 3, durch Ausnutzung des Steuersignals für den Nachlaufmotor-II-, welches über einen zwischen dem Differenzverstärker --10-- und dem Nachlaufmotor-11- (Fig. 4) angeordneten Abgriff --a-- und eine
Gleichrichterschaltung --18-- einem Steuerbauglied --17-- zugeführt wird.
Die von der Statorwicklung des Synchronmotors --2- angegebene Induktionsspannung wird in der
Zweiweggleichrichterschaltung --3-- gleichgerichtet und dient auch hier zur Erzeugung von Zähl- impulsen. Dabei erfolgt die Zuordnung der Impulsfolgen zu den beiden Eingängen des Vor-Rückwärts- zählers --16-- in dem Steuerbauglied-17-, das aus zwei Transistoren-19, 20-besteht, deren
Basen mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung --18-- und deren Kollektoren mit dem Vor-Rück-
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--16-- verbundenüber den Winkelabgriff-9-dem Ausgang des Vor-Rückwärtszählers-16-zugeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung in welcher mittels mindestens eines als Generator arbeitenden Synchronmotors elektrische Grössen in Drehzahlen und Winkelstellungen umgewandelt, in Impulsform übertragen und einem Empfängersystem mit einem Impulszähler und bzw. oder einer impulsweise weiterschaltbaren Einrichtung (Schrittmotor) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des als digitaler Impulsgeber dienenden Synchronmotors (2) mit der jeweiligen Eingangsgrösse (Xe) beaufschlagt ist und dass der Wechselstromstatorausgang des Synchronmotors (2) über eine Zweiweggleichrichterschaltung (3) und eine Spannungsbegrenzerschaltung (4) den mit den Impulsen beaufschlagten Geberausgang bildet, wobei die am Geberausgang auftretenden Gleichstromimpulse als solche unverändert mittels Übertragungsleitungen (5) dem Empfängersystem (6, 7)
zugeleitet werden.