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Verfahren zur digitalen Messung der Differenz zweier Drehzahlen mit
Hilfe von elektronischen Impulszählern für eine Zählrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur digitalen Messung der Differenz zweier Drehzahlen oder
zweier Impulsreihen mit Hilfe von elektronischen Impulszählern für eine Zählrichtung,
wobei die jeder Drehzahl zugeordneten Impulse innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit
von je einem mehrstelligen Impulszähler gezählt werden.
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Soll eine Drehzahlmessung mit hoher Genauigkeit erfolgen, dann kommt
hierfür ausschließlich ein digitales Verfahren in Frage. Dies ist insbesondere dann
der Fall, wenn es sich um die Bestimmung einer Drehzahldifferenz handelt. Es ist
bekannt, eine solche Drehzahldifferenzmessung digital in der Weise durchzuführen,
daß man die jeder Drehzahl zugeordneten Impulse mittels eines Zweirichtungszählers
innerhalb einer vorgesehenen Meßzeit zählt, wobei eine vorgeschaltete Logik dafür
sorgt, daß die Impulse vorzeichenrichtig in den Zweirichtungszähler einlaufen.
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Diese Anordnung ist relatv einfach, sie hat jedoch der Nachteil,
daß die Zählfrequenz um so niedriger wird, je höherstellig die zu zählende Impulszahl
ist.
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Bei hohen Drehzahlen sind meist mehrere Ziffernstellen erforderlich,
so daß die erzielbare Zählfrequenz oft so gering ist, daß die Bestimmung von Drehzahldifferenzen
mit hoher Genaugkeit innerhalb kurzer Zeitintervalle nicht mehr durchführbar ist.
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Dieses Problem beschränkt sich nicht auf Drehzahlmessungen im besonderen,
sondern stellt sich ganz allgemein bei der Differenzbildung von Impulsreihen.
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Eine andere bekannte Anordnung (deutsches Patent 969118) liefert
zwar eine gewisse Verbesserung gegenüber den genannten Nachteilen, jedoch ist auch
hier eine fortlaufende Messung von Drehzahldifferenzen nicht möglich. Diese Anordnung
benutzt zwei Impulszähler, welche je die den zu vergleichenden Drehzahlen entsprechenden
Impulse so lange aufzählen, bis einer der Zähler eine volle dekadische Zahl, z.
B. 100, erreicht. Am anderen Zähler ist dann das jeweilige Drehzahlverhältnis als
Prozentzahl unmittelbar ablesbar. Die Aufgabe ist insofern anders gelagert, als
hier keine Differenz, sondern ein Verhältnis zweier Drehzahlen ermittelt wird. Zur
Ermittlung von Impulsdifferenzen ist in der nicht vorveröffentlichten älteren deutschen
Auslegeschrift 1 217 442 eine Einrichtung vorgeschlagen worden, bei der ebenfalls
zwei Zähler vorgesehen sind, mit denen die beiden Impulsreihen gezählt werden. Afr
schließend werden beide Zähler mittels eines Taktgebers so lange weitergezählt,
bis der Zähler mit dem kleineren Inhalt in allen Dekaden auf die Stellung O aufgezählt
ist. Der andere Zähler zeigt dann die
Differenz an. Dieses Durchzählen ist naturgemäß
sehr zeitraubend, so daß dieses Prinzip für eine fortlaufende quasistationäre Differenzermittlung
nicht geeignet ist.
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Die Erfindung gibt eine vorteilhafte Lösung des Problems mit seinen
oben geschilderten Schwierigkeiten. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur digitalen
Messung der Differenz zweier Drehzahlen oder zweier Impulsreihen mit Hilfe von Impulszählern
für eine Zählrichtung, wobei die jeder Drehzahl zugeordneten Impulse innerhalb einer
vorgegebenen Meßzeit von je einem mehrstelligen Impulszähler gezählt werden, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Impulszählung von einem unabhängigen
Taktgeber zunächst in die unterste Dekade beider Zähler gleichzeitig so viele Impulse
eingezählt werden, bis die Dekade des Zählers mit dem kleineren Inhalt zu Null aufgezählt
wird, wobei Überträge in der nächsthöheren Dekade addiert werden, der Taktgeber
sodann bei beiden Zählern synchron auf die nächsthöhere Dekade umgeschaltet wird,
diese wieder in dem Zähler mit kleinerem Inhalt zu Null aufzählt usf., bis alle
Dekaden des Zählers mit dem kleineren Inhalt den Ziffernwert Null zeigen, der Inhalt
des anderen Zählers dadurch um die Komplementärzahl erhöht ist, daß in den beiden
n-stelligen Zählern der Übertrag zur (n t 1)-ten Stelle unterdrückt wird, der Inhalt
des nun nicht Null enthaltenden
Zählers damit die Differenz der
zuvor gezählten Impulse darstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Fig. 1 fiir das Beispiel
einer Drehzahldifferenzmessung näher erläutert. Die beiden Motoren, 2 sind beispielsweise
als Antriebsmotoren eines Walzwerkes vorgesehen. Der Motor 1 hat, da er ein nachgeordnetes
Walzgerüst antreibt, wegen der Streckung des Walzgutes stets eine höhere Drehzahl
als der Motor 2. Mit beiden Motoren sind je ein Impulsgeber 3, 4 gekuppelt. Die
von beiden Impuisgebern gelieferten Impulse werden einer Drehzahldifferenzmeßeinrichtung
5 gemäß der Erfindung zugeführt, die dann in einer nachgeschalteten Anzeigevorrichtung
6 die unmittelbare Ablesung der Differenzdrehzahl gestattet. Das Prinzip des erfindungsgemäßen
Meßverfahrens soll an Hand F i g. 2 erläutert werden. Jedem Antriebsmotor ist ein
Impulszähler 7, 8 zugeordnet.
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Die von dem Impulsgeber 3 gelieferte Impulszahl wird von dem Zähler
7 und die des Gebers 4 von dem Zähler 8 gezählt. Ein elektronischer Schalter sorgt
dafür, daß die Zähler nur innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit an die Impulszähler
angeschaltet sind. Es sei weiter angenommen, daß der Motor 1 die größere Drehzahl
als der Motor 2 hat, so daß entsprechend dieser Drehzahen der Zähler 7 die höhere
Impulszahl, beispielsweise 876 Impulse, und der Zähler 8 beispielsweise 385 Impulse
erhält. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anschließend ein unabhängiger
Taktgeber 9 mit Hilfe des elektronischen Schalters auf beide Impulszähler 7, 8 geschalaet.
Dieser Taktgeber 9 gibt auf beide Zähler gleichzeitig so viele Impulse, bis zunächst
die Einer-Stelle im Zähler 8 zur vollen Dekade aufgefüllt, d. h. bis diese Stelle
zur vollen Zahlenperiode des jeweiligen Zahlensystems ergänzt ist. Grundsätzlich
kann nämlich das erfindungsgemäße Verfahren bei jedem Zahlensystem, beispielsweise
auch bei einem binären Zahlensystem, in sinngemäßer Weise Anwendung finden. Im erwähnten
Beispiel sind dies bei dem Zähler 8 fünf Komplementärimpulse. Die zugehörige Dekade
10 wird in bekannter Weise auf die zweite Stelle des Zählers 8 übertragen. Im Zähler
7 ist die gleiche Zahl von Impulsen, nämlich fünf, in die Einer-Stelle eingegeben
worden, die dort mit der ursprünglich gespeicherten Zahl 6 das Ergebnis 11 liefert.
Auch hier wird die entsprechende Dekadenzahl 1 auf die nächste Stelle des Zählers
7 übertragen, in der bereits die Zehnerzahl 7 steht.
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Von dem Taktgeber 9 werden nunmehr weitere Impulse gleichzeitig auf
beide Zähler gegeben. Erfindungsgemäß werden die Zehnerstellen des Zählers 8 wieder
bis zur nächsten Dekadenzahl 100 aufgefüllt.
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Hierfür ist im gewählten Zahlenbeispiel lediglich ein Komplementärimpuls
erforderlich, der gleichzeitg auch auf den Zähler 7 eingegeben wird. Im Zähler 8
wird die entsprechende Dekadenzahl 100 auf die nächste Stelle übertragen. Der in
den Zähler 7 gleichzeitig eingegebene Impuls ergibt dort die Gesamt ziffer 9. Ein
Übertrag entfällt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird sinngemäß fortgesetzt, d.
h., die Stelle im Zähler 8 erfordert sechs weitere Komplementärimpulse, bis die
zugehörige Dekadenzahl 10 aufgezählt ist. Die gleiche Impulszhal 6 ergibt in der
entsprechenden Stelle des Zählers 7 die Zahl 14.
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Nunmehr wird gemäß der Erfindung von der im Zähler 7 angezeigten Impulszahl
1491 die höchste Dekadenzahl, nämlich 1000, abgezogen. Die verblei-
bende Zahl 491
stellt die tatsächliche Drehzahldifferenz dar, wenn jeder Umdrehung je ein Impuls
zugeordnet ist.
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Da die Eingabe der zur Auffüllung der Dekaden erforderlichen Komplementärimpulse
fortlaufend und ohne Umschaltung erfolgt ist, läuft dieser Zähl- bzw.
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Subtraktionsvorgang mit der höchstmöglichen Zählerfrequenz ab, so
daß der oben geschilderte Vorgang in sehr kurzen Zeitintervallen wiederholt werden
kann.
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Die Subtraktion der höchsten Dekadenzahl kann auf einfachste Weise
durch Abstreichen der Ziffer 1 der vom Zähler 7 angezeigten Zahl erfolgen. Der Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt, wie bereits erwähnt im Fortfall besonders
richtungsempfindlicher logischer Glieder, die für jede Drehzahl das entsprechende
Vorzeichen festsetzen, und in der sich daraus ergebenden hohen Zählfrequenz.
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Soll mit dem geschilderten Verfahren die Differenz zweier Drehzahlen
gemessen werden, wovon die eine abwechselnd größer bzw. kleiner ist als die andere,
so wird gemäß der Erfindung ein logisches Glied vorgesehen, das die Entscheidung
trifft, welche der beiden angezeigten Impulszahlen die kleinere ist.
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Diese Entscheidung ist nicht zu vergleichen mit dem für die Vorzeichenfestlegung
erforderlichen logischen Glied in Verbindung mit einem Zweirichtungszähler.
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Die für die »Größer-Kleiner»-Entscheidung erforderliche Logik bedingt
nicht wie bei der bekannten Anordnung eine Verringerung der Zählfrequenz, so daß
der eingangs erwähnte Nachteil nicht entsteht. Die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens für die Messung von Drehzahldifferenzen kann mit an sich bekannten Mitteln
der digitalen Elektronik durchgeführt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung von dekadischen
Zahlensystemen, sondern kann sinngemäß für beliebige Zahlensysteme, beispielsweise
auch für ein binäres Zahlensystem, sinngemäß Anwendung finden.
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Sie beschränkt sich weiterhin nicht auf eine Drehzahldifferenzmessung,
wie sie vorstehend als Beispiel genannt wurde, sondern ist grundsätzlich immer zur
Differenzbildung zweier Impulsreihen geeignet.