DE1235014B - Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer physikalischen Groesse, insbesondere einer Drehgeschwindigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES WßWWSS PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 42d-5

Nummen 1235 014

Aktenzeichen: E13032IX b/42 d

1 235 014 Anmeldetag: 2.Oktober 1956

Auslegetag: 23. Februar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur hochempfindlichen Messung einer Größe, die in elektrische Wechselströme mit einer dem Wert der Meßgröße proportionalen Frequenz (Meßfrequenz) mittels eines beliebigen Umsetzungs-Verfahrens abbildbar ist, wobei der den Meßwert darstellende Wechselstrom in einer Mischstufe mit einem Vergleichswechselstrom fester Frequenz (Vergleichsfrequenz) gemischt und der Wechselstrom der dabei als Differenz von Meß-und Vergleichsfrequenz entstehenden Schwebungsfrequenz einem Meßinstrument zugeleitet wird.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen dieser Art arbeiten nach dem Kompensationsprinzip, bei dem das Anzeigeinstrument ausschließlich zum Nullabgleich zwischen Meß- und Vergleichsfrequenz verwendet wird. Es genügt daher, ein Anzeigeinstrument zu verwenden, das auf die Amplitude der Schwebungsfrequenz anspricht, weil das Verschwinden dieser Amplitude das Kriterium für den Meßabgleich dar- zo stellt. Eine direkte Anzeige oder laufende Registrierung des Meßwertes ist bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen somit nicht möglich, es sei denn durch entsprechende Eichung und Registrierung der zur Kompensation verstellten, mit der Meßgröße verglichenen Kompensationsgröße. Dies würde jedoch nicht zu einem kontinuierlich und selbsttätig anzeigenden Meßverfahren führen.

Zur Messung hoher Drehgeschwindigkeiten, insbesondere der Drehgeschwindigkeiten der Rotoren von Turbostrahltriebwerken, ist es bekannt, normale Anzeigegeräte mit elektrischer oder auch mechanischer Meßwertübertragung zu verwenden. Bei Strahltriebwerken größerer Abmesungen ist jedoch die ungenügende Ablesegenauigkeit dieser Anzeigegeräte ein schwerwiegender Nachteil. Man hat bereits vorgeschlagen, diesem Nachteil durch Anzeigegeräte mit zwei Zeigern abzuhelfen, von welchen ein Zeiger so ausgebildet ist, daß er im Betriebsbereich der Maschinengeschwindigkeit eine vollständige Umdrehung ausführt, so daß also dieser Betriebsbereich auf einen Anzeigewinkel des Instrumentes von praktisch 180° gedehnt ist. Diese Anordnung erleichtert zwar die Ablesung und verbessert die Ablesegenauigkeit, jedoch wird die Anzeigegenauigkeit des Instrumentes von der Ablesegenauigkeit bei weitem übertroffen. Tatsächlich sind die Anzeige- und Eichfehler solcher Geräte von gleicher Größenordnung wie die im Normalbetrieb eines jeden Turbostrahltriebwerkes bezüglich der einzelnen Betriebsgrößen maximal zulässigen Abweichungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer
physikalischen Größe, insbesondere einer
Drehgeschwindigkeit

Anmelder:

Etablissements Ed. Jaeger,
Societe Anonyme francaise,
Levallois-Perret₃ Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,
Essen, Kettwigerstr. 36

Als Erfinder benannt:

Pierre Ernest Rene Fauvelot,

Ville D'Avray, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 7. Oktober 1955 (700338),
vom 6. August 1956 (57 530)

Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine direkte, hochempfindliche und sehr genaue sowie auch bezüglich der Ablesung sehr genaue Anzeige der Meßgröße möglich ist. Die von der Erfindung gegebene Lösung dieser Aufgabe ist nicht nur auf die Messung von Drehzahlen bei Turbostrahltriebwerken beschränkt, sondern kann mit Erfolg ganz allgemein bei der Messung beliebiger Größen verwendet werden, z. B. bei der Messung von Durchflußmengen, Strömungsgeschwindigkeiten oder bei der Messung von Größen zur Integration, zum Synchronisieren, zum Zählen u. dgl.

In verfahrensmäßiger Hinsicht besteht die Erfindung darin, daß der den Meßwert darstellende Wechselstrom bei einer unterhalb einer bestimmten, wählbaren Grenzfrequenz liegenden Meßfrequenz unterdrückt und im Meßinstrument nur der Wert der Schwebungsfrequenz unbeeinflußt von der Amplitudengröße angezeigt wird.

Letzteres kann in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, daß der die Meßgröße darstellende Wechselstrom einphasig erzeugt oder in einen einphasigen Wechselstrom umgewandelt wird und mit einer dreiphasigen Vergleichsfrequenz gemischt wird

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und die entstehende dreiphasige Schwebungsfrequenz mittels eines von ihr in an sich bekannter Weise aufgebauten Drehfeldes gemessen wird.

Im Ergebnis erfolgt die Anzeige allein in Abhängigkeit von der dreiphasigen Schwebungsfrequenz, nicht von deren Amplitude, so daß sich die Amplitude der Schwebungsfrequenz während des Meßvorganges ohne weiteres ändern kann. Im Gegenfall findet aber die Anzeige der Meßwertgröße nur in einem auf den gesamten Meßbereich entnommenen Ausschnitt statt, der durch geeignete Wahl der Parameter, wie Vergleichsfrequenz und Grenzfrequenz, in bedeutendem Maß gedehnt werden kann, wodurch sich erhebliche Empfindlichkeiten und Genauigkeiten bei der Messung erzielen lassen.

Aus Gründen einer guten Übersichtlichkeit sieht die Erfindung im übrigen vorzugsweise vor, daß zur gleichzeitigen Lieferung einer Messung normaler Empfindlichkeit neben der hochempfindlichen Messung in einem vorher festgelegten Meßbereich die Meßfrequenz direkt in einem nur frequenzabhängigen Meßinstrument angezeigt wird.

Eine zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignete hochempfindliche Meßvorrichtung besteht aus einem Meßgeber für einen Wechselstrom mit dem Wert der Meßgröße proportionaler Frequenz, einem Vergleichsgeber für einen einphasigen Wechselstrom fester Vergleichsfrequenz sowie einer Mischstufe zur Mischung von Meß- und Vergleichsfrequenz und einem Meßinstrument.

Diese Vorrichtung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßgeber- und Mischstufe ein Dämpfungsglied zur Unterdrückung der Meßfrequenz bei unterhalb der Grenzfrequenz liegenden Werten sowie gegebenenfalls ein Phasenwandler mit einphasigem Ausgang und zwischen Vergleichsgeber und Mischstufe ein durch die Vergleichsfrequenz synchronisierter dreiphasiger Oszillator vorgesehen sind, ferner die Mischstufe dreiphasig ausgebildet ist und als Meßinstrument für die Schwebungsfrequenz ein an sich bekannter dreiphasiger Synchronmotor mit ebenfalls bekannter Meßvorrichtung für die Drehzahl des Synchronmotors vorgesehen ist.

Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der nachstehenden Beschreibung sowie den Ansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestellten Beispiels näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 schematisch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 den Meßgenerator der Vorrichtung nach F i g. 1 im Schnitt,

F i g. 3 teilweise im Schnitt die Anordnung des zur Anzeige dienenden Tachometermotors,

F i g. 4 die Vorrichtung nach F i g. 3 im Grundriß,

F i g. 5 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 schematisch ein Gleichrichternetzwerk zur Umwandlung des Dreiphasenstroms in gewellten Einphasenstrom,

F i g. 7 das Gleichrichternetzwerk nach F i g. 6 in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 8 schematisch das Schaltbild eines Bezugsfrequenzgebers,

Fig. 9 schematisch das Schaltbild eines Drehstromoszillators,

Fig. 10 schematisch das Schaltbild eines Differentialsystems,

Fig. 11 in großem Maßstab, teilweise im Schnitt, die Anordnung des Räderwerks der Anzeigeeinrichtung,

Fig. 12 eine Anordnung zur Einstellung und Befestigung der Feldrückschlußplatten beim Gegenstand der Fig. 11,

Fig. 13 schematisch ein Schaltbild zur Synchronisierung der Geschwindigkeit von zwei Turbostrahltriebwerken eines Luftfahrzeugs.

Bei der Messung von Drehgeschwindigkeiten durch elektrische Übertragung wird im allgemeinen ein Generator 1 benutzt, dessen Induktor 2 durch einen magnetisierten Körper mit zwei Polpaaren gebildet wird und dessen Anker 3 eine Drehstromwicklung trägt.

Der dargestellte Generator wird durch eine die zu messende Geschwindigkeit abnehmende Welle 4 angetrieben, welche in einem Antriebsvierkant 5 ausläuft und ihrerseits durch einen mit einem Splint versehenen Kopf 6 die Rohrachse 7 des Induktors antreibt.

Der von diesem Generator gelieferte Strom speist einen Synchronmotor 9 mit Drehstromwicklung 10. Das von dem Induktor entwickelte Drehfeld wirkt auf einen Anker 8, welcher im allgemeinen durch einen Magneten mit einem oder zwei Polpaaren mit sehr guten magnetischen Eigenschaften und großer Stabilität gebildet wird.

Die Welle 11 des Synchronmotors ist mit einer zusätzlichen, auf der Welle 11 lose drehbaren, magnetisierten Scheibe 12 zur Verhinderung des Außertrittfallens versehen. Auf der Welle 11 ist außerhalb des Motorgehäuses ein scheibenförmiger Meßmagnet 13 befestigt, welcher mit Regelnebenschlüssen 14 für die Temperatur versehen sein kann. Diese Scheibe, welche ebenfalls sehr gute magnetische Eigenschaften und eine große Stabilität aufweist, dreht sich vor einer unmagnetischen leitenden Scheibe, welche infolge der Wirbelströme den Zeiger unmittelbar oder mittelbar antreibt. Bei der Drehung des Magneten kehrt sich bei jeder Umdrehung in jedem Raumpunkt die Richtung des Magnetfeldes mehrmals um, und auf die erwähnte Scheibe wird ein zu der Drehgeschwindigkeit des Magneten 13 proportionales Moment ausgeübt. Diesem Moment wirkt eine die Drehung der Scheibe verhindernde Feder entgegen, so daß der der Gleichgewichtsstellung entsprechende Winkel ebenfalls zu der Meßgeschwindigkeit proportional ist.

Wenn der Synchronmotor 9 nicht mehr mit dem unmittelbar von dem Generator gelieferten Drehstrom gespeist wird, sondern mit einem anderen Strom, dessen Frequenz das Ergebnis einer Subtraktion zwischen der veränderlichen Frequenz der unmittelbar oder mittelbar vom Generator gelieferten Impulse und einer festen Vergleichsfrequenz von Impulsen, die von einem gesteuerten Impulsgenerator geliefert werden, ist, kann die Größe der Instrumentenfehler erheblich verkleinert werden.

Zur Vereinfachung der Ausführungen kann angenommen werden, daß die Frequenz der Welle 11 des Meßmotors die Differenz zwischen einer zu der zu messenden Geschwindigkeit proportionalen Frequenz und einer fiktiven Vergleichsfrequenz ist. Es kann dann, wenn η die zu messende Frequenz, n' die Frequenz des Anzeigemotors und n'₀ die fiktive Ver-

gleichsfrequenz ist, geschrieben werden:
«' — Kn — «„',

wobei Kn>n_ü' ist.

Hierin ist K ein Proportionalitätsfaktor, welcher von dem Verhältnis zwischen der Frequenzabnahme und der ImpuIszahl je Umdrehung der Abnahme abhängt.

Bei einer Anordnung üblicher Bauart mit einem Generator und einem Synchronmotor bleiben die Geschwindigkeiten (oder Frequenzen) der Bewegungsabnahme des Generators und des Motors zueinander und zu der zu messenden Geschwindigkeit proportional. Man kann dann schreiben:

In diesem Ausdruck hängt K von dem Verhältnis zwischen der Frequenzabnahme und der Polzahl des Generators bzw. des Motors ab.

Die magnetische Meßvorrichtung mißt die Frequenz n', welche einer anzuzeigenden Meßfrequenz η entspricht. Sie kann einen absoluten Fehler Δ η' besitzen, welcher einen Fehler Δ η für die angezeigte Frequenz zur Folge hat.

Der relative Fehler der magnetischen Messung

betragt —^-.

Δ η

Der relative Fehler der Anzeige beträgt —^- .

Man kann schreiben: log n' = log K * log η und

erhält nach Differentieren — .

η η

Δ η

Der relative Anzeigefehler —^- ist gleich dem der

Meß vorrichtung, nämlich ^_r- ■

Bei dem hochempfindlichen Tachometer, welches folgende Gleichung hätte:

ti = Kn- n₀',

erhält man: log n' = log (Kn —n₀') und durch Differentieren

An' __ KAn An Kn n' Kn — W₀' η Kn — n₀'

An _ An' Kn — n₀' ~n~~~n' Kit * Man stellt dann fest, daß der relative Anzeigefehler nur noch der Bruchteil des Fehlers der

Kn

magnetischen Messung ist.

Es ist zu bemerken, daß bei der obigen Messung die Größe n₀' als konstant angesehen wurde, was nur richtig ist, wenn die Genauigkeit der Vergleichsfrequenz hinreichend groß ist.

Wenn die zu messende Geschwindigkeit, z. B. zwischen 7500 und 8500 Umdrehungen in der Minute schwankt, können die Parameter K und H₀' zweckmäßig folgendermaßen gewählt werden:

Zur besten Ausnutzung des Magnetsystems wird zweckmäßig für die höchste Drehzahl des Motors 9 die Geschwindigkeit von 4000 U/min gewählt. Ferner wird zur Vermeidung der Nachteile eines Magnetsystems mit niedriger Drehzahl die kleinste der Ablesung der Geschwindigkeit von 7500 U/min ent-

sprechende Nutzgeschwindigkeit des Motors zu 1000 U/min gewählt. Es können daher die beiden folgenden Gleichungen angeschrieben werden:

4000 = K- 7500 — n₀',
1000 = K- 8500 -n₀'.

Die Lösung dieser beiden Gleichungen ergibt: K = 3 und w₀' = 21500 (358V3 Umdrehungen in der Sekunde.

Wenn das Verhältnis der Abnahme der Bewegung 1/2 ist, muß der durch den Generatori gebildete Impulserzeuger sechs Perioden je Umdrehung der Bewegungsabnähme liefern.

Es läßt sich leicht feststellen, daß bei der Geschwindigkeit von 7500 U/min die Impulsfrequenz des Generators 375 Hz und für eine Geschwindigkeit von 8500 U/min 425 Hz beträgt.

Da die Bezugsfrequenz 358V3 Hz beträgt, erhält man durch Subtraktion folgende Werte für die Differenzfrequenzen:

375-358V« = 16²/₃ Hz,
425-358V3 =66 ²/3 Hz.

Ein mit der obigen Differenzfrequenz gespeister zweipoliger Synchronmotor 9 läuft daher zwischen folgenden Geschwindigkeitsgrenzen:

16²/s · 60 = 1000 U/min,
66²/₃ · 60 = 4000 U/min.

In der Geberanordnung wird zweckmäßig ein Generator normaler Bauart benutzt, d. h. ein vierpoliger Drehstromgenerator.

Bei einer ersten Ausführungsform (F i g. 6) ist die Drehstromwicklung 15 des Generators in Stern geschaltet, wobei der Sternpunkt mit dem Körper verbunden ist. Die freien Enden der Wicklungen sind an drei Gleichrichter angeschlossen. Diese Gleichrichter können Kristalldioden (z. B. aus Germanium) oder aus Gründen der Betriebsstabilität, der geringen Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und der Spannungssicherheit vorzugsweise elektronische Hochvakuumdioden sein. Die Anoden 16 der Dioden werden dann einzeln an die freien Enden der Spulen 15 angeschlossen, und die Kathoden 17 werden parallel mit einem gemeinsamen Leiter lS verbunden. An den Leiter 18 wird über eine Widerstandsanordnung 19 eine feste Gleichspannung angelegt, welche von einer geeigneten Spannungsquelle über einen Leiter 20 zugeführt wird. Der an den Leiter 18 angeschlossene Leiter 21 führt einen Wellenstrom, welcher nur auftreten kann, wenn die gleichgerichteten Spannungen größer als die von dem Leiter 20 zugeführte Gegenspannung sind. Die gleichgerichteten Spannungen werden größer als dieser Grenzwert, wenn sich der Generator mit einer genügend großen Geschwindigkeit dreht.

Man stellt dann fest, daß der den drei Gleichrichtern zugeordnete vierpolige Drehstromgenerator einen Wellenstrom mit sechs Perioden je Umdrehung liefert. Ferner gestattet das Vorhandensein einer Gegenspannung, die Drehung des Meßmotors 9 in umgekehrter Richtung mit großer Geschwindigkeit zu vermeiden, wenn die zu messende Geschwindigkeit einen solchen Wert hat, daß die durch den Wellenstrom in dem Leiter 21 erzeugte Impulsfrequenz erheblich kleiner als die Vergleichsfrequenz ist.

Diese Ausbildung ist einfach und betriebssicher, sie erfordert jedoch den Körperschluß des Stern-

punkts der Wicklung des Generators, während üblicherweise eine Phase Körperschluß hat.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist es möglich, als Quelle für den Wellenstrom eine einzige Wicklung 22 des Generators zu verwenden, wobei dann die Wicklung 23 mit dem Körper verbunden wird. Die in der Spule 22 erzeugte Einphasenspannung wird einer Dämpfung in einem Filter 24 unterworfen. Dieses Filter läßt nur über einem gegebenen Wert liegende Frequenzen durch.

In dem betrachteten praktischen Fall beträgt der erforderliche Grenzwert 125 Hz, was einer Drehgeschwindigkeit von 7500 U/min an der Welle entspricht, deren Geschwindigkeit zu messen ist. Zu diesem Filter tritt ein Oberwellenerzeuger hinzu, welcher die dritte Oberwelle erzeugt. Auf diesen Oberwellenerzeuger folgt ein Filter 26, welches die Ströme durchläßt, deren Frequenz zwischen zwei Grenzwerten liegt. Bei dem betrachteten praktischen Beispiel sind diese beiden Grenzwerte 375 und 425 Hz.

Unabhängig von der Arbeitsweise der durch den Generator und den Gleichrichter gebildeten Anordnung erhält man einen Wellenstrom, dessen Welligkeit eine Frequenz hat, weiche ein Vielfaches der Zahl ist, welche die zu messende Drehgeschwindigkeit mißt.

Die Bezugsfrequenz, deren Wert 358Vs Hz beträgt, wird mittels eines Quarzoszillators 27 (F i g. 8) erhalten, dem Multivibratoren zur Frequenzteilung nachgeschaltet sind. Für die Frequenz des Quarzes wird kein zu hoher Wert gewählt, um entweder eine zu große Zahl von Multivibratoren oder zu hohe Frequenzteilungsverhältnisse zu vermeiden, die Frequenz darf jedoch auch nicht zu niedrig sein, wodurch der Quarz zu umfangreich und zu empfindlich würde. Zur Erzielung einer guten Betriebssicherheit wird das Untersetzungsverhältnis der Multivibratoren zu höchstens 5 gewählt.

Unter diesen Bedingungen wird der Quarzoszillator 27 auf 21 500 Hz eingestellt. Er speist den Steuerkreis eines Oszillators 28. Dieser Oszillator 28 ist mit einem synchronisierten Multivibrator 29 verbunden, welcher die Frequenz durch 4 teilt und mit 5375 Hz arbeitet. Der Multivibrator 29 speist einen synchronisierten Multivibrator 30, welcher mit 1075 Hz arbeitet und die Frequenz durch 5 teilt. Ein Ausgangsmultivibrator 31 wird auf 358Vä Hz synchronisiert und teilt die Frequenz durch 3.

Es ist zu bemerken, daß der Quarz nur gegen äußere Einflüsse geschützt ist, ohne einer thermostatischen Regelung unterworfen zu sein, deren Stabilisierungszeit viel zu groß gegenüber der normalen Zeit zwischen der Inbetriebsetzung und der Benutzung der Apparatur wäre. Bei einem Temperaturkoeffizienten von weniger als 4 · IO^-6, entsprechend einer Frequenzänderung von ²Aoooo, erreicht die zulässige Temperaturänderung 50° C. Der Quarz wird bei Vioooo geeicht, und die praktischen Eichbedingungen werden in Abhängigkeit von der innerhalb der Apparatur festgestellten Erwärmung so gewählt, daß die von den Grenzwerten der Umgebungstemperatur, d. h. etwa -20° C und +40° C, herrührenden Frequenzänderungen aufgeteilt werden.

Es muß nun eine Differenzfrequenz hergestellt werden, welche die Differenz zwischen der von dem Generator und dem obigen Impulsgeber gelieferten Impulsfrequenz und der von dem Quarzoszillator

und der obigen MuItivibratorkette gelieferten Vergleichsfrequenz darstellt. Hierfür ist eine Frequenzsubstraktionsvorrichtung vorgesehen, welche mit den Schwebungen zwischen der Impulsfrequenz und der Vergleichsfrequenz arbeitet, welche beide gleichzeitig die gleiche Elektronenröhre beaufschlagen. Die Vorspannung dieser Röhre wird zweckmäßig so gewählt, daß eine Gleichrichtung der Schwebungen stattfindet, wobei ein abgestimmtes Filter oder ein Tiefpaßfilter

ίο die Schwebungsfrequenz von den einfallenden Frequenzen trennt. Die Beschreibung oder Darstellung einer derartigen bekannten Schaltung erübrigt sich.

Da der Motor 9 eine dreiphasige Speisung erfordert, wird zweckmäßig die Schwebung zwischen der Impulsfrequenz und den drei Phasen eines auf die Vergleichsfrequenz eingestellten Drehstromsystems hergestellt. Man erhält so eine dreiphasige Schwebung.

Unter diesen Bedingungen enthält der Geber der Differenzfrequenz in erster Linie einen durch die Vergleichsfrequenz synchronisierten, schematisch in Fig. 9 dargestellten dreiphasigen Oszillator sowie ferner ein dreiphasiges Differentialsystem, in welchem jedes Glied gleichzeitig mit einer Phase des vorhergehenden Oszillators und der Impulsfrequenz beaufschlagt wird. Dieses Differentialsystem ist schematisch in Fig. 10 dargestellt.

Der Dreiphasenoszillator weist drei Trioden auf, deren Anoden 32, 33, 34 mit den Gittern 35 bzw. 36 bzw. 37 der nachfolgenden Trioden verbunden sind. Das Gitter 37 empfängt über einen Leiter 38 die Vergleichsfrequenz. Jede Verbindung zwischen Gitter und Anode weist eine Anordnung mit Kondensatoren und Widerständen auf, weiche zwischen dem Gitter einer Röhre und der Anode der vorhergehenden Röhre eine Phasenverschiebung von n/3 erzeugt. Da jede Triode ihrerseits eine Phasenverschiebung von η (Phasenumkehr) erzeugt, beträgt die Phasenverschiebung zwischen zwei homologen Teilen von zwei aufeinanderfolgenden Trioden 4 n/3, was eine wirkliche Phasenverschiebung von 2 n/3 ergibt. Die Phasenverschiebung von n/3 durch Kondensatoren und Widerstände ist der Frequenz 358 ¹Za oder einer etwas niedrigeren Frequenz angepaßt, um die Synchronisierung des Dreiphasenoszillators durch die an eine beliebige Triode angelegte einphasige Vergleichsfrequenz zu erleichtern.

Die Anoden 32, 33, 34 liefern über ihre Leiter und Belastungswiderstände einen Dreiphasenstrom, und jede Phase dieses Stromes wird durch Leiter 39, 40 und 41 an ein Differentialsystem mit vier Trioden angelegt. Die Gitter 42, 43, 44 von dreien dieser Trioden sind mit den Leitern 39 bzw. 40 bzw 41 verbunden. Eine vierte Triode erhält über ihr Gitter 45 den Strom eines an die Meßfrequenz angeschlossenen Leiters, d. h. den von dem Leiter 21 oder dem Filter 26 kommenden Strom. Diese Verbindung erfolgt über eine geeignete Anordnung von Widerständen und Kondensatoren. Die Kathode 47 der erwähnten Triode ist mit den Kathoden 48, 49 und 50 der drei anderen Trioden verbunden, und die Gesamtordnung dieser Kathoden ist über einen Widerstand 51 an den Körper gelegt. Man erhält so eine gemeinsame Kathodenbelastung. Der Kathodenwiderstand 51 und der Verbrauch der Röhren sind so "bemessen, daß die drei anderen Schwebungstrioden mit Gleichrichtung der Spannung Gitter—Kathode arbeiten. Jede Anode 52, 53, 54 der Schwebungstrioden ist mit einem entspre-

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chenden Belastungswiderstand 55, 56, 57 verbunden und gegenüber dem Körper durch einen Kondensator 58 bzw. 59 bzw. 60 entkoppelt, wobei diese Anordnung mit Widerstand und Kondensator ein erstes Glied zur Filterung der erhaltenen Signale bildet. Die Trioden des dreiphasigen Oszillatorsystems und des Differentialsystems werden zweckmäßig zu Doppeltrioden vereinigt.

Die Ströme der Anoden 52, 53, 54 werden hinter den Entkopplungskondensatoren 58, 59, 60 den Zellen eines dreiphasigen Vorverstärkers und eines dreiphasigen Leistungsverstärkers zugeführt, wobei dieser Verstärker die symmetrische Bauart aufweist. Die symmetrische Beaufschlagung einer jeden Phase erfolgt mittels einer Kathodynphasenschieberschaltung, und es muß eine Vorverstärkerstufe zwischen dem Differentialsystem der Fig. 10 und der Kathodynstufe vorgesehen werden. Der Vorverstärker weist die Bauart mit üblichen Trioden mit ohmscher Anodenbelastung auf. Die Vereinigung der drei Kathoden erleichtert die Entkopplung des Kathodenwiderstanddes, da die Summe der Dreiphasenströme konstant bleibt. Die Verbindung zwischen der Vorverstärkerstufe und der Kathodynstufe erfolgt mittels eines Doppel-T-Filters mit Widerstand und Kondensator, welcher die Gleichrichtungsrückstände des Differentialsystems ausscheidet.

Die Leistungsstufe wird durch einen Transformator belastet, welcher in Abhängigkeit von der Impedanz des Motors auf die Höchstfrequenz von 66Vs Hz abgestimmt ist, wobei bei den niedrigeren Frequenzen ein geringer Wirkungsgradverlust auftritt.

Die Speisung der elektronischen Anordnung erfolgt entweder mit Wechselstrom für die Anodenspannung und die Heizung oder mit Wechselstrom für die Anodenspannung und mit Gleichstrom für die Heizung.

Wie man in F i g. 5 sieht, enthält unter diesen Bedingungen bei dem betrachteten Fall die Vorrichtung einen Generator 1, der sich mit der halben Geschwindigkeit der Welle 61 dreht, deren zu messende Geschwindigkeit zwischen 7500 und 8500 Umdrehungen schwankt. Dieser Generator ist elektrisch mit einem Spannungsgleichrichter 62 verbunden, welcher einen einphasigen Wellenstrom mit einer gleichgerichteten Spannung und einer zwischen 375 und 425 Hz veränderlichen Impulsfrequenz liefert (unter Bezugnahme auf F i g. 6 und 7 beschriebene Anordnung). Dieser Gleichrichter 62 arbeitet mit einem Vergleichsfrequenzgeber 63 parallel, welcher einen einphasigen Wechselstrom mit der Vergleichsfrequenz von 358V3 Hz erzeugt (unter Bezugnahme auf F i g. 8 beschriebene Aordnung, wobei die Vergleichsfrequenz einen Dreiphasenoszillator 64 synchronisiert, welcher einen Dreiphasenstrom mit dieser Vergleichsfrequenz liefert (Anordnung der F i g. 9). Der Gleichrichter 62 und der Oszillator 64 sind an eine dreiphasige Substraktions- und Verstärkungsanordnung 65 angeschlossen (Anordnung der F i g. 10), wobei der Verstärker über einen Leistungsverstärker den Drehfeldmotor 9 speist. Dieser Motor treibt den Meßmagneten 13 an, vor welchem die mit dem Zeiger 67 verbundene Wirbelstromscheibe 66 schwenkbar ist.

Wie man aus F i g. 1 sieht, ist der Generator 1 durch eine einzige Leistung mit einem die ganze Apparatur 62 bis 65 enthaltenden Gehäuse 68 verbunden. Dieses Gehäuse empfängt über einen einfachen 014

oder mehrfachen Leiter 69 die entsprechenden elektrischen Ströme.

Wie oben ausgeführt, ist es mit einem einzigen Generator möglich, unmittelbar einen Tachometermotor 70 (F i g. 3) normaler Bauart und gleichzeitig den Motor 9 mittels der obigen Apparatekette zu speisen, wobei die beiden Motoren 9 und 70 in dem gleichen Apparategehäuse 71 enthalten sind. Der Motor 70 wird durch eine direkte Leitung 72 gespeist, während die Leitung 73 zur Speisung des Motors 9 dem Impulsgeber zugeordnet und den erforderlichen Apparaten nachgeschaltet ist. Ein derartiges Instrumentenbrettgerät ergibt also an einem Zeiger mit geringer Empfindlichkeit alle Werte der Drehgeschwindigkeiten zwischen 0 und 8500 U/min. Der andere Zeiger bleibt hinter einer Abdeckung, bis die Meßgeschwindigkeit 7500 U/min erreicht, und liefert eine sehr genaue Angabe der erreichten Geschwindigkeit in dem Geschwindigkeitsbereich zwischen 7500 und 8500 U/min.

In dem Doppelanzeigegerät 71 sind die Meßmagnete 13 und 74 zur Vermeidung magnetischer Beeinflussungen entsprechend den Motorachsen gegeneinander versetzt. Die den Magneten 13 und 74 entsprechenden unmagnetischen Scheiben 66 und 75 werden von parallelen Wellen 76 und 77 getragen. Der Rückschluß der Magnetkreise erfolgt über regelbare Feldrückschlußplatten 78 und 79. Ebenso wie die Magnete sind die Scheiben 66 und 75 in verschiedenen Ebenen angeordnet. Jede Feldrückschlußplatte wird von einem Pfeiler über einer Zwischenplatte 80 auf einer Seite von einer Schraube 81 unter Zwischenschaltung einer nachgiebigen Lochscheibe 82 und auf der anderen Seite durch eine Feder 83 gehalten, welche in eine Ausnehmung des gegenüberliegenden Pfeilers 84 eingesetzt ist, wobei die Schraube 85 zur Regelung durch Zusammendrückung oder Entspannung der Feder 83 dient.

Die Achse 76 ist mittels einer Zwinge an einer zwischen zwei festen Seitenteilen 86 und 87 angeordneten Spiralrückholfeder 85 befestigt. Diese Anordnung vermeidet Störungen durch die von den Zeigerschwingungen verursachten Schwingungen als auch durch Schwingungen anderen Ursprungs und verhindert die Verschiebung der mittleren Stellung. Die Achse 76 trägt noch ein Zahnrad 88, welches mit einem mit einer Rohrachse versehenen Zahnrad 89 im Eingriff steht. Diese Rohrachse enthält die zentrale Achse 90 des Apparats, welche mit einem dem Rad 89 gleichen Rad 91 fest verbunden ist. Dieses Rad 91 steht mit einem an der Achse 77 befestigten Rad 92 im Eingriff. Die Achse 77 weist ebenfalls eine zwischen zwei festen Seitenteilen 94 und 95 angeordnete Spiralfeder 93 auf. Jedes der Räder 89 und 91 trägt einen Anschlagfinger 96 oder 97, welcher mit einem festen Anschlag 98 oder 99 zusammenwirken kann. Bei dieser Ausbildung erfolgen die Anzeigen des Doppelgerätes durch zwei konzentrische Zeiger, von denen einer an der Rohrachse des Rades befestigt ist und die Geschwindigkeit mit großer Empfindlichkeit mißt, während der andere auf der zentralen Achse 90 befestigt ist und die Anzeige der Geschwindigkeit mit einer geringeren Empfindlichkeit, aber in dem gesamten Geschwindigkeitsbereich liefert.

Wenn es sich darum handelt, die Geschwindigkeiten von mehreren Turbostrahltriebwerken eines Luftfahrzeuges zu synchronisieren, kann für zwei

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Claims (7)

Turbostrahltriebwerke die in Fig. 13 dargestellte Anordnung benutzt werden. Diese Anordnung enthält eine Zeitbasis, welche durch einen Vergleichsfrequenzgeber 63 gebildet wird, welcher einen Einphasenwechselstrom liefert, wobei diese Vergleichsfrequenz einen Dreiphasenoszillator 64 synchronisiert, welcher einen Dreiphasenstrom mit dieser Vergleichsfrequenz liefert. Der Geber und der Oszillator tragen die Bezugszeichen der entsprechenden in F i g. 5 dargestellten Teile, welche ihrerseits unter Bezugnahme auf F i g. 8 bzw. 9 beschrieben sind. Ferner treibt jede Welle 61 oder 61a der Turbostrahltriebwerke einen Generator 1 oder la an, welcher sich mit einem bestimmten Bruchteil der Geschwindigkeit der entsprechenden Welle 61 oder 61 a dreht. Jeder Generator ist elektrisch mit einem Spannungsgleichrichter 62 oder 62 a der unter Bezugnahme auf F i g. 6 und 7 beschriebenen Art verbunden, welcher einen einphasigen Wellenstrom mit einer veränderlichen, zu der Geschwindigkeit der Welle 61 oder 61a proportionalen Frequenz liefert. Jeder Gleichrichter 62 oder 62 a und der Dreiphasenoszillator 64 sind an eine dreiphasige Subtraktionsund Verstärkungsvorrichtung 65 oder 65 a angeschaltet, welche in der unter Bezugnahme auf F i g. 10 erläuterten Weise ausgebildet ist. Der dreiphasige Verstärker 65 oder 65 a speist über einen Leistungsverstärker den entsprechenden Drehfeldtachometermotor 9 oder 9 a. Dieser Motor treibt den entsprechenden Meßmagneten 13 oder 13 a an, gegenüber welchem die mit dem Zeiger 67 oder 67 a verbundene Wirbelstromscheibe 66 oder 66 a schwenkbar ist. Ein mit den dreiphasigen Subtraktions- und Verstärkungsvorrichtungen 65 und 65 a verbundenes Synchronoskop 100 gestattet die Bestimmung des zwischen den beiden Turbostrahltriebwerken erreichten Synchronismusgrades. Falls die benutzten Frequenzen die gleichen wie die der oben unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 12 beschriebenen Vorrichtung sind, wird die Empfindlichkeit der obigen Anordnung gegenüber der Empfindlichkeit der bekannten Anordnungen dadurch vergrößert, daß eine Umdrehung des Synchronoskops 100 einem Unterschied von einer sechstel Umdrehung zwischen den Bewegungsabnahmen der beiden Turbostrahltriebwerke entspricht. Patentansprüche: 50

1. Verfahren zur hochempfindlichen Messung einer Größe, die in elektrische Wechselströme mit einer dem Wert der Meßgröße proportionalen Frequenz (Meßfrequenz) mittels eines beliebigen Umsetzungsverfahrens abbildbar ist, wobei der den Meßwert darstellende Wechselstrom in einer Mischstufe mit einem Vergleichswechselstrom fester Frequenz (Vergleichsfrequenz) gemischt und der Wechselstrom der dabei als Differenz von Meß- und Vergleichsfrequenz entstehenden Schwebungsfrequenz einem Meßinstrument zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der den Meßwert darstellende Wechselstrom bei einer unterhalb einer bestimmten, wählbaren Grenzfrequenz liegenden Meßfrequenz unterdrückt und im Meßinstrument nur der Wert der Schwebungsfrequenz unbeeinflußt von der Amplitudengröße angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßgröße darstellende Wechselstrom einphasig erzeugt oder in einen einphasigen Wechselstrom umgewandelt wird und mit einer dreiphasigen Vergleichsfrequenz gemischt wird und die entstehende dreiphasige Schwebungsfrequenz mittels eines von ihr in an sich bekannter Weise aufgebauten Drehfeldes gemessen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Lieferung einer Messung normaler Empfindlichkeit neben der hochempfindlichen Messung in einem vorher festgelegten Meßbereich die Meßfrequenz direkt in einem nur frequenzabhängigen Meßinstrument angezeigt wird.

4. Hochempfindliche Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einem Meßgeber für einen Wechselstrom mit dem Wert der Meßgröße proportionaler Frequenz, einem Vergleichsgeber für einen einphasigen Wechselstrom fester Vergleichsfrequenz sowie einer Mischstufe zur Mischung von Meß- und Vergleichsfrequenz und einem Meßinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßgeber und Mischstufe ein Dämpfungsglied zur Unterdrückung der Meßfrequenz bei unterhalb der Grenzfrequenz liegenden Werten sowie gegebenenfalls ein Phasenwandler mit einphasigem Ausgang und zwischen Vergleichsgeber und Mischstufe ein durch die Vergleichsfrequenz synchronisierter dreiphasiger Oszillator vorgesehen sind, ferner die Mischstufe dreiphasig ausgebildet ist und als Meßinstrument für die Schwebungsfrequenz ein an sich bekannter dreiphasiger Synchronmotor mit ebenfalls bekannter Meßvorrichtung für die Drehzahl des Synchronmotors vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeber aus einem Drehstromgenerator besteht, der mit einer Drehgeschwindigkeit betrieben wird, die proportional dem Wert der Meßgröße ist, und der einem die Funktionen des Dämpfungsgliedes und des Phasenwandlers erfüllenden dreiphasigen Gleichrichternetzwerkes vorgeschaltet ist, das nach Gleichrichtung und gleichzeitiger Überlagerung der drei Phasen des durch den Drehstromgenerator erzeugten Drehstromes einen Einphasenstrom mit einer Gleichstromkomponente und einer Welligkeit liefert, dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz des vom Generator gelieferten Drehstromes ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichrichternetz drei Dioden (16, 17) besitzt, deren Kathoden (17) einen gemeinsamen Punkt (18) haben, welcher an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, deren Spannung wenigstens gleich und entgegensetzt der Gleichstromkomponente des gleichgerichteten Einsphasenstromes ist und deren Wert zweckmäßig so gewählt wird, daß der einphasige Wellenstrom erst für eine oberhalb eines gegebenen Grenzwertes liegende Drehgeschwindigkeit des Generators (1) in Erscheinung tritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichrichternetzwerk ein Hochpaßfilter (24) besitzt, welches nur an eine