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Schaltungsanordnung zum Messen der Impulsfrequenz, insbesondere zum
Messen von Drehzahlen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen
der Impulsfrequenz, insbesondere zum Messen von Drehzahlen, die Impulse unterschiedlicher
Strom-Zeit-Fläche verstärkt und normiert, mit einem aus einer Ladestromquelle vorbestimster
Spannung gespeisten Kondensator und einem den zeitlichen Mittelwert des Kondensator-Entladestromes
anzeigenden Meßinstrument.
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Derartige Meßeinrichtungen werden vor allem zum Messen von Drehzahlen
in Kraftfahrzeugen und stationären Brennkraftmaschinen mit elektrischer Zündeinrichtung
sowie zur Drehzahlmessung mittels foto elektrischer Geber benötigt.
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Zur Drehzahlmessung in Kraftfahrzeugen werden beispielsweise die
in ihrer Frequenz von der Drehzahl des Motors abhängigen Impulse der Zündspule entnommen
und durch aktive oder passive Schaltungen zu Einheftsimpulsen. umgeformt und integriert.
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Passive Schaltungen haben hinsichtlich der Anwendung in Kraftfahrzeugen
keine Bedeutung erlangt, weil sie sehr empfindliche Anzeigeinstrumente, die gleichzeitig
robust sein müssen, erfordern. Weit verbreitet sind dagegen als Drehzahlmesser monostabile
Kippschaltungen mit zwei Transistoren als aktive Bauelemente.
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Bekannte monostabile Kippschaltungen mit zwei Transistoren haben
den Nachteil, daß sie bei den Anforderungen in Kraftfahrzeugen (Temperaturbereich
-200 C bis +600 C, Versorgungsspannungsschwankung: -10 0/o, + 40 0/o) mit einer
Anzeigeungenauigkeit bis zu 8 0/o behaftet sind. Drehzahlmesser in Kraftfahrzeugen
sind jedoch wegen des ausgeprägten Maximums der Nennleistung und des Nenndrehmoments
nur dann von Vorteil, wenn die Anzeigefehler < 2°/o sind.
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Aus Proceedings of the National Electronics Conference, Vol. Ix,
Februar 1954, und Electronic Engineering, Vol. 28, Juni 1956, ist bekannt, die Entladungshäufigkeit
eines Speichers durch Impulse zu steuern und das Speicherelement nach jeder Entladung
erneut aufzuladen.
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Aus radio mentor, 4/1954, ist ferner eine Schaltungsanordnung zum
Messen des zeitlichen Mittelwertes der von einem Speicherelement abfließenden Ladungen
bekannt.
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Diesen bekannten Schaltungsanordnungen ist jedoch gemeinsam, daß
sie keine Mittel zur Entkopplung des Meßkreises und des Ladekreises enthalten und
deshalb zwangläufig eine Meßwertverfälschung eintreten muß.
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Den gleichen Nachteil besitzt auch der aus Elek-
tronische Rundschau,
9/1959, bekannte elektronische Drehzahlmesser für Kraftfahrzeuge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen beseitigt
und insbesondere mit einfachen Mitteln eine Entkopplung des Ladekreises des Speicherelements
von dem Meßkreis ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen von den zu
messenden Impulsen gesteuerten, in den Entladekreis geschalteten Thyristor, der
einen Kondensator entlädt, und einen durch den einsetzenden Entladestrom aufgesteuerten
Transistor, der während des Entladevorganges ein Nachladen des Kondensators aus
der Ladestromquelle verhindert. Dadurch wird erreicht, daß der im Entladestromkreis
fließende Strom ausschließlich mit der vom Speicherkondensator abfließenden Ladung
identisch ist und nicht durch einen aus der Ladestromquelle stammenden Stromanteil
verfälscht wird.
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Außerdem wird durch eine Sperrdiode während des Entladevorganges eine
Teilentladung des Speicherkondensators über den die Ladespannung am Speicherkondensator
kurzschließenden aufgesteuerten Transistor verhindert, so daß der gesamte Entladungsstrom
über das dessen zeitlichen Mittelwert anzeigende Instrument fließen muß.
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Nach einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung
wird im Entladestromkreis ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeftizienten angeordnet,
der insbesondere bei Messungen an Verbrennungsmotoren mit dem bei diesen auftretenden
weiten Temperaturbereich den positiven Temperaturgang des Thyristors ausgleicht
und die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erflndnng
ist in der Zeichnung dargestellt.
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Diese ist insbesondere zum Messen von Drehzahlen aus der Frequenz
drehzahl abhängig erzeugter Impulse geeignet.
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Die Anordnung besteht aus einem Steuerkreisl zur Steuerung des Entladungselements,
einem Meßkreis 2 zur Messung des Entladestromes und einem Ladekreis 3 zur Aufladung
des Speicherelements. Als Entladungselement ist ein Thyristor 4 und als Speicherelement
ein Kondensator 5 mit einem hierzu in Reihe geschalteten, den Entladungsstrom begrenzenden
Widerstand 6 vorgesehen. Der Entladungswiderstand 6 kann vorteilhaft als Kohlewiderstand
ausgeführt werden, dessen negativer Temperaturkoeffizient den positiven des Thyristors
kompensiert. Dem Entladewiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten 7 zu diesem
Zweck parallel geschaltet werden.
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Der zeitliche Mittelwert des Kondensatorentladungsstromes wird durch
ein in Reihe zum Kondensator geschaltetes Meßinstrument 8 angezeigt. Dieses Instrument
kann für Drehzahlmessungen direkt in Drehzahlen geeicht sein. Damit der Kondensator
5 nicht auch teilweise über den Ladekreis 3 entladen wird, ist der Ladekreis über
ein praktisch nur in Richtung des Ladestromes stromdurchlässiges Element (Sperrelement);
im vorliegenden Fall die Diode 9; an den Kondensator 5 angekoppelt. Weiterhin soll
verhindert werden, daß während der Kondensatorentladung aus dem Ladekreis Strom
an den Kondensator 5 abgegeben und dadurch der Meßwert am Instrument 8 durch diesen
Fehlstrom verfälscht wird. Hierzu ist zum Abschalten der Kondensatorladespannung
im Ladekreis 3 ein mittels der Kondensatorentladung steuerbares Schaltelement (Abschaltelement)
vorgesehen. In der speziellen Ausfthrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist
ein die Ladespannung am Eingang des Sperrelements im Leitzustand kurzschließender
Transistor 10 hierzu eingesetzt.
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Durch den Einsatz einer Zenerdiode 11 mit einem Temperaturkoeffizienten
der Zenerspannung nahe Null wird eine praktisch konstante Ladespannung gewährleistet
und damit dem Kondensator 5 eine konstante Ladung zugeführt. Diese konstante Ladung
fließt bei aufgesteuertem Thyristor 4 über den Entladungswiderstand 6 und das Anzeigeinstrument
8 ab.
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Für eine spezielle Drehzahlmessung an Verbrennungsmotoren mit Zündspulen
ist der Eingang des Steuerkreises 1 mit einem Übertrager 12 abgeschlossen, über
den die Primärpulse der Zündspule 13 eingespeist werden. Mittels der Diode 14 werden
die Impulse gleichgerichtet. Übertrager 12 und Diode 14 können wegfallen, wenn gepolte
Impulse am
Eingang vorhanden sind, z. B. von fotoelektrischen Gebern.
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Diode und Transistor haben innerhalb der Meßschaltung nur passive
Funktionen und deshalb keinen Einfluß auf die.Anzeigegenauigkeit, das einzige aktive
Schaltelement ist der Thyristor 4.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen insbesondere
darin, daß im Bereich der geforderten Anzeigegenauigkeit der Anzeigefehler praktisch
nur von der Qualität des Kondensators 5 bzw. von dessen Kapazitätsänderung bei schwankender
Umgebungstemperatur abhängig ist.
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Bei einer Versuchsanordnung wurde z. B. ein Anzeigefehler von <2°/o
bei einer Drehzahlmessung von 6000 Ulmin trotz einer Schwankung der Umgebungstemperatur
von 200 C bis +600 C und einer Schwankung der Versorgungsspannung von 11 bis 15
V erreicht Patentanspniche: 1. Schaltungsanordnung-zum Messen der Impulsfrequenz,
insbesondere zum Messen vön Drehzahlen, die Impulse unterschiedlicher Strom-Zeit-Fläche
verstärkt und normiert, mit einem aus einer Ladestromquelle vorbestimmter Spannung
gespeisten Kondensator und einem den zeitlichenMittelwert des Kondensator-Entladestromes
anzeigenden Meßinstrument, g e k e n n z e i c h S net durch einen von den zu messenden
Impulsen gesteuerten, in den Entladekreis (2) geschalteten Thyristor (4), der den
Kondensator (5) entlädt und einen durch den einsetzenden Entladestrom aufgesteuerten
Transistor (10), der während de&Entladevorganges ein Nachladen des Kondensators
(5) aus der Ladestromquelle verhindert.