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Anordnung zur Messung von Phasenwinkeln Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur Messung von Phasenwinkeln, insbesondere zur Drehmomentmessung, bei
der von einer Welle Impulse abgegeben werden, deren gegenseitige Phasenlage dem
Torsionswinkel der Welle entspricht. Es ist bekannt, zur Drehmomentmessung die Kupplung
zwischen Antriebs- und Belastungsmaschine mittels eines Torsionsstabes vorzunehmen.
Beiderseits des Torsionsstabes sind Generatoren angeordnet, deren Spannungen um
einen dem Torsionswinkel entsprechenden Winkel gegeneinander phasenverschoben sind.
Mit den Spannungen wird auf ein Meßinstrument eingewirkt, das somit das an der Welle
angreifende Drehmoment zur Anzeige bringt. Bei einem derartigen Meßverfahren ist
ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich, ganz davon abgesehen, daß die
Meßanordnungen so hergerichtet werden müssen, daß sie nicht frequenzabhängige Fehler
aufweisen.
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Es ist auch bekannt, insbesondere bei mittleren Drehzahlen, die Torsionswelle
stroboskopisch zu beobachten. Bei hohen Drehzahlen ist dieses Meßverfahren nicht
gut anzuwenden, da die Schwingungen der Maschine kein ruhiges Beobachten ergeben.
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Die Erfindung beseitigt die den bekannten Einrichtungen anhaftenden
Mängel, und zwar läßt sie allgemein eine Drehmoments- und Leistungsmessung zu, die
über den gesamten Bereich der praktisch vorkommenden Drehzahlen eine einwandfreie
Messung von Drehmoment und Leistung ermöglicht. Ausgegangen wird dabei von einer
Einrichtung, bei der von der Welle Impulse abgegeben werden, deren gegenseitige
Phasenlage dem Torsionswinkel der Welle entspricht. Erfindungsgemäß ist die Anordnung
zur Messung der Phasenwinkel so getroffen, daß mit den Impulsen zwei Kippspannungen,
vorzugsweise Rechteckspannungen
erzeugende Röhrenschaltullgen gesteuert
werden, die ihrerseits die Gitterspannungen eines Mischrohres mit zwei Steuergittern
dermaßen beeinflussen, daß der mittlere Anodenstrom des WIischrohres proportional
dem zeitlichen Abstand der Primärimpulse ist. Durch diese Anordnung ergibt sich,
daß die Kurvenform des Eingangsimpulses für die Messung vollkommen unwirksam ist
und daß mit einer zuverlässigen Aussteuerung des Endrohres gerechnet werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem
Schaltbild schematisch dargestellt. Von den beiden Wellenteilen werden, z. B. elektrostatisch,
induktiv oder liditelektrisch, Impulse erzeugt, deren Frequenz gleich der Drehzahl
der Welle ist, die aber gegeneinander eine Phasenverschiebung aufweisen, deren Winkel
gleich dem Torsionswinkel der verdrillten Welle, also gleich dem übertragenen Drehmoment
ist.
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Da die Impulse, insbesondere bei hohen Drehzahlen, nur kurz sind,
so läßt sich die Phasenverschiebung nicht einfach feststellen. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung indessen werden mit den Impulsen jeweils je eine Kippspannungsröhrenschaltung
so gesteuert, daß Rechteckspallnungen erzeugt werden, die zur Aussteuerung einer
Zweigitterröhre henutzt werden. Damit der Anodenstrom dieser Röhre ein Maß für den
Phasenwinkel zwischen den beiden Rechteckspannungen ist, ist eines dieser Gitter,
zweckmäßig das der Kathode am nächsten liegende, so weit negativ vorgespannt, daß
kein Anodenstrom fließt. Das zweite Gitter der Röhre ist über einen Widerstand mit
der Kathode verbunden, liegt also dauernd am Kathodenpotential und könnte lediglich
die Wirkung eines Fanggitters ausüben.
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Die als Rechteckgeräte arbeitenden Kippspannungsgeräte sind so geschaltet,
daß z. B. eine Rechteckspannung, welche von dem nichttordierten Wellenende herrührt,
auf das erste mit negativer Vorspannung versehene Steuergitter des Mischrohres eingeht.
Die negative Vorspannung wird am Punkt B der Schaltung, also am ersten Rechteckgerät,
abgenommen. B ist negativ gegen A, da das Rohr 1 dauernd Strom führt, soweit keine
negativen Impulse bei 11 eintreffen. Das zweite Rechteckgerät wirkt auf das über
einen Widerstand mit der Kathode verbundene Steuergitter der Endröhre ein. Die Polung
ist hierbei so getroffen, daß dieses Gitter durch den Rechtecl<-impuls auf Kathodenpotential
kommt. Die Anodenspannung von 5 ist dabei so hoch gewählt, daß das Rohr im Sättigungsstromgebiet
arbeitet. Anodenstrom kann indessen nur fließen, wenn beide Gitter nicht negativ
sind. Das ist aber nur möglich für die Dauer einer Zeit, die dem Torsionswinkel
entspricht.
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Die Zeitdauer eines Rechteckimpulses muß größer als derTorsionswinkel
sein und wird zweckmäßig nicht mehr als i8o elektrische Grade betragen.
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Ein im Anodenkreis dieser Röhre liegender Strommesser erhält entsprechend
der Steuerung des Endrohres Stromimpulse, deren Zeitdauer von dem Torsionswinkel
der Welle abhängig ist. Da der Strommesser infolge seiner Trägheit diese Stromimpulse
mittelt, so ist die Anzeige von den Schwingungen der Welle unabhängig. Es ist nicht
unbedingt notwendig, daß ausgesprochene Rechteckimpulse zur Steuerung des Endrohres
benutzt werden. Man kann hierzu auch sinusförmige oder andersartige Spannungsimpulse
verwenden. Der Vorteil der Rechteckimpulse ist darin begründet. daß schon bei kleinen
Verdrehungswinkeln der zu messenden Welle sich ein verhältnismäßig großer mittlerer
Anodenstrom einstellt.
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Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß auf die Klemmen
II der von dem nichttordierten, auf die Klemmen 12 der von dem tordierten Wellenende
ausgehende Impuls trifft. Die WIeßschaltung ist über die Spannungsteilerwiderstände
R und diesen parallel geschalteten Berutigungskondensatoren C an die Stromquelle
+ angeschlossen. Die Rechteckgeräte bestehen jeweils aus den Röhren I und 2 bzw.
3 und 3. Die Gitter der Röhren I und 4 sind positiv vorgespannt, so daß diese Röhren
dadurch dauernd Strom führen.
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Dadurch sind die Gitter der Röhren 2 und 3 und auch das Steuergitter
Gj der Mischröhre 5 stark negativ, so daß durch die Röhre 5 bei diesem Betriebszustand
kein Anodenstrom fließt.
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Die von der zu messenden Welle herrührenden Impulse müssen sich auf
die Steuergitter der Eingangsröhren I und 4 als negative Gitterimpulse auswirken.
Sie werden daher über einen Gleichrichter oder über eine Kunstschaltung an diese
Röhren herangeführt. Durch die auf die Röhren 1 und 4 einwirkenden negativen Gitterimpulse
werden diese Röhren gesperrt, so daß an dem Punkt D bzw. an den Widerständen 6 und
9 ein Anstieg der Spannung erfolgt. Daraus ergibt sich ein positives Gitter der
Röhren 2 und 3; diese Röhren sind nunmehr stromführend. Die sich bei stromführenden
Röhren I und 4 aufladenden Kondensatoren IO beginnen sich nunmehr über Rg zu entladen,
so daß entsprechend den negativ werdenden Gittern der Röhren I und 4 eine Sperrung
der Röhren erfolgt.
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Entsprechend dem Spannungsanstieg an dem Punkt B wird das Gitter
G1 des Mischrohres 5 positiv. Das Gitter G2 liegt von Anfang an über den Widerstand
8 auf Kathodenpotential, so daß nunmehr ein Anodenstrom fließt. Da zwischen den
an den Klemmen II und 12 auftretenden Impulsen ein zeitlicher Abstand herrscht,
so beginnt der Kippvorgang an den Röhren 3 und 4 etwas später als an den Röhren
1 und 2. Mit einsetzendem Kippvorgang an den Röhren 3 und 4 wird das Gitter G des
Mischrohres 5 negativ, so daß kein Anodenstrom mehr fließt, d. h. also mit dem ersten,
bei I I eingchenden Impuls wird das Rohr 5 leitend, mit dem zweiten, bei 12 eingehenden
Impuls wird es wieder nichtleitend.
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Die Fig. 2 zeigt die auf die Gitter des Mischrohres 3 einwirkenden
Spannungen und den Anodenstrom.
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Im Anodenkreis des Mischrohres 5 liegt eill Strommesser 13, der entsprechend
den mittleren Anodenstromimpulsen ausschlägt und damit den zeitlichen Abstand der
bei II und 12 eingehenden Impulse, d. h. die zu messende Wellentorsion anzeigt.
nehmen oder an Stelle des Strommessers I3 kann auch ein Leistungsmesser in den Anodenstromkreis
eingeschaltet werden, so daß die über die Welle übertragene Leistung elektrisch
gemessen werden kann. Dabei liegt der Strompfad im Anodenstromkreis, und der Spannungspfad
ist an einen Widerstand 7 gelegt, so daß Strom- und Spannungsimpulse in Phase sind.
Der Spannungspfad kann auch einem Frequenzmesser zugeführt werden, so daß auch die
Drehzahl der Welle zu messen ist.
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Um die Meßanordnung für verschiedene, weit auseinander liegende Drehzahlen
verwenden zu können, sind die Kippkondensatoren I0 als umschaltbare Stufenkondensatoren
ausgebildet, da es zweckmäßig ist, die Breite der Steuerspannungsimpulse an die
auftretenden Drehzahlen anzupassen.
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Falls die Höhe der Eingangsspannungen nicht zur Steuerung der Röhren
I und 4 ausreicht, ist je ein Verstärker vorzuschalten.
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Außer zur Drehmomeutmessung kann die Meßanordnung auch zur Peilung
bzw. Kurzzeitmessung verwendet werden.