-
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.