Anordnung zur Messung von Geschwindigkeitsverhältnissen
Bei vielen Arbeitsmasehinen, bei denen mehrere elelitromotorisch angetriebene Teile zusammenarbeiten, ist es wichtig, die Drehzahlen solcher Teile stets mit mögliehst grosser Genauigkeit in einem bestimmten Verhältnis zu halten. So ist beispielsweise bei Textil-, Papier- und Ïhnlichen Maschinen, welche auf kontinuierlichen Warenbahnen arbeiten, es wiehtig, dass das Drehzahlverhältnis der Walzen, iiber die die Warenbahn geführt ist, konstant bleibt. Für solehe und ähnliche Zweeke ist es wertvoll, eine mögliehst genaue Messung des Drehzahlverhältnisses. und zwar nnathängig von der H¯he der Drehzahlen, durchzuführen.
Hierfür sind bereits Anord ntngen vorgesehlagen worden, bei denen die Gesehwindigkeitsmessung durch eine Wegmessung in einer Zeiteinheit vorgenommen wird. Das Verhältnis zweier Geschwindigkeiten oder Drehzahlen wird dadurch gebil- det, dass die von beiden in der gleiehen Zeit zurückgelegten Längen oder Drehwinkel gemessen und verglichen werden. Dieses Verfah- ren liefert den Mittelwert der Geschwindigkeit üler die Messzeit, und ist um so genauer, je genauer der Weg in der Messzeit gemessen wird, das heisst bei gegebenem absolutem Feh ler um so genauer je grösser die Messzeit ist.
Mechanische Anordnungen erfordern lange Messzeiten oder hohen Aufwand für Präzision und Versehleissfestigkeit, insbesondere bei grossen Drehzahlbereichen.
Nach der Erfindung kann eine derartige Messanordnung dadurch erheblich verbessert werden, dass die Bewegungen in Wegeinheiten entsprechende Impulse umgesetzt werden, die mit Hilfe von elektronischen Zählwerken gezählt und die so gewonnenen Integralwerte zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Dadurch wird die Möglichkeit gegeben, die bei gegebener Genauigkeit erforderliche Zählzeit erheblich herabzusetzen, wobei keine mechanischen Übertragungselemente, die dem Ver schleiss unterworfen sind, notwendig sind und grosse Drehzahlbereiehe auf einfache Weise erfasst werden können.
Besondere Vorteile bietet es hierbei, die Zähleinrichtung so auszubilden, dass, sobald an dem einen Zählwerk eine bestimmte runde Vergleichszahl, z. B. 100 oder 1000, erreicht ist, die an den andern zu vergleichenden Zählwerken erreichten Zählwerte festgehalten werden. Diese dr cken dann direkt in Dezi malzahlen das Verhältnis zwisehen den zu vergleichenden Werten aus.
Das Festhalten dieser Zahlen kann in vielen Fällen in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass, sobald an dem einen Zählwerk die Vergleichs- zahl erreicht ist, auf sämtliehe zusammenarbei- tenden Zählwerke eine Sperre zur Einwirkuiig gebracht wird, durch die der dort erreichte Zählwert festgehalten und später eintreffende Impulse nicht melir berücksichtigt werden.
Die Umwandlung der Drehwinkel oder LÏngen in Impulse kann auf beliebige Weise erfolgen. So können beispielsweise Kontakte angeordnet werden, die mit Hilfe von Bürsten abgegriffen werden. Man kann auch auf photoclektrischem Wege, beispielsweise durch Unter brechung des Lichtes an einer Lochscheibe oder durch Änderung der Reflektionsverhältnisse an umlaufenden, mit Teilstriehen ver sehenen Teilen solche Impulse erzeugen.
Eine andere Mögliehkeit besteht darin, mit ¯nderung der InduktivitÏt oder auch der Kapazität, beispielsweise durch umlaufende Scheiben, an denen sich am Umfang kleine Teile befinden, die in die Nähe von Indukti- vitäten bzw. Gegenelektroden gebracht werden und dadurch den Seheinwiderstand verändern, zu arbeiten. Man kann auch die Eigenschaft von magnetfeldabhÏngigen WiderstÏnden wie z. B. Indium-Antimonid ausnutzen, da¯ sich in Abhängigkeit der Magnetinduktion die Leitfähigkeit oder die Hallspannung trägheitslos Ïndert. Endlieh kann man auch nach Art von Tonbändern oder Tondrähten umlaufende Teile zur Erzeugung der Impulse herbeifüh- ren.
Es ist auch möglich, solehe Impulse auf magnetelektrischem. Wege, beispielsweise durch Auswertung der einzelnen Perioden eines mit der zu messenden Drehzahl umlaufenden Wechselstrom-Tachometerdynamos zu erzeu- gen.
Gegebenenfalls kann zur Erhöhung der Zählfrequenz die abgetastete Impulsfrequenz durch geeignete Frequenzvervielfaehungsschaltung vervielfacht werden, eine Verdoppelung bei sinusförmigen Impulsen zum Beispiel durch einfaehe Gleichrichterschaltungen. Da bei gleicher Messzeit also die Genauigkeit mit der Floche der Zählfrequenz abnimmt, empfiehlt es sich, diese hoch zu halten, was dureh entsprechende Wahl der Zahl der Pole, Strichmarken bzw. Lochscheiben oder Kontakte gesehehen kann. Die Impulse können im Bedarfsfall auch verstärkt werden sowie gegebenenfalls auch auf die erforderliche Kurvenform gebracht werden, beispielsweise wenn die verwendeten Zählgeräte eine von der Gesehwin- digkeit unabhängige bestimmte Steilheit der Impulsflächen verla. ngen.
Die Impulse werden mit I-lilfe von elektro- nischen ZÏhlschaltungen gezÏhlt, wobei vor zugsweise Zählröhren verwendet werden, die im dekadischen Systemzählen und den gezählten Wert nach aussen siehtbar werden lassen.
Unter ¸elektronischen ZÏhlschaltungen¯ sind hierbei elektrische Schaltungen beliebiger Art zu verstehen, bei denen die Zahl von Impulsen entweder pro Zeiteinheit oder während einer bestimmten Zeit gezählt werden, wobei nicht nur Anordnungen in Betraeht kommen. die mit Elektronenr¯hren arbeiten, sondern auch solche mit Halbleitern,wieTransistoren z. B. in Kippschaltungen und ähnliche, bei denen eine Zählung möglichst ohne Betätigung mechanischer Teile mit überaus grosser Folgegeschwindigkeit durchgef hrt werden kann.
Ein Ausf hrungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an IIand der Zeichnung näher erläutert.
Ein Sehema einer derartigen Anlage, bei der zwei Drehzahlen n1 und n2 miteinander zu vergleichen sind, ist in der Abb. l dargestellt. Hierbei werden von den linsichtlich ihrer Drehzahl zu veryleiehenden Teilen zwei Tachometerdynamos T1 und T., mit den Dreh- zahlen n1 und n2 angetrieben.
In Vorstufen Vj und V2 werden die von den Taehos kommenden Impulse in eine f r die elektronisehen ZÏhlwerke Zl1 und Zl2 geeignete Form gebracht. lait dem Zählwerk Zll ist hierbei eine Sperre S verbunden, die, sobald der Vergleichszählwert, z. B. 1 000. erreicht ist, auf die beiden Vorstufen in der Weise einwirkt, dass keine Impulse mehr wei- tergegeben werden. Es kann dann an dem Zählwerk Zl., unmittelbar die Verhältniszahl abgelesen werden.
In dem hier angenommenen Fall beträgt das Verhältnis 0, 7315. Die Sperr- schaltung kann so ausgebildet werden, dass nach einer vorgegebenen Zeit, die zur Ah- lesung ausreicht, die Zählwerke selbsttätig auf Null zur ckgestellt werden und für eine neue Zählperiode freigegeben werden.
Hierbei kann es in manehen Fällen zweek- mässig sein, vor der Zurückstellung auf Null den Stand aufzuzeiclmen, so dass er auch spater noch abgelesen werden kann. Auch un- abhÏngig von einer derartigen Zurückstellung kann eine fortlaufende oder auch intermittie- rende Registrierung der Zahl der Impulse unter Festhaltung der zugehörigen Zeitpunkte zweckmässig'sein.
Es lässt sich somit ein auf dem Integrationsverfahren beruhender Vergleieh von Drehzahlen bzw. Wegstrecken in bisher nieht erreichbar kurzen Zeiten mit grösster Genauig- keit erreichen, der hierbei von Temperaturkennlinienkrümmung oder ähnliehen Einflüs- sen völlig unabhängig ist, also mit sehr hoher Genauigkeit arbeitet. Aus diesem Grunde lässt sieh eine derartige Anordnung auch f r die exakte Eiehung von beliebigen Quotienten- Messgeräten verwenden.
Dank der hohen Ar beitsgeschwindigkeit ist es auch möglieh, die auf cliese Weise gewonnenen Messwerte f r eine Regelung auszuwerten, beispielsweise in der Form, dass bei Abweichungen von dem ge- wünschten Verhältnis eine dieser entgegenwir- kende Regelung erfolgt.
Arrangement for measuring speed ratios
In many work machines in which several electric motor driven parts work together, it is important to keep the speeds of such parts always in a certain ratio with the greatest possible accuracy. For example, in the case of textile, paper and similar machines that work on continuous material webs, it is important that the speed ratio of the rollers over which the material web is guided remains constant. For such purposes and similar purposes, it is valuable to measure the speed ratio as precisely as possible. and that depends on the speed of rotation.
For this purpose, arrangements have already been proposed in which the speed measurement is carried out by measuring the distance in a unit of time. The relationship between two speeds or rotational speeds is formed by measuring and comparing the lengths or angles of rotation covered by the two in the same time. This method supplies the mean value of the speed over the measuring time, and is the more precise the more precisely the path is measured in the measuring time, that is to say, with a given absolute error, the more precise the greater the measuring time.
Mechanical arrangements require long measuring times or great effort for precision and wear resistance, especially with large speed ranges.
According to the invention, such a measuring arrangement can be considerably improved by converting the movements into pulses corresponding to distance units, which are counted with the aid of electronic counters and the integral values obtained in this way are related to one another. This makes it possible to significantly reduce the counting time required for a given accuracy, with no mechanical transmission elements that are subject to wear being necessary and large speed ranges can be recorded in a simple manner.
It offers particular advantages here to design the counter in such a way that, as soon as a certain round comparison number, z. B. 100 or 1000 is reached, the count values reached at the other counters to be compared are recorded. These then express the ratio between the values to be compared directly in decimal numbers.
The retention of these numbers can be achieved in many cases in a simple manner that, as soon as the comparison number is reached on one counter, a lock is brought into effect on all cooperating counters, through which the counter value reached there is recorded and impulses arriving later are not taken into account.
The angle of rotation or length can be converted into pulses in any way. For example, contacts can be arranged that are picked up with the help of brushes. Such pulses can also be generated photoclectrically, for example by interrupting the light on a perforated disk or by changing the reflection ratios on circumferential parts provided with partial lines.
Another possibility consists in changing the inductivity or the capacitance, for example by rotating disks with small parts on the circumference that are brought into the vicinity of inductances or counter electrodes and thereby change the visual resistance work. One can also use the property of magnetic field-dependent resistors such as B. Take advantage of indium antimonide, which changes the conductivity or the Hall voltage without inertia depending on the magnetic induction. Finally, in the manner of audio tapes or audio wires, revolving parts can also be brought about to generate the impulses.
It is also possible to get such impulses on magneto-electric. Ways to generate ways, for example by evaluating the individual periods of an alternating current tachometer dynamo rotating at the speed to be measured.
If necessary, to increase the counting frequency, the sampled pulse frequency can be multiplied by a suitable frequency multiplication circuit, a doubling in the case of sinusoidal pulses, for example, by simple rectifier circuits. Since the accuracy of the counting frequency decreases with the same measuring time, it is advisable to keep this high, which can be seen by choosing the number of poles, line marks or perforated disks or contacts accordingly. If necessary, the impulses can also be amplified and, if necessary, also brought to the required curve shape, for example if the counting devices used leave a certain steepness of the impulse surfaces independent of the visual speed. nong.
The impulses are counted with the help of electronic counting circuits, whereby counting tubes are preferably used, which in the decadic system count and make the counted value visible to the outside.
“Electronic counting circuits” are to be understood as any type of electrical circuit in which the number of pulses is counted either per unit of time or during a certain period of time, and not only arrangements are considered. that work with electron tubes, but also those with semiconductors, such as transistors e.g. B. in flip-flops and the like, in which a count can be carried out as possible without actuating mechanical parts with an extremely high follow-up speed.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
A diagram of such a system, in which two speeds n1 and n2 are to be compared with one another, is shown in FIG. In this case, two tachometer dynamos T1 and T are driven with the speeds n1 and n2 by the parts that are very reliable in terms of their speed.
In preliminary stages Vj and V2, the impulses coming from the Taehos are brought into a form suitable for the electronic counters Zl1 and Zl2. lait the counter Zll here a lock S is connected, which, as soon as the comparison count, z. B. 1000. is reached, acts on the two preliminary stages in such a way that no more impulses are passed on. The ratio can then be read directly from the counter Zl.
In the case assumed here, the ratio is 0.7315. The blocking circuit can be designed in such a way that the counters are automatically reset to zero and released for a new counting period after a specified time that is sufficient for reading.
In some cases it can be useful to record the status before resetting it to zero so that it can also be read later. A continuous or also intermittent registration of the number of pulses while recording the associated points in time can also be expedient regardless of such a reset.
A comparison of speeds or distances based on the integration method can thus be achieved with the greatest accuracy in previously unattainable short times, which is completely independent of temperature curve curvature or similar influences, i.e. works with very high accuracy. For this reason, such an arrangement can also be used for the exact alignment of any quotient measuring devices.
Thanks to the high working speed, it is also possible to evaluate the measured values obtained in this way for a control, for example in the form that a counteracting control takes place in the event of deviations from the desired ratio.