DE2345101A1

DE2345101A1 - Frequenz-messverfahren und vorrichtung

Info

Publication number: DE2345101A1
Application number: DE19732345101
Authority: DE
Inventors: Edouard Dipl Ing Ammann; Dieter Dorsch; Peter Dr Dosch
Original assignee: Heberlein and Co AG
Current assignee: Heberlein and Co AG
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1973-09-06
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2202293A1

Description

Dipl.-Phye.

Willy Lorenz

Patentanwalt

8035 Gauting 6· September 1973

Hubertu8str.83>A Meine Akte: h 1O2-j,DT

Heberlein & Co AG, 9630 Wattwil (Schweiz)

Frequenz-Messverfahren und Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzmessung durch Zählen der während mindestens einer Halb-Periode der zu messenden Frequenz von einem Frequenznormal abgegebenen Impulse und anschliessendem Berechnen der zu ermittelnden Frequenz aus der Anzahl der gezählten Impulse sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in Vielzahl bekannt und gebräuchlich. In der praktischen Realisierung werden dabei während einer Halb-Periode (also ein It) bzw. einer vollen Periode (zwei 3U) der zu messenden Frequenz, die vom Frequenznormal abgegebenen Impulse aufaddiert und aus der Summe das gewünschte Ergebnis errechnet. Bei Messinstrumenten mit grossem Messbereich besteht dabei eine Schwierigkeit darin, dass im Hin-blick auf exakte Darstellung im höchsten Frequenzbereich die Frequenz des Messnormals wesentlich über der höchsten anzuzeigenden Frequenz liegen muss, obwohl an sich weder von der Messzeit noch

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vom Normalmessbereich her ein Frequenznormal mit einer derart hohen Frequenz erforderlich wäre. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, bestünde darin, dass konstant eine grössere Anzahl von Perioden der zu messenden Frequenz der Berechnung zugrunde gelegt wird. Dies führt jedoch im unteren Messbereich, d.h. also bei niederen Frequenzen, zu untragbar langen Messzeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Frequenzmessung zu schaffen, welche " bei Einhaltung einer kurzen Messzeit im unteren Frequenzbereich auch im hohen Frequenzbereich genaue Anzeige gewährleistet, ohne dass dabei die Frequenz des Frequenznormals zu hoch gewählt werden muss.

Erfxndungsgemass wird dies auf optimal einfache Weise insbesondere dadurch erreicht, dass die Zählung der vom Frequenznormal abgegebenen Impulse über eine solche Anzahl von Perioden der zu'messenden Frequenz durchgeführt wird, bis eine vorbestimmte Mindestanzahl von Impulsen überschritten ist. Da die Genauigkeit des Messergebnisses unmittelbar von der Anzahl der gezählten Impulse des Frequenznormals abhängt, wird durch die gewählte Mindestanzahl zwangsläufig die Genauigkeit' vorgegeben.

Besonders einfach lässt sich das neue Verfahren"durchführen, wenn die Perioden bzw. Halb-Perioden der zu messenden

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Frequenz summiert werden, wenn beginnend mit den Zahlen 1 ' und 10, jeweils im Zehnerpotenzabstand überprüft wird, ob die vom Frequenznormal abgegebenen Impulse bereits die Mindestzahl überschritten haben, wenn bei der auf das Ueberschreiten folgender Zehnerpotenz die Zählung von Perioden der Messfrequenz sowie die Zählung der Impulse des Frequenznormals unterbrochen und die Endsummen gespeichert werden und wenn sodann durch Division des Ergebnisses der Impulszählung durch das Ergebnis der Periodenzählung ein Zwischenergebnis ermittelt wird und wenn daraufhin die zu messende Frequenz durch Division des betragsmässigen Werts der Frequenz des Frequenznormals durch das Zwischenergebnis berechnet wird.

Bei der praktischen Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich der schaltungsmässige Aufwand der Messeinrichtung besonders minimieren, wenn je ein Zähler zur Summierung der Perioden der zu messenden Frequenz sowie ein Zähler zur Summierung der Perioden des Frequenznormals sowie eine Steuereinrichtung zur Abgabe von 'Steuersignalen bei Perioden-Zählerständen im Zehnerpotenzabstand vorgesehen ist; darüberhinaus soll dabei am Normalfrequenz--Zähler ein Steuerausgang zur Abgabe eines konstanten Auslösesignals bei Erreichen der Mindestanzahl der zu' zählenden Impulse angeordnet sein sowie der Ausgang der Steuereinrichtung und der Steuerausgang des Normalfrequenz-Zählerε je an einen Eingang einer logischen Und-Schaltung angeschaltet werden. Der Ausgang der Und-Schaltung muss dabei

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zum Beendigen der Summierabläufe beider Zähler sowie zum Aktivieren eines Rechenwerks bei gleichzeitigem Anliegen von Steuersignalen an beiden Eingängen mit einer Schalteinrichtung verbunden sein.

Im Hinblick auf weitere Reduzierung des Schaltungsaufwands ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn bei einer derartigen Messeinrichtung mit einer Dezimalanzeige zur Darstellung des Messwerts in Schwingungen pro Sekunde die Frequenz des Frequenznormals betragsmässig auf eine Zehnerpotenzzahl abgestimmt ist, wenn zur unmittelbaren Berechnung der Zifferfolge des Anzeigeergebnisses eine Einrichtung zur Kehrwertbildung der im Normalfrequenz—Zähler aufgelaufenen Zahl vorgesehen ist und wenn eine Komma-Schaltautomatik an die Dezimal-Anzeigeeinrichtung angeschaltet ist, welche sowohl durch den Ausgang des Periodenzählers als auch durch den Nörmalfrequenzzähler angesteuert wird. Ersieh ti icherweise lässt sich durch diese Anordnung und durch die Wahl der Frequenz des Frequenznormals der notwendige Rechenvorgang auf eine Kehrwertbildung reduzieren, wobei gleichzeitig durch die Komma-Automatik das Rechenwerk weiter entlastet wird.

In gleicher V/eise kann durch entsprechende Wahl der Frequenz des Frequenznormals auf einen Betrag von 1/6 mal eine Zehnerpotenzzahl auch die unmittelbare Darstellung von Messergebnissen bei Drehzahlmessung durch einfache Kehrwertbildung erreicht werden.

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Bei entsprechender Anordnung von zwei Frequenznormalen oder einer Multiplikationsschaltung für die Normalfrequenz kann dabei auch die Umschaltbarkeit von Frequenzmessung auf Drehzahlmessung erreicht werden.

Ersichtlicherweise werden der erfinderische Inhalt und der technische Fortschritt des Anmeldungsgegenstandes sowohl durch die neuen Einzelmerkmale als auch insbesondere durch Kombination und Unterkombination aller Verwendung findenden Merkmale gewährleistet.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Messeinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der

Messeinrichtung gemäss Figur 1 zur Frequenzmessung und

Fig. 3 eine von Drehzahlmessung auf Frequenzmessung umschaltbare Messeinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung.

Die dargestellte Messeinrichtung weist einen Zähler 1 auf, welcher über Messeingang 2 mit der Spannung, deren Frequenz gemessen werden soll, gespeist wird. Zähler 1 ist durch eine Steuerleitung 3 mit einem zweiten Zähler 4 verbunden und aktiviert diesen bei Beginn der Messung, sodass

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gleichzeitig mit dem Summiervorgang von Messignalen in Zähler 1 die vom Frequenznormal 5 abgegebenen Impulse im Zähler 4 summiert werden. Sobald der Zähler 4 eine vorbestimmte Mindestanzahl von Impulsen des Frequenznormals 5 summiert hat, beendet er den Zählvorgang und stoppt gleichzeitig über Steuerleitung 6 den Zählvorgang des Zählers 1. Darüberhinaus wird Rechenwerk 7 über eine Steuerleitung 8 aktiviert, sodass durch Division des im Frequenznormal-Zähler angelaufenen Ergebnisses durch das Ergebnis der Messwert—Zählung ein Zwischenergebnis ermittelt werden kann, welches nach Division des betragsmässigen Werts der Frequenz des Frequenznormals durch das Zwischenergebnis im Rechenwerk 7 das Endergebnis ergeben wird, welches darauf durch eine Anzeigeeinrichtung 9 dargestellt wird, die erst zum benötigten Zeitpunkt aktiviert wird.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemasse Messeinrichtung, bei welcher die Frequenz des Frequenznormals 5 auf 100 kHz festgelegt wurde. Die dargestellte Messeinrichtung ist zur Frequenzmessung vorgesehen und Fühler 10 in bekannter Weise ausgebildet.

Im Gegensatz zur Messeinrichtung gemäss Figur 1 ist dabei dem Zähler 1 eine logische Oder-Schaltung nachgeschaltet, welche jeweils bei Zählerständen von 1, IO, 100 und 1000 ein Signal an die Und-Schaltung 11 abgibt. Zähler 4 ist derart ausgebildet, dass beim Zählerstand von 1000 ein konstantes Auslösesignal an die Und-Schaltung 11 abgegeben wird. Sobald demnach im Zähler 4 die Mindestanzahl von

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Impulsen des Frequenznormals 5 aufgelaufen ist, wird die Und-Schaltung 11 derart auf den Schaltvorgang und die Beendigung der Zählvorgänge über Schalteinrichtung 20 und Steuerleitungen 12 und 13 vorbereitet, dass beim Erreichen der nächstfolgenden Zehnerpotenz im Zähler 1 der Zählvorgang beider Zähler 1 und 4 unterbrochen wird. Da auf die beschriebene Weise sichergestellt ist, dass in jedem Fall in Zähler 1 eine Zehnerpotenz-Zahl ansteht und darüberhinaus das,Frequenznormal betragsmässig ebenfalls auf eine Zehnerpotenz abgestimmt ist, kann die ziffermässige Ermittlung des Endergebnisses im Rechenwerk 7, welches über Steuerleitung 14 aktiviert wird, durch einfache Kehrwertbildung des im Zähler 4 aufgelaufenen Betrags erreicht werden. Zur richtigen Kommasetzung bei der Anzeige in Anzeigeeinrichtung 9 ist das Rechenwerk darüberhinaus mit dem Ausgang der am Ausgang des Zählers 1 vorgesehenen Oder-Schaltung 15 verbunden, sodass bei der Ergebnisfindung die Höhe des in Zähler 1 angelaufenen Betrags berücksichtigt wird.

Die Messeinrichtung gemäss Figur 3 ist derart ausgebildet, dass durch Betätigung eines Schalters 16 der Messbereich von Frequenzmessung durch Fühler 10, auf Drehzahlmessung durch Fühler und Messwertumformer 17 umschaltbar ist. Wie dabei dargestellt, wird durch Schalter 16 sowohl der Eingang von Zähler 1 umgeschaltet als auch Zähler 4 jeweils auf einen der Ausgänge 5a oder 5b des Frequenznormals 5 geschaltet. Während Ausgang 5a wie beim Ausführungsbeispiel

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gemäss Figur 2 Impulse mit einer Frequenz von 100 kHz abgibt, weisen die an Ausgang 5b anliegenden Impulse eine Frequenz von 1/6 mal 10 Hz, d.h. also 166 2/3 kHz, auf. Die Abgabe der unterschiedlichen Frequenzen wird dadurch erreicht, dass im Frequenznormal 5 zwei Oszillatoren mit jeweils getrennten Ausgängen vorgesehen sind. Ersichtlicherweise kann stattdessen auch ein Oszillator vorgesehen werden, dessen Impulsfolge mit einem entsprechenden Faktor multipliziert oder dividiert wird.

Durch die Wahl der an Ausgang 5b anliegenden Frequenz wird erfindungsgemäss erreicht, dass auch bei Drehzahlmessung die Ermittlung des Messergebnisses durch einfache Kehrwertbildung der in Zähler 4 aufgelaufenen Zahl möglich ist. Der Funktionsablauf entspricht dabei im einzelnen dem im Zusammenhang-mit Figur 2 beschriebenen Ablauf, wobei lediglich zur Kommabestimmung in Anzeigeeinrichtung 9 eine separate, sowohl durch Oder-Schaltung 15 als auch durch Zähler 4 angesteuerte Komma-Schaltautomatik 18 vorgesehen wurde·.

Der Messvorgang, der bei Frequenz- und Drehzahlmessung identisch abläuft, wird nachstehend anhand eines konkreten Beispiels nochmals kurz erläutert:

Zu messen sei ein an Fühler und Messwertumformer 17 anliegender Messwert von fünf Umdrehungen pro Minute. Zu Beginn des Messvorgangs sind sämtliche Zähler und logischen Schaltungen auf 0 gestellt. Der erste an den Eingang des Zählers 7 gelangende Impuls wird gleichzeitig durch eine Haupt-Steuerschaltung 19 registriert, welche daraufhin über nicht

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dargestellte Steuerleitungen die Gesamtschaltung aktiviert. Gleichzeitig mit dem Zählvorgang in Zähler 7 wird durch Frequenznormal 5 Zähler 4 mit Normalimpulsen beaufschlagt. Nach Erreichen des vorbestimmten Mindestwerts von Zähler 4 wird durch diesen die Und-Schaltung 11 aktiviert. Diese Aktivierung erfolgt im Hinblick auf die gewählte Frequenz

4 des Frequenznormals 5 nach einer Zeitdauer von 10 mal 6,67 mal 10 Sekunden, was 0,0667 Sekunden entspricht. Von Zähler 7 bzw. Oder-Schaltung 15 wird das erste Signal nach einer Umdrehung, also nach 0,2 Minuten, an Oder-Schaltung 11 abgegeben. In diesem Moment wird durch Ansteuerung von Schalteinrichtung 20 über die Steuerleitungen 12, 13 Unterbrechung des Zählvorgangs in Zähler 1 und 4 herbeigeführt. Dabei hat Zähler 4 den Stand 0,2 χ 60 χ τ- χ 10 , d.h. also 2 χ 10 erreicht. Die anschliessende Kehrwertbildung in Rechenwerk 7 ergibt als ziffermässiges Ergebnis den Wert 500O. Gleichzeitig mit dem Uebertrag des Endergebnisses vom Rechenwerk 7 in Anzeigeeinrichtung 9 erfolgt Kommasetzung durch Komma-Automatik 18.

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Claims

Ansprüche

X)J Verfahren zur Frequenzmessung durch Zählen der während .mindestens einer Halb-Periode der zu messenden Frequenz von einem Frequenznormal abgegebenen Impulse und zum anschliessenden Berechnen der zu ermittelnden Frequenz aus der Anzahl der gezählten Impulse, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählung der vom _fFrequenznormal abgegebenen Impulse über eine solche Anzahl von Perioden der zu messenden Frequenz durchgeführt wird, bis eine vorbestimmte Mindestanzahl von Impulsen überschritten ist.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, "dass die Perioden bzw. Halb-Perioden der zu messenden Frequenz summiert werden, dass beginnend mit den Zahlen eins und zehn, jeweils im Zehnerpotenzabstand überprüft wird, ob die vom Frequenznormal abgegebenen Impulse bereits die Mindestzahl überschritten haben, dass bei der auf das Ueberschreiten folgenden Zehnerpotenz die Zählung von Perioden der Messfrequenz sowie die Zählung der Impulse des Frequenznormals unterbrochen und die Endsummen gespeichert werden, dass sodann durch Division des Ergebnisses der Impulszählung durch das Ergebnis der Periodenzählung ein Zwischenergebnis ermittel wird und dass daraufhin die zu messende Frequenz durch Division des betragsmässigen Werts der Frequenz des Frequenznormals durch das Zwischenergebnis berechnet wird.

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; - ii -
3) Elektronische Messeinrichtung zur Durchführung des verfah_r rens nach Anspruch 2 mit je einem Zähler zur ■Summierung der Perioden der zu messenden Frequenz und einem Zähler zur Summierung der Impulse des Frequenznormals, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (15) zur Abgabe von Steuersignalen bei Perioden-Zählerständen im Zehnerpotenzabstand vorgesehen ist, dass am Normalfrequenz-Zähler (4) ein Steuerausgang zur Abgabe eines konstanten Auslösesignals bei Erreichen der Mindestanzahl der zu zählenden . Impulse vorgesehen ist, dass der Ausgang der Steuereinrichtung (15) und der Steuerausgang des Normalfrequenz-Zählers (4) je an einen Eingang einer logischen Und-Schaltung (11) angeschaltet sind und dass der Ausgang der Und-Schaltung zum Beendigen der Summierablaufe beider Zähler (1, 4) sowie zum Aktivieren eines Rechenwerks (7) bei gleichzeitigem Anliegen von Steuersignalen an beiden Eingängen mit einer Schalteinrichtung (20) verbunden ist.
4) Messeinrichtung nach Anspruch 3 mit einer Dezimal-Anzeigeeinrichtung zur Darstellung des Messwerts in Schwingungen pro Sekunde,, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Frequenznormals (5) betragsmässig auf eine Zehnerpotenz-Zahl abgestimmt ist, dass zur unmittelbaren Berechnung der Ziffernfolge des Anzeigeergebnisses eine Einrichtung (7) zur Kehrwertbildung der im Normalfrequenz—Zähler (4) aufgelaufenen Zahl vorgesehen ist, und dass eine Komma-Sehaltautomatik (18) an die Dezimalanzeigeeinrichtimg (9) angeschaltet ist, welche sowohl durch die Steuereinrichtung (15) am Ausgang des Perioden-Zählers (1) als auch durch den Normal-

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frequenz-Zähler (4) angesteuert wird.
5) Messeinrichtung nach Anspruch 3 zur Drehzahlmessung mit einer Dezimalanzeige zur Messwertdarstellung in Umdrehungen pro Minute und einem Fühler und Messwertumwandler zur Umformung der Winkelbewegung des Messobjekts in elektrische" Impulse, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenznormal (5) betragsmässig auf eine Frequenz von 1/6 mal eine Zeh-* nerpotenz-Zahl abgestimmt ist, dass zur. unmittelbaren Berechnung der Ziffernfolge des Anzeigeergebnisses eine Einrichtung (7) zur Kehrwertbildung der im Normalfrequenz-Zähler (4) aufgelaufenen Zahl vorgesehen ist, und dass eine Komma-Schaltautomatik (18) an die Dezimal-Anzeigeeinrichtung (9) angeschaltet ist, welche sowohl durch die Steuereinrichtung (15) am Ausgang des Perioden-Zählers (1) als auch durch den Normalfrequenz-Zähler (4) angesteuert wird.
6) Messeinrichtung'nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum wahlweisen Einsatz der Messeinrichtung zur Frequenz- bzw. Drehzahlmessung unter Verwendung derselben Anzeige Zähl- und Recheneinrichtung (9, 4, 7) die Frequenz des Frequenznormals (5) von einer Zehnerpotenz-Zahl auf eine ander Zehnerpotenzzahl mulitpliziert mit dem Faktor 1/6 umschaltbar ist.
7) Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene E'requenznormale (5) vorgesehen sind.

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8) Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Frequenznormal (5) vorgesehen ist, welchem eine Multiplikationsschaltung zur Multiplikation der Normalfrequenz-Impulse mit dem Faktor. 1/6 nachgeschaltet ist.

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