DE3118991A1

DE3118991A1 - "einrichtung zur frequenzmessung eines eine variable groesse darstellenden elektrischen stroms"

Info

Publication number: DE3118991A1
Application number: DE19813118991
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques 92250 La Garenne Bezard; Bernard André Dieudonné 95100 Argenteuil Delevallee
Original assignee: Jaeger SA
Current assignee: Jaeger SA
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1982-04-29
Also published as: ES8204176A1; FR2482730A1; FR2482730B1; GB2076156A; US4371834A; GB2076156B; AR227186A1; ES502468A0; MX149302A; IT8121559A0; IT1138331B

Description

JAEGER, Levallois-Perret, Hauts de Seine, Frankreich

Einrichtung zur Frequenzmessung eines eine variable Größe darstellenden elektrischen Stromes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Frequenzmessung eines eine variable Größe darstellenden elektrischen Stromes, mit einer die Frequenz übertragenden elektrischen Schaltanordnung und einer aus einem rotierenden Meßwerk bestehenden Anzeigevorrichtung, wobei das Meßwerk einen Drehmagneten und eine seine Drehung erzeugende Anordnung aufweist, die sowohl mit einem Rotor aus elektrisch leitendem Material, der auf einer eine Anzeigenadel tragenden Achse fest angeordnet ist, zusammenwirkt, als auch mit einem Zählwerk, das über eine magnetfeste Achse unter Zwischenschaltung einer geeigneten Untersetzung antreibbar ist.

Solche Einrichtungen oder Geräte werden zur Messung beispielsweise der Drehgeschwindigkeit einer Welle oder für die Steuerung der Zündung der Zylinder eines Brennkraftmotors benötigt.

Ein bekanntes für diesen Zweck eingesetztes Meßgerät, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen und der gefahrenen Strecke, xiiird als Drehmagnetmesser bezeichnet. Es enthält einen Magneten, dessen Drehung in Abhängigkeit von der Änderung der zu messenden Größe erfolgt, und der mit einem Rotor aus elek-

trisch leitendem Material zusammenwirkt, in dem als Folge der Drehung des Magneten Foucault¹sehe Ströme entstehen. Diese vom Magnetfeld ebenfalls beeinflußten Ströme ergeben ein der Drehgeschwindigkeit proportionales Antriebsmoment. Ein solches Gerät bietet einige Vorteile ■> wie geringe Störanfäligkeit, unmittelbare Ablesbarkeit, direkter Antrieb des Zählwerkes des Kilometerzählers durch den mit einer entsprechenden Untersetzung verbundenen Magneten. Schwächster Punkt bei dieser Anordnung ist die genaue Übertragung der die Information bildenden Bewegung auf den Magneten. In bekannter Weise wird dieses Problem dadurch gelöst, daß man die Übertragung mit Hilfe einer biegsamen Welle vornimmt, die die Welle, deren Drehgeschwindigkeit gemessen werden soll, mit der Magnetachse des Meßwerkes verbindet.

Ein solches Verfahren ist mit Nachteilen behaftet, vor allem aus Platz- und Wartungsgründen. Ferner können bei einer Zündzeitpunkt-Steuerung die Signale aus der Zündvorrichtung nicht unmittelbar benutzt werden.

Man ist daher bereits dazu übergegangen, anstelle einer mechanischen Übertragung durch eine biegsame Welle eine elektrische Übertragung vorzusehen, bei der einmal ein Meßwertgeber vorgesehen ist, der ein Signal mit einer der zu messenden Größe proportionalen Frequenz liefert und die zum anderen beispielsweise einm Motor aufweist, dessen mittlere Drehgeschwindigkeit proportional zur Frequenz des Stromes ist, der dem Meßwerk zufließt und dieses folglich antreibt. Der Antrieb des Meßwerkes über einen Motor bringt aber ebenfalls einige Nachteile mit sich: beispielsweise laufen synchronisierte Asynchronmotoren nur an, wenn die vom Geber gelieferte Spannung ausreichend hoch ist, d.h. ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit; umgekehrt nimmt beispielsweise bei Schrittmotoren, die bei niedriger Geschwindigkeit ein hohes Moment aufweisen, dieses mit zunehmender Geschwindigkeit als Folge des ansteigenden Gegenmomentes ab.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Machteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden und eine neue Anordnung für den Antrieb des Meßwerkes eines Meßgerätes zu schaffen, das über ein Drehmagnetfeld angetrieben wird, dessen Drehung von der zu messenden Variablen abhängt und das auf das Magnet-Rotorsystem des Meßwerkes einwirkt.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die die Magnetdrehung bewirkende Einrichtung η Spulen, mindestens aber zwei ortsfest angeordnete Spulen aufweist, die einander unter vorbestimmtem Winkel zugeordnet sind, derart, daß in dem zwischen den Spulen bestehenden Raum das Meßwerk unterbringbar ist, daß die Spulen mit einer Schaltung zur Aufnahme und Weiterleitung der von einem Geber erzeugten Impulse der zu messenden Frequenz verbunden sind, und daß mittels dieser Schaltung nach einem vorbestimmten Impulsschema ein magnetisches Drehfeld konstanter Größe im Drehmagneten erzeugbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Meßgerät, Figur 2 eine Draufsicht auf das Meßgerät,

Figur 3 ein Flußdiagramm einer Anordnung für die Stromversorgung der Spulen des Meßgerätes,

Figur 4 ein Flußdiagramm einer anderen Ausführungs- . form der Stromversorgung,

Figur 5 ein Diagramm der Magnetfeldspannung entsprechend einer anderen Ausführungsform der Anordnung nach Figur 3,

Figur 6 ein Diagramm der Magnetfeldspannung, wie sie durch eine Schaltungsanordnung gemäß Figur 8 erzielt wird,

Figur 7 ein Blockschaltbild für die Stromversorgung nach Figur 3,

Figur 8 eine andere Ausführungsform dieser Schaltungsanordnung nach Figur 7, und

Figur 9 ein Blockschaltbild für die Stromversorgung nach Figur 4.

Ein in den Figuren 1 und 2 gezeigtes Meßgerät weist zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete, ortsfeste Spulen 1 und 2 auf, einen um eine Achse 4 drehbeweglichen Drehmagneten 3, der mit einem den Drehmagneten haubenförmig übergreifenden Rotor 5 aus elektrisch leitendem Material zusammenwirkt. Der Rotor 5 ist auf einer mit einem Zeiger 7 versehenen Achse 6 fest angeordnet. Die Achse trägt ferner eine spiralförmige Rückstellfeder 8, die ein der Rotorbewegung entgegenwirkendes Drehmoment erzeugt. Die Versorgung der Mehrphasen-Spulen erfolgt über einen nicht dargestellten Impulsaufnehmer oder Meßfühler, der beispielsweise mit dem Getriebe oder der Zündung eines Fahrzeuges ,verbunden ist und dessen Signalfrequenz proportional einer Geschwindigkeit ist, zum Beispiel der Fahrzeug- oder Motorgeschwindigkeit.

Die vom Impulsaufnehmer abgegebenen Impulse werden einem Zählwerk 13 zugeführt (Figur 3), dem ein Binär-Dezimal-Dekoder 14 nachgeschaltet ist, dessen Ausgänge mit dem Eingang eines Impulsverteilers 9 für zwei Inverter 10a und 10b verbunden sind, die ihrerseits jeweils die Spule 1 bzw. 2 abwechselnd in dem einen oder anderen Sinn, d. h. positiv oder negativ, versorgen. Wie das Diagramm gemäß Figur 5, das sich aus der in Figur 7 dargestellten elektronischen Blockschaltung ergibt, zeigt, werden die vom Dekoder kommenden Impulse den Spulen abwechselnd in der einen oder anderen Richtung zugeführt. Das Diagramm 5b gilt für die

Spule 1 und das Diagramm 5c für die Spule 2. Jeder an einer Spule ankommende Impuls erregt den Magneten jeweils senkrecht zu der vorhergehenden Erregungsrichtung (Figur 5d), er wird also radial von einem Drehmagnetfeld konstanter Stärke überstrichen; auf den Magneten wirkt also ein Antriebsmoment, dessen Mittelwert über einen vorgegebenen Zeitraum proportional zur Anzahl der an den Spulen anliegenden Impulse ist. Als Folge der Drehung des Magneten werden im Rotor 5 Foucault'sehe Ströme erzeugt, die, da sie selbst ebenfalls dem magnetischen Feld ausgesetzt sind, ein der Drehgeschwindigkeit proportionales Antriebsmoment erzeugen. Der Rotor 5 verdreht sich um einen solchen Winkel, daß die Kraft der Rückstellfeder 8 gleich dem Antriebsmoment ist, und die Nadel 7 folglich die Geschwindigkeit unmittelbar anzeigt.

Die mit dem Magneten fest verbundene Achse 4 (Figur 1) treibt außerdem ein Zählwerk an, das mit Hilfe eines Untersetzungsgetriebes 12 mit einem geeigneten Untersetzungsverhältnis die zurückgelegte Strecke anzeigt.

Zwar sind in der beschriebenen Einrichtung zwei senkrecht aufeinanderstehende Spulen vorgesehen, doch ist diese Anordnung nicht zwingend; es können beispielsweise drei jeweils untereinander einen Winkel von 60° einschließende Spulen o.a. vorgesehen sein, denn angestrebt wird nur, die bewegliche Anordnung, also das Meßwerk, über einen konstanten Winkel bei konstanter Impulsfolge zu verdrehen.

Es besteht auch die Möglichkeit, ein Antriebsmoment zu erzeugen, wenn die Impulse den Spulen nicht mehr abwechselnd, sondern entsprechend dem folgenden Schema zugeführt werden, wobei U die Spitzenspannung der Impulse ist.

TABELLE 1

	Impulse	0	U	U	U	0	-U	-U	-U
Spule 1	-U	-U	0	U	U	U	0	-U
Spule 2

Die Impulsfolge ist in Figur 6 gezeigt, in der die aus dem Dekoder 14 stammende Impulsfolge angegeben ist; die Figur 6b zeigt den Spannungsverlauf an den Klemmen der Spule 1 und die Figur 6c den Spannungsverlauf an den Klemmen der Spule 2. Aus der Figur 6d geht hervor, daß bei gleichzeitiger Versorgung der beiden Spulen der Magnet von einem gegenüber der zuvor eingenommenen Stellung um 45° verschobenen Magnetfeld beeinflußt wird.

Will man ohne Inverter auskommen, können Spulen mit zwei jeweils gegenläufigen Wicklungen verwendet werden, so daß beim Anlegen von Spannung an diese Spulen zwei einander entgegengesetzte Felder entstehen. In diesem Fall (Figur 4) speist die Steuervorric htung 9 wechselweise und sequentiell die vier Spulen 1a, 1b, 2a und 2b gemäß folgendem Ablauf:

TABELLE 2

Impulse	Spule 1	Spule 1a	Q	U	0	0
Spule 2	Spule 1b	0	0	0	-υ
Spule 2a	0	0	U	0
Spule 2b	-U	0	0	0

Nachstehend werden zur Erläuterung die elektronischen Schaltmittel beschrieben, mit denen die oben angegebene Impulsverteilung erreicht wird. Wie das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, speisen die Schaltmittel zwei Spulen, jedoch sind sie jederzeit an eine größere Anzahl von Spulen anpaßbar.

Figur 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Steuereinrichtung, mit Hilfe derer die abwechselnde Verteilung der Impulse erzielbar ist. Die zu messende Frequenz F wird einem Impulszähler zugeführt, von dem zwei Ausgänge 13a^f und 13b¹ mit den zugehörigen Eingängen 14a und 14b eines Kode-Wandlers 14 verbunden sind, der

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die binär kodierten Impulse aus dem Zähler in dezimal kodierte umwandelt. Von vier seiner Ausgänge I4a', 14b¹, I4c^f und I4d* werden diese Impulse dann einem Lexstungsadapter 15 zugeführt. Die Amplituden der Impulse an den Ausgängen des Dekoders 14 entsprechen den Kombinationen der Eingangsimpulse gemäß nachfolgender Tabelle:

	b	a¹	TABELLE	3	c·	d·
a	0	1	b^f	0	0
0	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	0
1	1	0	0	0	1
1		0

Wie die Tabelle zeigt, liegt an jedem Ausgang des Dekoders 14 eine Spannung an, und folglich auch an jedem Eingang des Adapters 15. Die Spule 2 ist zwischen die gemeinsamen Punkte E₁ der Emitter von je zwei NPN- und PNP-Transistoren 20 und 21 und E_? der Emitter der beiden NPN- und PNP-Transistoren 22 und 23 geschaltet. In gleicher Weise ist die Spule 1 zwischen die gemeinsamen Punkte E-, der Emitter der beiden NPN- und PNP-Transistoren 24 und 25 und E^ der beiden NPN- und PNP-Transistoren 26 und 27 geschaltet. Der Ausgang 15a¹ des Adapters 15 ist über einen Widerstand 28 mit der Basis eines Transistors 16 verbunden, an dessen Emitter die Versorgungsspannung der Einrichtung anliegt und dessen Kollektor mit der Basis der Transistoren 22 und 23 über einen Widerstand 32 verbunden ist. Kommt am Ausgang 15a^f ein Impuls an, wird der Transistor 16 leitend und die Spule wird in Richtung Ep-E.. ^erreSt, ^unc* zwar über die Transistoren 22 und 21.

Gemäß Tabelle 3 liegt der zweite Impuls mit dem Niveau 1 am Ausgang 15b¹ des Adapters an, was bedeutet, daß die Basis des Transistors 17 über den Widerstand 29 versorgt wird; dieser Transistor ward also leitend und, da dessen Kollektor über den Widerstand 34 mit der Basis der Transistoren 24 und 25 verbunden ist,

wird auch die Spule 1 in Richtung E^-E^ über die Transistoren 24 und 27 erregt. In gleicher Weise wird durch den dritten Impuls mit dem Niveau 1 am Ausgang 15c¹ der Transistor 18 über den Widerstand 30 leitend. Da der Transistor 18 über den Widerstand 33 mit der Basis der Transistoren 20 und 23 verbunden ist, wird die Spule 2 in Richtung E₁-E₃ über die Transistoren 20 und 23 durchflossen. Der vierte Impuls versetzt schließlich den Transistor 19 in leitenden Zustand und erregt die Spule 1 in Richtung E^-E-über die Transistoren 26 und 25.

Dieser Ablauf ist als Beispiel angeführt, doch kann erfindungsgemäß auch eine andere Schaltungsanordnung für einen vorbestimmbaren Erregungsablauf der beiden Spulen gewählt werden.

Figur 8 zeigt eine weitere Art der Erregung der Spulen, aus der sich die Impulsverteilung nach Tabelle 1 ergibt. In diesem Fall sind drei Ausgänge des Zählers 13 mit drei Eingängen des Dekoders 14 verbunden, von dem acht nacheinander abgetastete Ausgänge einen Impuls mit dem Niveau 1 aus dem binären Kode des Zählers nach folgendem Schema erzeugen:

	Dekoder 14	C	a·	TABELLE	C	4	Ausgänge	e^f	Dekoder	14	h¹
Eingänge	b	0	1		0		d'	0	f¹	β⁽	0
a	0	1	0	b¹	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1
1	1		0	0		0	0
1		0

Jeder geradzahlige Ausgang des Dekoders 14 ist immer nur mit einem Eingang des Adapters 15 verbunden, während Jeder ungeradzahlige Ausgang mit dem vorausgehenden und dem nachfolgenden geradzahligen Ausgang verbunden ist. Der Ausgang mit dem höchsten Wert ist jeweils zum Ausgang mit niedrigstem Wert rückgeführt, wodurch sich die nachfolgende Impulsverteilung ergibt:

	Ausgänge	C	Dekoder	14	TABELLE	g'	b	h^r	Eingänge	b	Dekoder 14	d
	• b¹	0	^? d»	e'		0		0	a	0	C	0
a	0	0	0	0	f	0	0	1	1	0	0
1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1
0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1
0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1
0	0		0	0	0		1		0
0		0

Die gleiche Reihenfolge tritt am Ausgang des Adapters 15 und folglich an der Basis der Transistoren 16, 17, 18 und 19 auf _f die die Erregung der Spulen 1 und 2 nach dem in Tabelle 1 angegebenen Schema und entsprechend dem Diagramm nach Figur 6 steuern.

Die Figur 9 zeigt eine Variante der Spulenerregung gemäß Figur und der Tabelle 2, bei der jede Spule zwei relativ zueinander gegenläufige Wicklungen a und b aufweist. Die Impulsverteilung am Ausgang des Adapters 15 ist in Tabelle 3 angegeben,· zuerst wird der Transistor 36 leitend, erregt die Wicklung 2b, danach erregt der Transistor 37 die Wicklung 1a, der Transistor 38 die Wicklung 2a und der Transistor 39 die Wicklung 1b.

Eine wechselweise Verteilung der Impulse entsprechend den Tabellen 4 und 5 ist an diesen Fall ohne weiteres anpaßbar.

Außer den bereits erwähnten Vorteilen hat die beschriebene Einrichtung auch den Vorteil, unempfindlich gegen Spannungsänderungen zu sein. Die Drehgeschwindigkeit des Drehmagneten, der das Zählwerk antreibt, hängt nur von der Frequenz der gelieferten Signale ab, während die Drehgeschwindigkeit des Rotors, der die Geschwindigkeitsanzeige steuert, nur von der Induktivität des Magneten abhängt. Diese wird an Ort und Stelle durch fortschreitende Entmagnetisierung geregelt.

Claims

JAEGER, Levallois-Perret, Hauts de Seine, Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zur Frequenzmessung eines eine variable Größe darstellenden elektrischen Stromes, mit einer die Frequenz übertragenden elektrischen Schaltanordnung und einer aus einem rotierenden Meßwerk bestehenden Anzeigevorrichtung, wobei das Meßwerk einen Drehmagneten und eine seine Drehung erzeugende Anordnung aufweist, die sowohl mit einem Rotor aus elektrisch leitendem Material, der auf einer eine Anzeigenadel tragenden Achse fest angeordnet ist, zusammen*· wirkt, als auch mit einem Zählwerk, das über eine magnetfeste Achse unter Zwischenschaltung einer geeigneten Untersetzung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Magnetdrehung bewirkende Einrichtung η Spulen, mindestens aber zwei ortsfest angeordnete Spulen (1, 2) aufweist, die einander unter vorbestimmtem Winkel zugeordnet sind, derart, daß in dem zwischen den Spulen bestehenden Raum das Meßwerk unterbringbar ist, daß die Spulen (1, 2) mit einer Schaltung (13, 14, 9, 10a, 10b) zur Aufnahme und Weiterleitung der von einem Geber erzeugten Impulse der zu messenden Frequenz verbunden sind, und daß mittels dieser Schaltung nach einem vorbestimmten Impulsschema ein magnetisches Drehfeld konstanter Größe im Drehmagneten (3) erzeugbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (1, 2) aus zwei gegenläufigen Wicklungen (1a, 1b) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der die Erregerimpulse für die Spulen (1, 2) liefernde Geber einen Stromwender (10a, 10b) für den die Spulen durchfließenden Strom aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromwender (10a, 10b) aus zwei NPN- und PNP-Transistorpaaren (20, 25 bzw. 22,23) mit gemeinsamem Emitter besteht, deren gemeinsamer Schaltpunkt (E₁ bzw. Ep) jeweils an die zugeordnete Klemme einer Spule (1, 2) angeschlossen ist.
5- Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuerschaltung (9) für den jeder Spule (1, 2) zugeordneten Stromwender (10a, 10b) vorgesehen ist, durch die dieser abwechselnd nach jeweils η Impulsen in der einen und dann in der • anderen Richtung angesteuert wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerschaltung (9) sequentiell und unterschiedlich polarisierte Impulse über η Impulsverteiler zuführbar sind, und daß die Sequenz der Steuerschaltung aus 2ⁿ Impulsen besteht, und daß jedes Steuermittel nach jeweils η Impulsen ansteuerbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilerschaltung (9) für se quentiell unterschiedlich polarisierte Impulse mit der Sequenz 2ⁿ an die Klemmen der Spulenerregung anschließbar ist und jeweils nur eine der Spulen (1, 2) pro Sequenz erregt.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Verteilerschaltung zur sequentiellen Weiterleitung von Impulsen an die Steuerschaltung vorgesehen ist, und daß durch die Verteilerschaltung

die Impulse der Steuerschaltung zunächst unterschiedlich polarisierbar und dann gleichzeitig zuführbar sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß bei η = 2 die Sequenz der Verteilerschaltung in ein und derselben Richtung über jeweils drei aufeinanderfolgende Impulse ansteuerbar ist, und daß beide Steuerschaltungen jeweils nach zwei Impulsen gleichzeitig erregbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Verteilerschaltung zur sequentiellen Weiterleitung von Impulsen die Impulse zunächst wechselweise, dann gleichzeitig an die Versorgung für die Wicklungen, aus denen jede Spule (-1, 2) besteht, leitbar sind.