DE2507883A1 - Messanordnung - Google Patents

Messanordnung

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DE2507883A1
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/109Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving measuring phase difference of two signals or pulse trains

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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

  • Meßanordnung Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zum Messen und Anzeigen eines Parameters eines relativ dazu bewegten Körpers jnd insbesondere zum Messen eines Parameters einer Weile.
  • Eines der am häufigsten verwendeten Maschinenelemente oder Körper in mechanischen Getrieben, insbesondere für Hochleistungsanwendungen, ist die Welle. Mit steigendem Energiebedarf mui3 in zunehmendem f:ße die LeistungsfMigkeit oder der Wirkungsgrad insbesondere von mechanischen Hochleistungs-Getrieben verbessert werden. Ein wichtiger Pa-Parameter zum messen der Leistungsfähigkeit einer Rotationsanordnung ist die durch eine Welle übertragene und einem Energieverbraucher der Anordnung zur Verfügung stehende Leistung.
  • Die übertragene Leistung ist die Wellendrehzahl multipliziert mit dem Wellendrehmoment. Üblicherweise bereitet das essen der Wellendrehzahl keine Schwierigkeiten, während die Messung des Wellendrehmomentes, wozu eine Leistung Ubertragung an die Welle und die RückfUhrung eines an der Welle abgenommenen Drehmomentsignals an die außenangeordnete Meßanordnung notwendig ist, durch elektronische, von der Meßanordnung auf der Welle herrührende Fehler verfälscht ist, und ebenfalls durch Änderungen im Kupplungs- bzw. Kopplungsgrad in der Anordnung beim Einspeisen von Leistung in die Welle und bei der Abnahme eines Signals von der Welle.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Meßanordnung für eine fehlerfreie Drehmoment-Darstellung anzugeben.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Meßanordnung zur Anzeige des Drehmomentes einer Welle, wobei Meßinstrumente auf der Welle und außerhalb der Welle angeordnet sind. Eine einzelne Leistungsanregungsfrequenz wird über einen Drehtransformator von außen in die Welle eingespeist und zum Versorgen einer Dehnungsmeßbrücke verwendet, deren Ausgangssignal die Amplitude und die Polarität des Wellendrehmomentes darstellt, Das Speisesignal der Welle enthält in periodischen Abständen elektrische Marken mit N,icht-Signal-Periodenjwobei diese Marken dazu verwendet werden, die Fühler bzw.
  • Meßbrücke nacheinander derart zu erregen und abzuschalten, daß das Ausgangssignal sowohl ein Drehmomentsignal als auch ein vorbestimmtes Bezugssignal angibt.
  • Das FUhlersignal wird zerhackt und über einen Drehtransformator in die Meßanordnung außerhalb der Welle eingespeist. Eine weitere Gruppe von elektrischen Marken, die in Phase mit dem Zerhackersignal sind, wird ebenfalls von der Welle in die externe Meßanordnung eingespeist, so daß eine phasensynchrone Demodulation des zerhackten Fühler signals zu einem Ausgangssignal erzeugbar ist, das die Amplitude und die Polarität bzw. das Vorzeichen des Fühler signals darstellt, Das resultierende Signal wird gemäß den entsprechenden Amplituden des Drehmomentsignals und des Bezugssignals in getrennte Wege eingespeist. Die Signale auf diesen beiden Wegen werden voneinander subtrahiert und das Verhältnis des Signals auf dem ersten Weg zum Differenzsignal wird zur Darstellung des Drehmomentes angezeigt, und zwar frei von Fehlern, die aus Schaltungsungenauigkeiten oder -anderungen ebenso wie aus Änderungen beim Koppeln Uber den Drehtransformator resultieren.
  • Durch Taktierung der Meßanordnung werden die Nicht-Signal-Perioden als jene Zeiten kenntlich gemacht, während denen das erfaßte Drehmomentsignal oder das Bezugssignal nach der Auskopplung aus der Welle meßbar sind. Die phasenstarre synchrone Detektion erlaubt die Messung eines Drehmomentes beliebiger Polarität, ferner ist eine externe Kompensation von unvermeidlichen Null-Offsets der Fühler bei Null-Drehmoment -Punkten möglich.
  • Durch die Erfindung wird also eine Meßanordnung angegeben, die sich insbesondere zum Messen des Drehmomentes einer Welle eignet. Die Meßanordnung enthält eine extern zur Welle angeordnete Speisequelle, die ein Speise-oder Anregungssignal mit periodischen elektrischen Marken erzeugt. Dieses Speisesignal mit den eldktrischen Marken wird in eine auf der Welle angeordnete Elektronik eingespeist, um eine Dehnungsmeßbrticke mit Energie zu versorgen.
  • Ein elektronischer Schalter reagiert auf die periodischen elektrischen Marken im Speisesignal und schaltet die Dehnungsmeßbrücke abwechselnd ein und aus, so daß ein das Drehmoment darstellendes Signal - sowie ein -Drehmoment-plus -Bezugssignal erzeugt wird. Das Ausgang signal wird mit einer zweiten Frequenz zerhackt und zusammen mit einem Signal, daß die Phase des Zerhackersignals darstellt, in die Meßanordnung außerhalb der Welle zurUckgefUhrt. Das zerhackte Ausgangssignal wird synchron erfaßt und entsprechend der Amplitude des erfaßten Signals, das das Drehmoment-und das Bezugssignal der Dehnungsmeßbrücke darstellt, in einen ersten und in einen zweiten Weg aufgespalten. Das Verhältnis des ersten Signals zur Differenz zwischen diesen Signalen wird zur Darstellung des Wellendrehmomentes verwendet, das bezüglich änderungen in der Schaltung und im Kopplungsgrad kompensiert ist.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher ererläutert, Es zeigen: Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Meßanordnung zum Messen eines Parameters auf einem sichrelativ dazu bewegenden Körper; Fig. 2 ein Signal, das die zeitliche Folge von in der Erfindung verwendeten Signalen darstellt; Fig. 5 eine genaue Schaltung der erfindungsgemäßen Meß-&nordnung,,die stationär angeordnet ist; und Fig. 4 eine genaue Schaltung der erfindungsgemäßen Meßanordnung, die sich auf einem sich relativ bewegenden Körper befindet, um auf diesem einen Parameter zu messen.
  • Die Erfindung stellt ein verbessertes Schaltungskonzept zum Messen eines Parameters auf einem sich relativ bewegenden Körper dar, wobei eine Kompensation von Kopplungs- und Schaltungsfehlern möglich ist. Obwohl die Erfindung insbesondere für eine Meßanordnung zum Messen des Drehmomentes einer Welle geeignet ist, kann das erfindungsgemäße Schaltungskonzept selbstverständlich auch anderweitig angewandt werden.
  • Zum Verständnis des Aufbaues und der Arbeitsweise eines bevorzugten r.usfUhrungsbeispiels der Erfindung sei zunächst eine kurze Beschreibung der Funktion der Meßanordnung an Hand eines Blockschaltbildes nach Fig.l gegeben. Extern zu einem sich relativ bewegenden Körper ist ein 50 kIiz-Sinusgenerator 12 angeordnet, der typischerweise aus einem höherfrequenten Oszillator, einem Frequenzteiler und einem Sinusformungsnetzwerk bestehen kann. Das 50 kHz-Signal des Sinusgenerators 12 wird in einen Zerhacker 14 eingespeist, der durch periodische Signale aus einer Folgeschaltung 16 derart steuerbar ist, daß periodische Abschnitte des 50 kHz-Signals entfernt werden können. Im bevorzugten AusfUhrungsbeispiel wird nach Fig. 2 durch das Zerhacken eine sich wiederholende Folge von 9 ms des 50 kHz-Signals erzeugt, gefolgt von einer 1 ms dauernden Nicht-Signal-Totzeit, die nach Fig. 2 aus Abschnitten zu 200 /us, 700 us und 100 us besteht, wie nachstehend näher erläutert wird. Das Signal aus Fig. 2 wird in einen an den sich relativ bewegenden Körper angeschlossenen Verbraucher eingespeist, und zwar vorzugsweise Uber eine Drehtransformatorkopplung 18. Das Signal an der Welle wird in eine Gleichrichter- und Filteranordnung 20 eingespeist, die ein allgemeines Gleichstromsignal erzeugt, das an diagonal entgegengesetzte Anschlüsse einer Dehnungsmeßbrücke 22 angelegt wird. Dieses Leistungssignal aus dem Zerhacker 14 speist außerdem ein Kipp-Flipflop, das auf die 1 ms-Totzeit in jedem Zyklus des Uber den Drehtransformator angelegten Anregungssignals anspricht, so daß das Flipflop zwischen seinen beiden Zuständen hin und herkippt. Das Ausgangssignal des Flipflops 24 steuert eine Einstellanordnung 26, die in einem ersten Zustand des Flipflops 24 einen Nebenschluß zu einem Zweig der Dehnungsmeßbrücke 22 öffnet und in einem zweiten Zustand des Flipflops 24 einen Nebenschluß zu einem Zweig der Dehnungsmeßbrücke 22 derart schließt, daß ihr Ausgangssignal im typischen Fall um den Faktor 10 über das Vollaussteuerungs-Drehmomentsignal fUr die DehnungsmeßbrUcke 22 ansteigt. Dementsprechend erzeugt die Dehnungsmeßbrücke 22 ein Gleichstromausgangssignal, das für einen Zyklus der Signalfolge nach Fig.2 das Drehmoment der Welle darstellt und für den nächsten Zyklus das Drehmoment plus das wesentlich höhere Bezugssignal darstellt, das durch den Nebenschluß zu einem Brückenzweig beigetragen wird. Die ganze Folge, die abwechselnd aus Drehmomentsignal und Drehmomentplus-Bezugssignal besteht,wiederholt sich ständig. Diese Gleichstromsignale aus der Dehnungsmeßbrücke 22 werden durch einen Zerhacker 28 mit 10 kHz zerhackt, wobei ein 10 kHz-Signal durch einen Oszillator 70 eingespeist wird.
  • Das Ausgangssignal des Modulators 28 wird über einen weiteren Drehtransformator 51 an einen Punkt außerhalb des sich relativ bewegenden Körpers ausgekoppelt und in einen Synchrondetektor 52 eingespeist. Das 10 kHz-Bezugssignal zur Synchrondetektion wird vom Oszillator 70 als eine Impulsfolge geliefert, die in Phase mit den Schwingungen des Oszillators ist, und über eine Wicklung des Drehtransformators in den Synchrondetektor 32 eingekoppelt.
  • Der Synchrondetektor 52 wird durch ein Signal aus der -Folgescnaltung 16 durchgeschaltet, so daß nur während des in Fig. 2 gezeigten 700 /us-Intervalls ein Ausgangssignal erzeugt wird. Dieses Intervall wird als Periode gewählt, während der ein durch das mit höherer Amplitude auftretende Anregungssignal aus dem Generator 12 verursachtes R£-uschen in der ganzen Anordnung fehlt, so daß das Intervall eine Ruheperiode zum Erfassen des Drehmoment - und des Bezugssignals darstellt.
  • Das Ausgangssignal des Detektors 52 stellt die Amplitude des Drehmomentsignals oder des Drehmoment-plus-Bezugssignals dar und darüber hinaus auch die Polarität; das Ausgangssignal ist im Arbeitsbereich ein lineares Gleichstromsignal.
  • Das Ausgangssignal des Detektors 32 wird in einen Amplitudenschalter 34 eingespeist, der ebenfalls während der ,00 /us-Periode nach Fig. 2 betätigt wird, um das Signal des Detektors 32 über einen ersten Weg 36 und einen zweiten Weg 38 abhängig von der Amplitude des angelegten Signals zu Ubertragen. Da die Amplitude des Drehmoment-Plus-Bezugssignals wesentlich größer als das Drehmomentsignal ist, und zwar typischerweise wenigstens um den Faktor 10, und da die Amplitude selbst relativ konstanter ist, kann der Amplitudenschalter 34 zuverlässig zwischen dem Drehmoment-plus-Bezugssignal und allen anderen Signalen derart unterscheiden, daß sein Eingangssignal in geeigneter Weise über die entsprechenden Wege 36 und 38 Ubertragen wird. Die Signale auf den Wegen 36 und 38 werden in einen Subtrahierer 40 eingespeist, dessen Ausgangssignal aus dem Bezugssignal alleine besteht. Das Bezugssignal auf einer Leitung 42 wird zusammen mit dem Drehrnoments-ignaLl auf einer leitung 36 in einen Verhältnismesser br4 eingespeist, der das wTerhältnis der beiden Eingangssignale anzeigt. Der Verhältnismesser 44 wird derart getriggert, daß er für eine kurze Zeitdauer nach dem 700 µs-Intervall Uber eine Verzögerungsschaltung 46 anspricht, Da der Verhältnismesser 44 das Verhältnis von Drehmoment- und Bezugssignal anzeigt, und da Fehler in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 oder Unzulänglichkeiten bei der Transformatorkopplung und deren Änderungen gleichermaßen im Bezugs- und im Drehmomentsignal auStreten,wird der Fehler durch die Verhältnisanzeige wirksam beseitigt, so daß eine genaue Drehmomentanzeige erzeugt wird, und zwar in Prozent des bekannten Vollaussteuerungs-Drehmoments. Das Ist-Drehmoment kann somit durch eine einfache Einstellung des Maßstabsfaktors bei der Ablesung des Verhältnismessers 44 bestimmt werden. Zum Ausgleich dafür, daß das Null-Ausgangssignal der Dehnungsmeßbrücke möglicherweise nicht genau dem Null-Drehmoment entspricht, kann ein konstantes Offsetsignal in das Drehmoment- und Bezugssignal eingespeist werden, wie nachstehend näher erläutert ist.
  • Fig.3 zeigt Einzelheiten der stationären Schaltu-ngsanordnung bestehend aus dem 50 kHz-Sinusgenerator 12 und dem Zerhacker 14. Der Zerhacker 14 enthält im typischen Fall einen spannungsgesteuerten Schalter, z. B.
  • einen Feldeffekttransistor FET, der das in einen Verstärker 50 und einen Leistungsverstärker 52 eingespeiste Ausgangssignal periodisch erdet. Das Ausgangssignal des Ieistungsverstärkers 52 wird Uber ein Zweiweg-Diodengleichrichternetzwerk 54 in eine Wicklung 56 eines Drehtransformators eingespeist. Der Zerhacker 14 gibt sein 1 ms-Signal zum Erden des in den Verstärker 5G eingespeisten Signals am Ausgang eines 9 ms-Monoflops 58 ab, das wiederum in einer Kette von Nonoflops 60, 62 und 64 liegt, die 200-, 700- und 100 /us Verzögerungsimpulse abgeben. Das Ausgangssignal des 100 /us-Monoflops 64 wird rückgekoppelt und triggert das 9 ms-Monoflop 58.
  • In Fig. 4 ist die rotierende Schaltung 66, aie sich auf dem sich relativ bewegenden Körper befindet, in diesem Fall auf einer Welle, näher beschrieben, Wie dargestellt ist, hat der Drehtransformator eine Primärwicklung 68 und eine Sekundärwicklung 70. Parallel zur Sekundärwicklung 70 befindet sich die Reihenschaltung aus einem Kondensator 72 mit Amplitudenbegrenzer-Dioden 74 und 7,6, zum raschen Dämpfen des Leistungssignals bei 50 kHz während der 1 ms-Totzeit des Nicht-Signals. Das Signal an der Wicklung 70 wird Uber einen Kondensator 78 in eine DiodengleichriehterbrUcke 80 eingespeist, Das gleichgerichtete Ausgangssignal der BrUcke 80 wird an einen Filterkondensator 82 zum Speichern eines Gleichspannungssignals während der 1 ms-Totzeit angelegt, das wiederum eine Dehnungsmeßbr(cke 84 speist, die aus rautenförmig angeordneten Dehnungsmeßstreifen-FUhlern aufgebaut ist, die sich auf der Oberfläche der Welle befinden, wobei die Impedanz jedes Fühlers typisch 1 kJL beträgt. Das Ausgangssignal der Brücke 84 an diagonal entgegengesetzten AnschlUssen, die sich von den Eingangsanschlüssen unterscheiden, wird an einen Filterkondensator 86 angelegt, dessen eine Seite an die interne Masse der Sckaltungsanordnung, die sich von der Masse bzw. Erde der Welle unterscheidet, angeschlossen ist. Quelle und Senke eines Feldeffekttransistors 88 liegen parallel zum Kondensator 86, und das Gatter des Feldeffekttransistors ist Uber einen Widerstand 90 an den Ausgang Q eines freilaufenden 10 kHz-Oszillators 92 angeschlossen. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal der Dehnungsmei3brUcke, im wesentlichen eine Gleichspannung, mit 10 kHz zerhackt. Dieses Signal wird.
  • Uber einen Kondensator 94 wechselstrommä.ßig an einen tastwiderstand 96 angekoppelt und in einen Nichtinverter-Eingang eines Differenzverstärkers 98 eingespeist. Der Inverter-Eingang des Verstärkers 98 wird über ein Potentiometer, das aus Widerständen 100 und 102 besteht, vom Ausgang des Verstärkers gespeist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 98 wird ferner in eine Wicklung 104 des Drehtransformators eingespeist.
  • Der 2Ausgang des Oszillators 92 ist außerdem über einen Widerstand 108 mit dem "heißen Ende"der auf der Welle angeordneten Wicklung 68 des Leistungs-Drehtransformators angeschlossen, Die RL-Kombination aus einem Widerstand 108 und der Wicklung 68 erzeugt eine Impulsfolge 110, die zurück zur Wicklung 56 Ubertragen wird, wie noch näher erläutert wird. Das "heiße Endendes Transformators 68, der den 9 ms-Impulszug des 50 kHz-Leistungssignals empfängt, das durch l ms-Nullsignal-Perioden unterbrochen ist1 und ist c über einen Amplitudenbegrenzer 112/eine Detektordiode 114 an ein Filter angeschlossen, das aus der Parallelschaltung eines Kondensators 116 mit einem Widerstand 118, einem Reihenwiderstand 120 und einem Parallelkondensator 122 besteht. Das Filter glättet das Eingangssignal und erzeugt eine Folge von Impulsen, die durch den 10 ms-Zyklus für das 50 kHz-Leistungssignal voneinander getrennt sind.
  • Ein Reihenkondensator 124 und eine im Querzweig liegende Paralleldiode 126, der ein Widerstand 170 parallel geschaltet ist, erzeugen eine Verschiebung des Gleichspannungspegels beim Anlegen der Impulse mit 1 ms Abstand zueinander an den Takteingang eines D-Flipflops 132, das derart angeordnet ist, daß es bei jedem Eingangsimpuls seinen Zustand ändert. Das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flipflops 132 wird an das Gatter eines Feldeffekttransistors 154 angelegt, um einen einen Widerstand 156 enthaltenden Nebenschluß parallel zu einem Zweig der Dehnungsmeßbrücke 84 abwechselnd zu schließen oder zu öffnen. Der Widerstandswert des Widerstandes 156 ist bezüglich der Widerstandswerte der Widerstände in der BrUcke 84 vorzugsweise derart gewählt, daß die Verschiebung im Ausgangssignal der Brücke 84, wenn der Nebenschlußwiderstand 156 in die Dehnungsmeßbrücke eingeschaltet ist, näherungsweise eine Größenordnung höher als das Vollaussteuerungssignal der Brücke 84 ist. Zusätzlich zum Widerstand 136 kann ein Temperaturkompensationsbaustein aus einem Thermistor-Netzwerk eingeschaltet sein, das den Widerstandswert des WiderstandsVerringert, wenn die Temperatur ansteigt.
  • Eine Stromversorgung 158 für die Bauelemente liegt parallel zur Wicklung 68 und erzeugt die Betriebsenergie für die Bauelemente auf der Welle, d.h. für den Verstarker 98, den Oszillator 92 und das Flipflop 152. Die Stromversorgung 158 kann in üblicher Weise einen Gleichrichter und ein Filter enthalten, z. B. eine Diodenbrücke und ein RC-Netzwerk.
  • Das in die Transformatorwicklung 104 eingespeiste Signal wird einer ähnlichen Statorwicklung 140 außerhalb der Welle zugeführt. Nach Fig. 5 wird das Signal aus der Wicklung 140 in ein Tiefpaßfilter 144 eingespeist, das das 50 kHz-Signal dämpft, und anschließend in einenVerstärker 146, der den Signalpegel des mit 10 kHz zerhackten Signals verstärkt, damit dieses in einen Zerhacker 148 eingespeist werden kann, der auf das 700 /US-Signal aus derxMonoflop 62 anspricht und das Signal aus dem Verstärker 146 nur während des 700 /us-Abtastintervalls überträgt. Dieses Ausgangssignal des Zerhackers 148 gelangt über einen aus Widerständen 150 und 152 bestehenden Spannungsteiler an den Nichtinverter-Eingang eines Verstärkers 154. Das Ausgangssignal des Verstärkers 154 wird über einen weiteren Spannungsteiler aus Widerständen 156 und 158 gedämpft und über einen Widerstand 160 in den Inverter-Eingang eines Verstärkers 162 eingespeist, Das Ausgangssignal des Verstärkers 162 wird über einen Widerstand 164 in den Inverter-Eingang des Verstärkers eingespeist. Der Inverter-Eingang des Verstärkers 154 und der Nichtinverter-Eingang des Verstärkers 162 liegen iiber entsprechende Widerstände 166 und 168 an Masse. Das Ausgangssignal des Verstärkers 154 ist eine In-Phase-Wiedergabe des Ausgangssignals des Zerhackers 148, während. das Ausgangssignal des Verstärkers 162 eine 180°-Außer-Phase-Wiedergabe des Ausgangssignals des Zerhackers 148 ist. Diese Ausgangssignale werden in Schalter 170 bzw. 172 eingespeist, die phasen- und zeitgesteuert sind. Die Ausgangssignale der Schalter 170 und 172 werden zusammengefaßt und in die nachstehend beschriebene Schaltungsanordnung eingespeist.
  • Die Steuerung der Schalter 170 und 172 erfolgt über zugehörige Pufferverstärker 174 und 176, die über entsprechende NAND-Gatter 178 und 180 gespeist werden. Ein Eingangssignal für die Gatter 178 und 180 wird aus dem 700 /us-Abtastsinal gewonnen. Die anderen Eingangssignale der Gatter 178 und 180 werden in Verstärkern 188 und 190 erzeugt, die in RS-Form angeordnet sind. Der Verstärker 188 erhält an seinem Nichtinverter-Eingang das Signal aus dem "heißen Ende" der Wicklung 56, d. h. während des 700 /us-Abtastintervalls die Impulsfolge 110. Das Ausgangssignal des Verstärkers 188 wird in den Inverter-Eingang des Verstärkers 190 eingespeist. Der Nichtinverter-Eingang des Verstärkers 190 ist geerdet. Die Aus-.
  • gangssignale der Verstärker 188 und 190 sind um 1800 zueinander phasenverschoben und auf die 10 kHz-Impulse im Signal 110 synchronisiert. Dementsprechend erzeugen die Gatter 178 und 180 während des 700 /us-Abtastintervalls gegenphasige Steuersignale für die Schalter 170 und 172 derart, daß das summierte Ausgangssignal der Schalter eine Vollwellen-Synchrondemodulation des modulierten 10 kHz-Signals während des 700 /us-Abtastintervalls darstellt. Die Phaseneinstellung des 10 kHz-Signals zur richtigen Synchrondetektion kann durch Einstellen der Werte des Filters 144 vorgenommen werden.
  • Das demodulierte Signal wird über Widerstände 192 und 194 in einen ersten Steuerschalter 196 bzw. in einen zweiten Steuerschalter 198 eingespeist. Dasselbe synchron erfaßte Signal wird auch in einen Spannungsvergleicher-Verstärker 200 mit wenigstens 20 kHz Bandbreite eingespeist.
  • Der Amplitudengang ist derart eingestellt, daß bezüglich der Amplitude ein Ausgangssignal entsteht, das dem Signal aus der Dehnungsmeßbrücke entspricht, wenn der Feldeffekttransistor 154 kurzgeschlossen ist, und das Brücken-Ausgangssignal, das Drehmoment-plus -Bezugssignal, ist ungefahr das 10-fache Vollaussteuerungs-Drehmomentsignal. Das Ausgangssignal des Vergleichers 200, der über das demodulierte Signal entscheidet, wird über eine Schutzdiode 202 für negativen Pegel in den Takteingang eines D-Flipflops 204 eingespeist. Das Monoflop 62 erzeugt ein Daten-Eingangssignal für das Flipflop 204, so daß dieses nur während des fUr die 700 /us-Abtastperioden vorhandenen Drehmomentsignals und des Drehmornent-Plus-bezugssignals durchschglten kann. An die Ausgänge Q und Q des Flipflops 204 sind UND-Gzatter 206 und 208 angeschlossen, die durch das Ausgangssignal eines 50 µs-Monoflops 210 gesteuert werden, das durch das 700 µs-Abtastintervall getriggert wird und eine kleine Verzögerung erzeugt, um die Einstell- und Einschwingeffekte in der Schaltung bis zu diesem Zeitpunkt zu eliminieren. Die UTJD-Gatter 206 und 208 erkennen somit die Übertragungszeiten des Drehmoment-Plus-Bezugssignals und des Drehmomentsignals alleine, die beide von der Welle abgenommen werden. Ihre Ausgangssignale steuern über logische Puffer 212 und 214 die Schalter 198 und 196. Die Signale aus den Schaltern 196 und 198 gelangen in Ultra-Tiefpässe 216 und 218, d. h. in Tiefpässe mit sehr tiefer Grenzfrequenz, die nur das Modulationssignal aus der Dehnungsmeßbrücke durchlassen; die Ausgangssignale der Tiefpässe werden in Verstärkung-Eins-Verstärker 220 und 222 eingespeist, die einen Speicherkondensator zum Speichern der Sigralpegel enthalten. Ein Subtrahierer 224 erzeugt aus den Ausgangssignalen der Verstärker 220 und 222 ein Differenzsignal. Dieses Differenzsignal entspricht dem Bezugssignal alleine, da das Drehrnomentsignal1 das zusammen mit dem Bezugssignal gespeichert war, im Subtrahierer 224 ausgelöscht wird. Falls das Bezugssignal das 10-fache des Vollaussteuerungs-Drehmomentsignals ist, erzeugt ein Dämpfungsglied 226 eine Dämpfung des Bezugssignals am Ausgang des Subtrahierers 224 um den Faktor 10 derart, daß dessen Ausgangssignal das Vollaussteuerungs-Drehmomentsignal darstellt. Das Ausgangssignal des Dampfungsglieds 226 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Puffer-Verstärkers 220, der das Drehmomentsignal erzeugt, in ein Verhältnis-Digitalvoltmeter 228 zum Anzeigen einer Digitalzahl eingespeist, die das Verhältnis des Ist-Drehmomentsignals zum Vollaussteuerungs-Drehmomentsignal darstellt.
  • Das Verhältnis-Digitalvoltmeter 228 wird durch is Ausgangssignal eines NAND-Gatters 230 getriggert, das an einem Eingang von dem 100 µs-Ausgangssignal des Monoflops 64 gespeist wird, und das an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal eines 1:52-Teilers 232 (typischerweffise ein Binärzähler) aufnimmt. Die 1:32-Digitalsohaltung 232 wird vom UND-Gatter 206 getriggert und vom Ausgangssignal des UND-Gatters 230 über ein 50 /us-Monoflop 254 gelöscht. Die Funktion des Gatters 250 besteht darin, das Digitalvoltmeter 228 zum gleichen Zeitpunkt im zeitlichen Zyklus der Meßanordnung derart zu triggern, daß kleine Welligkeitsstörungen im Ausgang signal der Filter 216 und 218 ausgelöscht werden.
  • Um ein Null-Offsetsignal aus der Dehnungsmeßbrückc zu verhindern, ist vorteilhaft eine Schaltung vorgesehen, mit der dem Drehmoment- und dem Bezugssignal proportional zur Amplitude des Bezugssignals ein Signal hinzugefügt wird. Dazu werden das Drehmoment- und das Bezugssignal vor dem Einspeisen in das Digitalvoltmeter 228 in entsprechenden Addierern 240 und 241 mit dem Signal gespeist, das am Abgriff eines Potentiometers 246 vorhanden ist.
  • Das Potentiometer 246 liegt zwischen dem Inverter-Eingang und dem Ausgang eines Verstärkers 244. Ein Vorspannungswiderstand 242 verbindet den Ausgang des Verstärkers 244 mit seinem Nichtinverter-Eingang. Der Inverter-Eingang des Verstärkers 244 ist an den Ausgang des Dämpfungsgliedes 226 angeschlossen, Diese Schaltung gestattet die Kompensation der Null-Offset, um ein Drehmoment-Anzeigesignal zu erzeugen, das beim Null-Drehmoment Null ist, negativ beim Drehmoment der einen Polarität und positiv beim Drehmoment der anderen Polarität.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    lJr:eßanordnung zum essen und Anzeigen eines Parameters eines dazu relativ bewegten Körpers, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Einkoppelglied (18) zum Entkoppeln von Leistung aus der Umgebung des Körpers in den Körper; einen Fühler (22) zum Erfassen des Parameters des Körpers; ein Speiseglied (20), das in Abhängigkeit von der in den Körper eingekoppelten Leistung den Fühler (22) speist, dessen Fühler-Ausgangssignal den durch den Fühler erfaßten Parameter darstellt; ein dem Körper zugeordnetes Einstellglied (26), das periodisch eine vorbestimmte Einstellung einer Eigenschaft des Fühlers derart bewirkt, daß sich eine vorbestimmte Amplitudenänderung im F'iler-Ausgangssignal ergibt; ein Auskoppelglied (31), das das erfaßte FUhlerZusgangssignal von Körper an die Umgebung auskoppelt; eine Einheit ( , die auf die ausgekoppelte Fühler-Ausgangssignalamplitude anspricht und ein das Fühler-Ausgangssignal darstellendes erstes Signal erzeugt, wenn das Einstellglied (26) nicht arbeitet, und die ein das Fühler-Ausgangssignal darstellende zweites Signal erzeugt, wenn das Einstellglied arbeitet und ein Anzeigeglied (44) für das erste und das zweite Signal, um eine Anzeige des durch den Fühler (22) erfaßten Parameters zu bewirken (Fig. 1).
  2. 2. Meßanordnung zum Messen und Anzeigen eines Parameters eines dazu relativ bewegten Körpers, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Einkoppelglied (18) zum Einkoppeln von Leistung aus der Umgebung des Körpers in den Körper; einen Fühler (22) zum Erfassen des Parameters des Körpers; ein Speiseglied (20), das in Abhängigkeit von der in den Körper eingekoppelten Leistung den Fühler (22) gespeist, dessen Fühler-Ausgangssignal den durch den Fühler erfaßten Pararreter darstellt; ein dem Körper zugeordnetes Einstellglied (26), das periodisch eine vorbestimrnte Einstellung einer Eigenschaft des Fühlers derart bewirkt, daß sich eine vorbestimmte Änderung im Fühler-Ausgangssignal ergibt; ein Auskoppelglled (31), das das erfaßte FUhler-Ausgangssignal vom Körper an die Umgebung auskoppelt; eine phasenempfindliche Einheit (52)> die auf das ausgekoppelte Fühler-Ausgangssignal anspricht und ein das Fühler-Ausgangssignal nach Betrag und Vorzeichen darstellende erstes Signal erzeugt, wenn ddas Einstellglied (2 nicht arbeitet, und efn das Fühler-Ausgangssignal nach Betrag und Vorzeichen darstellende zweites Signal erzeugt, wenn das Einstellglied arbeitet; und ein Anzeigeglied (44j für das erste und das zweite Signal, um eine Anzeige des durch den Fühler (22) erfaßten Parameters zu bewirken (Fig. 1).
    5. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkoppelglied (18) und das Auskoppelglied (31) einen Drehtransformator enthalten.
    4. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneS, daß das Speiseglied (20) zum Speisen des Fühlers (22) einen Gleichrichter (80) und einen Speicherkondensator (82) enthält (Fig. 1,4), 5. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speiseglied (20) zum Speisen des Fühlers (22) einen Gleichrichter (80) enthält (Fig. 1, 4), 6. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Schaltglied (16) zur Erzeugen der in den Körper einzukoppelnden Leistung in Form eines Signals, das periodisch auftretende Nicht-Leistungssignalanteile hat; und ein Dämpfungsglied (74, 76) zum schnellen Dämpfen des Leistungssignals durch die Nicht-Leistungssignalanteile (Fig. 1, 4), 7. f;5eBanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daB der Körper eine Welle aufweist; und daß der Fühler (22) eine auf der Welle angeordnete Dehnungsmeßbrücke (84) zum Erfassen des Drehmoments hat (Fig. 1,4).
    8. t.eßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Einstellglied (26) eine Binrichtng (154) aufweist, die durch periodische Erregung im allgemeinen die Größe des Fühler-Ausgangssignal erhöht (Fig. 1, 4h.
    9. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (34) Gatter (206, 208) enthält, die das aus dem Körper ausgekoppelte Fühler-Ausgangssignal selektiv als das erste Signal und als das zweite Signal in einen ersten Zweig (36) und in einen zweiten Zweig (38) einspeisen (Fig. 1,3 ).
    10. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das erste und das zweite Signal erzeugende phasenempfindliche Einheit (52) Gatter (178, 180) enthält, die das aus dem Körper ausgekoppelte Fühler-Ausgangssignal selektiv als das erste Signal und als das zweite Signal in einen ersten Zweig (56) und in einen zweiten Zweig (58) einspeisen (Fig. 1, 3).
    11. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das aus dem Körper ausgekoppelte Fühler-Ausgangssignal ansprechende phasenempfindliche Einheit (32) ein Signal in die Einheit (54) einspeist, der Amplitude den Betrag und deren Polarität bzw. Phase die Polarität des durch den Fühler (22) erfaßten Parameter darstellt (Fig. 1).
    12. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenempfindliche Einheit (32) zum Einspeisen eines Signals in die Einheit (34) ein Synchrondetektor ist (Fig. 1).
    15. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Anzeigeglied (44) zum Anzeigen des erfaßten Parameters eine Anzeigeeinrichtung (228) zum Anzeigen des Verhältnisses zwischen dem ersten Signal und der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal aufweist (Fig. 1, 3), 14. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Generator (12) zum Einkoppeln eines Leistungssignal in den Körper, wobei das Signal des Generators (12) eine Schwingung mit einer ersten Frequenz ist, die periodische Unterbrechungen bei den Nicht -Signalanteilen aufweist; und wobei das Einstellglied (26) auf die Nicht-Signaranteile im eingekoppelten Leistungssignal anspricht, so daß es einerseits beins normalen FUhler-Ausgangssignal und andererseits beim Fühler-Ausgangssignal mit der geinderten bzw. höheren Amplitude betätigbar ist (Fig. 1).
    1E. Meßanordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Zerhacicer (28) zum Zerhaeken des Fühler-Ausgangssignals mit einer zweiten Frequenz vor dem Auskoppeln an die Umgebung des Körpers; einer Auskoppeleinheit zuin Auskoppeln einer Phasenkenngröße der zweiten Schwingfrequenz an die Umgebung des Körpers; und die phasenempfindliche Einheit (32), die abhängig vor zerhackten Fühler-Ausgangssignal und von der das ausgekoppelte Signal darstellenden Phase der zweiten Schwingfrequenz eine Synchrondetektion des ausgekoppelten, zerhackten Fühler-Ausgangssignals durchführt (Fig. 1).
    5 6. Meßanordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Anzeigesperrglied, das den erfaßten Parameter nur bei den Nicht-Signalzeiten in der in den Körper eingespeisten Leistung anzeigt.
    1". Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied eine Temperaturkompensation enthält.
  3. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2,gekennzeichnet durch ein Kompensationsglied (242, 244, 246) zun Kompensieren der Fühler-Null-Offset-Anzeige (Fig. 5).
    19. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Markengenerator für periodische elektrische Marken in der in den Körper eingespeisten Leistung; und eine von den Marken abhängige Schalteinheit, die Eig;enschaften des Fühlers periodisch einstellt.
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