DE1791038C3 - Meßvornchtung zur Bestimmung der Drehzahl und der Drehnchtung einer Welle - Google Patents

Description

b) einem Signalwandler (8), welcher die Wechsel- deranige Meßvorrichtung kann schließlich nur bei spannu-". des Resolvers in einen Impulszug ₂o Rotation der Welle geeicht werden.

umwandelt, dessen Impulsdauer umgekehrt £_s j_st schließlich eine weitere Drehzahlmeßvorrich-

proportional zu der Frequenz/j ist; tung bekannt (s. in der Zeitschrift »industrie-EIek-

c) mit dem Impulszug und einer Rechteck-Be- tronik«. Heft 3/1962. S. 5 bis 7), bei welcher eine zugsspannung der Frequenz/₀ gespeisten bi- Impulsdichtenmessung vorgenommen wird. Zu diesem stabilen Kippschaltungen (10,11), deren durch ^a5 Zweck werden auf einer Welle Weicheisenstabe andas zeitliche Aufeinande,!reffen der Impulse gebracht, die bei der Rotation der Welle an einem des Impulszuges und der Rechteck-Bezugs- Detektor vorbeigeiührt 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- 3o Wellenumdrehung eine bestimmte Impulsfrequenz, spannung ist; welche drehzahlproportional ist. Innerhalb eines

... ., .. . , , ■ .· _A monostabilen Multivibrators werden dann diese

d) emer Verzogerungsemheu welche die Aus- , , _{f t und ejnem} Schmitt-Trigger zugeführt, gangsimpulse der einen Kippschaltung (11) _in ^_elch°_{m ejne Zäh},_{ung vorgenom}men wird. Durch verzögert, ₃₅ j_ntegratj_{on er}hält man eine Gleichspannung, deren

e) einem EXKLUSIV-ODER-Verknüpfungsglied, Höbe 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 Kompensators, 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- ^edo]&' ^{mussen ferner zwei Kanäle} Γί ^{zwei Ύτ}}ψΤ ODER-Verknüpfungsgliedes verbundenen, mit spulen vorgesehen sein, weiche eine definierte seitliche Gleichstrom gespeisten Torschaltung (5), wel- Verschiebung aufweisen, so daß zwei elektrische ehe ein Ausgangssignal mit einem Mittelwert Spannungsimpulse auftreten. Diese Impulse werden der Form C-/,«//, erzeugt, wobei C eine « von einem Diskriminator fur die Bewegungsrichtung Konstante ist und wobei die Polarität dieses ^erzeuß¹' ^{weIcher de}" Multivibratorenstufen vorge-Mittelwertes von der Drehrichtung des Re- ^{schaltet !St}· ^{Je nach der} Bewegungsrichtung der Welle solvers abhängig ist. entsteht dann am Ausgang der Meßvorrichtung ein

positiver oder negativer Strom. Die Ausgänge beider 50 Stufen sind dann über Kupplungswiderstände an ein

gemeinsames Anzeigeninstrument angeschlossen. Der

Nachteil einer derartigen Meßvorrichtung 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-Meßvorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und artige Meßvorrichtung kann somit im wesentlichen der Drehrichtung einer Welle, bestehend aus einem nur stationär betrieben werden. Ein weiterer Nachteil Tachogenerator mit einem drehbaren Resolver zur ergibt sich somit auf Grund der Tatsache, daß zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer Fre- Bestimmung der Drehrichtung ein relativ höher Aufquenz/,, welche proportional zur algebraischen 60 wand erforderlich ist. Schließlich ist die erzielbare 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 Meßsprechenden Frequenz /_rot ist. genauigkeit ergibt sich schließlich eine Einschränkung Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Frequenz des verwendbaren Meßbereiches der Meßvorrichtung. eines elektrischen Signals sind bereits bekannt (s. 65 Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es deutsche Auslegeschrift 1 233 489 und deutsche Aus- Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch arlegeschrift 1180 840). Derartige Meßvorrichtungen beitende Meßvorrichtung zur Bestimmung sowohl haben den Nachteil, daß mit denselben die Drehrich- der Drehzahl wie auch der Drehrichtuna einer Welle

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zu schaffen, welche bei relat einfacher Bauweise schaltung 5 ist mil dem Eingang eines Mittekvertbildüber einen sehr weiten Meßbereich eine hohe Meß- ners 6 verbunden, dessen Ausgang wiederum an genauigkeit ergibt. Klemmen d_x und d., angeschlossen isi. Die erfindungshrtindungsgemäß wird dies dadurch erreiclu. daß gemäße Meßvorrichtung weist ferner einen Tachodie eingangs genannte Meßvorrichtung aus folgenden 5 generator 7 auf, welcher mit der Welle, deren Dreh-Elementen besteht: zahl zu bestimmen ist, verbunden ist. Weiterhin ist λ) einer Einheit zur Speisung des Resolvers mit mischen dem Bezugsgenerator 1 und dem T_achoeiner Wechselspannung deren Frequenz direki generator 7 ein Frequenzteiler 13 eingeschaltet,
proportional zu der Bezugsfrequenz/_ü ist: , ^Der Tachogenerator 7 besteht aus einem Resolver. " ίο der von der Einheit 13 mit einer Wechselspannung der

b) einem Signalwandler, welcher die Wechselspan- Frequenz/„/2 eespei-,1 wird, wobei /₀ die Frequenz, nung des Resolvers in einen Impulszug umwan- des Ausgangssignals des Bezugsgenerators 1 bezeichdelt, dessen Impulsdauer umgekehrt proportional _net. Dj_ese Einheit 13 liefert ein Ausgangssignal F,,, zu der Frequenz/, ist: j_n der Form einer Wechselspannung der Frequenz

c) mit dem Impulszug und .iner Rechteck-Bezugs- '5 Λ " /₀/2 -:- η ■ /ro/, wobei η die Anzahl Polpaare des spannung der Frequenz /₀ cespeisten bistabilen Resolvers und f_TI„ die Umlaufgeschwindigkeit desKippschaltungen, deren durch das zeitliche Auf- selben bezeichnen. Das Ausgangssignal des Resolvers einandertreffen der Impulse des Impulszuges und ^wird dem Eingang des Signalwandlers 8 zugeführt. der Rechteck-Bezugsspannung festgelegte Aus- welcher durch Verstärkung und Amplitudenbcgrenganessignale eine Impulsdauer aufweist, die ein ^{20 zu}"g ein Ausgangssignal F₁. Ά der Form einer Rechtganzes Vielfaches der Periode der Rechteck- eckwelle der Frequenz/, erz^u-t. Dieses Signal wird Bezugsspannung ist; dem Triggereingang einer bistabilen Kippschaltung 9

, ., ... , . ,. . zugeführt, welche ein Ausgangssigna! F,, in der Form

d) einer Verzögerungseinheit welche die Ausgangs- _{von itiven IrnpuIsen} der Frequenz f_x 2 und der impulse der einen Kippschaltung verzögert; ₉₅ 7iitdauer 1.7, abgibt. 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 F₁₁, in

f) einer mit dem Ausgang des EXKLUSIV-ÖDER- ^der ^rm ^NOn f}!^{2 lm}P^ulsen pro Sekunde, welche Verknüpfungsgliedes verbundenen, mit Gleich- '"¹P"¹*⁵ bezüglich ihrer Vorderflanken den positiven strom gespeisten Torschaltung, welche ein Aus- Nulldurchgängen des Ausgangss.gnals F₁₃ des Im-

■ gangssignal mit einem Mittelwert der Form pulsformers 2 synchronisiert sind und eine Zeitdauer

C · fr„_tlf₀ erzeugt, wobei Γ eine Konstante ist ³⁵ entsprechend der Periodenzeit l//_e des Signals F₁₃

und wobei die Polarität dieses Mittelwertes von *^zw- einem ganzen Vielfachen dieser Zeit aufweisen,

der Drehrichtung des Resolvers abhängig ist. ^D _ft ^as Ausgangssignal F₁₄ der bistabilen Kippschaltung

10 wird einem Sollwerteingang einer bistabilen Kipp-

Im R.ihmen der vorliegenden Erfindung kann eine schaltung 11 zugeführt, welche mit einer Verzögebeliebige Referenzfrequenz gewählt werden, welche <<o 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 dom Ausgangssignal nauigkeit erreicht werden, indem die Referenzfrequenz F₁₃ des Impulsformers 2 gespeist. Das Ausgangssignal optimal gewählt wird. Das Aur-gangssignal ist ferner F₁₅ der bistabilen Kippschaltung 11 stimmt mit dem eine Wechselspannung mit einer Gleichspannungs- 45 Ausgangssignal F_n der bistabilen Kippschaltung 10 kcmponente, was gegenüber reinen Gleichspannungen überein, wobei dieses Signal jedoch um den Betrag l//o eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit ergibt. zeitlich verschoben auftritt. Die beiden Ausgangs-

Die Erfindung soll nunmehr im folgenden an Hand signale F_n 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 KLUSIV-ODER-Verknüpfungsgliedes 12 zugeführt,

wird. Es zeigt Das Ausgangssignal F₁₆ dieses EXKLUSIV-ODER-

F i g. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Verknüpfungsgliedes 12 nimmt nur während der- Meßvorrichtung zur richtungsmäßigen Bestimmung jenigen Zeitintervalle einen von »Null« abweichenden

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

F i g. 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,„ c';s 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 anderer Eingang mit einer bezüglich

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

former!, welcher ein Ausgangssignal in der Form Größe 2£ durch die beiden Anschlußklemmen ^₁

von Impulsen abgibt, deren Wiederholungsfrequenz /₀ und b₂ gespeist wird. Das Ausgangssignal F₁₇ der

beträgt und deren Dauer umgekehrt proportional zu Torschaltung 3 wird seinerseits dem Mittelwertbildnero

der Frequenz /„ ist. Die erfindungsgemäße Meßvor- zugeführt, der an seinem den Anschlußklemmen d_x

richtung ist ferner „nit einer Torschaltung 5 versehen, 65 und d₂ angeschlossenen Ausgang eine Gleichspannung

deren Eingang über zwei Klemmen ^₁ und A₂ mit liefert, deren Größe dem Mittelwert des zwischen

einer Gleichspannung konstanter und genau fest- + E und — E variierenden Ausgangssignals F,₇ der

gelegter Größe gespeist wird. Der Ausgang der Tor- Torschaltung 5 gleich ist.

Wie aus dem Diagramm von F i g. 2 ersichlich, enthält das Signal F₁, entsprechend jeder Amplitudenänderung des Signals F₁₂ einen Impuls der Zeitdauer l//₀, wobei ein Teil dieser Impulse, z.B. die Impulse 1 und II, voneinander getrennt auftreten, s während andere Impulse, z.B. die Impulse III und IV, unmittelbar benachbart sein können. Da die Anzahl der Amplitudenänderungen des Signals F₁₂ gleich /, ist, kann die Ausgangsspannung des Mittelwertbildners 6 folgendermaßen ausgedrückt werden:

Jo

Durch Einsetzen von /, = ^- + η · f_rot in diesen Ausdruck erhält man:

Em = —

rot

/ο

E.

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 2

tung einer Welle nicht oder nur mit sehr großem

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

/ieioare Meßgenauigkeit relativ gering, sofern nicht

Meßvorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl äußerst aufwendige und damit kostspielige Appa-

und der Ürehrichtung einer Welle, bestehend aus 5 raturen verwendet werden.

einem Tachogenerator mit einem drehbaren Re- Es ist ferner eine Drehzahlmeßvorrichtung bekanm

solver zur Erzeugung einer Wechselspannung mit (s. Archiv für Technisches Messen V, 145-12, Juni

einer Frequenz/,, welche proportional zur^aige- 1964). bei welcher als Drehzahlgeber ein Tachogenc-

braisehen Summe eines einer Bezugsfrequenz /„ rator verwendet v.ird. dessen Anker aus einem per-

propnrtionalen Ausdruckes und einer der zu io manen'en Magneten besteht und dessen Wicklung

messenden Drehzahl entsprechenden Frequenz im Anker untergebracht ist. Eine derartige Mcii-

/r„/ ist. dadurch gekennzeichnet, daß vorrichtung erweist sich jedoch als nachteilig, weil

dieselbe aus folgenden Elementen besteht: damit keine kurzzeitige Messung von Drehzahlwerter,

π· , · ,,-n c- jn. möglich ist. Ferner ergeben sich Schwierigkeiten, eine

at emer Emheit (13) zur Speisung des Resolvers J Meßvorrichtung über einen großen Dreh-

mn einer Wechselspannung, deren Frequenz * _{; u verwepde}; _Schließlich treten Schwie-

direkt proportional zu der Bezugsfrequenz . . ' f .. „, ,, , , . A_n,_rh.,it-„

.- j . & μ ngkeiten auf, wenn die Welle durch das Anschalten

' * ' des Drehzahlmessers nicht belastet werden darf. Eine