DE2639047C2

DE2639047C2 - Anordnung zur Drehzahlmessung

Info

Publication number: DE2639047C2
Application number: DE2639047A
Authority: DE
Inventors: Paul Suresnes Baliguet
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1976-08-30
Publication date: 1983-02-10
Also published as: US4127812A; ES456937A1; GB1521674A; IT1082203B; FR2366572A1; DE2639047A1; FR2366572B1; NL7702168A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahl- so messung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 26 985 bekannt Bei der bekannten Meßanordnung wird die Ausgangsspannung des elektromagnetischen Abnehmers mittels Z-Dioden stabilisiert Schwankungen in der Amplitude des Ausgangssignals führen zu Schwankungen der an sich stabilisierten Versorgungsspannung abhängig vom Quotienten des differentiellen Widerstands der Z-Diode und des innenwiderstands der Spannungsquelle. Schwankungen der Amplitude des Ausgangssignals des elektromagnetischen Abnehmers wirken sich in der Drehzahlanzeige aus. Eine solche Veränderung der Ausgangsamplitude kann insbesondere dadurch verursacht sein, daß sich der Abstand zwischen dem Zahnrad und dem gegenüberliegenden 1,5 Teil des elektromagnetischen Abnehmers verringert oder vergrößert. Somit wird die angezeigte Größe nicht alleine von der Umdrehungsgeschwindigkeit oder der Drehzahl des Zahnrades, sondern auch von allen Störgrößen beeinflußt, die in irgendeiner Weise eine Abstandsänderung zwischen dem Zahnrad und dem elektromagnetischen Abnehmer bewirken, beispielsweise Verschiebungen aufgrund Erwärmung oder mechanischer Beanspruchung.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, die Anzeige unabhängig von Schwankungen der Signalamplitude des elektromagnetischen Abnehmers zu machen

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet

Die Anzeige ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber den erwähnten Störgrößen unabhängig, da das Ausgangssignal des elektromagnetischen Abnehmers ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Zahnrades, der unteren Grenze des Meßbereiches, im Sättigungsbereich arbeitet weshalb auch bei den erwähnten Störungen keine Änderungen der Ausgangsspannung auftreten. Vorteilhaft wird die Anfälligkeit gegenüber Störung dadurch weiter herabgesetzt, daß allein die Frequenz des Ausgangssignals des elektromagnetischen Abnehmers verarbeitet bzw. ausgewertet wird und dabei in eine Rechteckspannung umgesetzt wird, deren Tastverhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zahnrads entspricht

Es ist zwar ein Drehzahlmesser bekannt (DE-PS 9 05 894), bei dem ein in Sättigung betriebener Magnetkern eingesetzt ist Der bekannte Drehzahlmesser unterscheidet sich von der erfindungsgemäßen Anordnung bereits dadurch, daß als Versorgungsspannungsquelle eine Autobatterie erforderlich ist die über einen Unterbrecherkontakt an einer Zündspule liegt Der zerhackte Zündspulenstrom fließt durch einen in Sättigung betriebenen Transformator, ar. dessen zweiter Wicklung eine Brückenschaltung angeschlossen ist die den induzierten Strom gleichrichtet und das Meßgerät betreibt Dadurch soil die Drehzahlanzeige unabhängig vom jeweiliger. Zünvjpulenstrom sein. Bereits daher können keine Anregungen zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe gegeben werden. Darüberhinaus benötigt die bekannte Anordnung eine weitere Hilfsspannungsquelle, mit der eine Vormagnetisierung des Transformators hervorgerufen wird.

Im übrigen ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine externe Spannungsquelle, wie eine Autobatterie oder dgl, nötig.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Drehzahlmessung,

F i g. 2 eine Darstellung der Kennlinie des Meßwertgebers der Anordnung gemäß F i g. I.

In Fig. 1 sind ein Meßwertgeber 10, eine Verarbeitungsschaltung 20, ein Galvanometer als Meßglied 30 und eine Spannungsversorgungsschaltung 40 gezeigt.

Der Meßwertgeber 10 weist ein Zahnrad 11 auf. das mit einem sich drehenden Teil gekuppelt ist, dessen Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl gemessen werden soll und das hier nicht näher dargestellt ist. Das Zahnrad 11 kann auch selber das Teil sein, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit zu messen ist, so z. B. ein Getriebe. Die Zähne 12 des Zahnrades 11 bewegen sich vor dem Kern 13 eines elektromagnetischen Abnehmers 14 bekannter Bauart, der hiernach kurz beschric-

ben wird. Der Kern 13 ist 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 dem Produkt aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zahnrades 11, ausgedrückt in Umdrehungen pro Sekunde, und der Anzahl der Zähne des Zahnrades 11 ist

Zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Betriebes der Drehzahlmeßanordnung in einem größtmöglichen Winkelgeschwindigkeitsbereich ist es vorteilhaft, wenn die von dem Abnehmer abgegebene Spannung im gesamten Winkelgeschwindigkeitsbereich praktisch stabil bleibt. Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß man den Abnehmer (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_n einen Wert u (von z. B. 90 oder 95% der Sättigungsspannung Us) erreicht, sobald die Winkelgeschwindigkeit einen Wert η von einigen Prozent des maximalen Wertes Ns des Meßbereiches erreicht

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Ausgangsklemmen 151 der Spule 15 an die Eingangsklemmen 201 der Verarbeitungsschaltung 20 und an die Eingangsklemmen 401 der Spannungsversorgungsschaltung 40 angeschlossen sind. Die Spannungsversorgungsschaltung 40 weist hier nicht näher beschriebene und dem Fachmann bekannte Gleichrichter-, Stabilisier- und Filterkreise auf. Die an der Ausgangsklemme 402 der Betriebsstromversorgungseinheit 40 abgegebene stabilisierte Gleichspannung wird an die Eingangsklemme 202 der Verarbeitungsschaltung 20 angelegt

Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die Masseanschlüsse der Verarbeitungsschaltung 20 nicht dargestellt. Die Verarbeitungsschaltung 20 weist einen Begrenzer 21, einen Differenzierer 22. einen Gleichrichter 23, der 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 Spannungsversorgung dieser einzelnen Schaltungen erfolgt über an die Eingangsklemme 202 angeschlossene Eingangsanschlüsse 212, 223,233 bzw. 242.

Der Begrenzer 21 gibt an seinem Ausgang 211 trapezförmige Signale ab, die dem Eingang 221 des Differenzierers 22 zugeführt werden. Der Differenzierer 22 setzt diese trapezförmigen Signale in wechselweise positive und negative Impulse entsprechend jeweils den ansteigenden und abfallenden Flanken um und gibt diese Impulse über seinen Ausgang 222 an den Eingang 231 des Gleichrichters 23 ab. Dieser gibt an seinem Ausgang 232 nur Impulse einer einzigen Polarität, z, B, nur positive Impulse ab, deren Frequenz gleich der Frequenz des von dem Meßgeber 10 dem Eingang 201 zugeführten Meßsignals ist. Diese Impulse werden detn Eingang 241 der monostabilen Kippstufe 24 zugeführt. Die monostabile Kippstufe 24 formt dann aus diesen Impulsen rechteckförmige Signale, die an dem Ausgang 203 der Verarbeitungsschaltung 20 abgenommen werden können. Diese Signale sind bezüglich ihrer

ίο Breite und Amplitude kalibriert und haben dieselbe Frequenz wie das Meßsignal am Eingang 201 der Verarbeitungsschaltung 20.

Am Eingang 301 des Meßgliedes 30 wird also ein diskontinuierliches Signal empfangen, dessen mittlere Leistung streng proportional der Frequenz des von dem Meßwertgeber 10 gelieferten Meßsignals ist Dieses Meßglied 30 kann einfach ein Drehspulgalvanometer sein, das die von dem Anschluß 203 kommenden rechteckförmigen Signale integriert Wenn der innere Widerstand bei Vollausschlag des Galvanometers 30 sehr gering ist gegenüber der (inneren) Ausgangsimpedanz der Verarbeitungsschaltung 20. rjann wirkt diese Schaltung als Frequenz-Strom-Wandter mit konstanter Spannung, und das auf den Zeiger 302 einwirkende Moment ist effektiv proportional der Anzahl der auf die Spule 15 wirkenden Amperewindungen. Die Skaia des Galvanometers 30 kann dann linear nach Umdrehungsgeschwindigkeiten unterteilt sein.
Um eine noch bessere Anzeigegenauigkeit an dem Galvanometer 30 zu erzielen, kann man der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 noch eine hier nicht dargestellte und an sich bekannte Steuerschaltung hinzufügen.

In F i g. 1 ist ferner eine Meßeinheit 50 mit numerischer Anzeige dargestellt, deren Eingang 501

z. B. an dem Ausgang 203 parallel zum Eingang 301 des Galvanometers 30 liegt Die Meßeinheit 50 kann z. B. einen Impulszähler auf Zeitbasis aufweisen. Diese Meßeinheit 50 kann ebenfalls von der Spannungsversorgungsschaltung 40 über einen Eingang 502 versorgt werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform weist der Abnehmer des Meßwertgebers 10 einen offenen Magnetkreis auf. Es ist jedoch ebenso ein Abnehmer mit geschlossenem Magnetkreis anwendbar, der jedoch in seiner Bauart sperriger wäre.

Die Meßanordnung gemäß der Erfindung kann bei zahlreichen Kontrolleinrichtungen für Maschinen mit drehenden Teilen oder Motoren zur Anwendung kommen, bei denen neben großer Genauigkeit große Betriebssicherheit verlangt wird, insbesondere bezüglich Störungen in der Spannungsversorgung.

Die Verarbeitungsschaltung 20, das Meßglied 30 und die Spannungsversorgungsschaltung 40 sind in einem einzigen Gehäuse in der Instrumententafel integriert Die Verbindung zu dem in der Nähe des sich drehenden Teils angeordneten Meßgebers 10 erfolgt einfach über ein zweiadriges, abgeschirmtes Kabel. Das Hetriebspersonal verfügt somit über ein genaues und zuverlässiges Kontrollmittel, welches selbst bei Ausfall der elektrisehen Netzversorgung betriebsfähig bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahlmessung mit einem Meßwertgeber (10), der ein aus ferromagnetischem Material bestehendes Zahnrad (ti), das an das sich drehende und zu messende Teil ankuppelbar ist, und einen elektromagnetischen Abnehmer (13 bis 16) aufweist, der am Umfang des Zahnrads (11) angeordnet ist, wobei die Ausgänge (151) des elektromagnetischen Abnehmers (13 bis 16) an eine ₎₀ Spannungsversorgungsschaltung (40) gelegt sind und wobei eine Verarbeitungsschaltung (20) vorhanden ist, welche ihre Betriebsspannung aus der Spannungsversorgungsschaltung (40) bezieht, und wobei der Signaleingang (201) der Verarbeitungsschaltung (20) an einen Ausgang (151) des elektromagnetischen Abnehmers (13 bis 16) gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Abnehmer (13 bis 16) sich im Sättigungsbereich befindet, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zahnrades (11) die untere Grenze(n) des Meßbereichs erreicht hat, so daß an den Ausgängen (151) des elektromagnetischen Abnehmers (13 bis 16) eine Spannung anfällt, deren Effektivwert oberhalb der unteren Grenze(n) im _M wesentlichen konstant ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (20) einen Begrenzer (21), einen Differenzierer (22) und einen Gleichrichter (23) aufweist und daß an den Ausgang des Gleichrichters (23) der Eingang einer monostabilen Kippstuf&(24) gelegt ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an f'en Ausgang der Verarbeitungsschaltung (20) als Meßglied <30) ein Drehspul- galvanometer gelegt ist, dessen innerer Widerstand bei Vollausschlag gegenüber der Ausgangsimpedanz der Verarbeitungsschallung (20) vernachlässigbar klein ist, so daß der Ausschlag des Galvanometers proportional zu dem Effektivwert des Ausgangssignales der Verarbeitungsschaltung (20) ist

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Kontroll kreis eines Motors, insbesondere eines Flugzeugmotors geschaltet ist