Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwächter zum Feststellen des Über- bzw. Unterschreitens einer bestimmten Drehzahl einer Welle.
Beibekannten Drehzahlwächtern. welche feststen, ob die Drehzahl einer Welle eine bestimmte Nenndrehzahl über- bzw.
unterschreitet. wird eine der Drehzahl proportionale Gleichspannung erzeugt und diese dann mit einer der Nenndrehzahl entsprechenden Spannung verglichen. Ein Nachteil dieser Art von Schaltung ist das verzögerte Ansprechen, ein weiterer Nachteil die meistens auftretende Hysterese: d.h. hei ansteigender bzw. sinkender Drehzahl spricht die Schaltung nicht beim selben Drehzahlwert an.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe Drehzahlwächter ist gekennzeichnet durch einen mit der Welle verbundenen Impulsgeber zum Abgeben von mindestens einem Taktimpuls pro Umdrehung der Welle, eine mit dem Impulsgeber verbundene Impulserzeugerschaltung zum Erzeugen eines Impulses mit einer bestimmten Zeitdauer hei Eintreffen jedes Taktimpulses und eine mit dem Impulsgeber und der Impulserzeugerschaltung verhundene Speicherschaltung. in der hei einem zeitlichen Ahstand der Taktimpulse, welcher kleiner als die genannte Zeit dauer ist, ein Signal gespeichert und bei einem zeitlichen
Abstand der Taktimpulse. welcher grösser als die genannte
Zeitdauer ist. dass vorhergehend gespeicherte Signal gelöscht wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsheispiel der Erfindung anhand der heiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschema der Schaltung eines Drehzahlwächters, und
Fig. 2 den Spannungsverlauf an fünf verschiedenen Punkten im Blockschema nach Fig. 1.
An einer (nicht dargestellten) Welle, deren Drehzahl überwacht werden soll, ist ein Drehzahl-lmpuls-Wandler 1 angebracht, an dessen Ausgang pro Umdrehung der Welle mindestens ein Impuls U, erscheint. Der Drehwinkel-Impuls Wandler 1 kann heispielsweise ein Näherungsinitiator sein, dessen Ausgangsspannung sich sprungweise ändert, wenn eine an der Welle befestigte Metallfahne an ihm vorbeibewegt wird.
Der Ausgang 11 des Drehwinkel-Impuls-Wandler list mit dem Triggereingang 12 eines ersten monostabilen Multivibrators 2 verbunden. An den Anschlüssen 13 und 14 ist ein
Kondensator C3, der die Dauer des an den beiden Ausgängen
15, 16 erscheinenden Impulses U2 bestimmt, angeschlossen.
Ein erster Ausgang 15 des Multivibrators 2 ist mit dem Triggereingang 17 eines zweiten monostabilen Multivibrators
3, an dessen Ausgang 2() ein Messgerät M zur Anzeige des zur
Drehzahl proportionalen Mittelwertes Uoff der Ausgangs impulsfolge angebracht ist, verbunden. Die Impulsdauer des zweiten monostabilen Multivibrators 3 ist durch den an den
Eingängen 18, 19 angeschlossenen Kondensators C, und den zwischen dem Eingang 18 und der positiven Betriebsspannung eingeschalteten variahlen Widerstand R, bestimmt.
Ein zweiter Ausgang 16 des ersten monostabilen Multivibrators 2, an dem eine gegenüber dem ersten Ausgang
15 negierte Spannung liegt. ist mit dem Triggereingang 21 einer retriggerbaren Einschaltverzögerung 4 und dem Takteingang 22 eines ersten Flip-Flops 5 verbunden. Die Impulsverzögerung der retriggerbaren Einschaltverzögerung 4 wird durch den variablen Widerstand R2 und den Kondensator C2, die an den Eingängen 23, 24 angeschlossen sind, bestimmt. Der Ausgang
25 ist über einen Inverter I1 mit dem Rückstelleingang des ersten Flip-Flop 5 und eines zweiten Flip-Flop 6 verbunden.
Mit diesen beiden Eingängen ist auch der Ausgang eines zweiten Inverters I2. dessen Eingang am Kollektor eines Transistors T1 liegt, verbunden. Der Emitter dieses Transistors T1 ist über eine Zenerdiode Z1 mit Masse verbunden. Seine Basis ist über einen Widerstand R3 an der positiven Betriebsspannung. über einen Widerstand R4 und einen Kondensator C4 an Masse angeschlossen (Einschalt-Impulsunterdrückung).
Der Ausgang 28 des ersten Flip-Flop 5 ist mit dem Takteingang 29 des zweiten Flip-Flop 6 verbunden. an dessen erstem Ausgang 30 ein dritter Inverter 13 und der eine Eingang eines NAND-Gatters angeschlossen sind. während sein zweiter, negierter Ausgang 31 mit dem Sperreingang 32 des ersten Flip Flop 5 verbunden ist.
Zwischen dem Ausgang des Inverters 11 und der positiven Betriebsspannung ist eine Lampe L1 eingeschalten (optische Anzeige der Schaltstellung). Der zweite Eingang des NAND Gatters ist über einen Widerstand R6 mit einem Sperreingang S verbunden. Im Ausgangskreis des NAND-Gatters liegt ein Relais R parallel zu einer Diode D,. die beide an der positiven Betriebsspannung angeschlossen sind.
Die Multivibratoren 2, 3, die Einschaltverziigerung 4, die Flip-Flop 5, 6, die Inverter I1, I2, I3 und das NAND-Gatter bestehen vorzugsweise aus integrierten Bauelementen (langsame. störsichere Logik).
Die Funktionsweise des Drehzahlwächters nach Fig. 1 wird nun im folgenden unter Zuhilfenahme von Fig. 2 erklärt,
Am Ausgang 11 des Drehzahl-lmpulswandlers 1 erscheint eine Impulsfolge U,. Dabei entspricht eine Periodendauer T1 einer Umdrehung (oder einem definierten Bruchteil einer Umdrehung) der zu überwachenden Welle. Bei der positiven Impulsflanke von U, wird der erste monostabile Multivibrator 2 aus einem ersten in einen zweiten Zustand gekippt, aus dem er nach Ablauf,einer durch C3 bestimmten Zeitdauer zurückkehrt. Aus Ausgang 15 erscheint ein positiver Impuls, am Ausgang 16, der normalerweise positiv ist. ein Nullimpuls U2. Die abfallende Flanke des Impulses U2 liisst die Einschalt Verzögerung in ihre Grundstellung kippen.
Nach Ablauf des Nullimpulses U2, dessen Länge t vom monostabilen Multivibrator 2 bestimmt wird, wird die Einschalt-Verzögerung 4 durch die nachfolgende positive Impulsflanke getriggert, so dass die Einschaltverzögerung während einer Zeit T, die durch den Widerstand R2 und den Kondensator C2 hestimmt wird, in der Grundstellung bleibt. Nach Ablauf der Einschalt Verzögerung T kehrt der Ausgang 25 normalerweise wieder in seine Arbeitsstellung zurück. Trifft aber vor diesem Zurückkippen eine weitere negative mit einer anschliessenden positiven Impulsflanke am Triggereingang 21 ein. so bleibt die retriggerbare Einschalt-Verzögerung 4 noch während einer Zeitdauer T+ t in der Grundstellung.
Der Arheitsstellung entspricht eine positive Ausgangsspannung U3, der Grundstellung eine Ausgangsspannung U3 annäherend null, bzw. null.
Wenn die Drehzahl der Welle unterhalb der eingestellten
Drehzahl liegt, ist der zeitliche Abstand T, zwischen zwei Triggerflanken grösser als T+t, Die retriggerbare Einschalt
Verzögerung 4 kehrt nach Ablauf der Zeitdauer T aus der
Grundstellung in die Arbeitsstellung in der die Spannung U3 am Ausgang 25 positiv ist, zurück.
Wenn die Drehzahl der Welle die eingestellte Nenndrehzahl übersteigt, ist T+ t grösser als @. Die retriggerhare Einschalt
Verzögerung 4 bleiht in der Grundstellung für mindestens eine weitere Zeitdauer T+t nach Eintreffen der zweiten Impuls flanke. Die Spannung U3 am Ausgang bleibt null, solange die
Abstände T, zwischen aufeinanderfolgenden Triggerflanken kleiner sind als T + t.
Die negierte Spannung U3 wird an die Rückstelleingänge
26, 27 der heiden Flip-Flop 5, 6 angelegt. Wenn die an den
Rückstelleingängen 26, 27 anliegende Spannung null ist, wird die Spannung an den Ausgängen der Flip-Flop 5, 6 auf null gesetzt und ein Kippen der Flip-Flop durch Taktimpulse an den
Eingängen 22, 29 verunmöglicht. Dieser Fall tritt ein. wenn TI grösser ist als T+t.
Wenn die Spannung an den Rückstelleingängen positiv ist und dem logischen Spannungspegel H entspricht, wird das Flip Flop 5 hei Eintreffen einer negativen Takt-Impulsflanke in den andern Zustand gekippt.
Dies trifft dann ein, wenn Tl kleiner ist als T+tund die retriggerbare Einschalt-Verzögerung + bei Eintreffen der nächstfolgenden Impulsflanke noch in der Grundstellung mit
Ausgangsspannung U3 null ist. Am Rückstelleingang 26 des ersten Flip-Flop 5 liegt demnach eine positive Spannung. so dass das Flip-Flop 5 durch diesen Taktimpuls in den anderen Zustand mit positiver Spannung U4 am Ausgang 25 gekippt wird. Bei der nächsten Impulsflanke wird das Flip-Flop 5, falls T1 immer noch kleiner als T+ t ist, wieder in den ersten Zustand zuriickgekippt. Die ahfallende Impulsflanke der Ausgangsspannung U4 kippt das zweite Flip-Flop 6 in den anderen Zustand mit positiver Spannung Us am Ausgang 30 und Spannung null am negierten Ausgang 31.
Da nun am Sperreingang 32, der mit dem negierten Ausgang 30 verbunden ist, eine Spannung null liegt, kann das Flip-Flop 5 nicht mehr in den zweiten Zustand gekippt werden. Dies ist erst wieder möglich, wenn das zweite Flip-Flop 6 über den Riickstelleingang zurückgestellt wird, das heisst, wenn T1 wieder grösser als T + tund damit die Drchzahl der Welle kleiner als die Nenndrehzahl ist.
Wenn der Ausgang des Flip-Flop 6 positiv ist, was einer Überschreitung der Nenndrehzahl entspricht, wird dies durch Leuchten der Lampe L, angezeigt. Ist nun eine Ausgabe dieser Information erwünscht, so muss am Sperreingang S eine positive Spannung angelegt sein, damit das Relais R anziehen kann um z.B. einen Alarm auszulösen. Durch Trennung der Verbindung zwischen der positiven Spannung und dem Sperreingang S fällt dass Relais wieder ab, bzw, kann erst gar nicht anziehen. In diesem Falle wird die Schaltstellung nur durch die Lampe L1 optisch angezeigt.
Die Schaltelemente I,, T@. Z1, R3, R4 und C4 dienen dazu, beim Einschalten des Drehzahlwächters die Flip-Flop 5, 6 in einen definierten Zustand zu bringen und dadurch ein irrtümliches Ansprechen zu verhindern.
The invention relates to a speed monitor for determining whether a certain speed of a shaft has exceeded or fallen below.
Known speed monitors. which determine whether the speed of a shaft exceeds or exceeds a certain nominal speed
falls below. a DC voltage proportional to the speed is generated and this is then compared with a voltage corresponding to the nominal speed. A disadvantage of this type of circuit is the delayed response, another disadvantage is the hysteresis that usually occurs: i.e. When the speed increases or decreases, the circuit does not respond at the same speed value.
It is the aim of the present invention to avoid these disadvantages.
The speed monitor according to the invention is characterized by a pulse generator connected to the shaft for emitting at least one clock pulse per revolution of the shaft, a pulse generator circuit connected to the pulse generator for generating a pulse with a certain time duration upon arrival of each clock pulse and one connected to the pulse generator and the pulse generator circuit Memory circuit. in the case of a temporal Ahstand of the clock pulses, which is shorter than the duration mentioned, a signal is stored and in a temporal
Distance between the clock pulses. which is greater than the said
Duration is. that previously saved signal is deleted.
In the following an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the healing figures. It shows:
Fig. 1 is a block diagram of the circuit of a speed monitor, and
FIG. 2 shows the voltage profile at five different points in the block diagram according to FIG. 1.
A speed-pulse converter 1 is attached to a shaft (not shown), the speed of which is to be monitored, at the output of which at least one pulse U i appears per revolution of the shaft. The rotation angle pulse converter 1 can, for example, be a proximity switch whose output voltage changes abruptly when a metal flag attached to the shaft is moved past it.
The output 11 of the rotation angle pulse converter 1 is connected to the trigger input 12 of a first monostable multivibrator 2. At the connections 13 and 14 is a
Capacitor C3, which is the duration of the two outputs
15, 16 appearing impulse U2 determined, connected.
A first output 15 of the multivibrator 2 is connected to the trigger input 17 of a second monostable multivibrator
3, at its output 2 () a measuring device M to display the for
Speed proportional mean value Uoff attached to the output pulse train. The pulse duration of the second monostable multivibrator 3 is due to the
Inputs 18, 19 connected capacitor C, and connected between the input 18 and the positive operating voltage variable resistor R determined.
A second output 16 of the first monostable multivibrator 2, at which one opposite the first output
15 negated voltage. is connected to the trigger input 21 of a retriggerable switch-on delay 4 and the clock input 22 of a first flip-flop 5. The pulse delay of the retriggerable switch-on delay 4 is determined by the variable resistor R2 and the capacitor C2, which are connected to the inputs 23, 24. The exit
25 is connected to the reset input of the first flip-flop 5 and a second flip-flop 6 via an inverter I1.
With these two inputs is also the output of a second inverter I2. whose input is connected to the collector of a transistor T1. The emitter of this transistor T1 is connected to ground via a Zener diode Z1. Its base is connected to the positive operating voltage via a resistor R3. Connected to ground via a resistor R4 and a capacitor C4 (switch-on pulse suppression).
The output 28 of the first flip-flop 5 is connected to the clock input 29 of the second flip-flop 6. a third inverter 13 and one input of a NAND gate are connected to its first output 30. while its second, negated output 31 is connected to the blocking input 32 of the first flip flop 5.
A lamp L1 is switched on between the output of the inverter 11 and the positive operating voltage (optical display of the switch position). The second input of the NAND gate is connected to a blocking input S via a resistor R6. In the output circuit of the NAND gate, a relay R is parallel to a diode D ,. which are both connected to the positive operating voltage.
The multivibrators 2, 3, the switch-on delay 4, the flip-flops 5, 6, the inverters I1, I2, I3 and the NAND gate preferably consist of integrated components (slow, fail-safe logic).
The mode of operation of the speed monitor according to FIG. 1 will now be explained below with the aid of FIG. 2,
A pulse train U 1 appears at the output 11 of the speed pulse converter 1. A period T1 corresponds to one revolution (or a defined fraction of a revolution) of the shaft to be monitored. At the positive pulse edge of U, the first monostable multivibrator 2 is switched from a first to a second state, from which it returns after a period of time determined by C3. A positive pulse appears from output 15 and output 16, which is normally positive. a zero pulse U2. The falling edge of the U2 pulse causes the switch-on delay to tilt to its basic position.
After the zero pulse U2, the length t of which is determined by the monostable multivibrator 2, the switch-on delay 4 is triggered by the following positive pulse edge, so that the switch-on delay during a time T, which is determined by the resistor R2 and the capacitor C2, remains in the basic position. After the switch-on delay T has elapsed, the output 25 normally returns to its working position. If, however, before this tilting back, another negative with a subsequent positive pulse edge arrives at the trigger input 21. so the retriggerable switch-on delay 4 remains in the basic position for a period of time T + t.
The working position corresponds to a positive output voltage U3, the basic position corresponds to an output voltage U3 that is approximately zero or zero.
If the speed of the shaft is below the set
Speed, the time interval T between two trigger edges is greater than T + t, the retriggerable switch-on
Delay 4 returns after the time T has expired
Basic position in the working position in which the voltage U3 at output 25 is positive, back.
If the speed of the shaft exceeds the set nominal speed, T + t is greater than @. The retriggerhare power-up
Delay 4 remains in the basic position for at least a further period of time T + t after the arrival of the second pulse edge. The voltage U3 at the output remains zero as long as the
Distances T, between successive trigger edges are smaller than T + t.
The negated voltage U3 is sent to the reset inputs
26, 27 of the two flip-flops 5, 6 are applied. When the
Reset inputs 26, 27 applied voltage is zero, the voltage at the outputs of the flip-flop 5, 6 is set to zero and a toggle of the flip-flop by clock pulses to the
Inputs 22, 29 impossible. This is the case. if TI is greater than T + t.
If the voltage at the reset inputs is positive and corresponds to the logic voltage level H, the flip-flop 5 is toggled into the other state when a negative clock pulse edge arrives.
This occurs when Tl is less than T + t and the retriggerable switch-on delay + is still in the basic position when the next pulse edge arrives
Output voltage U3 is zero. A positive voltage is therefore present at the reset input 26 of the first flip-flop 5. so that the flip-flop 5 is toggled into the other state with positive voltage U4 at output 25 by this clock pulse. At the next pulse edge, if T1 is still less than T + t, the flip-flop 5 is flipped back into the first state. The falling pulse edge of the output voltage U4 flips the second flip-flop 6 into the other state with positive voltage Us at output 30 and voltage zero at negated output 31.
Since a voltage of zero is now at the blocking input 32, which is connected to the negated output 30, the flip-flop 5 can no longer be toggled into the second state. This is only possible again when the second flip-flop 6 is reset via the reset input, that is, when T1 is again greater than T + t and thus the speed of the shaft is less than the nominal speed.
If the output of the flip-flop 6 is positive, which corresponds to the nominal speed being exceeded, this is indicated by the lamp L lighting up. If this information is to be output, a positive voltage must be applied to the blocking input S so that the relay R can pick up e.g. trigger an alarm. When the connection between the positive voltage and the blocking input S is disconnected, the relay drops out again or cannot pick up at all. In this case, the switch position is only visually indicated by lamp L1.
The switching elements I ,, T @. Z1, R3, R4 and C4 are used to bring the flip-flop 5, 6 into a defined state when the speed monitor is switched on and thereby prevent erroneous response.