DE2639047A1 - Anordnung fuer die messung von drehzahlen - Google Patents

Anordnung fuer die messung von drehzahlen

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Description

SOCIETE NATIONALE D1ETUDE
ET DE CONSTRUCTION
DE MOTEURS D1AVIATION
S.N.E.C.M.A.
15o, Boulevard Haussmann
F-75oo8 Paris/Frankreich
Patentanmeldung
Anordnung für die Messung von Drehzahlen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tachometer-Anordnung mit einem Meßwertgeber in Form einer Geberscheibe, insbesondere in Form eines Zahnrades aus ferro-magnetischem Material. Dieses Zahnrad ist Bestandteil eines sich drehenden Organes, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, oder ist an dieses angesetzt, und es bewegt sich vor einem magnetischen Transduktor. Die Frequenz des von dem Transduktor erzeugten Meßwechselstromes ist proportional der Umdrehungsgeschwindigkeit der Geberscheibe; in einem gewissen Bereich ist auch die Amplitude der erzeugten Spannung der Umdrehungsgeschwindigkeit proportional. Auf diese Weise verfügt man über zwei elektrische Parameter für die Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit. Es sind bereits Tachometer mit Geberscheibe bekannt, bei denen der eine oder der andere Parameter zur Messung herangezogen wird.
Eine erste Gruppe von Tachometern dieser Art bedient sich der Messung der Amplitude der von dem Transduktor erzeugten Span-
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Λ · rf- ■ 263904?
nung, wobei die Geschwindigkeitsanzeige mit einem Galvanometer erfolgt, dessen Skala nach der Frequenz oder der Umdrehungsgeschwindigkeit unterteilt ist. Diese Geräte haben den Vorteil, daß sie keine Stromversorgung benötigen. Jedoch sind die Messungen mit Fehlern behaftet, die insbesondere darauf zurückzuführen sind, daß die Geometrie des Meßwertgebers nicht stabil' ist (Spaltveränderungen zwischen den Zähnen und den Polen infolge ζ.B. von Änderungen der Betriebstemperatur und strukturellen Verformungen). Diese Fehler können nur unter erheblicher Kömplizierung des Tachometeraufbaues durch zusätzliche Schaltungen kompensiert werden.
Eine zweite Gruppe von Tachometern dieser Art, die mit Frequenzmessungen arbeitet, besitzt als Geschwindigkeitsanzeige einen Frequenzmesser. Diese Geräte arbeiten genauer und zuverlässiger als diejenigen der ersten Gruppe, benötigen jedoch bei den bereits bekannten Bauarten eine äußere.oder autonome Stromversorgung für den Betrieb des Frequenzmessers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Gesamtschaltung bei einem Tachometer der zweiten Gruppe so zu gestalten, daß sie ohne zusätzliche Betriebsstromquelle betrieben werden kann, um sich die Vorteile der beiden Gruppen von Tachometern zu eigen zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer An- ■ Ordnung der eingangs genannten Art vor, daß der Wechselstromeingang der Betriebsstromversorgungseinheit an den Ausgang des j einen der Transduktoren angeschlossen ist. I
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es neuere \ technische Fortschritte ermöglichen, einerseits Transduktoren ι mit einem Dauermagneten auszugestalten, die einen wesentlich !
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besseren Wirkungsgrad haben als früher bekannte Magnettransduktoren, und andererseits elektronische Schaltungen zu verwirklichen, die nur einen sehr geringen Strombedarf haben.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anordnung einen einzigen Transduktor aufweist, an dessen Ausgang in Parallelschaltung der Meßwechselstromeingang der Wandlerschaltung und der Wechselstromeingang der Betriebsstromversorgungseinheit liegen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Diese Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Messung von Drehzahlen gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt in einer Diagrammdarstellung die Kennlinie der Meßimpulserzeugungseinheit gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 sind eine Meßwertgebereinheit 1o, eine Wandlerschaltung 2o, ein Galvanometer 3o und eine Betriebsstromversorgungseinheit 4o gezeigt.
Die Meßwertgebereinheit 1o weist ein Zahnrad 11 auf, das mit einem sich drehendes Organ gekuppelt ist, dessen Winkelgeschwindigkeit gemessen werden soll und das hier nicht näher dargestellt ist. Das Zahnrad 11 kann auch selber das Organ , sein, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit zu messen ist,si.B. ein Getriebe. Die Zähne des Zahnrades 11 bewegen sich vor dem i Kern 13 eines elektromagnetischen Transduktors 14 bekannter j Bauart , der hiernach kurz beschrieben wird. Der Kern 13 ist '
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von einer Induktionsspule 15 umgeben. Er verlängert einen Pol, z.B. den Nordpol, eines Dauermagneten 16 aus bekanntem Werkstoff, der eine hohe Induktion erzeugt.
Die Spule 15 liefert also an ihren Ausgangsklemmen 151 einen annähernd sinusförmigen Meßwechselstrom, dessen Frequenz gleich ist dem Produkt aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zahnrades, ausgedrückt in Umdrehungen pro Sekunde multipliziert mit der Anzahl der Zähne des Zahnrades 11.
Zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Betriebes des Tachometers in einem größtmöglichen Winkelgeschwindigkeitsbereich ist es vorteilhaft, wenn die von dem Transduktor gelieferte Spannung im gesamten Geschwindigkeitsbereich praktisch stabil bleibt. Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß man den Transduktor (Magneten, Polteile etc.) so auslegt, daß das Feld in der Spule 15 gesättigt ist, sobald die Winkelgeschwindigkeit die untere Grenze des Meßbereiches erreicht. Das in Fig. 2 gezeigte Diagramm erläutert diese Bedingung. Die Umdrehungsgeschwindigkeit N ist auf der Abszisse und die Hüllkurve der Spitzenspannung U an den Klemmen 151 auf der Ordinate aufgetragen. Der Magnet wird so ausgelegt, daß die Funktion U„ einen Wert u (von z.B. 9ο oder 95 % der Sättigungsspannung Us) erreicht, sobald die Winkelgeschwindigkeit einen Wert η von einigen Prozent des maximalen Wertes Ns des Meßbereiches erreicht.
Aus Fig. T ist ersichtlich, daß die Ausgangsklemmen 151 der Spule 15 an die Eingangsklemmen 2o1 der Wandlerschaltung 2o und, an die Eingangsklemmen 4o1 der Betriebsstromversorgungseinheit 4α angeschlossen sind. Diese Betriebsstromversorgungseinheit 4o; weist hier nicht näher beschriebene und dem Fachmann bekannte
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Gleichrichter-, Stabilisations- und Filterkreise auf. Der an der Ausgangsklemme 4o2 der Betriebsstroraversorgungseinheit 4o angelieferte stabilisierte Betriebsgleichstrom wird an die Eingangsklemme 2o2 der Wandlerschaltung 2o angelegt.
Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die Masseanschlüsse der Wandlerschaltung 2o nicht dargestellt. Die Wandlerschaltung weist eine Abkappschaltung 21, eine Differenzierschaltung 22, eine Gleichrichterschaltung 23, die nur Impulse einer Polarität durchläßt, sowie eine monostabile Kippstufe 24 auf. An jeder Verbindung zwischen diesen einzelnen Schaltungen ist die Form der Signale abgebildet, wie sie von der einen in die andere Schaltung gelangen. Die Betriebsgleichstromversorgung dieser einzelnen Schaltungen geschieht über die an den Ausgangsanschluß 2o2 angeschlossenen Eingangsanschlüsse 212, 223, 233 und 242.
Die Abkappschaltung 21 gibt an ihrem Ausgang 211 trapezförmige Signale ab, die dem Eingang 221 der Differenzierschaltung 22 zugeführt werden. Die Differenzierschaltung 22 verwandelt diese trapezförmigen Signale in wechselweise positive und negative Impulse entsprechend jeweils den steigenden und fallenden Flanken und liefert diese Impulse über ihren Ausgang 222 an den Eingang 231 der Gleichrichterschaltung 23. Diese Schaltung gibt an ihrem Ausgang 232 nur Impulse einer einzigen Polarität, z.B. nur positive Impulse, deren Frequenz gleich ist der Frequenz des von der Meßgebereinheit Io an den Eingang 2o1 gelieferten Meßwechselstromes. Diese Impulse werden dem Eingang 241 der monostabilen Kippstufe 241 zugeführt. Die monostabile Kippstufe 24 formt dann aus diesen Impulsen rechteckförmige Signale, die an dem Ausgang 2o3 der Wandlerschaltung 2o abgenommen werden können. Diese Signale sind bezüglich ihrer;
- 6 - i
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Breite und Amplitude kalibriert und haben dieselbe Frequenz wie der Meßwechselstrom am Eingang der Wandlerschaltung.
Am Eingang 3o1 des Meßgliedes 3o wird also ein diskontinuierliches Signal empfangen, dessen mittlere Lei&ung streng proportional der Frequenz des von der Meßwertgebereinheit 1o gelieferten Meßwechselstromes ist. Dieses Meßglied kann einfach ein Drehspulgalvanometer sein, das die von dem Anschluß 2o3 kommenden rechteckförmigen Signale integriert. Wenn der innere Widerstand bei maximaler Auslenkung des Galvanometers 3o sehr gering ist gegenüber der inneren Ausgangsimpedanz der
Wandlerschaltung 2o, dann wirkt diese Schaltung als Frequenz-Strom-Wandler mit konstanter Spannung, und das auf den Zeiger 3o2 einwirkende Moment ist effektiv proportional der Zahl der auf die Spule 15 wirkenden Amperewindungen. Die Skala des Galvanometers 3o kann dann linear in Umdrehungsgeschwindigkeit unterteilt sein.
Um eine noch bessere Anzeigegenauigkeit an dem Galvanometer zu erzielen, kann man den Schaltungen nach Fig. 1'l?fil. hier nicht dargestellte und an sich bekannte Steuerschaltung hinzufügen.
In Fig. 1 ist ferner eine Meßeinheit 5o mit numerischer Anzeige dargestellt, deren Eingang 5o1 z.B. an dem Ausgang 2o3 in ; Parallelschaltung zum Eingang 3o1 des Galvanometers-3o liegt. j Die Meßeinheit 5o kann z.B. einen Impulszähler auf Zeitbasis ; aufweisen. Diese Meßeinheit kann ebenfalls von der Betriebs- I Stromversorgungseinheit 4o her über einen Eingang 5o2 einge- !
speist werden. !
Bei der beschriebenen Ausführungsform weist der Transduktor der Meßimpulserzeugungseinheit 1o einen offenen Magnetkreis auf.
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Es ist jedoch ebenso ein Transduktor mit geschlossenem Magnetkreis anwendbar, der jedoch in seiner Bauart sperriger wäre.
Die Meßanordnung gemäß derErfindung kann bei zahlreichen Kontrol!einrichtungen für Maschinen mit drehenden Teilen oder Motoren zur Anwendung kommen, bei denen neben einer großen Genauigkeit eine große Betriebssicherheit verlangt wird, insbesondere bezüglich Störungen in der Stromversorgung.
Die Wandlerschaltung 2o, das Meßglied 3o und die Betriebsstromversorgungseinheit 4o sind in einem einzigen Gehäuse in der Instrumententafel integriert. Die Verbindung zu der in der Nähe des sich drehenden Organes angeordneten Meßgebereinheit 1o geschieht einfach über ein zweiadriges, abgeschirmtes Kabel. Das Betriebspersonal verfügt somit über ein genaues und zuverlässiges Kontrollmittel, welches selbst bei Ausfall der elektrischen Netzstromversorgung betriebsfähig bleibt.
Patentansprüche
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    M ..■ Anordnung für die Messung von Drehzahlen mit einem Meßwertgeber in Form eines Zahnrades aus ferromagnetischem Material, das mit eineitt sich drehenden Organ kuppelbar ist, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit gemessen werden soll, wobei das Zahnrad mit mindestens einem einen Dauermagneten aufweisenden elektromagnetischen Transduktor zusammenwirkt, der gegenüber dem Umfang des Zahnrades angeordnet ist und durch das Vorbeibewegen der Zähne erregt wird, um einen eütrischen Meßwechselstrom zu erzeugen, dessen Frequenz proportional der Umdrehungsgeschwindigkeit der Zahnscheibe ist, mit einer Wandlerschaltung, die einen Eingang für einen Betriebsgleichstrom, ferner einen mit dem Ausgang eines der Transduktoren verbundenen Eingang für einen Meßwechselstrom sowie einen Ausgang aufweist, welcher einen Ausgangsstrom liefert, dessen mittlere Amplitude proportional der Frequenz des Meßwechselstromes ist, mit einem an den Ausgang der Wandlerschaltung angeschlossenen Meßglied, welches auf die mittlere Amplitude des Ausgangsstromes der Wandlerschaltung anspricht, und mit einer Betriebsstromversorgungseinheit, die einen Eingang für Wechselstrom und einen Ausgang für den erzeugten Betriebsgleichstrom aufweist, wobei dieser Ausgang an den Betriebsgleichstromeingang der Wandlerschal- . tung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromeingang (4o1) der Betriebsstromversorgungseinheit -(-4O) an den Ausgang (151) des einen der Transduktoren (13, 14, 15,16 ) angeschlossen ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Transduktor (13, 14, 15, 16) aufweist, an dessen Ausgang (151) in Parallelschaltung der Meßwechsel- ; Stromeingang (2o1) der Wandlerschaltung (2o) und der Wechself Stromeingang (4o1) der Betriebsstromversorgungseinheit (4o) ' liegen. j
    7 0 9 8 3 9/0633 ORiQiäAL INSPECTED
  3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (13, 14, 15, 16) des Transduktors, dessen Ausgang (151) an den Wechselstromeingang (4o1) der Betriebsstromversorgungseinheit (4o) angeschlossen ist, unter Berücksichtigung des verwendeten Materials so ausgelegt sind, daß sie im Sättigungsbereich arbeiten, sobald die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zahnrades (11) einen vorgegebenen Wert (n) erreicht, wobei dann der Transduktor (13, 14, 15, 16) eine Spannung liefert, deren Effektivwert über den gesamten Geschwindigkeitsbereich oberhalb des vorgegebenen Wertes (n) im wesentlichen konstant bleibt.
  4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerschaltung (2o) eine mit dem Ausgang (151) eines der Transduktoren (13, 14, 15, 16) verbundene Abkappschaltung (21), eine mit dem Ausgang der Abkappschaltung (21) verbundene Differenzierschaltung (22) und eine mit dem Ausgang der Differenzierschaltung (22) verbundene Gleichrichterschaltung (23) aufweist, um Impulse zu erzeugen, die die gleiche Frequenz wie der von dem Transduktor (13, 14, 15, 16) gelieferte Meßwechselstrom haben, und daß die Wandlerschaltung (2o) ferner eine monostabile Kippstufe (24) aufweist, die die Impulse in Rechteckimpulse mit bestimmter Breite und Amplitude umformt.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (3o) ein - Drehspulgalvanometer ist, dessen innerer Widerstand bei voller Auslenkung vernachlässigbar ist gegen-: über der Ausgangsimpedanz der Wandlerschaltung (2o), so daß die Zeigerauslenkung des Galvanometers proportional dem j Effektivwert der von der Wandlerschaltung (2o) gelieferten ■ Signale ist.
    - 1o - j
    709839/0633 !
  6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kontrollkreis für einen Motor, insbesondere für einen Flugzeugmotor verwendet ist.
    Der/Patentanwalt
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