DE3210184A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachungInfo
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- G01P1/07—Indicating devices, e.g. for remote indication
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- G01P1/10—Arrangements of scales, pointers, lamps or acoustic indicators, e.g. in automobile speedometers for indicating predetermined speeds
- G01P1/103—Arrangements of scales, pointers, lamps or acoustic indicators, e.g. in automobile speedometers for indicating predetermined speeds by comparing the value of the measured signal with one or several reference values
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Description
Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung
Anwendungsgebiet der Erfindung?
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung
von Rotationskörpern, z.B. Zentrifugenrotoren. Die Notwendigkeit eines Überdrehzahlschutzes besteht für alle
Rotationskörper, die bis an die Grenze ihrer Zerreißfestigkeit
betrieben werden, wie z. B. Rotore von Ultrazentrifugen,
aber auch von rotierenden Antriebseletnenten, um Beschädigungen
der von ihnen angetriebenen Elemente zu vermeiden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:
Eine Zentrifuge kann Rotoren mit unterschiedlichen Drehzahlwerten und Größen aufnehmen, um eine Anpassung an die gewünschte
spezielle Zentrifugenanwendung zu ermöglichen.
Jeder Rotor hat seinen eigenen maximalen Drehzahlwert und muß gegen Überdrehzahlen und sich daraus ergebenden Schaden
geschützt werden. Zur Erfassung einer drehzahlabhängigen
Größe ist es bekannt, am Boden der Rotore eine mit Sektoren versehene Abtastscheibe anzubringen und diese mit geeigneten
Abtastmitteln abzutasten, die ein elektrisches Signal mit einer drehzahlproportionalen Frequenz erzeugen. Gemäß Dii-OS
2 415 934 wird dieses Signal nach Impulsformung gleichzeitig einem Verzögerungsnetzwerk und einem rücksteilearen monostabilen
Multivibrator mit einer Impulsdauer von 3 ms zugeführt . Die Ausgänge beider Schaltungsstufen sind an die Eingänge
eines ITAWD-Gatters geführt, dessen Ausgang die Eingänge
für eine Mischstufe und eine Signalzuverlässigkeitsschaltuivj bildet. Die Ausgänge dieser Stufen sind mit den Eingängen
eines Abschaltkreises der Antriebssteuerschaltung des Motors verbunden. Der Ausgang der Signalzuverlässigkeitsschaltung ist
außerdem mit dem Rückstelleingang des Multivibrators verknüpft.
Die Mischstufe weist einen zweiten iäingang für den Anschluß
eines hochstabilen Oszillators auf. Der Ausgang der Mischstufe, ist an einen Tiefpaß vorbestimmter Frequenz geführt. Die Signalzuverlässigkeitsschaltung
besteht aus einem Integrator und einer Schwellwertschaltung.
Diese Schaltungsanordnung erzeugt ein Abschaltbefeht in folgenden zwei Fällen:
1. Der Rotor erreicht die für ihn maximal zulässige Drehzahl.
2. Die Impulsbreite ist kleiner als 3 ^s und die Anzahl der
Impulse so gering, daß die Schwellwertschaltung nicht anspricht .
Der zweite Fall tritt ein bei Ausfall der Abtastmittel und des Impulsformers, bei Leitungsunterbrechungen dieser Schaltungsstufen
und beim Fehlen der Abtastscheibe. Die beschriebene Schaltungsanordnung ist durch einen hohen
Aufwand gekennzeichnet, der besonders durch die Oszillatorschaltung
mit ihrer hohen Frequenzkonstanz, den Tiefpaß mit eng tolerierten Induktivitäten und zwei Schaltungsstufen für
die Störungssicherung der Überwachungsschaltung bedingt ict.
Sie weist einen relativ langen Weg für impulsförmige Signale
auf, so daß eine Gefahr fehlerhaften Abschaltens durch Einstrahlung
von Fremdimpulsen besteht.
Ziel der Erfindung:
Ziel der Erfindung ist es, den Bauelemente- und dem Fertigungsaufwand für Drehzahlüberwachungsschaltungen zu senken und die
Störsicherheit gegenüber Fremdimpulen zu gewährleisten.
Darstellung des Wesens der Erfindung:
Der .Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Drehzahlüberwachung der Rotore von Ultrazentrifugen zu schaffen, die aus Standardbaueleinenten und -stufen aufgebaut
ist, ohne Induktivitäten auskommt, einen kurzen Signalweg für Impulse aufweist und gegenüber Störungen infolge defekter Bauelemente
bzw. -gruppen oder Leitungsverbindungen gesichert ist. Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente
ein:
ein am Rotationskörper befestigtes, seine maximale Drehzahl charakterisierendes Muster, eine ein elektrisches Signal erzeugende
Abtaststufe des Musters, einen Impulsformer der elektrischen Signale, eine Vergleichsschaltung, eine Bezugssignalquelle
und einen Abschaltkreis. Diese Slemente, außer der Bezugssignalquelle,
sind in der Reihenfolge ihrer Nennung miteinander verknüpft.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen:
Die Vergleichsschaltung ist ein Komparator. Zwischen dem Impulsformer
und dem Komparator sind ein Laufzeitgenerator und ein Integrator geschaltet. Sin zweiter Ausgang des Impulsformers
ist mit dem Eingang eines Frequenzschalters verbunden, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines ODÄ-Gatters geführt
ist. Bin Tachogenerator ist mechanisch mit der Motorwelle und elektrisch mit einem Drehzahlschalter gekoppelt, der
ausgangsseitig an den zweiten Eingang des ODER-Gatters angeschlossen
ist. Der Ausgang des ODER-Gatters bildet den zweiten
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Eingang eines UND-Gatters, dessen erster Eingang an den Ausgang des Komparators gelegt ist. Der Ausgang des UND-Gatters
ist mit dem Abschältkreis verbunden. Die Schaltdrehzahl des
Drehzahlschalters liegt zwischen der der Schaltfrequenz des Frequenzschalters entsprechenden Drehzahl und der Schaltdrehzahl
des Komparators.
Ausführungsbeispiel:
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig.1 ein Blockschaltbild der Schaltungsaaordnung
Fig.2 ein Signal-Drehzahl-Diagramm der Schaltungsanordnung.
Als Ausführungsbeispiel wurde eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung von Ultrazentrifugen gewählt. In der Fig.
sind schematisch nur die Teile der Zentrifuge dargestellt, die mit der Schaltungsanordnung zusammenwirken: der Rotor 1, die
Rotorwelle oder -nadel 2, der Antriebsmotor 3 einschließlich Getriebe, die Motorwelle 26 und der Antriebssteuerkreis 4-,
Am Boden des Rotors 1 ist eine Reflektorscheibe 5 befestigt,
die als Muster abwechselnd mit reflektierenden und nicht reflektierenden
Sektoren versehen ist. Unterhalb der Reflektorscheibe
5 ist ein Optokoppler 6 als Abtaststufe angeordnet. Sein Ausgang ist an den Eingang eines Impulsformers 7 geführt,
der zwei Ausgänge 18; 19 besitzt. Der erste Ausgang 18 ist mit dem Jäingang eines Laufzeitgenerators 8, der zweite Ausgang
mit dem .Eingang eines Frequenzschalters 13 verknüpft. An den Ausgang des Laufzeitgenerators 8 ist ein Integrator 9 angeschlossen,
der ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 21 eines Komparators 10 verbunden ist. Der erste Eingang 20 des Komparators
10 ist an eine Bezugsspannungsquelle 11 gelegt. Der Ausgang des Frequenzschalters 13 ist an den ersten Eingang
22 eines ODSR-Gatters 16 geführt. Mit der Motorwelle ist mechanisch
ein Tachogenerator 14 gekoppelt. Elektrisch ist er mit dem Eingang eines Drehzahlschalters 15 verbunden, der
ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters verknüpft ist. Der Ausgang desselben ist an den zweiten Ein-
gang 25 eines UND-Gatters 17 gelegt, dessen erster Eingang
24 mit dem Ausgang des !Comparators ΊΟ verbunden ist, Der Ausgang
des UND-Gatters I7 ist mit dem Eingang eines Abschaltkreises 12 verknüpft, der ausgangsseitig mit dem Antriebssteuerkreis
4 verschaltet ist.
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung soll in Verbindung mit dem Signal-Drehzahl-Diagramm (Fig. 2) erläutert werden:
Der Optokoppler 6 erzeugt durch Abtastung der rotierenden Reflektorscheibe 5 ein periodisches elektrisches Signal, dessen
Frequenz eine Funktion der Drehzahl des Eotors 1 ist. Das elektrische Signal erhält im Impulsformer 7 eine Rechteckform.
Im Frequenzschalter 13 wird eine der Impulsfolge-frequenz proportionale Gleichspannung erzeugt und einem Schwellwertschalter
zugeführt, dessen Ausgangspeg-el" u^ nur zwei Werte
entnehmen kann, nämlich L- oder Η-Pegel entsprechend den Logikzuständen
O und 1 (positive Logik). Erreicht der Rotor 1 eine Drehzahl n*, z. B. 4000 U/min, so überschreitet die erzeugte
Spannung den Schwellwert, und der Ausgangspegel u,. springt
von L auf H. Damit geht auch der Pegel am Eingang 22 des ODiR-Gatters 16 von L auf H über. Der Tachogenerator 14 erzeugt
eine periodische elektrische Spannung, deren Amplitude und Frequenz ebenfalls der Drehzahl des Rotors 1 proportional
sind, letztere allerdings mit einem anderen Proportionalitätsfaktor als die Impulsfrequenz, Die Spannung wird im Drehzahlschalter
15 gleichgerichtet und einem Differenzverstärker zugeführt.
Bei einer Drehzahl n2 des Rotors 1, z, B. I5OOO U/min,
springt der Ausgangspegel Up des Drehzahlschalters 15 von H
auf L, wodurch auch der Pegel am Eingang 23 des ODER-Gatters 16 von H auf L übergeht. Der Pegel u-, am Ausgang des ODER-Gatters
16 bleibt wegen H am ersten Eingang 22 auf H. Dies wäre nicht der Fall, wenn der Ausgangspegel u^ des Frequenzschalters
13 wegen fehlenden Eingangssignals auf L bliebe.
Das Ausgangssignal des Impulsformers 7 wird im Laufzeitgenerator
8 in Impulse konstanter Breite und Höhe umgewandelt.
Diese Impulse werden im Integrator 9 integriert. Die Integrationsspannung
wird dem. zweiten Eingang 21 des !Comparators 10 zugeführt. Im Komparator 10 erfolgt ein Vergleich, mit einer
am ersten Eingang 20 anliegenden Referenzspannung der Bezugsspannungsquelle
11. Wenn der Rotor 1 seine maximale Drehzahl η-,, z. B. 65000 U/min, überschreitet, dann übersteigt
der Betrag der drehzahlproportionalen Integrationsspannung den Betrag der Referenzspannung, wodurch der Komparator 10
umschaltet. Sein Ausgangspegel u^ springt von H auf L. Damit
geht auch der Pegel am ersten Eingang 24- des UND-Gatters 17 von H auf L über, an dessen zweiten Eingang 25 normalerweise
H anliegt. Der Ausgangspegel Ur des TJID-Gatters 17 geht von
H auf L über. Dieses Logiksignal bewirkt im Abschaltkreis 12 einen Abschaltbefehl, wodurch im Antriebssteuerkreis 4 die
Stromzufuhr für den Antriebsmotor 3 unterbrochen wird. Durch die Verknüpfung des Logiksignals des Frequenzschalters
13 mit dem des Drehzahlschalters 15 wird verhindert, daß es
in dem unteren Drehzahlbereich zu einem Abschalten des Motors 3 kommt. Ist die Funktion der Abtasteinrichtung (Reflektorscheibe
5» Optokoppler 6 und Leitungsverbindung zum Impulsformer 7) gestört, dann bleibt der Ausgangspegel u^ des Frequenz
schalters 13 auf L (gestrichelt dargestellt), das am
ersten Eingang 22 des ODER-Gatters 16 anliegt. Schaltet dann
der Drehzahlschalter I5 bei seiner Schaltdrehzahl n2 um,
entsteht am zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters 16 ebenfalls ein L-Pegel. Das dadurch am Ausgang des ODER-Gatters 16 hervorgerufene
L schaltet über das UHD-Gatter 17 den Motor 3 ab.
„ „ « β ff »
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Rotor
2 Rotorwelle
3 Antriebsmotor
4 Antriebssteuerkreis
5 Reflektorscheibe
6 Optokoppler
7 Impulsformer
8 Laufzeitgenerator
9 Integrator
10 Komparator
11 Bezugsspannungsquelle
12 Abschaltkreis
13 Frequenzschalter
14 Tachogenerator
15 Drehzahlschalter
16 ODER-Gatter
17 UND-Gatter
18 1. Ausgang von 7
19 2. Ausgang von 7
20 1. Eingang von 10
21 2. Eingang von 10
22 1. Eingang von 16
23 2. Eingang von 16
24 1. Eingang von 17
25 2. iiingang von 17
26 Motorwelle
u^ Ausgangspegel von
Up Ausgangspegel von
Uo Ausgangspegel von
Uy, Ausgeyigspegel von
Ur Ausgangspegel von
n^ Schaltdrehzahl von
n2 Schaltdrehzahl von
n, Schaltdrehzahl von U/min. Umdrehungen pro Minute
Leerseite
Claims (1)
- 3210154Erfindungsanspruch:Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung mit einem am Rotationskörper angebrachten, seine maximale Drehzahl charakterisierenden Muster, einer ein elektrisches Signal erzeugenden Abtaststufe des Musters, einem Impulsformer, einer Vergleichsschaltung, einer Bezugssignalquelle und einem Abschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung ein Komparator (10) ist, zwischen dem Impulsformer (7) und dem Komparator (10) ein Laufzeitgenerator (8) und ein Integrator (9) geschaltet sind, ein zweiter Ausgang (19) des Impulsformers (7) mit dem Eingang eines 3?requenzschalters (13) verbunden ist, dessen Ausgang an den ersten Eingang (22) eines ODER-Gatters (16) geführt ist, ein Tachogenerator (14) mechanisch mit der Motorwelle (26) und elektrisch mit einem Drehzahlschalter (15) gekoppelt ist, der ausgangsseitig an dem zweiten Eingang (23) des ODJSR-Gatters (16) angeschlossen ist, der Ausgang des ÖDER-Gatters (16) mit dem zweiten Eingang (25) eines UND-Gatters (17) verknüpft ist, dessen erster Eingang (24) an den Ausgang des !Comparators (10) gelegt ist, der Ausgang des UND-Gatters (17) mit dem Abschaltkreis (12) verbunden ist und die Schaltdrehzahl (n^) des Drehzahlschalters (15) zwischen der der Schaltfrequenz des Frequenzschalters (13) entsprechenden Drehzahl (n^) und der Schalt drehzahl (nO des Komparators (10) liegt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD23145481A DD200111A1 (de) | 1981-07-06 | 1981-07-06 | Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung |
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DE3210184A1 true DE3210184A1 (de) | 1983-01-20 |
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DE19823210184 Withdrawn DE3210184A1 (de) | 1981-07-06 | 1982-03-19 | Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung |
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DD (1) | DD200111A1 (de) |
DE (1) | DE3210184A1 (de) |
FR (1) | FR2509069A1 (de) |
GB (1) | GB2103855B (de) |
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Also Published As
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FR2509069A1 (fr) | 1983-01-07 |
DD200111A1 (de) | 1983-03-16 |
GB2103855B (en) | 1985-11-27 |
GB2103855A (en) | 1983-02-23 |
AT376074B (de) | 1984-10-10 |
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