DE2200805A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MONITORING AN ELECTRONIC TACHOMETER - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MONITORING AN ELECTRONIC TACHOMETERInfo
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Description
R. 660
15.12.1971 Sk/KbR. 660
December 15, 1971 Sk / Kb
Anlage zur
PatentanmeldungAttachment to
Patent application
ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1
DrehzahlmessersTachometer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektronischen Drehzahlmessers, der einen Impulsgeber mit zur Drehzahl proportionaler Ausgangsfrequenz sowie einen Frequenz-Gleiohspannungs-'Jmsetzer enthält.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an electronic tachometer, the one Pulse generator with an output frequency proportional to the speed as well as a frequency-equilibrium-voltage converter.
Derartige elektronische Drehzahlmesser werden heute in vielen Anwendungsgebieten zur Erzeugung eines Drehzahl-Istwertes für einen Regelkreis verwendet. Als Beispiel wird hier nur die Regelung der Kraftstoffzumessung bei einer Gasturbine behandelt. Die Kraftstoffzumessung muß an die Drehzahl der Gasturbine angepaßt werden. Da eine Gasturbine keine natürliche obere Drehzahlgrenze aufweist, sondern dieSuch electronic tachometers are used today in many fields of application for generating an actual speed value used for a control loop. As an example, only the regulation of the fuel metering for a Treated gas turbine. The fuel metering must be adapted to the speed of the gas turbine. There is a gas turbine does not have a natural upper speed limit, but the
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Drehzahl bei einer Erhöhung der Kraftstoffzufuhr immer weiter steigert, hat ein Ausfall des elektronischen Drehzahlmessers · unter Umständen verhängnisvolle Polgen. Da der elektronische Drehzahlmesser in der Regel auch dazu herangezogen wird, ein überschreiten der zulässigen Höchstdrehzahl zu signalisieren, kann·die Gasturbine mechanisch zerstört vrerden, wenn der Drehzahlgeber ausfällt oder ein fehlerhaftes Signal abgibt.If the speed increases with an increase in the fuel supply, a failure of the electronic tachometer has possibly fateful Polgen. Since the electronic tachometer is usually also used to do this, a signaling that the maximum permissible speed is exceeded, the gas turbine can be mechanically destroyed if the The speed sensor fails or emits an incorrect signal.
Ein elektronischer Drehzahlmesser enthält normalerweise eingangsseitig einen Impulsgeber, dessen Impulsfrequenz proportional zu der zu messenden Drehzahl ist. Diesem Im-"pulsgeber ist ein Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer nachgeschaltet. Der Umsetzer gibt eine Gleichspannung ab, deren Größe proportional zur Frequenz des Impulsgebers ist.An electronic tachometer normally contains a pulse generator on the input side, the pulse frequency of which is proportional to the speed to be measured. This impulse generator a frequency-DC voltage converter is connected downstream. The converter outputs a DC voltage whose Size is proportional to the frequency of the pulse generator.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektronischen Drehzahlmessers zu schaffen, die es ermöglicht, einen Fehler in der elektronischen Schaltung des Drehzahlmessers sicher zu erkennen. Beim Auftreten eines solchen Fehlers soll ein Fehlersignal abgegeben werden.The invention is accordingly based on the object of providing a circuit arrangement for monitoring an electronic To create a tachometer that makes it possible to safely detect a fault in the electronic circuit of the tachometer recognize. When such an error occurs, an error signal should be emitted.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein zweiter Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Impulsgeber verbunden ist, und daß die Ausgänge der Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer mit den Eingängen einer Vergleicherstufe verbunden sind, die bei Abweichungen zwischen den Eingangssignalen an ihrem Ausgang ein Fehlersignal abgibt. Sobald einer der Frequenz-Gleichsparinungs-Umsetzer ein fehlerhaftes Signal abgibt, spricht die Vergleicherstufe an.This object is achieved according to the invention in that a second frequency-DC voltage converter is provided, whose input is connected to the pulse generator, and that the outputs of the frequency-DC voltage converter with the Inputs of a comparator stage are connected, which in the event of deviations between the input signals at their output emits an error signal. As soon as one of the frequency equalization converters emits an incorrect signal, the comparator stage responds.
Man kann auch eine Sicherung gegen den Ausfall des Impulsgebers erzielen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung demYou can also secure against the failure of the pulse generator if in a further embodiment of the invention
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zweiten Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer ein zweiter Impulsgeber vorgeschaltet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die mechanische Zerstörung eines Impulsgebers oder ein Drahtbruch sicher erkannt. Auch ein gleichzeitiger . Ausfall beider Impulsgeber - zum Beispiel bei einem. Unfall kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erkannt werden, daß an den Ausgang wenigstens eines Frequenz-Gleichspannüngs-Umsetzers ein. Differenzierer angeschlossen ist und daß dem Differenzierer ein Schwellwertschalter nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang ein Pehlersignal abgibt, wenn, sich das Ausgangssignal des Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzers stark ändert.second frequency-DC voltage converter, a second pulse generator is connected upstream. In this embodiment of the Invention, the mechanical destruction of a pulse generator or a wire break is reliably detected. Also a simultaneous one. Failure of both pulse generators - for example one. Accident can thereby be recognized in a further embodiment of the invention be that at the output of at least one frequency-DC voltage converter. Differentiator is connected and that the differentiator is followed by a threshold switch which emits an error signal at its output if, itself the output signal of the frequency-DC voltage converter changes significantly.
Bei einer gleichzeitigen Zerstörung beider Impulsgeber werden die Ausgangssignale beider Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer innerhalb sehr kurzer Zeit zu Null, so daß der Differenzierer ein Ausgangssignal abgibt, das den Schwellwertschalter ansprechen läßt. Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen werden nachstehend anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.If both pulse generators are destroyed at the same time, the output signals of both frequency-DC voltage converters are lost to zero within a very short time, so that the differentiator emits an output signal which address the threshold value switch leaves. Further details and expedient refinements are given below with reference to four in the drawing illustrated embodiments described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Anwendung bei einer Gasturbinensteuerung,1 shows a schematic representation of a circuit arrangement for use in a gas turbine control,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,Fig. 2 is a block diagram of a first embodiment,
Fig. 3 ein Blöckschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles,3 shows a block diagram of a second exemplary embodiment,
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Pig. M ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels,Pig. M is a block diagram of a third exemplary embodiment,
Fig. 5 einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels, teilweise in schematischer Darstellung,5 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment, partly in a schematic representation,
Pig. 6 und Pig. 7 Schaltpläne von Einzelheiten.Pig. 6 and Pig. 7 wiring diagrams of details.
In Fig. 1.ist mit 11 ein Kraftstofftank bezeichnet, aus dem
eine Kraftstoffpumpe 12 über «ine Zumeßdrossel 13 und ein
Schnellschlußventil ik Kraftstoff zu einer Einspritzdüse 17
fördert. Das Schnellschlußventil 14 ist als 3/2-Wegeventil
mit einer Eingangs- und zwei Ausgangsöffnungen ausgebildet. In Fig. 1 ist das Schnellschlußventil Ik in seiner Arbeitsstellung
dargestellt, in der es durch eine Magnetwicklung gehalten wird. Sobald die Magnetwicklung 15 stromlos wird,
stellt eine Rückstellfeder 16 das Schnellschlußventil IM in
seine Ruhelage. Dabei wird die Zumeßdrossel 13 mit einer
Rückförderleitung 18 verbunden, so daß der Kraftstoff nicht mehr zur Einspritzdüse 17» sondern zurück zum Kraftstofftank
gefördert wird.In Fig. 1, 11 denotes a fuel tank, from which a fuel pump 12 via «a metering throttle 13 and a
Quick- acting valve ik conveys fuel to an injection nozzle 17. The quick-acting valve 14 is a 3/2-way valve
formed with one inlet and two outlet openings. In Fig. 1, the quick- closing valve Ik is shown in its working position in which it is held by a magnetic winding. As soon as the magnet winding 15 is de-energized,
a return spring 16 sets the quick-acting closing valve IM in its rest position. The metering throttle 13 is with a
Return line 18 connected so that the fuel is no longer conveyed to the injection nozzle 17 ' but back to the fuel tank.
Zur Ansteuerung der Zumeßdrossel 13 und der Magnetwicklung 15 ist eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen, die eingangsseitig einen Impulsgeber 2o aufweist. Der Impulsgeber 2o ist mechanisch verbunden mit einer nicht dargestellten Ausgangswelle der Gasturbine und gibt an seinem Ausgang Wechselsspannungsimpulse ab, deren Folgefrequenz proportional zur Wellendrehzahl ist.To control the metering throttle 13 and the magnet winding 15 is an electronic circuit arrangement is provided on the input side has a pulse generator 2o. The pulse generator 2o is mechanically connected to an output shaft, not shown the gas turbine and emits alternating voltage pulses at its output whose repetition frequency is proportional to the shaft speed.
An den Ausgang des Impulsgebers 2o ist ein Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 21 angeschlossen, der aus der Reihen-A frequency-DC voltage converter is connected to the output of the pulse generator 2o 21 connected, the one from the series
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schaltung einer monostabilen Kippstufe 22 und eines Tiefpaßfilters 23 besteht. Mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 23 ist einerseits ein Regelverstärker 21I und andererseits eine Schaltungsanordnung 28 zur überwachung des elektronischen Drehzahl- messerS' verbunden. Der Regelverstärker 21I weist zusätzliche Eingänge 25, 26 auf. Ein Minimalwertverstärker 27 ist mit seinem Ausgang an den Steuereingang der Zumeßdrossel 13 und mit seinen beiden Eingängen an die Ausgänge des Regelverstärkers 24 bzw. der Schaltungsanordnung 28 angeschlossen. Der Ausgang der Schaltungsanordnung 28 ist weiterhin mit der Magnetwicklung 15 verbunden.circuit of a monostable multivibrator 22 and a low-pass filter 23 exists. A control amplifier 2 1 I on the one hand and a circuit arrangement 28 for monitoring the electronic tachometer '' are connected to the output of the low-pass filter 23. The control amplifier 2 1 I has additional inputs 25, 26. A minimum value amplifier 27 is connected with its output to the control input of the metering throttle 13 and with its two inputs to the outputs of the control amplifier 24 or the circuit arrangement 28. The output of the circuit arrangement 28 is also connected to the magnet winding 15.
Im folgenden werden die in der digitalen Schaltungstechnik gebräuchlichen Begriffe L-Signal und O-Signal verwendet.The following are those in digital circuit technology common terms L-Signal and O-Signal are used.
Eine Stufe gibt dann ein O-Signal ab, wenn ihr Ausgang auf Massepotential liegt. Von einem L-Signal spricht man, wenn der Ausgang oberhalb eines bestimmten positiven Potentials liegt.A stage then emits an O signal when its exit is at ground potential. One speaks of an L signal when the output is above a certain positive potential lies.
Die monostabile. Kippstufe 22 formt aus den Ausgangsimpulsen des Impulsgebers 2o einzelne Rechteckimpulse mit konstanter Impulsdauer. Das Tiefpaßfilter 23 bildet das Zeitintegral " der Ausgangsspannung der monostabilen Kippstufe 22. Da die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe 22 frequenzunabhängig ist, ist dieses Zeitintegral proportional zur Impulsfolgefrequenz.The monostable. Flip-flop 22 forms individual square-wave pulses with constant ones from the output pulses of the pulse generator 2o Pulse duration. The low-pass filter 23 forms the time integral "of the output voltage of the monostable multivibrator 22. Da the pulse duration of the monostable multivibrator 22 is frequency-independent is, this time integral is proportional to the pulse repetition frequency.
Der Regelverstärker 24 bildet zu jeder Eingangsgleichspannung ein Ausgangssignal, das zur Ansteuerung der Zumeßdrossel 13 dient. Im einfachsten Fall kann die Ausgangsspannung proportional zur Eingangsspannung sein, so ,daß mit steigender Drehzahl immer mehr Kraftstoff zugemessen wird,- Normalerweise werden aber den Eingängen 25 und 26 noch weitere Korrektursignale zugeführt, die abhängig von der Außentemperatur und von der Prozeßtemperatur sind. Da der Regelverstärker 24 nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird er hier nicht im einzelnen beschrieben.The control amplifier 24 forms DC voltage for each input an output signal that is used to control the Metering throttle 13 is used. In the simplest case, the output voltage can be proportional to the input voltage, see above that with increasing speed more and more fuel is metered - Normally, however, further correction signals are fed to the inputs 25 and 26, which are dependent on the outside temperature and the process temperature. Since the control amplifier 24 is not the subject of the invention, it is not described in detail here.
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Der Minimalwertverstärker 27 wirkt wie ein normaler Proportionalverstärker, der über einen zweiten Eingang kurzgeschlossen werden kann. Sein Schaltplan ist in Fig. 6 dargestellt. Ein npn-Transistor 53 ist mit einem Emitterwiderstand 56 an r eine Masseleitung 52 angeschlossen und so als Emitterfolger ausgebildet. Kollektor und Basis des Transistors 53 sind über je einen Widerstand 5^ bzw. 55 mit einer Plusleitung 51 verbunden. An der Basis sind weiterhin zwei Dioden 57, 58 mit ihren Anoden angeschlossen. Die Kathoden der Dioden bilden die beiden Eingänge des Minimalwertverstärkers 27.The minimum value amplifier 27 acts like a normal proportional amplifier, which can be short-circuited via a second input. Its circuit diagram is shown in FIG. 6. An npn transistor 53 is connected to an emitter resistor 56 at r a ground line 52 is connected and thus designed as an emitter follower. The collector and base of transistor 53 are via a resistor 5 ^ or 55 with a positive lead 51 connected. Two diodes 57, 58 with their anodes are also connected to the base. The cathodes of the diodes form the two inputs of the minimum value amplifier 27.
Wenn an den beiden Dioden 57, 58 keine Eingangsspannung liegtj dann erhält der Transistor 53 über den Widerstand 55 einen Basisstrom und ist vollständig leitfähig. Falls dagegen an den Dioden 57, 58 Eingangssignale liegen, wird der Transistor 53 so weit gesperrt, wie es der niedrigeren der beiden Eingangsspannungen entspricht.If there is no input voltage at the two diodes 57, 58 if j then receives the transistor 53 via the resistor 55 has a base current and is completely conductive. If, on the other hand, there are input signals at the diodes 57, 58, then the transistor 53 blocked as far as it corresponds to the lower of the two input voltages.
Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung 28 so ausgelegt, daß sie im Normalfall ein L-Signal und als Fehlersignal ein O-Signal abgibt. Im Störungsfall liegt dann zum Beispiel an der Diode 57 nach Fig. 6 ein O-Signal, so daß der Transistor 53 vollständig gesperrt wird. Die Zumeßdrossel 13 wird dadurch geschlossen. Das O-Signal am Ausgang der Schaltungsanordnung 28 stellt gleichzeitig über die Magnetwicklung 15 das SchnellschlußventilIn the circuit according to FIG. 1, the circuit arrangement 28 is designed so that it normally has an L signal and emits an O signal as an error signal. In the event of a malfunction If then, for example, there is an 0 signal at the diode 57 according to FIG. 6, so that the transistor 53 is completely blocked will. The metering throttle 13 is thereby closed. That The 0 signal at the output of the circuit arrangement 28 simultaneously represents Via the magnet winding 15, the quick-acting valve
Ik in seine Ruhestellung. Die Einspritzdüse 17 erhält daher sofort keinen Kraftstoff mehr, auch wenn es eine gewisse Zeit braucht, bis die Zumeßdrossel 13 vollständig geschlossen ist. Von wesentlicher Bedeutung ist es dabei, daß das Sehnellschlußventil 14 bei stromloser Magnetwick-lung 15 auf jeden Fall den Kraftstoff in die Rückströmleitung 18 umleitet. Damit ist eine Sicherheit gegen Drahtbruch in der Magnetwicklung 15 geschaffen. Ik in its rest position. The injection nozzle 17 therefore immediately receives no more fuel, even if it takes a certain time until the metering throttle 13 is completely closed. It is of essential importance that the closing valve 14 diverts the fuel into the return line 18 in any case when the magnet winding 15 is de-energized. This provides security against wire breakage in the magnet winding 15.
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In den Figuren 2 bis 5 sind AusfOhrungsbeispiele der Schaltungsanordnung 28 nach Pig. 1 dargestellt. Die schon bei Fig. 1 beschriebenen Baugruppen sind in den folgenden Figuren mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und werden nicht mehr beschrieben.In Figures 2 to 5 are exemplary embodiments of the Circuit arrangement 28 according to Pig. 1 shown. The assemblies already described in Fig. 1 are in the following Figures denoted by the same reference numerals, and are no longer described.
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist sowohl ein zweiter Impulsgeber 3o als auch ein zweiter Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer mit einer zweiten monostabilen Kippstufe 32 und einem -zweiten Tiefpaßfilter 33 vorgesehen. Die Ausgänge der beiden Tiefpaßfilter 23, 33 sind an zwei Eingänge einer Vergleicherstufe 3Ί angeschlossen. Weiterhin ist mit dem Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 23 der Eingang eines Differenzierers 35 verbunden, dem ein Schwellwertschalter 36 nachgeschaltet ist. Der Schwellwertschalter 36 ist vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet. Die Ausgänge der Vergleicherstufe 31I und des Schwellwert schalters 36 sind mit Eingängen einer Torschaltung 37 verbunden. vBei allen vier Ausführungsbeispielen ist ein UND-Gatter als Torschaltung 37 vorgesehen. Der Ausgang des UND-Gatters 37 bildet gleichzeitig den Ausgang der Schaltungsanordnung und ist demnach wie in Fig. 1 mit dem zweiten Eingang des Minimalwertverstärkers 27 und mit der Magnetwicklung 15 verbunden.In the first exemplary embodiment according to FIG. 2, both a second pulse generator 3o and a second frequency-DC voltage converter with a second monostable multivibrator 32 and a second low-pass filter 33 are provided. The outputs of the two low-pass filters 23, 33 are connected to two inputs of a comparator stage 3Ί. Furthermore, the input of a differentiator 35, which is followed by a threshold switch 36, is connected to the output of the first low-pass filter 23. The threshold switch 36 is preferably designed as a Schmitt trigger. The outputs of the comparator stage 3 1 I and the threshold value switch 36 are connected to inputs of a gate circuit 37. v An AND gate is provided as a gate circuit 37 in all four exemplary embodiments. The output of the AND gate 37 simultaneously forms the output of the circuit arrangement and is accordingly connected, as in FIG. 1, to the second input of the minimum value amplifier 27 and to the magnet winding 15.
Der Schaltplan der Vergleicherstufe 3*1 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Vergleicherschaltung J>k enthält zwei als Subtrahierer beschaltete Operationsverstärker 60, 61. Beiden Operationsverstärkern sind Gegenkopplungswiderstände 671 zugeordnet, die jeweils zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang liegen. Die beiden nicht invertierenden Eingänge sind über Widerstände 68 bzw. 7o mit Masse ver-The circuit diagram of the comparator stage 3 * 1 is shown in FIG. The comparator circuit J> k contains two operational amplifiers 60, 61 wired as subtractors. Both operational amplifiers are assigned negative feedback resistors 67 1 , each of which lies between the output and the inverting input. The two non-inverting inputs are connected to ground via resistors 68 and 7o.
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bunden. Beim ersten Operationsverstärker 60 ist weiterhin der invertierende Eingang über einen Widerstand 63 an den Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters 33 und der nicht invertierende Eingang über einen Widerstand 64 an den Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 23 angeschlossen. Umgekehrt ist beim zweiten Operationsverstärker 6l der invertierende Eingang über einen Widerstand 65 mit dem ersten Tiefpaßfilter 23 und der nichtinvertierende Eingang über einen Widerstand 66 mit dem zweiten Tiefpaßfilter 33 verbunden. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 60, 61 liegen über ein NOR-Gatter 62 an einem Eingang des UND-Gatters 37.bound. In the case of the first operational amplifier 60, the inverting input is still on via a resistor 63 the output of the second low-pass filter 33 and the non-inverting input via a resistor 64 to the Output of the first low-pass filter 23 connected. The reverse is the inverting one in the case of the second operational amplifier 6l Input through a resistor 65 to the first low-pass filter 23 and the non-inverting input via a resistor 66 to the second low-pass filter 33 tied together. The outputs of the two operational amplifiers 60, 61 are connected to an input of the via a NOR gate 62 AND gate 37.
Bei den beiden als Subtrahierer beschalteten Operationsverstärkern 60, 61 liegt jeweils der nichtinvertierende Eingang über einen Widerstand 68 bzw. 7o an Masse. Unabhängig von der Höhe der Eingangsspannungen liegen daher auch die Ausgänge der Operationsverstärker 60, 6l auf Massepotential (O-Signal), solange die Gleichspannungen an beiden Eingängen eines Operationsverstärkers gleich groß sind. Ist jedoch zum Beispiel die Ausgangsspannung des ersten Tiefpaßfilters 23 größer als die des zweiten Tiefpaßfilters 33, dann gibt der erste Operationsverstärker 60 ein L-Signal an das NOR-Gatter 62 ab. Umgekehrt gibt der zweite Operationsverstärker 6l ein L-Signal ab, sobald die Ausgangsspannung des zweiten Tiefpaßfilters 33 größer als die des ersten Tiefpaßfilters 23 ist.With the two operational amplifiers wired as subtractors 60, 61, the non-inverting input is connected to ground via a resistor 68 and 7o, respectively. Independent the outputs of the operational amplifiers 60, 6l are therefore also at the level of the input voltages Ground potential (0 signal) as long as the DC voltages are the same size at both inputs of an operational amplifier. However, is for example the output voltage of the first If the low-pass filter 23 is greater than that of the second low-pass filter 33, the first operational amplifier 60 then inputs L signal to NOR gate 62 from. Conversely, the second operational amplifier 6l emits an L signal as soon as the output voltage is reached of the second low-pass filter 33 is greater than that of the first low-pass filter 23.
Das NOR-Gatter 62 gibt nur dann ein L-Signal ab, wenn an beiden Eingängen ein O-Signal liegt. Die Magnetwicklung 15 kann daher das Schnellschlußventil l^J nur dann in seine Arbeitsstellung bringen, wenn beide Operationsverstärker O-Signale abgeben, d. h. wenn die Ausgangsspannungen der beiden Tiefpaßfilter 23 und 33 gleich groß sind. Kleine Abweichungen zwischen den Ausgangsspannungen der Tiefpaßfilter 23, 33 werden nicht berücksichtigt, da bei den Operationsverstärkern 60, 6l infolge der Gegenkopplungs-The NOR gate 62 outputs an L signal only when there is an O signal at both inputs. The magnet winding 15 can therefore the quick-acting valve l ^ J only in his Bring the working position when both operational amplifiers emit O-signals, i. H. if the output voltages of the the two low-pass filters 23 and 33 are of the same size. Small deviations between the output voltages of the low-pass filters 23, 33 are not taken into account, because the operational amplifiers 60, 6l due to the negative feedback
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widerstände 67, 69 die Ausgangsspannung nicht schlagartig von Ö-Signal auf L-Signal springt. Bei kleinen Unterschieden der Eingangsspannungen nehmen die Ausgangsspannungen der Operationsverstärker So, 6l zunächst linear zu.resistors 67, 69 the output voltage does not suddenly jump from an Ö signal to an L signal. With small differences of the input voltages take the output voltages of the Operational amplifier So, 6l initially linearly too.
Jedes NOR-Gatter weist eine Schwellspannung auf. Erst wenn eine der Eingangsspannungen diese Schwellspannung übersteigt, springt die Ausgangsspannung des NOR-Gatters. 62 auf 0-Signal. Deshalb wird durch die Schwellspannung des NOR-Gatters 62 und durch die Größe der Gegenkopplungswiderstände 67, 69 eine tolerierbare Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Tiefpaßfilter 23j 33 festgelegt. Je nach der erforderlichen Genauigkeit kann diese tolerierbare Differenz zum Beispiel auf 0,1 Volt oder o,2 Volt festgelegt werden. Durch die Fertigung bedingte Abweichungen zwischen den Ausgangsspannungen der Tiefpaßfilter 23, 33 können also nicht zur Auslösung eines Fehlersignals führen.Each NOR gate has a threshold voltage. Only when one of the input voltages exceeds this threshold voltage does it jump the output voltage of the NOR gate. 62 to 0 signal. Therefore, through the threshold voltage of the NOR gate 62 and through the size of the negative feedback resistors 67, 69 is a tolerable difference between the output voltages of the two low-pass filters 23j 33 established. Depending on the required accuracy, this tolerable difference can be, for example, 0.1 Volts or 0.2 volts. Through manufacturing Conditional deviations between the output voltages of the low-pass filters 23, 33 can therefore not trigger a Lead error signal.
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bleibt damit nur noch die Funktionsweise des Differenzierers 35 zu erklären. Der einzige Störungsfall, auf den die Vergleicherstufe 3*1 mit den beiden Operationsverstärkern 60, 6l nicht anspricht, tritt dann ein, wenn beide elektronische Drehzahlgeber 2o, 22, 23 bzw. 3o, 32, 33 gleichzeitig ausfallen. In diesem Fall brechen die Ausgangsspannungen der beiden,Tiefpaßfilter 23, 33 sehr schnell auf Mull zu- . sammen. Die schnelle zeitliche Änderung der Ausgangsspannung des ersten Tiefpaßfilters 23 stellt der Differenzierer 35 fest und gibt ein Ausgangssignal ab, das den Schmitt-Trigger 36 ansprechen läßt. Der Schmitt-Trigger 36 muß so eingestellt werden, daß er bei den im normalen Betrieb der Gasturbine auftretenden Drehzahländerungen noch nicht anspricht. Nach, seinem Ansprechen muß er ein O-Signal abgeben, damit das Ausgangssignal des UND-Gatters 37 zu Null wird.In the first exemplary embodiment according to FIG. 2, only the mode of operation of the differentiator 35 remains to be explained. The only malfunction to which the comparator stage 3 * 1 with the two operational amplifiers 60, 6l does not responds, occurs when both electronic speed sensors 2o, 22, 23 or 3o, 32, 33 fail at the same time. In this case, the output voltages break both, low-pass filters 23, 33 very quickly on Mull. together. The rapid change in output voltage over time of the first low-pass filter 23 is provided by the differentiator 35 fixed and emits an output signal that causes the Schmitt trigger 36 to respond. The Schmitt trigger 36 must be set in this way be that it does not yet respond to the speed changes occurring during normal operation of the gas turbine. After he has spoken to him, he has to give an 0-signal so that the output of the AND gate 37 becomes zero.
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Das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ermöglicht es also, folgende Fehler zu erkennen: Ausfall eines Impuls^ gebers, Ausfall zweier Impulsgeber, Fehlanzeige eines Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzers, Leitungsunterbrechung und Kurzschluß in einem der genannten Bauteile.The first embodiment according to FIG. 2 thus makes it possible to detect the following errors: failure of a pulse ^ encoder, failure of two pulse generators, incorrect display of a frequency-DC voltage converter, line interruption and short circuit in one of the components mentioned.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zur Ansteuerung der beiden Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer 22, 23 bzw. 32, 33 nur ein einziger -Impulsgeber 2o vorgesehen. Die Ausgänge der beiden Tiefpaßfilter 23, 33 sind wieder an die Vergleicherstufe 31I angeschlossen. Weiterhin 1st mit dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters 33 ein Schwellwertschalter 38 verbunden. Die Ausgänge der Vergleicherstufe ~$k und des Schwellwertschalters 38 sind mit Eingängen der Torschaltung 37 verbunden. Im übrigen ist die Schaltungsanordnung gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.In the second exemplary embodiment according to FIG. 3, only a single pulse generator 2o is provided to control the two frequency-DC voltage converters 22, 23 and 32, 33. The outputs of the two low-pass filters 23, 33 are connected to the comparator 3 1 I again. Furthermore, a threshold switch 38 is connected to the output of the second low-pass filter 33. The outputs of the comparator stage ~ $ k and of the threshold switch 38 are connected to inputs of the gate circuit 37. Otherwise, the circuit arrangement is the same as in the first exemplary embodiment according to FIG. 2.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel büßt man etwas Sicherheit ein, weil nur ein einziger Impulsgeber 2o vorgesehen ist.In the second embodiment one loses some security one, because only a single pulse generator 2o is provided.
Die Konstruktion benötigt dafür aber weniger Platz und ist billiger. Ein Ausfall des Impulsgebers 2o kann trotzdem erkannt werden und zwar über den Schwellwertschalter 38, der so ausgelegt ist, daß er ein O-Signal abgibt, sobald die gemessene Drehzahl beispielsweise unter 5 % der MaximaldrehzahlHowever, the construction requires less space and is cheaper. A failure of the pulse generator 2o can nevertheless be recognized via the threshold value switch 38, which is designed so that it emits an 0 signal as soon as the measured speed is below 5 % of the maximum speed, for example
abfällt. Kleinere Drehzahlen als 5 % der Maximaldrehzahl kommen beim Betrieb einer Gasturbine nicht vor, so daß man eindeutig auf einen Ausfall des Impulsgebers 2o oder einen Ausfall des zweiten Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzers 32, 33 schließen kann, wenn der Schwellwertschalter 38 anspricht und ein O-Signal abgibt. Für andere Anwendungsfälle muß der Schwellwertschalter 38 anders eingestellt wei*den. Er wird vorzugsweise wieder wie beim ersten Ausführungsbeispiel als Schmitt-Trigger ausgebildet.falls off. Lower speeds than 5 % of the maximum speed do not occur when operating a gas turbine, so that one can clearly infer a failure of the pulse generator 2o or a failure of the second frequency-DC voltage converter 32, 33 if the threshold switch 38 responds and an O- Emits signal. For other applications, the threshold switch 38 must be set differently. As in the first exemplary embodiment, it is preferably designed as a Schmitt trigger.
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Das dritte Ausführungsbeispiel nach Pig. 4 ist bezüglich der Bauteile 2o, 22, 23, 32, 33, 34 gleich aufgebaut wie das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Zusätzlich ist ein zweiter Minimalwertverstärker 39 vorgesehen, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen der beiden Tiefpaßfilter 23* 33 verbunden sind. Der Ausgang des zweiten Minimalwert-Verstärkers-39 steuert den Regelverstärker J>k an. Schließlich ist noch ein drittes Tiefpaßfilter 1Io vorgesehen, das an den Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 32 angeschlossen ist. Der Ausgang des dritten Tiefpaßfilters 4o ist Über einen Schwellwertschalter 41 mit einem Eingang der Torschaltung 37 verbunden.The third embodiment according to Pig. 4 has the same structure as the second exemplary embodiment according to FIG. 3 with regard to components 2o, 22, 23, 32, 33, 34. In addition, a second minimum value amplifier 39 is provided, the two inputs of which are connected to the outputs of the two low-pass filters 23 * 33. The output of the second minimum value amplifier 39 controls the control amplifier J> k . Finally, a third low-pass filter 1 Io is also provided, which is connected to the output of the second monostable multivibrator 32. The output of the third low-pass filter 4o is connected to an input of the gate circuit 37 via a threshold switch 41.
Die Schaltung mit dem zweiten Minimalwertverstärker 39 greift schon in dem oben beim ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Bereich der zulässigen Abweichung zwischen den Ausgangs-Signalen der Tiefpaßfilter 23 und 33 ein. Der zweite Minimalwertverstärker 39 verstärkt dasjenige Signal weiter, das einer kleineren Turbinendrehzahl entspricht. Wenn der Regelverstärker 24, wie es oben bei Fig. 1 beschrieben ist, als Proportionalregler ausgebildet ist,, bewirkt diese Maßnahme, daß auf jeden Fall eine kleinere Kraftstoffmenge zugemessen wird. Der zweite Minimalwertverstärker 39 wirkt sich also in Richtung größerer Sicherheit aus. Wenn der Regelverstärker 24 anders aufgebaut ist, muß unter Umständen anstelle des Minimalwertverstärkers 39 ein Maximalwertverstärker eingesetzt werden, so daß eine größere Turbinendrehzahl simuliert wird. Man muß auf jeden Fall so vorgehen, daß die kleinere mögliche Kraftstoffmenge zugemessen wird.The circuit with the second minimum value amplifier 39 takes effect already in the one mentioned above in the first embodiment Range of permissible deviation between the output signals of the low-pass filters 23 and 33. The second Minimum value amplifier 39 further amplifies the signal which corresponds to a lower turbine speed. If the Control amplifier 24, as described above for Fig. 1, is designed as a proportional controller, this measure causes a smaller amount of fuel in any case is allocated. The second minimum value amplifier 39 thus has an effect in the direction of greater safety. If the Control amplifier 24 is constructed differently, under certain circumstances a maximum value amplifier must be used instead of the minimum value amplifier 39, so that a higher turbine speed is simulated. In any case, one must proceed in such a way that the smaller possible amount of fuel is metered.
Der Schwellwertschalter 4l wirkt beim dritten Ausführungsbeispiel ähnlich wie der Schwellwertschalter 38 beim zweiten Ausführungsbeispiel. Durch die Verwendung eines, ^ritten Tiefpaßfilters 4o wird allerdings noch eine zusätzliche Sicherheit geboten. Es ist nämlich möglich, daßThe threshold switch 4l acts in the third embodiment similar to the threshold switch 38 in second embodiment. The use of a low-pass filter 4o, however, creates an additional one Security required. It is possible that
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sich die Ausgangssignale^der zweiten monostabilen Kippstufethe output signals ^ of the second monostable multivibrator
32 und des zweiten Tiefpaßfilters 33 durch Alterungseinflüsse genau gegensinnig ändern* so daß das Tiefpaßfilter32 and the second low-pass filter 33 change exactly in opposite directions due to aging effects * so that the low-pass filter
33 weiterhin das gleiche Drehzahlsignal abgibt, obwohl bereits Fehler in der elektronischen Schaltung vorhanden sind. Solche Fehler werden durch das dritte Tiefpaßfilter Ίο sicher erkannt. Der Schwellwertschalter 1H wird wieder wie beim zweiten Ausführungsbeispiel auf eine Schwelle von 5 % der Maximaldrehzahl eingestellt.33 continues to output the same speed signal, although there are already errors in the electronic circuit. Such errors are reliably detected by the third low-pass filter Ίο. The threshold switch 1 H is again set to a threshold of 5 % of the maximum speed as in the second exemplary embodiment.
Das vierte Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist eine Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels. Es sind lediglich die Stufen 1Io und kl des dritten Ausführungsbeispiels durch die Bauteile H2 bis 5o ersetzt. Der Rest der Schaltung ist gleich wie in Fig. Ί und ist daher in Fig. 5 nicht mehr dargestellt. The fourth exemplary embodiment according to FIG. 5 is a further development of the third exemplary embodiment. Only the stages 1 Io and kl of the third exemplary embodiment have been replaced by the components H2 to 5o. The rest of the circuit is the same as in FIG. 6 and is therefore no longer shown in FIG.
Ein Transistor 5o ist mit seinem Emitter an die Masseleitung 52 und mit seinem Kollektor über einen Widerstand Ί9 an die Plusleitung 51 angeschlossen. Die Basis des Transistors 5o liegt über einen Widerstand *Ιβ ebenfalls an der Plusleitung 51. Vom Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 32 führt zur Basis des Transistors 5o eine Serienschaltung, die in dieser Reihenfolge aus einem Dxfferenzierkondensator *12, einer Diode M, einem Widerstand 45 und einem Widerstand h7 besteht. Die Diode 4Ί ist so gepolt, daß sie nur negative Impulse vom Differenzierkondensator 1J 2 zur Basis des Transistors 5o durchläßt. Zur Ableitung positiver Impulse ist eine Diode *I3 vorgesehen, die vom Verbindungspunkt zwischen dem Differenzierkondensator *J2 und der Diode Μ zur Masseleitung 52 führt. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen ^5» ^7 ist über einen Kondensator kS an die Masseleitung 52 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 5o ist mit einem Eingang des UND-Gatters 37 verbunden.A transistor 50 has its emitter connected to the ground line 52 and its collector connected to the positive line 51 via a resistor φ9. The base of the transistor 5o is also connected to the positive line 51 via a resistor * Ιβ and a resistor h7 . The diode 4Ί is polarized so that it only lets through negative pulses from the differentiating capacitor 1 J 2 to the base of the transistor 5o. To derive positive pulses, a diode * I3 is provided, which leads from the connection point between the differentiating capacitor * J2 and the diode Μ to the ground line 52. The connection point between the two resistors ^ 5 »^ 7 is connected to the ground line 52 via a capacitor kS. The collector of the transistor 5o is connected to an input of the AND gate 37.
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Der Differenzierkondensator 42 differenziert die Ausgangsimpulse der zweiten mpnostabilen Kippstufe 32 und gibt jedesmal beim Ende eines Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe 32 einen negativen .Nadelimpuls über die Diode 44 und den Widerstand 45 an den Kondensator 46 ab. Der Kondensator 46 wird dadurch auf eine Spannung aufgeladen, die negativer als das Potential der Masseleitung 52 ist. Bei geeigneter Dimensionierung der Widerstände 47 und 48 ist der Transistor 5o daher immer gesperrt, solange eine bestimmte untere Grenzdrehzahl der Gasturbine überschritten wird. Man 'dimensioniert die Widerstände 47 und 48 am besten wieder so, daß diese untere Grenzdrehzahl bei etwa 5$ der Maximaldreh-The differentiating capacitor 42 differentiates the output pulses of the second mpnostable multivibrator 32 and outputs each time at the end of an output pulse of the monostable trigger stage 32 a negative .Nadelimpuls through the diode 44 and the resistor 45 to the capacitor 46 from. The condenser 46 is thereby charged to a voltage which is more negative than the potential of the ground line 52. With suitable Dimensioning of the resistors 47 and 48 is the transistor 5o therefore always blocked as long as a certain lower limit speed of the gas turbine is exceeded. Man 'It is best to re-dimension the resistors 47 and 48 so that that this lower limit speed is about 5 $ of the maximum speed
zahl liegt.number lies.
-Im übrigen ist die Funktionsweise gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Solange der Transistor 5o durch die negative Hilfsspannung am Kondensator 46 gesperrt ist, gibt er an seinem Kollektor ein L-Signal ab, so daß auch das UND-Gatter 37 ein L-Signal abgeben kann.- Otherwise, the functionality is the same as with the third Embodiment according to FIG. 4. As long as the transistor 5o blocked by the negative auxiliary voltage on capacitor 46 is, it emits an L signal at its collector, so that the AND gate 37 can also emit an L signal.
Mit dem vierten Ausführungsbeispiel läßt sich jedoch eine etwas höhere Sicherheit als mit dem dritten Ausführungsbeispiel erreichen. Die ganze übrige Sicherheitsschaltung ist so aufgebaut, daß sich alle auftretenden Potentiale zwischen dem Potential der Masseleitung 52 und dem Potential der Plusleitung 51 bewegen. Die negative Hilfsspannung am Kondensator 46 kann daher auf keinen Fall durch Schaltungsfehler von einem anderen Teil der Schaltung geliefert werden. Der Ausfall von Impulsen der zweiten monostabilen Kippstufe 32 bewirkt daher selbst dann ein Fehlersignal im UND-Gatter 37j wenn gleichzeitig noch andere Fehler in der elektronischen Schaltungsanordnung auftreten.With the fourth exemplary embodiment, however, a somewhat higher level of security can be achieved than with the third exemplary embodiment reach. The rest of the safety circuit is constructed in such a way that all potentials that occur move between the potential of the ground line 52 and the potential of the positive line 51. The negative auxiliary voltage on the Capacitor 46 can therefore in no way be supplied by any other part of the circuit due to circuit faults. The failure of pulses from the second monostable multivibrator 32 therefore even then causes an error signal in the AND gate 37j if there are other errors in the electronic Circuit arrangement occur.
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Alle vier beschriebenen Ausführungsbeispiele erfüllen die eingangs genannte Forderung. Ein Ausfall eines Impulsgebers oder ein Fehler in der elektronischen Schaltung führen mit Sicherheit zu einem Fehlersignal am Ausgang der Torschaltung 37· Bei dem beschriebenen Anwendungsfall der Gasturbinensteuerung wird durch dieses Fehlersignal einerseits die Zumeßdrossel 13 geschlossen und andererseits der Kraftstofffluß zur Einspritzdüse 17 über das Schnellschlußventil 3A in die Rückströmleitung 18 umgeleitet.All four exemplary embodiments described meet the requirement mentioned at the beginning. A failure of a pulse generator or an error in the electronic circuit will certainly lead to an error signal at the output of the gate circuit 37 · In the described application of the gas turbine control, this error signal on the one hand causes the Metering throttle 13 closed and on the other hand the fuel flow to the injection nozzle 17 via the quick-acting valve 3A diverted into the return line 18.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung zur überwachung eines elektronischen Drehzahlmessers lassen sich aber auch für ander Zwecke verwenden. Derartige elektronische Drehzahlmesser werden zum Beispiel auch bei Blockierschutzvorrichtungen für Kraftfah seugbxomsen und bei elektronischen Getriebesteuerungsvorrichtungen eingesetzt. Bei diesen und anderen Anwendungsfällen muß das Ausgangssignal der Torschaltung 37 entsprechenden anderen Stufen zugeführt werden.The described exemplary embodiments of the circuit arrangement for monitoring an electronic tachometer but can also be used for other purposes. Such electronic tachometers are for example also seugbxomsen with anti-lock devices for motor vehicles and used in electronic transmission control devices. For these and other applications, it must Output signal of the gate circuit 37 corresponding to another Stages are fed.
Wenn man noch höhere Sicherheit wünscht, kann man auch die Schaltungsmaßnahmen der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinieren. So ist es zum Beispiel ohne weiteres möglich, beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 noch zusätzlich eine Schaltung nach Fig. 5 zur überwachung des zweiten Tiefpaßfilters 32 einzusetzen. Umgekehrt ist es auch möglich, die Schaltungen der einzelnen Ausführungsbeispiele zu vereinfachen, wenn die Sicherheitsforderungen nicht ganz so streng sind. Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann so der Differenzierer 35 und der Schwellwertschalter 36 weggelassen werden. Eine besonders einfache Sicherheitsschaltung erhält man auch, wenn man beim ersten Ausführungsbeispiel den zweiten Impulsgeber und den zweiten Frequenz-Gleichspannungs-Umsetzer sowie die Vergleicherstufe wegläßt. Man ver-If you want even higher security, you can also use the circuit measures of the various exemplary embodiments combine with each other. For example, it is easily possible in the case of the first exemplary embodiment According to FIG. 2, a circuit according to FIG. 5 for monitoring the second low-pass filter 32 can also be used. Conversely, it is also possible to simplify the circuits of the individual exemplary embodiments if the safety requirements are not quite as strict. In the first embodiment According to FIG. 2, the differentiator 35 and the threshold value switch 36 can thus be omitted. One A particularly simple safety circuit is also obtained if the second embodiment is used in the first embodiment Pulse generator and the second frequency-DC voltage converter and the comparator stage omits. Man
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wendet dann als Sicherheitsschaltung nur noch den Differenzierer mit dem Schwellwertschalter, so daß sich nur noch Störungen erfassen lassen, die während des Betriebs auftreten. In vielen Anwendungsfällen ist jedoch diese Sicherheit schon hinreichend.then only uses the differentiator with the threshold switch as a safety circuit, so that only allow malfunctions to be recorded that occur during operation. In many use cases however, this security is sufficient.
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