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Einrichtung zum Messen des Verhältnisses zweier Drehzahlen
Die Aufgabe,
das Verhältnis zweier Drehzahlen zu messen wird zumeist dadurch gelöst, daß die
Drehzahlen zunächst als elektrische Spannungen abgebildet werden, die alsdann auf
elektrischem Wege zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
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Es ist üblich, die Abbildung der Drehzahlen als Spannungen mit Hilfe
von Tachometerdynamos vorzunehmen.
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Die Einrichtung nach der Erfindung benutzt zur Lösung der vorbezeichneten
Aufgabe den bekannten Weg, indem die Drehzahlen zunächst als Spannungen abgebildet
werden. Die Erfindung besteht darin, daß zur Messung des Verhältniswertes die an
einem magnetfeldabhängigen Widerstand auftretende Hällspannung benutzt wird. Besonders
geeignet sind magnetfeldabhängige Widerstände aus halbleitenden Verbindungen der
Form S Bv; alsoVerbindungen aus einemStoffA der III. Gruppe mit einem Stoff B der
V. Gruppe des periodischen Systems der Elemente, z. B. Indiumantimonid (JnSb). Zu
dieser Stoffgruppe sei hingewiesen auf die französ'ische Patentschrift I 057 038.
Die Einrichtung nach der Erfindung enthält als wesentlichen Bestandteil einen magnetfeldabhängigen
Widerstand, der einerseits dem Magnetfeld einer von der einen Drehzahispannung gespeisten
Spule ausgesetzt und andererseits mit seinen Stromelektroden an die andere Drehzah'lspannung
angeschlossen ist. Dabei ist mindestens eine der Drehzahispannungen eine über ein
invertierendes Schaltmittel geleitete Wechsel spannung. Den Ausgang der Meßeinrichtung
bilden zwei an dem Widerstand angebrachte Hallelektroden. Die Einrichtung nach der
Erfindung kann sowohl mit zwei als Wechsel-
spannungen abgebildeten
Drehz ahlspannungen betrieben werden als auch mit einer Wechselspannung und einer
Gleichspannung. Im Falle zweier Wechselspannungen wird man vorteilhaft der das Magnetfeld
erzeugenden Spule eine Gleichrichteranordnung vorschalten. Es wird außerdem bevorzugt,
den Widerstand von einer Drehzahlspannung zu speisen, die eine Wechselspannung ist,
und das invertierende Schaltmittel in diesem Stromkreis anzuordnen.
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Zur näheren Erläuterung der Meßeinrichtung nach der Erfindung sei
im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen.
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Fig. 1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung,
Fig. 2 ein Beispiel für ein invertierendes Schaltmittel.
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In Fig. I wird an den Klemmen ts, v und u', v' je eine Drehzahlspannung
U1L bzw. U2 zugeführt. Es ist angenommen, daß beide Drehzahlspannungen als Wechselspannungen
zur Verfügung stehen und beispielsweise- mit Hilfe von nicht mitdargestellten Tachometerdynamos
erzeugt sind, die mit je zwei umlaufenden Einrichtungen gekuppelt sind, deren Drehzahlverhältnis
gemessen werden soll. Die Drehzahispannung U1 ist über eine Gleichrichteranordnung
I in Brückenschaltung einer Magnetspule 2 zugeführt. Im Magnetfeld ,der Spule 2
ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand 3 angeordnet. Seine Stromelektroden 4 und
5 liegen an den Gleichspannungspolen einer Ventilanordnung 6, die -über ein invertierendes
Schaltmittel, das - beispielsweise aus einem Kondensator 7 und einer Drosselspule
8 mit rechteckiger Magnetisierungsschleife besteht, an die andere Drehzahlspannung
U2 - angeschlossen ist. Drosselspulen mit rechteckiger Magnetisierungsschleife sind
an sich bekannt. Sie können z. B. einen Magnetkern aus einem unter dem Warenzeichen
Permenorm 5000 Z erhältlichen Werkstoff aufweisen. An zwei mit 14 und 15 bezeichneten
Hall-U1 elektroden wird die den Quotienten und damit U2 das gesuchte Drehzahlverhältnis
darstellende n2 Hallspannung UH abgenommen.
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Die Wirkungsweise der Einridhtung nach Fig. I beruht an sich auf
einer Produktbildung, die mit Hilfe der Hallspannung eines magnetfeldabhängigen
Halbleiterwiderstandes möglich ist. Für die-Hallspannung gilt UHB.J.
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B stellt die Stärke des auf den Widerstand 3 einwirkenden Magnetfeldes
Ider Spule 2 dar und J den Strom; der durch den Widerstand über dessen Stromelektroden
4 und 5 fließt. Der Quotient aus den beiden Spannungen: U1 und U2 wird mit Hilfe
des invertierenden Schaltmitteis 7; 8 gebildet. Die an dem Kondensator 7 auftretendeWechselspannung
wäre, sofern diese eine konstante Spannungsamplitude hätte, ohne die Drosselspule
8 an -sich schon umgekehrt proportional der Drehzahlspannung U2, wenn der Kondensator
7 lediglich mit einem Ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet wäre.
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Infolge der Betragsabhängigkeit würde jedoch die Invers ion wieder
rückgängig gemacht, so daß ohne die Drosselspule 8 trotz verschiedener Drehzahlen
eine konstante Wechselspannung an dem Kondensator 7 liegen würde. Da Tachometerdynamos,
die Wechselspannungen von konstantem Betrag liefern, jedoch nicht geläufig sind,
ist bei Verwendung eines normalen Tachometerdynamo zum Erzeugen der Drehzahlspannung
U2, d. h. also eines Tachometerdynamo, bei der sich sowohl Amplitude und Frequenz
der abgegebenen Spannung verhältnisgleich mit der Drehzahl ändern, die Zuhilfenahme
einer Drosselspule 8 mit rechteckiger Magnetisierungsschleife oder eine andere den
gleichen Zweck erfüllende Anordnung erforderlich. Die Drosselspule 8 begrenzt die
Amplitude der Drehzahlspannung U2 und bewirkt einen re,chteckigen Strom in dem Stromkreis
zum 7, 8, v'.-Dieser Rechteckstrom erzeugt einen nach einer Dreieckkurve verlaufenden
Spannungsabfall an dem Kondensator 7.
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An Stelle des invertierenden Schaltmittels 7, 8 beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 kann auch ein anderes invertierendes Schaltmittel vorgesehen werden,
beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte bekannte zweigliedrige RC-Kette.aus zwei
Kondensatoren 18 und 19 und zwei Widerständen 10 und 11. An Stelle des Kondensators
7 in Fig. 1 werden die Anschlüsse 12 und I3 an die Ventilanordnung 6 angeschlossen.
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Nach der weiteren- Erfindung kann die Meßeinrichtung nach der Erfindung
unter Fortfall der Drosselspule 8 von rechteckiger Kennlinie auch mit einer Drebzahispannung
betrieben werden, die von einem Tachometer mit von der Drehzahl unabhängiger, konstanter
Amplitude geliefert wird.
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Derartige Tachometer stel'len die bekannten umlaufenden Polwechsler
dar, die mit. Hilfe mechanischer Kontakte eine konstante Gleichspannung in eine
rechteckförmige Wechselspannung verwandeln.
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Diese Einrichtungen sind aber infolge der dabei erforderlichen mechanischen
Kontakte mit Nachteilen- behaftet. Gemäß der weiteren Erfindung können diese jedoch
vermieden werden, wenn als Tachometer eine an anderer Stelle bereits vorgeschlagene
Einrichtung zum Abbilden von Drehzahlen als Wechselspannungen konstanter Ampli tude
verwendet wird. Die Einrichtung -arbeitet-'im Prinzip mit einem Dauermagneten, in
dessen L,uitspalt ein magnetfeldabhängiger -Widerstand an geordnet ist. Der Magnet
wird mit dem Maschinenteil gekuppelt, dessen Drehzahl bestimmt werden soll. Am Ausgang
der Einri-chtung; d. h: an dem in diesem Fall stillstehenden Widerstand, der von
einem konstanten Gleichstrom gespeist wird, ergibt sich eine der Drehzahl nur hinsichtlich
der Frequenz verhältige Wechselspannung, -die entweder auf Grund der ohmschen Leitwertänderung
des magnetfeldabhängigen Widerstandes in dessen Stromkreis als Spannungsabfall oder
vorteihafter als Hallspannung an dem Widerstand entnommen wird.
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Unter besonderer Ausbildung der an anderer Stellte vorgeschlagenen
Tachometereinrichtung kann diese auch eine rechteckförmige Spannung erzeugen dies
ist
jedoch nicht unbedingt erforderlich, da allein schon die Drehzahl unabhängiger Amplitude
die Inversion mit Hilfe eines Kondensators erreichen läßt.
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PATENTANSPRSCHE: I. Einrichtung zum Messen des Verhältnisses zweier
Drehzahlen mit Hilfe zweier diese abbildenden elektrischen Spannungen (Drehzahlspannung),
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung auf der an einem magnetfeldabhängigen Widerstand
auftretenden H.allspannung beru'ht, insbesondere unter Verwendung eines Wilderstandes
aus einer halbleitenden Verbindung der Form AiiiBv, z. B. Indiumantimonid (JnSb),
daß hierzu der Widerstand einerseits dem Magnetfeld einer von der einen Drehzahlspannung
gespeilsten Spule ausgesetzt und.andererseits mit seinen Stromelektroden an die
andere Drebzahispannung angeschlossen ist, während mindestens eine der Drehzahlspannungen
eine über ein invertierendes Schaitmittei geleitete Wechselspannung ist und daß
als Ausgang der Meßeinrichtung zwei Hallelektroden an dem Widerstand angebracht
sind.