DE1673438A1 - Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen - Google Patents

Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen

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DE1673438A1
DE1673438A1 DE19671673438 DE1673438A DE1673438A1 DE 1673438 A1 DE1673438 A1 DE 1673438A1 DE 19671673438 DE19671673438 DE 19671673438 DE 1673438 A DE1673438 A DE 1673438A DE 1673438 A1 DE1673438 A1 DE 1673438A1
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disc
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DE19671673438
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Willi Schickedanz
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/483Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable capacitance detectors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen rotierender Maschinenteile.
  • Bei der Lösung zahlreicher technischer Probleme, beispielsweise der Regelung von elektrischen Maschinen, ist. es oQt notwendig, die Drehzahl einer Welle oder anderer rotierender Maschinenteile möglichst genau zu erfassen und als Istwert in den Regelvorgang einzugeben. Auch für die Beurteilung, ob die Drehzahl einer rotierenden Maschinenteiles zu hoch oder zu niedrig ist, sind Drehzahlmesser unentbehrliche Hilfsgeräte. ist bekannt, die Drehzahlen mit analogen und digitalen Vorrichtungen zu massen. Die analogen Meßmethoden beruhen zum großten Teil auf dem dynamoelektrischen Prinzip, wobei zum Hessen der Drehzahl von Maschinen elektrische Spannungen dienen, die in der Wicklung einer elektrischen Hilfsma---chine erzeugt werden und in einem homogenen Feld proportional zur Drehzahl sind. Ebenfalls bekannt ist. die Tvrerwendung von Hallwandlern als mittelbare Drehzahlmesser. bie werden vom Erregerstrom der-zu messenden elektrischen Maschine beeinflußt und ihre dadurch entstandene Spannung wird zusammen mit der induzierten Spannung des Ankerkreises als Differenzspannung auf einen Verstärker gegeben, dessen Ausgangsspannung am Steuerkreis des Hallwandlers liegt und so ein Maß für die Drehzahl der Machine ist. Weiterhin ist es bekannt, eine Synchronmaschine mechanisch mit einer anderen Machine, beispielsweise einer Asynchronmaschine, deren Drehzahl bestimmt werden soll, zu koppeln und den Läufer der Synchronmaschine mit einer mittelfrequenten Hilfsfrequenz zu erregen, so daß aus der Frequenzanalyse der Ankerspannung der Synchronmaschine die Drehzahl gewonnen werden kann. Auch kennt man zur Messung von Umdrehungszahlen schon lange die Anwendung von Wirbelströmen. Bekanntlich entstehen in leitendem,. chtmagnetischem Metall Wirbelströme, wenn dieses durch Wechselfelder bewegt wird. Die sekundären Wechselfelder werden mittels Spulen aufgenommen und dienen als Maß für die Drehzahl (DAS 1 147 787).
  • Als digitale Drehzahlmesser sind rotierende magnetische NHä (DAS 1 221 47o) und. optische (DAS 1 174 093) Impulsgeber bekannt. So werden als magnetische Impulsgeber beispielsweise Rotoren mit aus massivem Eisen bestehenden Zähnen, die an einer im Raum feststehenden Induktionsspule vorbeilaufen und diese Spule zugleich als Schwingkreisspule eines hochfrequenten Oszillators dient und so bemessen und angeordnet ist, daß die Schwingung aussetzt, wenn die Zähne an der Spule vorbeiläuft.
  • Weiterhin ist bekannt, die Drehzahl dotierender Körper auf lichtelektrischem Weg zu bestimmen. Dabei werden Fotozellen oder Fototransistoren im Rhythmus einer Drehzahl belichtet und geben eine der Drehzahl proportionale Impulsfrequenz ab.
  • Die Nachteile der auf dem dynamoelektrischen Prinzip beruhenden Drehzahlmessungen liegen in der Erfordernis, gesonderte Tachodynamos mit zwischengeschalteten Getrieben zu verwenden, was mit großen zusätzlichen rägheitsmomenten verbunden ist. Die Messung mittels Hallwandlern ist mit Pehlern, derwGenauigkeit behaftet und stellt überdies bestimmte Bedingungen an die elektrischen Konstanten. Außerdemi ist ihre Anwendung auf die Drehzahlmessung elektrischer Maschinen besohränkt. Die Drehzahlmessung mittels Wirbelströmen ist von vornherein nur bei Vorhandensein von Weohselfeldern anwendbar.
  • Digitale Drehzahlmesser mit magnetischen Impulsgebern sind für die Messung geringer Umdrehungsgeschwindigkeiten nicht besonders geeignet da die induzierten Spannungen gerade in der Umgebung der Drehzahl Null sehr geringe Serte haben.
  • Das Verfahren, mit lichtelektrischen Mitteln die Drehzahl rotierender, Körper zu bestimmen, hat gegenüber den übrigen Verfahren den Vorteil, der Unabhängigkeit der Größe der Meßimpulse von der Drehzahl. Doch müssen meistens an die Fotozellen oder Fototransistoren ziemlich hohe Anforderungen an die Impulsleistung gestellt werden9 Au#erdem kommt man selten ohne zusätzliche Verstärker aus. Fehlerquellen sind darüber hinaus in Störhelligkeiten zu suchen, die Fehlimpulse erzeugen kannen..
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Meßvorrichtungen zu vermeiden und auf elektrischem Weg mit möglichst einfachen Mitteln eine störungsunanfällige, kontaktlose und genaue Drehzahlmessung zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daB ein von einer Gleich-ader Wechselspanr. ungsquelle über einen Wirk-oder Blindwiderstand gespeister Plattenkondensator mit einem aus mehreren Schichten bestehenden Dielektrium vorgesehen ist, wovon eine Schicht durch eine auf dem zu messenden Maschiennteil befindliche, aus mehreren Segmenten unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten bestehende Scheibe dargestellt ist und sich parallel zu dem Wirk- oder Blindwiderstand ein Spanilungs-Auswerter befindet.
  • Um an diesem Widerstand Spannungen zu erhalten, die von dem Spanmungs-Auswerter leicht analysiert werden können, kann diese Vorrichtung dahingehend abgeändert werden, daß die Scheibe eine nach Maßgabe des Kreiswinkels veränderliche Dieletrizitätskonstante aufweist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfin-< dung ist in der Zeichnung'dargestellt und wird im folgenden näher beschriebnn. Es zeigen : i Fig. 1 Die Gesamtanordnung zur Drehzahlmessung.
  • Fig. 2 Die Voderansicht der Scheibe 2 mit zwei Hälften.
  • Fig.. 3 Die Vorderansicht der Scheibe 2 mit mehreren Segmenten.
  • Fig. 3 Die Vorderansicht der Scheibe 2 mit stetig verteilter Dielektrizitätskonstante.
  • Auf der Welle 1, deren Drehzahl gemessen werden soll, befindet sich eine Scheibe 2, die aus zwei Hälften 3 und 4 unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten E1 und Ea, beispielsweise Kupfer und Kerafar, besteht. Auf den Seiten dieser Scheibe 2 sind zwei ortsfeste Platten 5 und 6 vorgesehen. An diesen Platten 5 und'6 liegt über den ohmschen Widerstand 7 die Gleichspam-ungsquelle 8, von der mit dem Schalter 9 auf eine Wechselspan ungsquelle 10 mit relativ zur Umdrehungszahl der Welle 1 hoher Frequenz umgeschaltet werden kann. Parallel zum Widerstand 7 liegt ein Spannungs-Auswerter 11.
  • Bei eingeschalteter GleichspannUngsquelle 8 und rotierender telle l wird die Scheibe 2 durch die ortsfesten Platten 3 und 4 bewegt. Aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten der beiden Scheibenhälften treten beim Ubergang von einer Hälfte auf die andere pro Umdrehung der Welle 1 zwei Kapazitätssprünge unterschiedlichen Vorzeichens auf. Diese Kapazitätsänderungen verursachen einen Strom, der (m Widerstand 7 einen Spannungsabfall bewirkt, welcher seinerseits einem Spannungs-Auswerter 11 zugeführht wird. Da eine feste Beziehung zwischen der Umlauffrequenz der Welle-1 und der Frequenz der am Widerstand 7 anstehenden Spannung besteht, kann mittels bekannter Methoden in dem Spannungs-Auswerter 11 die Umlauffrequenz bestimmt werden.
  • Bei kleinen Umdrehungszahlen sind die erzielbaren Spannungswerte am Widerstand 7 allerdings'nur gering. Schaltet man jedoch mittels des Schalters 9 von der Gleichspannungsquelle 8 auf die Wechselspannungsquelle 10 um, so spielt die durch Kapazitätsänderung entstehende Spannung gegenüber der Wechselspannung nur eine untergeordnete Rolle, da die Frequenz der Wechselspannungsquelle voraussetzungsgemäß gegenüber der Umdrehungszahl der Welle 1 groß ist. Man kann pro Umdrehung der Welle 1 zwei konstante Kapazitätswerte annehmen, denen zwei Spannungswerte am Widerstand 7 entsprechen, die ebenfalls leicht in einem Spannungsauswerter 11 in bekannter Weise analysiert und einer Umdrehungszahl zugeordnet werden können, Die Kurvenform der am Widerstand7auftretenden Spannung hängt von der Drehzahl der Welle 1, der Geometrie der llatten 3 und 4 sowie von der Art der Verteilung der Dielektrizitätskonstanten der Scheibe 2 ab, die Frequenz wird dagegen nur durch die Axt Konstanten-Verteilung bestimmt. Beispielsweise ist eine Frequenzvervielfachung möglich, wenn die Scheibe 2 nicht nur aus zwei Hälften, sondern gemäß Fig. 3 aus mehreren Segmenten besteht, wobei die Segmente abwechselnd aus Materialien kleiner und großer Dielektrizitatskonstanten hergestellt sind. Die Spannungsform der Meßspamnung kann durch die Verteilung der Dielektrizitätskonstanten der Scheibe g 2 etwa in der Weise verändert werden, daß kein sprunghafter Wechsel der Dielektrizitätskonstanten auftritt, sondern ein kontinuierlicher Übergang gemäß Fig. 4 gegeben ist. Dieser Ubergang kann nach Maßgabe einer mathematischen Funktion vorgenommen werden. Wählt man als Funktion beispielsweise einen. Sinus, so tritt am Widerstand 7 eine mit der Umlauffrequenz der Welle 1 modulierte Wechselspannung auf, aus der in einem Spannungsauswerter 11 ebenfalls mit bekannten Mitteln die Umlauffrequenz bestimmt werden kann Die mit der Erfindung, erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, da# keine störanfällige Verstärker und Lampen benötigt werden und die Hoche der Meßspan. ung durch die Wechselspannungsquelle 10 steuerbar ist. Außerdem sind die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verursachten zusätzlichen Trägheitsmomente gegenüber den Trägheitsmomenten der auf dem dynamoelektrischen Prinzip beruhenden Meßvorrichtungengering.Weiterhinkönnen auch kleine Umdrehungsgeschwindigkeiten mit derselben Genauigkeit gemessen werden wie große.

Claims (2)

  1. Patentansprüche : 1. Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen rotierender Maschinenteile, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Gleich- (8) oder Wechselspannungsquelle (10) über einen Wirk-oder Blindwiderstand (7) gespeister Plattenkondensator mit einem aus mehreren Schichten bestehenden Dielektrikum vorgesehen ist, wovon eine Schicht durch eine auf dem zu messenden Tiaschinenteil befindliche, aus mehreren Segmenten unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten bestehende Scheibe (2) dargestellt ist und sich parallel zu dem Wirk-oder Blindwiderstand (7) ein Spannungs-Auswerter (12) befindet.
  2. 2. Vorrichtung na-ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) eine nach Maßgabe des Kreiswinkels funktioral veränderliche Dielektrizitätskonstante aufweist.
    L e e r s e 1 t e
DE19671673438 1967-10-10 1967-10-10 Vorrichtung zur Messung von Drehzahlen Pending DE1673438A1 (de)

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DESC041413 1967-10-10

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DE1673438A1 true DE1673438A1 (de) 1971-07-08

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DE (1) DE1673438A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2503374A1 (fr) * 1981-04-06 1982-10-08 Schlumberger Ca Ltd Dispositif de mesure de rotation
FR2503373A1 (fr) * 1981-04-06 1982-10-08 Schlumberger Ca Ltd Dispositif de mesure de rotation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2503374A1 (fr) * 1981-04-06 1982-10-08 Schlumberger Ca Ltd Dispositif de mesure de rotation
FR2503373A1 (fr) * 1981-04-06 1982-10-08 Schlumberger Ca Ltd Dispositif de mesure de rotation

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