DE1791038B2 - Messvorrichtung zur bestimmung der drehzahl und der drehrichtung einer welle - Google Patents

Description

einer EinheitOS} znr Speiseng des Revers »^δ^ ^-Ferner eigeben_sich :"

direkt proportional^ der Bezugsfrequenz ^bereich zu verwenden SdröeSBcb trete» Schwie-

/ ist· ngkerten auf, wenn die Welle durch das Anschalten

' des Drehzahlmessers nicht belastet werden darf. Eine

b) einem Signalwandler (8), welcher die Wechsel- derartige Meßvorrichtung kann schließlich nur bei spannung des Resolvers in einen Impulszug _ao Rotation der Welle geeicht werden.

umwandelt, dessen Impulsdauer umgekehrt £s ist schließlich eine weitere Drehzahlmeßvorrich-

proportional zu der Frequenz/list; tung bekannt (s. in der Zeitschrift »Industrie-Elek-

c) mit dem Impulszug und einer Rechteck-Be- tronik«, Heft 3/1962, S. 5 bis 7), bei welcher eine zugsspannung der Frequenz /„ gespeisten bi- Impulsdichtenmessung vorgenommen wird. Zu diesem stabilen Kippschaltungen (10,11), deren durch »5 Zweck werden auf einer Welle Weicheisenstäbe andas zeitliche Aufeinandertreffen der Impulse gebracht, die bei der Rotation der Welle an einem des Impulszuges und der Rechteck-Bezugs- Detektor vorbeigeführt werden, wobei jeder Weichspannung festgelegte Ausgangssignale eine eisenstab einen Spannungsimpuls auslöst. Je nach Impulsdauer aufweist, die ein ganzes Viel- der Anzahl der Weicheisenstäbe ergibt sich pro faches der Periode der Rechteck-Bezugs- 3<> Wellenumdrehung eine bestimmte Impulsfrequenz, spannung ist; welche drehzahlproportional ist. Innerhalb eines

„ . ., ... , , j. monostabilen Multivibrators werden dann diese

d) «.-«τ Verzogerungseinheit welche die Aus- ^ ,_se ^ _{und ejnem Schmitt}._Trigger zugeführt, gangampulse der einen Kippschaltung (11) _m {V,^ _eine ^_{hlmg vorgenornrne}7wird. Durch verzogen, ₃₅ integration erhält man eine Gleichspannung, deren

e) einem EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglied, Höhe der Drehzahl proportional ist. Die Anzeige erwelches die Ausgangsimpulse der einen bi- folgt dann mit Hilfe eines Drehspulinstrumentes oder stabilen Kippschaltung (10) und die ver- eines !Compensators, mit welchem gleichzeitig eine zögerten Ausgangsimpulse der Verzögerungs- Registrierung vorgenommen werden kann. Um zu einheit aufnimmt, und 40 erreichen, daß auch eine Anzeige der Drehrichtung

f) einer mit dem Ausgang des EXKLUSIV- ^⁰,¹«¹' ^müssen. ^ferne.^r *»* ^Kanäle ?* ?"** ^Ττ}ψΤ ODER-Verknüpf ungsgliedes verbundenen, mit spulen vorgesehen sein, welche eine definierte seitliche Gleichstrom gespeisten Torschaltung (5), wel- Verschiebung aufweisen, so daß zwei elektrische ehe ein Ausgangssignal mit einem Mittelwert Spannungsimpuls^ auftreten. Diese Impulse werden der Form C-/„,//, erzeugt, wobei C eine « ^{von einem} Disknminator fur die Bewegungsrichtung Konstante ist und wobei die Polarität dieses ^ugt, welcher den Multivibratorenstufen vorge-Mittelwertes von der Drehrichtung des Re- ^schahl^{l l}f ^Je nach der Bewegungsrichtung der Welle solvers abhängig ist entsteht dann am Ausgang der Meßvornchtung ein

" positiver oder negativer Strom. Die Ausgänge beider

50 Stufen sind dann über Kupplungswiderstände an ein

. gemeinsames Anzeigeninstrument angeschlossen. Der

Nachteil einer derartigen Meßvornchtung besteht darin, daß der verwendete Impulsgeber mit der Welle zusammengebaut werden muß, weil die einzelnen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine 55 Weicheisenstäbe auf der Welle fixiert sind. Eine der-Äießvorfichtung zur Bestimmung der Drehzahl und artige Meßvornchtung kajtm somit im wesentlichen der Drehrichtung eiöer Welle, bestehend aus einem nur stationär betrieben werden, Ein weiterer Nachteil tachogenerator mit einem drehbaren Resolver zur ergibt sich somit auf Gtuod der Tatsache, daß zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer Fre· Bestimmung der DrenriGhtttng ein relativ hoher Auf- ^uenz/_ls welche proportional zur algebraischen 60 wand erforderlich ist. Schließlich ist die euzielbare Summe eines einer Bezugsfrequenz /₀ proportionalen Meßgenauigkeit bei niedrigen Drehzahlen relativ geAusdruckes und einer der zu messenden Drehzahl ent- ring. Entsprechend den Anforderungen an die Meßäspreehenden Frequenz /_{f ot} ist genauigkeit ergibt sich sehüeßlieh eine linsehiänkung

Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Frequenz des verwendbaren Meßbereiches der MeßvorriGhtung. Sines elektrischen Signals sind bereits bekannt (s. % Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es deutsehe Auslegesehrift i 233 489 und deutsehe Aus- Eiel der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch ar* legeschrift 1180 840). Derartige Meßvorrichtungen bettende MeBvorrichtung zur Bestimmung sowohl ihabeft den Nachteil, daß mit denselben die Drehrioh- der Drehzahl wie auch der DrehriGntüng einer Welle

zu schaffen, weiche bei relativ einfacher Bauweise schaltung 5 ist mit dem Eingang eines Mittekvertbiid-

gfeer eine» sehr weiten Meßbereich eine hohe Meß- nersfi verbunden, dessen Ausgang wiederum an

gsnaiagkeit ergibt Kleeanen <£ und <4 angeschlossen ist Die etßndnngs-

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, «aß gemäße Meßvorrichtaag weist ferner einen Tacho-

die eingangs genannte Maßvorrichtung aas folgenden 5 generator? auf, welcher mit der WeHe, deren Dreb-

Eteraenten besteht: zahl _m bestimmen ist, verbunden ist Weiterhin ist

a) einer Einheit zur Speisusg des Resolvers ηώ zwischen dem Bezugsgeneratori oad dem Tachoeiner Wechselspannung, denen Frequenz direkt generator 7 ein Frequenzteiler 13 eiagsclialtet
proportional m der Bezugsfrequeaz L· ist; ⁰^ Tachoeeneraior 7 besteht aus einem Resolver,

... „. , „ , . Μ» der von der Einheit 13 mit einer Wechselspannung der

b) emem Signalwandler, welcher die Wecfeselspaa- Frequenz /«/2 gespeist wird, wobei /₀ die Frequenz nnng des Resolvers m emen Impufezug umwan- des Ausgangssignals des Bezugsgeneratois 1 bezeichdelt, dessen Impufedaaer umgekehrt proportionai net Diese Einheit 13 üefert ein Aosgaogssigaal F₁₀ zu der Frequenz/,ist; _{m άα Fonn} ^^ Wechselspannung der Frequenz

c) mit dem Impulszug und einer Rechteck-Bezugs- ¹S Λ = /«/2 + «· /rot, wobei η die Anzahl Polpaare des spannung der Frequenz/_c gespeisten bistabilen Resolvers und /rat die Umlaufgeschwindigkeit desKippschaltungen, deren durch das zeitficfce Auf- selben bezeichnen. Das Ausgangssignai des Resoivers einandertreffen der Impulse des Impulszuges und wird dem Eingang des Signalwandlers 8 zugeführt, der Rechteck-Bezugsspannung festgelegte Aus- welcher durch Verstärkung und Amplitudenbegrengangssignale eine Impulsdauer aufweist, die ein ^ao zung ^e'n Ausgangssignal F_n in der Form einer Rechtganzes Vielfaches der Periode der Rechteck- eckwelle der Frequenz /, erzeugt. Dieses Signal wird Bezugsspannung ist; dem Triggereingang einer bistabilen Kippschaltung 9

,ν ■ .. . . . . . , ,. . zugeführt, welche ein Ausgangssignal F₁₂ in der Form

d) einer Verzogerungsemheu weiche die Ausgangs- _vo* _itiven , _lsen ^r Frequenz Λ/2 und der impulse der einen Kippschaltung verzögert; _{a5 Zeitd}^_uer j ^ _ab£_bt. _Diese impulse werden dem

e) einem EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglied, Sollwerteingang einer bistabilen Kippschaltung 10 welches die Ausgangsimpulse der einen bi- zugeführt, deren Triggereingang mit einer vom Imstabilen Kippschaltung und die verzögerten Aus- pulsformer 2 erzeugten Rechteckwelle F₁₃ der Fregangsimpulse der Verzögerungseinheit aufnimmt, quenz /₀ gespeist wird. Die bistabile Kippschaltung 10 und 30 liefert an ihrem Ausgang ein Ausgangssignal F₁₄, in

f) einer mit dem Ausgang des EXKLUSIV-ODER- ^{der 1}J⁰"? ^von,.{^l/2 _u ^ImP^ulsen P^ro, Sekunde, welche Verknüpfungsgliedes verbundenen, mit Gleich- Impuls bezüglich ihrer Vorderflanken den posn-ν en strom gespeisten Torschaltung, welche ein Aus- ^N"»durchgängen des Ausgangssignals f„ des Imgangssignal mit einem Mittelwert der Form pulsformers 2 synchronisiert sind und eine Zeitdauer C-frotlh erzeugt, wobei C eine Konstante ist ³⁵ entsprechend der Penodenzeit l//₀ des Signals F₁₃ und wobei die Polarität dieses Mittelwertes von ^^zw f^nem ganzen Vielfachen dieser Zeit aufweisen, der Drehrichtung des Resolvers abhängig ist. P„^as Ausgangssignai F₁₄ der bistabilen Kippschaltung

⁶^ 10 wird einem Sollwerteingang einer bistabilen Kipp-

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine schaltung U zugeführt, welche mit einer Verzögebeliebige Referenzfrequenz gewählt werden, welche 40 rungseinheit versehen ist. Diese bistabile Kippschalan die zu messende Drehzahl angepaßt ist. Somit tung 11 wird an ihrem Triggereingang ähnlich wie die kann für jeden beliebigen Betriebsfall eine gute Ge- bistabile Kippschaltung 10 mit dem Ausgangssignal nauigkeit erreicht werden, indem die Referenzfrequenz F_!3 des Impulsformers 2 gespeist. Das Ausgangssignal optimaJ gewählt wird. Das Ausgangssignal ist ferner F₁₆ der bistabilen Kippschaltung 11 stimmt mit dem eine Wechselspannung mit einer Gleichspannungs- 45 Ausgangssignal F₁₄ der bistabilen Kippschaltung 10 komponente, was gegenüber reinen Gleichspannungen überein, wobei dieses Signal jedoch um den Betrag 1 Z₀ eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit ergibt. zeitlich verschoben auftritt. Die beiden Ausgangs-

Die Erfindung soll nunmehr im folgenden an Hand signale F₁₄ bzw. F₁₅ der bistabilen Kippschaltungen 10

eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden, und 11 werden jeweils einem Eingang eines EX-

wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen so KLUS1V-ODER-Verknüpfungsgliedes 12 zugeführt,

wird. Es zeigt Das Ausgangssigna] F₁₈ dieses EXKLUSIV-ODER-

F i g. 1 ein Blockdiagramm der ertindungsgemäßen Verknüpfungsgliedes 12 nimmt nur während der-

Meßvorrichtung zur richtungsmäßigen Bestimmung jenigen Zeitintervalle einen vcn »Null« abweichenden

einer Drehzahl und Wert an, während welcher Impulse an entweder dem

Fig. 2 ein Diagramm, welches verschiedene in der 55 einen oder dem anderen Eingang, nicht aber gleich-Meßvorrichtung von F i g. 1 auftretende Signale als zeitig an beiden Eingängen auftreten. Das Ausgangs-Funktion der Zeit darstellt. signal F_1? des EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglie-

F i g. 1 zeigt einen Bezugsgenerator 1, welcher eine des 12 wird dem Steuereingang der Torschaltung 5 zu-

Wechselspannung genau festgelegter Frequenz/„ er- geführt, deren aüderer Eingang mit einer bezüglich

zeugt. Dieser Bezugsgenerator 1 speist einen Impuls- 60 des Erdpotentials symmetrischen Gleichspannung der

former 2, welcher ein Ausgangssignal in der Form Größe 2 £ durch die beiden Anschlußklemmen ^₁ von Impulsen abgibt, deren Wiederholungsfrequenz/₀ und A₂ gespeist wird. Das Ausgangssignal F₁ ·, der beträgt und deren Dauer umgekehrt proportional zu Torschaltung 5 wird seinerseits dem Mittelwertbildner 6 der Frequenz /₀ ist. Die erfindungsgemäße Meßvor- zugeführt, der an seinem den Anschlußklemmen Ji₁

richtung ist ferner mit einer Torschaltung 5 versehen, 65 und cf₂ angeschlossenen Ausgang eine Gleichspannung deren Eingang über zwei Klemmen b_x und 6₂ mit liefert, deren Größe dem Mittelwert des zwischen einer Gleichspannung konstanter und genau fest- +E und — E variierenden Ausgangssignals F₁₇ der gelegter Größe gespeist wird. Der Ausgang der Tor- Torschaltung S gleich ist.

Jo

Jo

Wie aus dem Diagramm von F i g. 2 ersichlich, enthalt das Signal .F₁₆ entsprechend jeder Amplitudenähderuhg des Signals F₁^ einen Impuls, der Zeitdauer !//„, wobei ein Tejl difeser impulse, z.B. die Impulse I und II,. voneinander getrennt auftreten, während ,andere Impulse, z. BJ₁ die, Impulse ΙΪΙ und IV, unmittelbar benachbart "sein körinen. Da die Anzahl 'dM^mpUtudenlffdferonfen^^ Signals^ gleich Z₁ ist, kann die Ausgangsspannung des Mittel-■wertbiläneis«-folgendermaßen ausgedrückt werden:

, Durch Einsetzen von A~ τγ + η · f_rot in diesen Ausdruck erhält man:

/o

Jo

' Diese Spannung ändert ihr Vorzeichen, falls die Drehrichtung des Resolvers umgekehrt wird. Somit besteht die Möglichkeit, durch Messen der Spannung E_m nicht nur die Größe der Drehgeschwindigkeit — d. h. die Drehzahl —, sondern auch die Drehrichtung des Resolvers zu bestimmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. _ einer WeBe nicht oder nur mit sehr großem

   Patentanspruch: Aufwasd bestimmt werden kann. Ferner ist die er-

   ziefljare Meßgenauigkeit relativ gering, sofern nicäi

   Bestimmung der Drehzahl äußerst aufwendige and damit kostspielige Appa- - Drehrichtuög einer WeBe, bestehend aus S raturen verwendet weiden.

   Tachogenerator mit einem drehbaten Re- Es ist Jfemer eine Dfeazablme&rarrieatiBig bekannt zur Erzeugung einer Wechselspannung mit (s. Archiv für Technisches Messen V, 145-12, Jtmi Frequenz /„ welche proportional znr alge- 1964), bei welcher als Drehzahlgeber ein Tachogene-Summe eines einer Bezugsfrequenz f₀ isior verwendet wird, dessen Anker aus einem perialeE Ausdruckes und einer der 7sa so maaenten Magneten besteht oad dessen Wicklung Drehzahl entspiecheoden Frequenz im Anker untergebracht ist. Eine derartige MeS-dadureh gekennzeichnet, daß «ffrichtung erweist sich jedoch als nachteSig, weil ι aus folgenden Elementes besteht: damit kerne kurzzeitige Messung von Drehzahlwerten