DD200111A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SPEED MONITORING - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung, insbesondere von hochtourigen Zentrifugen. Ihr Ziel ist es, den Aufwand für die Schaltungsanordnung zu senken und die St"rsicherheit zu gew"hrleisten, Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung aus Standardbauelementen und -stufen aufzubauen, ohne Induktivit"ten auszukommen, einen kurzen Signalweg zu realisieren und eine Signalüberwachung des Überdrehzahlschutzes zu gew"hrleisten. Zur L"sung dieser Aufgabe ist die Schaltungsanordnung aus einem am Rotationsk"rper befestigten Abtastmuster, einer Abtaststufe, z.B. einem Optokopper, einem Impulsformer, einem Laufzeitgenerator, einem Komparator, einem Abschaltkreis, einem Frequenzschalter, einem Tachogenerator, einem Drehzahlschalter, einem ODER-Gatter und einem UND-Gatter zusammengesetzt. Die Ausgangssignale des Frequenzschalters und des Drehzahlschalters werden im ODER-Gatter verknüpft, w"hrend die Ausgangssignale des Komparators und des ODER-Gatter verknüpft werden. Fig. 1The invention relates to a circuit arrangement for speed monitoring, in particular of high-speed centrifuges. It is the object of the invention to reduce the complexity of the circuit arrangement and to ensure the stability of the circuit. The object of the invention was to construct the circuit arrangement from standard components and stages, to manage without inductances, to realize a short signal path and To ensure signal monitoring of the overspeed protection. To solve this problem, the circuit arrangement consists of a scanning pattern attached to the rotating body, a scanning stage, e.g. an optocoupler, a pulse shaper, a delay generator, a comparator, a shutdown circuit, a frequency switch, a tachogenerator, a speed switch, an OR gate and an AND gate composed. The output signals of the frequency switch and the speed switch are linked in the OR gate, while the output signals of the comparator and the OR gate are linked
Description
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Schaltungsanordnung zur DrehzahlüberwachungCircuit arrangement for speed monitoring
Anwendungsgebiet der Erfindung: . · *Field of application of the invention:. · *
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung von Rotationskörpern, Z0B0 Zentrifugenrotoreno Die Notwendigkeit eines Uberdrehzahlschutzes besteht für alle Rotationskörper, die bis an die Grenze ihrer Zerreißfestigkeit betrieben werden, wie z„B0 Rotore von Ultrazentrifuge!!, aber auch von rotierenden Antriebselementen, um Beschädigungen der von ihnen angetriebenen Elemente zu vermeiden»The invention relates to a circuit arrangement for speed monitoring of bodies of revolution, Z 0 B 0 Zentrifugenrotoreno The need for Uberdrehzahlschutzes exists for all rotating bodies, which are operated to the limit of their tensile strength, such as "B 0 rotors of ultracentrifuge !!, but also of rotating drive elements to prevent damage to the elements they drive »
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:
Eine Zentrifuge kann Rotoren mit unterschiedlichen Drehzahlwerten und Größen aufnehmen, um eine Anpassung an die ge-A centrifuge can accommodate rotors with different speed values and sizes in order to adapt to the
wünschte spezielle Zentrifugenanwendung zu ermöglichen. Jeder Rotor hat seinen eigenen maximalen Drehzahlwert und muß gegen Überdrehzahlen und sich daraus ergebenden Schäden geschützt werden. Zur Erfassung einer drehzahlabhängigen Größe ist es bekannt, am Boden der Rotore eine mit Sektoren versehene Abtast scheibe anzubringen und diese mit geeigneten Abtastmitteln abzutasten, die ein elektrisches Signal mit einer drehzahlproportionalen Frequenz erzeugen. Gemäß DE-OS 2 415 934 wird dieses Signal nach Impulsformung gleichzeitig einem Verzögerungsnetzwerk und einem rückstellbaren monostabilen Multivibrator mit einer Impulsdauer von 3 ms zugeführt. Die Ausgänge beider Schaltungsstufen sind an die Eingänge eines KOTD—Gatters^ geführ't, dessen Ausgang die Eingänge für eine Mischstufe und eine Signalzuverlässigkeitsschaltung bildete Die Ausgänge dieser Stufen sind mit den Eingängen eines Abschaltkreises der. Antriebssteuerschaltung des Motors verbunden« Der Ausgang der Signalzuverlässigkeitsschaltung ist außerdem mit dem Rückstelleingang des Multivibrators verknüpfte Die Mischstufe weist einen zweiten Eingang für den Anschluß eines hochstabilen Oszillators auf. der Ausgang der Mischstufe ist an einen Tiefpaß vorbestimmter Frequenz geführt. Die Signalzuverlässigkeitsschaltung besteht aus einem Integrator und einer Schwellwertschaltung.wanted to enable special centrifuge application. Each rotor has its own maximum speed value and must be protected against overspeeding and resulting damage. For detecting a speed-dependent size, it is known to attach a disk provided with sectors at the bottom of the rotors and to scan them with suitable scanning means which generate an electrical signal with a speed-proportional frequency. According to DE-OS 2,415,934 this signal is simultaneously supplied after pulse shaping a delay network and a resettable monostable multivibrator with a pulse duration of 3 ms. The outputs of both circuit stages are fed to the inputs of a KOTD gate whose output formed the inputs for a mixer stage and a signal reliability circuit. The outputs of these stages are connected to the inputs of a shutdown circuit. The drive control circuit of the motor is connected. The output of the signal reliability circuit is also connected to the reset input of the multivibrator. The mixer has a second input for the connection of a highly stable oscillator. the output of the mixer is passed to a low pass of predetermined frequency. The signal reliability circuit consists of an integrator and a threshold circuit.
Diese Schaltungsanordnung erzeugt ein Abschaltbefehl in folgenden zwei Fällen:This circuit generates a shutdown command in the following two cases:
1, Der Rotor erreicht die für ihn maximal zulässige1, The rotor reaches the maximum permissible for him
Drehzahlnumber of revolutions
2o Die Impulsbreite ist kleiner als 3 ms und die Anzahl der Impulse so gering, daß die Schwellwertschaltung nicht anspricht» 2o The pulse width is less than 3 ms and the number of pulses is so small that the threshold value circuit does not respond »
Der zweite Fall tritt ein bei Ausfall der Abtastmittel und des Impulsformers, bei Leitungsunterbrechungen dieser Schaltungsstufen und beim Fehlen der Abtästscheibe»The second case occurs in the case of failure of the scanning means and of the pulse shaper, in the event of line breaks in these circuit stages and in the absence of the scanning disc.
Die beschriebene Schaltungsanordnung ist durch einen hohen Aufwand gekennzeichnet, der besonders durch die Oszillatorschaltung mit ihrer hohen Frequenzkonstanz, den Tiefpaß mit eng tolerierten Induktivitäten und zwei Schaltungsstufen für die Störungssicherung der Überwachungsschaltung bedingt ist« Sie weist einen relativ langen Weg für impulsförmige Signale auf, so daß eine Gefahr fehlerhaften Abschaltens durch Einstrahlung von Fremdimpulsen besteht„The described circuit arrangement is characterized by a high cost, which is particularly due to the oscillator circuit with its high frequency stability, the low-pass with closely toleranced inductances and two circuit levels for the fault protection of the monitoring circuit «It has a relatively long way for pulse-shaped signals, so that there is a risk of faulty shutdown due to the irradiation of external impulses "
Ziel der Erfindung:Object of the invention:
Ziel der Erfindung ist es, den Bauelemente- und den Fertigungsaufwand für Drehzahlüberwachungsschaltungen zu senken und die Störsicherheit gegenüber Fremdimpulsen zu gewährleisten.The aim of the invention is to reduce the component and the production cost of speed monitoring circuits and to ensure the interference immunity to external pulses.
Darstellung des Wesens der Erfindung:Presentation of the essence of the invention:
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung der Rotore von Ultrazentrifugen zu schaffen, die aus Standardbauelementen und -stufen aufgebaut ist, ohne Induktivitäten auskommt, einen kurzen Signalweg für Impulse aufweist und gegenüber Störungen infolge defekter Bauelemente bzw„ -gruppen oder Leitungsverbindungen gesichert ist«The invention has for its object to provide a circuit arrangement for speed monitoring of the rotors of ultracentrifuges, which is constructed of standard components and stages, does not require inductors, has a short signal path for pulses and secured against interference due to defective components or groups or line connections is "
Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein:The solution to this problem includes the following known elements:
ein am Rotationskörper befestigtes, seine maximale Drehzahl charakterisierendes Muster, eine ein elektrisches Signal erzeugende Abtaststufe des Musters, einen Impulsformer der elektrischen Signale, eine Vergleichsschaltung, eine Bezugssignalquelle und einen Abschaltkreis«, Diese Elemente, außer der Bezugssignalquelle, sind in der Reihenfolge ihrer Nennung miteinander verknüpft»a pattern fixed to the rotational body, characterizing its maximum rotational speed, an electrical signal generating sampling stage of the sample, an electrical signal pulse shaper, a comparison circuit, a reference signal source and a shutdown circuit. These elements except for the reference signal source are in the order of their designation connected"
Erfindungsgemäß ist vorgesehen:According to the invention, it is provided:
Die Vergleichsschaltung ist ein Komparator. Zwischen dem Impulsformer und dem Komparator sind ein Laufzeitgenerator und ein Integrator geschaltet. Ein zweiter Ausgang des ImpulsformersThe comparison circuit is a comparator. Between the pulse shaper and the comparator, a delay generator and an integrator are connected. A second output of the pulse shaper
«-» 4 —«-» 4 -
ist mit dem Eingang eines Frequenzschalters verbunden, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines ODER-Gatters geführt ist. Ein Tachogenerator ist mechanisch mit der Motorwelle und elektrisch mit einem Drehzahlschalter gekoppelt, der ausgangsseitig an den zweiten Eingang des ODER-Gatters angeschlossen ist. Der Ausgang des ODER-Gatters bildet den zweiten Eingang eines UND-Gatters, dessen erster Eingang an den Ausgang des Komparators gelegt ist. Der Ausgang des UND-Gatters ist mit dem Abschaltkreis verbunden» Die Schaltdrehzahl des Drehzahlschalters liegt zwischen der der Schaltfrequenz des Frequenzschalters entsprechenden Drehzahl und der Sehaltdrehzahl des Komparators.is connected to the input of a frequency switch whose output is connected to the first input of an OR gate. A tachogenerator is mechanically coupled to the motor shaft and electrically connected to a speed switch connected on the output side to the second input of the OR gate. The output of the OR gate forms the second input of an AND gate whose first input is connected to the output of the comparator. The output of the AND gate is connected to the cut-off circuit »The switching speed of the speed switch is between the speed corresponding to the switching frequency of the frequency switch and the Sehaltdrehzahl the comparator.
AusführungsbeispieIiAusführungsbeispieIi
In der zugehörigen Zeichnung zeigenίIn the accompanying drawing showί
Figo 1 ein Blockschaltbild der SchaltungsanordnungFig. 1 is a block diagram of the circuit arrangement
Fig. 2 ein Signal-Drehzahl-Diagramm der Schaltungsanordnung.Fig. 2 is a signal-speed diagram of the circuit arrangement.
Als Ausführungsbeispiel wurde eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung von Ultrazentrifugen gewählt. In der Fig. 1 sind schematisch nur die Teile der Zentrifuge dargestellt, die mit der Schaltungsanordnung zusammenwirken: der Rotor 1, die Rotorwelle oder -nadel 2, der Antriebsmotor 3 einschließlich Getriebe, die Motorwelle 26 und der Antriebssteuerkreis 4cAs an exemplary embodiment, a circuit arrangement for speed monitoring of ultracentrifuges was selected. In Fig. 1, only the parts of the centrifuge are shown schematically, which cooperate with the circuit arrangement: the rotor 1, the rotor shaft or needle 2, the drive motor 3 including gear, the motor shaft 26 and the drive control circuit 4c
Am Boden des Rotors 1 ist eine Reflektorscheibe 5 befestigt, die als Muster abwechselnd, mit reflektierenden und nicht reflektierenden Sektoren versehen ist. Unterhalb der Reflektorscheibe 5 ist ein Optokoppler 6 als Abtaststufe angeordnete Sein Ausgang ist an den Eingang eines Impulsfor- mers 7 geführt, der zwei Ausgänge 18; 19 besitzt. Der erste Ausgang 18 ist mit dem Eingang eines Laufzeitgenerators 8,At the bottom of the rotor 1, a reflector plate 5 is fixed, which is provided as a pattern alternately, with reflective and non-reflective sectors. Below the reflector disk 5, an opto-coupler 6 is arranged as a sampling stage. Its output is led to the input of a pulse former 7, which has two outputs 18; 19 owns. The first output 18 is connected to the input of a transit time generator 8,
der zweite Ausgang 19 mit dem Eingang eines Frequenz,schalters 13 verknüpft* An den Ausgang des Laufzeitgenerators 8 ist ein Integrator 9 angeschlossen, der ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 21 eines Komparators Io verbunden ist. Der erate Eingang 2o des !Comparators Io ist an eine Bezugsspannungsquelle 11 gelegtethe second output 19 is connected to the input of a frequency switch 13 * to the output of the delay generator 8, an integrator 9 is connected, which is the output side connected to the second input 21 of a comparator Io. The input 2o of the comparator Io is connected to a reference voltage source 11
Der Ausgang des Frequenzschalters 13 ist an den ersten Eingang 22 eines ODER-Gatters 16 geführt« Mit der Motorwelle ist mechanisch ein Tachogenerator 14 gekoppelt. Elektrisch ist er mit dem Eingang eines Drehzahlschalters 15 verbunden, der ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters 16 verknüpft ist© Der Ausgang desselben ist an den zweiten Eingang 25 eines UND-Gatters 17 gelegt, dessen erster Eingang 24 mit dem Ausgang des !Comparators Io verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 17 ist mit dem Eingang eines Abschaltkreises 12 verknüpft, der ausgangsseitig mit dem Antriebssteuerkreis 4 verschaltet ist.The output of the frequency switch 13 is fed to the first input 22 of an OR gate 16. "A tachogenerator 14 is mechanically coupled to the motor shaft. Electrically it is connected to the input of a speed switch 15, whose output is linked to the second input 23 of the OR gate 16 © The same output is applied to the second input 25 of an AND gate 17, the first input 24 to the output of ! Comparators Io is connected. The output of the AND gate 17 is linked to the input of a shutdown circuit 12, the output side is connected to the drive control circuit 4.
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung soll in Verbindung mit dem Signal-Drehzahl-Diagramm (Figo 2) erläutert werden:The operation of the circuit arrangement will be explained in connection with the signal-speed diagram (Figo 2):
Der Optokoppler 6 erzeugt durch Abtastung der rotierenden Reflektorscheibe 5 ein periodisches elektrisches Signal, dessen Frequenz eine Funktion der Drehzahl des Rotors 1 ist. Das elektrische Signal erhält im Impulsformer 7 eine Rechteckform. Im Frequenzschalter 13 wird eine der Impulsfolge-'frequenz proportionale Gleichspannung erzeugt und einem Schwellwertschalter zugeführt, dessen Ausgangspegel U1 hur zwei Werte annehmen kann, nämlich L- oder Η-Pegel entsprechend den Logikzuständen O und 1 (positive Logik). Erreicht der Rotor 1 eine Drehzahl n^, z«Bo 4ooo U/min, so überschreitet die erzeugte Spannung den Schwellwert, und der Ausgangspegel u.. springt von L auf H , Damit geht auch der Pegel am Eingang 22 des ODER-Gatters 16 von L auf H über. Der Tachogenerator I4 erzeugt eine periodische elektrische Spannung, deren Amplitude und Frequenz ebenfalls der Drehzahl des Rotors 1 proportional sind, letztere aller-By scanning the rotating reflector disk 5, the optocoupler 6 generates a periodic electrical signal whose frequency is a function of the rotational speed of the rotor 1. The electrical signal receives in the pulse shaper 7 a rectangular shape. In the frequency switch 13 one of the pulse train 'frequency proportional DC voltage is generated and fed to a threshold, the output level U 1 hur can take two values, namely L or Η level corresponding to the logic states O and 1 (positive logic). Reaches the rotor 1, a rotational speed n ^, z "B o 4ooo U / min, the generated voltage exceeds the threshold, and the output level u .. jumps from L to H, so that the level is at the input 22 of the OR gate 16 from L to H. The tachogenerator I4 generates a periodic electrical voltage whose amplitude and frequency are also proportional to the speed of the rotor 1, the latter all
dings mit einem anderen Propoftionalitätsfaktor als die Impulsfrequenzβ Die Spannung wird im Drehzahlschalter 15 gleichgerichtet und einem Differnzverstärker zugeführt. Bei einer Drehzahl n? des Rotors 1, z.B» 15ooo U/min, springt der Ausgangspegel Up des Drehzahlschalters 15 von H auf L, wodurch auch der Pegel am Eingang 23 des ODER-Gatters 16 von H auf L übergeht» Der Pegel vl~ am . Ausgang des ODER-Gatters 16 bleibt wegen H am ersten Eingang 22 auf H, Dies wäre nicht der Pail, wenn der Ausgangspegel U1 des Frequenzschalters 13 wegen fehlenden Eingangssignals auf L bliebe < >The voltage is rectified in the speed switch 15 and fed to a Differnzverstärker. At a speed n ? of the rotor 1, for example »15ooo rpm, the output level Up of the speed switch 15 jumps from H to L, as a result of which the level at the input 23 of the OR gate 16 also changes from H to L.» The level vl ~ am. Output of the OR gate 16 remains H due to H at the first input 22. This would not be the pail if the output level U 1 of the frequency switch 13 remained low due to lack of input signal <>
Das Ausgangssignal des Impulsformers 7 wird im Laufzeitgenerator 8 in Impulse konstanter Breite und Höhe umgewandelt» Diese Impulse werden im Integrator 9 inte-griert. Die Integrationsspannung wird dem zweiten Eingang 21 des Komparators Io zugeführt. Im Komparator Io erfolgt ein Vergleich mit einer am ersten Eingang 2o anliegenden Referenzspannung der Bezugsspannungsquelle 11* Wenn der Rotor 1 seine maximale Drehzahl n,, ζ»Βο 65000 U/min., überschreitet, dann übersteigt der Betrag der drehzahlproportionalen Inte« grationsspannung den Betrag der Referenzspannung, wodurch der Komparator Io umschaltet. Sein Ausgangspegel u, springt von H auf L0 Damit geht auch·der Pegel am ersten Eingang 24 des UUD«C-atters 17 von H auf L über, an dessen zweiten Eingang normalerweise H anliegt» Der Ausgangspegel U1- des UND-Gatters 17- geht von H auf L über«, Dieses Logiksignal bewirkt im Abschaltkreis 12 einen Abschaltbefehl, wodurch im Antriebsstetierkreis 4 die Stromzufuhr für- den Antriebsmotor 3 unterbrochen wird«. · Durch die Verknüpfung des Logiksignals des !Frequenzschalters 13 mit dem des Drehzahlschalters 15 wird verhindert, daß es in dem unteren Drezahlbereich zu einem Abschalten des Motors 3 kommt ο Ist die Funktion der Abtasteinrichtung (Refektor- scheibe 5» Optokoppler 6 und Leitungsverbindung zum Impulsformer 7) gestört, dann bleibt der Ausgangspegel U1 desThe output signal of the pulse shaper 7 is converted in the runtime generator 8 in pulses of constant width and height »These pulses are inte-grated in the integrator 9. The integration voltage is supplied to the second input 21 of the comparator Io. In the comparator Io a comparison with a voltage applied at the first input 2o reference voltage of the reference voltage source 11 is effected * When the rotor 1 n its maximum speed ,, ζ "Β ο 65000 U / min., Exceeds, the amount of the speed-proportional Inte" exceeds grationsspannung the Amount of the reference voltage, whereby the comparator Io switches. Its output level u, jumps from H to L 0 Thus, the level at the first input 24 of the UUD «C-switch 17 from H to L, at whose second input normally H is applied» The output level U 1 - the AND gate 17- goes from H to L, "This logic signal causes a shutdown in the shutdown circuit 12, whereby the power supply for the drive motor 3 is interrupted in Antriebssstetierkreis 4«. By linking the logic signal of the frequency switch 13 with that of the speed switch 15, the motor 3 is prevented from switching off in the lower speed range. The function of the scanning device (refectory disk 5 »optocoupler 6 and line connection to the pulse shaper 7 ), then the output level U 1 of the
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Frequenzsehalters 13 auf L (gestrichelt dargestellt), das am ersten Eingang 22 des ODER-Gatters 16 anliegt. Schaltet dann der Drehzahlschalter 15 bei seiner Schaltdrehzahl n? um, entsteht am zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters 16 ebenfalls ein L-Pegel. Das dadurch am Ausgang des ODER-Gatters 16 hervorgerufene L schaltet über das UND-Gatter den Motor 3 ab·Frequenzsehalters 13 to L (shown in phantom), which is applied to the first input 22 of the OR gate 16. Then turns the speed switch 15 at its switching speed n ? At, formed at the second input 23 of the OR gate 16 is also an L level. The L thereby caused at the output of the OR gate 16 switches off the motor 3 via the AND gate.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |