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Schaltung für den frequenzselektiven Phasenvergleich f ur Auswuchtmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung iUr den frequenzselektiven Phasenvergleich
fUr Auswuchtmaschinen, bei denen der Phasenverschiebungswinkel@ zwischen der Hilfespannung
und der Geberspannung ein Maß für die Lage der Unwucht ist.
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Zur Messung der Lage und Größe von Unwuchten ist bekannt, die unwuchtproportionalen
mechanischen Schwingungen des Wuchtkörpers mittels Geber und Verstärker in unwuchtproportionale
Spannungen umzuwandeln.
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Diese Spannungen werden dann mit einer weitgehendst sinusfürmigen
Spannung, der Hilfsspannung verlichen.
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Di. Hilfsspannung muß dabei genau agrcbron mit des umlaufenden Wuchtkörper
verlaufen. Sie wird deshalb mittels eines starr mit dem Wuchtkörper gekuppleten
Generatoren oder mittels photoelektrischer Geber gewonnen.
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Die Schwingungsmeßwertaufnehmer (Geber) wandeln Jedoch nicht nur unwuchtproportionale
mechanische Schwingungen in elektrische Spannungen um, sondern alle a,uf sie wirkenden
Störschwingungen, die oft wesentlich größer sein können als die eigentlichen Unwuchtschwingungen
(Kugellagerstörschwingungen, regellose Störschwingungen, Störschwingungen mit der
Eingenfrequenz des Schwingenden Feder-Masse-System der Lagerschwinge usw.). Das
hat eine Fehlanzeige bzw. eine unruhige Anzeige von tage und Größe der Unwucht zur
Folge. Es ist deshalb bekannt, derartige Störzchwingungen mittels elektrischer Filter
zu dämpfen und sie einer Phasen vergleichsetufe zuzuführen, da die Störschwingungen
im allgemeinen andere Frequenzen haben als die unwuchtproportionalen Schwingungen.
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Eine Dämpfung der Störschwingungen mittels Filter bringt Jedoch den
großen Nachteil mit siob, daß die Filterresonauzfrequenz au auf die Frequenz der
unwuchtproportionalen Spannung (und sonit auch auf die Frequenz der Hilfsspannung)
abgeblichen werden un. Ändert sich die Auswuchtdrehzahl auch nur gering, so muß
das Filter new abgeglichen werden, andernfalls ist eine Falschanzeige der Unwucht
die Folge.
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Bei Phasenvergleichsetufen, die Störspannungen anderer Frequenzen
als die Frequenz der unwuchtporportionalen Schwingungen nicht zur Anzeige bringen,
müssen beide zu vergleichende Spannungen multipliziert werden.
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Bei Frequenzgleichheit zwischen Hilfsspannung und unwuchtproportionaler
Spannung ergibt eine Multiplikatiensstufe eine phasenverschiebungsabhängige Anzeige.
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Eine reine Multplikationsstufe arbeitet frequenzselektiv, daß heißt,
sie bringt Störschwingungen mit Frequenzen, die verschieden ron der Meßfrequenz
sind, nicht eur Anzeige.
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Danach ist bekannt, zur Anzeige der unwuchtproportionalen Spannung
Wattmeter SLL verwenden. Ihre Anzeige ist weitgehendst frequenzselektiv, Störschwingungen
werden nur zu einem geringen Prozentsatz aufgezeigt. Diese Methode hat jedoch den
Nachteil, daß fUr die Wattmeterschaltung an elektrodynamischen Auswuchtumaschinen
hochempfindliche Spezialwattmeter, die Senderentwicklungen sind, verweadet werden
was einen relativ großen geritetechnischen Aufwand zur Folgo hat. Andere bekannte
Methoden realisieren eine angenäherte Multiplikation danach, daß auf lektrischen
Wege sowohl die Summe als auch die Differenz von de u vergleichenden Spannungen
gebildet wird. Summen- und Differenzspannung werden dann auf Je ein nichtlineares
Glied geführt. Die Differenz der Ausgangespannungen (oder Ströme) der beiden nichtlinearen
Glieder ist die gewünschte phasenabhängige Größe (Spannung oder Strom).
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Bekannte Schaltungen dieser Art benutzen als nichtlineare Glieder
halbleiterdioden und akuumdioden in Verbindung mit ohmschen Widerständen. Diese
Kennlinien werden Jedoch so ausgesteuert, daB keine einwandfreie Multiplikatien
erreicht wird. Störschwingungen mit Frequenzen der Harmenischen und Subharmonischen
der Meßfrequenz gelangen deshalb zur Anzeige und verfälsohen das Meßergebnis.
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Die Erfindung bezweckt mit einem relativ geringen Auf= wand die Nachteile
der bekannten Anordnungen zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltung zu entwickeln,
bei der ohne Verwendung von Filtern und Spezialgeräten keine Störfrequenzen in das
Meßergebnis eingehen und nur die unwuchtproportionalen mechanischen Schwingungen
bei dem Phasenvergleich berücksichtigt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe daduroh gelöst daß bei zwei an sich
bekannten gegeneinandergeschalteten Röhrenstufen, die einerseits mit einem Meßwertaufnehmer
und andererseits iit einer Anordnung von Widerständen zur Summen-und Differenzbildung
zweier Eingangsspannungen verbunden sind, die Eingangsspannungen so klein Rehalten
sind, daß nur ein entsprechend kleiner Bereich der Arbeitskennlinie der Röhren,
die mindestens ein Gitter aufweisen, ausgesteuert ist und die zu der jeweiligen
Röhrenstufe erehösenden Widerstände so eingestellt
sind, daß der
Arbeitspunkt in einem nahezu quadratischen Bereich der Röhrenstufe liegt, wobei
zwischen die beiden Rbhrenstufen zur Symetrierung der einzelnen Ruheströme ein Potentiameter
geschaltet ist. Zur Verstärkung der elektrischen Ausgangsgröße der Multiplinkationsstufe
ist bei entsprechend kleiner Ausgangsgröße vor dem Anzeigegerät oder einer anderen
den Meßwert weiter verarbeitenden Steuereinheit, ein Verstärker angeordnet.
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Das durch die Multiplinkationsmethode erreichte Meßergebnis ist abhängig
von der Art der Nichtliniarität des verwendeten Bereiche der Röhrenkennlinie. Die
allgemeinste Art der Nichtliniarität läßt sich folgendermaßen darstellen: 1) y =
@0 + a1 x + a2 x @ + a3 x @ ....
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Hierin bedenten: y = Ausgangsgröße des nichtlinearen Gliedes X æ Eingangsgröße
des nichtlinearen Gliedes a1= Konstante des nichtlinearen Gliedes
Eine
vollkommene Frequenzselektivität der Schaltung wisd dann erreicht, wenn die nichtlineare
Funktion einen quadratischen Boreich aufweist, so daß die nach dem quadratischen
Glied folgenden Konetanten vernachlässigbar klein sind. Daraus ergibt sich als Ausgangsgröße
für das nichtlineare Glied: 2) y = a0 + a1 x + a2 x 2 Die Differenz der Ausgangsspannungen
der beiden nichtlinearen Glieder sind dann: Ua = a0 + a1 U3 + a2 U3 2 = [a0 + a1
U4 + a2 U4 2] mit U3 + und U4 = U1 2 U2/2 es ergibt sich Ua = a1 U2 + a2 U1 U2 hierin
bedeuten: Ua = = Ausgangsspannung d.r Multiplikationsstufe U1,U2 = Eingangsspannungen
der Multiplinkatiionsstufe U3,U4 = Eingangsspannungen der nichtlinearen Glieder
a1 = Konstante
Di. Erfindung soll an Hand eines ia der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Die zu multiplizierenden Spannungen U1 und U2 liegen zwischen den
Anschlüssen 1 und 2 bzw. 3 und 4 einer Multiplikatiionsstufe.
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Mit der Spannungsquelle von U1 sind Giterableitwiderstande 5 und 6
von Röhrenstufen verbunden, di. aus den Röhren 7 und 8 und Arbeitswiderständen 9;
10 und 11 bestehen.
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Die Röhrenstufen sind gegeneinandergeschaltet angeordnet. Lurch diese
Anordnung liegen an den Röhrenstufen Jeweils die Summe bzw. die Differenz der Spannung
von U1 und U2 an. Die zu den Röhrenstufen gehörenden Widerstände 9; 10 und 19 werden
Co abgeglichen, daß der Arbeitspunkt der anordnung in einem nahezu quadratischen
der der Röhrenstufe cu liegen kommt. Außsrdem werden die Eingangsspannungen U1 und
U2 relativ klein gehalten, beispielsweise kleiner als 1 Volt, so daß aur ein kleiner
Bereich der Röhrenkennlinien ausgesteuert werden kann. Auf Diese Weise Sehen die
außer den eigentlichen Unwuchtschwingufltren auftretenden Störspannungen, entsprechend
der Glinder a3 x a4 ... der Formel (1), nur vernachlässigbar klein in das Meßergebnis
ein.
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Da die Kennlinien der einzelnen Röhren untereinander meist geringe
Abweichungen aufweisen, ist swisohen die Röhrenstufen zur Sametrierung der beiden
Röhrenruheströme zueinander ein Potentiometer 11 geschaltet.
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Die Röhrenstufen sind zur Anzeige der Größe wnd Lage der Unwucht mit
einom Anzeigegerät 12 verbunden. Parallel zum Anzeigegerät 12 ist ein Kondensator
geschaltet, der tur Ausscheidung der bei der Produktibildung auftretenden Wechselspannung
a1U1 dient. Am Anzeige gerät 12 liegt also nur die Produktspannung a2.U1.U2 an.
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Ein den arithmetischen Mittelwert anceigendes Meßisntrument zeigt
danach: K . Û1 . Û2 . cos @ an.
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Dies ist ein Maß für Lage und Größe der Unwunht.
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Hierin bedeuten: K = = Kontante Û1, Û2 = Amplituden der zu multiplizierenden
Spannungen U1 und U2 = Phasenverschiebungswinkel zwischen @1 und @2