DE2247693B2

DE2247693B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Wiederholungsfrequenz von elektrischen Impulsen

Info

Publication number: DE2247693B2
Application number: DE2247693A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1975-04-24
Also published as: DE2247693A1; DE2247693C3; FR2154373A1; US3887870A; FR2154373B1

Description

— und bei einem Zweitaktmotor gle:ch — ist,

π "

wobei η die Anzahl der Zylinder des Motors ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Wiederholungsfrequenz von elektrischen Impulsen.

Vorrichtungen zum Zählen von Impulsen sind all-

_r _; gemein bekennt, aber es ist nicht möglich, mit ihrer

mierte Gesamtdauer kleiner als das Zeitintervall 15 Hilfe die Frequenz von Impulsen schnell und mit

großer Genauigkeit zu bestimmen, wenn diese Frequenz relativ niedrig ist. Wenn beispielsweise Impulse mit einer Frequenz der Größenordnung von 50

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der zu messenden Frequenz ist, und die Gesamtzahl der Hilfsimpuhe mehrerer Hilfsimpulsgruppen gezählt wird, die innerhalb eines vorgegebe-

Hz während einer Sekunde gezählt werden, liegt die

nen Zeitraumes, beispielsweise während einer Se- 20 höchste Genauigkeit dieser Messung bei 2 ⁰O. Wenn

die Messung über die Dauer von einer Minute durchgeführt wird, ist die Genauigkeit größer, aber man erh?lt dann nur einen Mittelwert und keine Aussagen über momentane Frequenzänderungen innerhalb die-

der mit einer Zählvorrichtung (4) zur Bestimmung der Anzahl der Hilfsimpulse (3) innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes verbunden ist.

künde, auftreten.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsgeber (1) zur Erzeugung der Gruppe

von Hilfsimpulsen (3) der von den Impulsen (2) 25 ses Zeitraumes.

der zu messenden Frequenz angesteuert ist und Es sind Vorrichtungen bekannt, mit denen die

Frequenz einer Folge von Impulsen durch Messung des Zeitintervalls zwischen zwei Impulsen bestimmt werden kann. Diese Vorrichtungen liefern eine

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 30 schnelle und präzise Zeitmessung nur für niedrige rens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Frequenzen, und sie erlauben keine direkte Freeinen Impulsgeber (8) der zur Erzeugung von quenzmessung.

Gruppen von Hilfsimpulsen (3) mit unterschiedli- So ist z. B. in der US-PS 33 31 189 eine elektroni-

chen Frequenzen über eine Reihe von Frequenz- sehe Zählvorrichtung zur Messung von Zeitintervalteilern (9 α bis 9 n) und eine steuerbare Fre- 35 len und Frequenzen beschrieben, bei der die innerquenzweiche (10) sowie eine Vorrichtung (17) halb eines vorgegebenen Zeitintervalls auftretende zur Synchronisierung des Anfangs jeder Gruppe Anzahl von Impulsen gezählt wird, wobei die am von Hilfsimpulsen (3) mit einem der zu messen- Anfang und am Ende dieses Zeitintervalls auftretenden Impulse (2) mit einer Zählvorrichtung (4) den Teilintervalle zwischen dem Startimpuls und verbindbar ist, wobei die Ansteuerung der Fre- 40 dem ersten zu zählenden Impuls, bzw. dem letzten zu quenzweiche (10) durch Vorrichtungen (13, 14) zählenden Impuls und dem Stoppimpuls gesondert zur angenäherten Bestimmung der zu messenden ausgemessen werden, indem diese Teilintervalle um Frequenz erfolgt. einen festen Faktor gedehnt und dann mit Hilfe der

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- zu zählenden Impulse ausgemessen werden. Dadurch kennzeichnet, daß sie eine die Hilfsimpulse (3) 45 wird die Genauigkeit der Gesamtmessung erhöht, zählende Hilfszählvorrichtung (16) aufweist zum Das Verfahren ist aber umständlich und die Vorrich-Anhalten der Hauptzählvorrichtung (4) jeweils tung aufwendig.

von dem Augenblick an, in dem die vorgegebene Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zuAnzahl von ρ Hilfsimpulsen (3) erzeugt ist bis nächst ein Verfahren, mit dessen Hilfe sehr schnell zum Eintreffen des nächsten Impulses (2) der Im- 50 und mit großer Genauigkeit die Wiederholungsfrepulsfolge mit der zu messenden Frequenz. quenz einer Impulsfolge bestimmt werden kann.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur bis 4, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (7, Messung der Wiederholungsfrequenz von elektri-15) der mit den Impulsen (2) der zu messenden sehen Impulsen, bei dem den Zeitintervallen zwi-Frequenz synchronisiert ist und der die Zählvor- 55 sehen zwei Impulsen der zu messenden Frequenz jerichtung (4) am Ende rines vorgegebenen Zeit- weils eine Gruppe periodisch auftretender Hilfsim-

raumes abschaltet.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 zur Bestimmung der Drehzahl einer Welle, bei der die Drehzahl mit einer Impulsfrequenz verknüpft ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der An-

pulse zugeordnet wird, die gezählt werden, wobei der Anfang jeder Gruppe von Hilfsimpulsen mit einem der zu messenden Impulse synchronisiert ist.

Erfindungsgemäß werden bei diesem Verfahren aufeinanderfolgend stets ρ Hilfsimpulse erzeugt, deren summierte Gesamtdauei kleiner als das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der zu messenden Frequenz ist und die Gesamtzahl

Sprüche 2 bis 5 zur Bestimmung der Drehzahl 65 der Hilfsimpulse mehrerer Hilfsimpulsgruppen geeines Explosionsmotors mit elektrischer Zündung zählt wird, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitraudurch Messung der Zündfrequenz, dadurch ge- mes, beispielsweise während einer Sekunde, aufkennzeichnet, daß die Anzahl (p) von Impulsen treten.

In der GB-PS 11 50 664 wird ein Verfaliien zur Messung niederer Frequenzen beschrieben, bei dem im Zeitintervall zwischen zwei Impulsen der zu messenden Frequenz jeweils aufeinanderfolgend eine feste Anzahl von Hilfinipulsen erzeugt wird, deren summierte Gesamtdauer kleiner als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulse^ der zu messerden Frequenz ist. Die Gesamtzahl mehrerer solcher aufeinanderfolgender Impulsgruppen wird der Frequenzmessung zugrunde gelegt. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt jedoch eine Integration und Mittelwertbildung der Impulsgruppen. Dies hat zur Folge, daß mit dem bekannten Verfahren eine sofortige Anzeige schneller Frequenzänderungen nicht möglich ist.

Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Vorrichtungen zur Durchführung des obengenannten erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine derartige Vorrichtung ist gemäß der weiteren Erfindung gekennzeichnet durch einen Impulsgeber zur Erzeugung der Gruppe von Hilfsimpulsen, der von den Impulsen der zu messenden Frequenz angesteuert ist und der mit einer Zählvorrichtung zur Bestimmung der Anzahl der Hilfsimpulse innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes verbunden ist.

Die Anzahl der gezählten Hilfsimpuls,e ist ein Maß für die Frequenz der zu messenden Impulse Die Genauigkeit ist umso größer, je genauer der Zeitraum, innerhalb dessen die Gruppe von ρ Hilfsimpulsen abgegeben wird, dem Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Impulsen, deren Frequenz gemessen werden soll, entspricht.

Darum ist eine andere besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des zrfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet durch einen Impulsgeber, der zur Erzeugung von Gruppen von Hilfsimpulsen mit unterschiedlichen Frequenzen über eine Reihe von Frequenzteilern und eine steuerbare Frequenzweiche sowie eine Vorrichtung zur Synchronisierung des Anfangs jeder Gruppe von Hilfsimpulsen mit einem der zu messenden Impulse mit einer Zählvorrichtung verbindbar ist, wobei die Ansteuerung der Frequenzweiche durch Vorrichtungein zur angenäherten Bestimmung der zu messenden Frequenz erfolgt.

Um die einzelnen Gruppen von Hilfsimpulsen zu registrieren, kann diese erfindungsgemäße Vorrichtung eine die Hilfsimpulse zählende Hilfszählvorrichtung aufweisen zum Anhalten der Hauptzähl vorrichtung jeweils von dem Augenblick an, indem die vorgegebene Anzahl von ρ Hilfsimpulsen erzeugt ist bis zum Eintreffen des nächsten Impulses der Impulsfolge mit der zu messenden Frequenz.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin einen Zeitgeber aufweisen, der mit den Impulsen mit der zu messenden Frequenz synchronisiert ist und der die Zählvorrichtung am Ende eines vorgegebenen Zeitraumes, beispielsweise nach einer Sekunde, abschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können überall dort verwendet werden, wo es darum geht, die Frequenz von Impulsen zu bestimmen. Der Gegenstand der Erfindung ist aber insbesondere anwendbar bei einem Tachometer zur Bestimmung der Rotatiionsgeschwindigkeit einer Welle, wenn diese Rotationsgeschwindigkeit mit einer Impulsfrequenz verknüpft ist. Dies ist insbesondere bei der Rotationsgeschwindigkeit der Welle eines Explosionsmotors mit elektrischer Zündung der Fall. Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute dieser Welle ist nämlich mit der Frequenz F der Zündimpulse verknüpft durch die Relation N = 6OF ■ — (n ist die Anzahl der Zylinder des Motors) im Falle eines Viertaktmotors oder durch

die Relation N = 6OF ■ — im Falle eines Zweitaktn

motors.

ίο Die bekannten Tourenzähler bestimmen im allgemeinen die Rotationsgeschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit von der Zündfrequenz, aber diese Bestimmung wird bis heute entweder durch Messung des Zeitintervalle zwischen Zündimpulsen oder durch

X5 Integration von Impulsen durchgeführt. Diese Tourenzähler können in Fahrzeugen verwendet werden, um dem Fahrer in etwa den Drehzahlbereich, in dem sich der Motor befindet, anzugeben, aber sie sind nicht verwendbar, wenn es sich darum handelt, eine

ao Steuerung des Motors durchzuführen, da ihre Genauigkeit ungenügend ist. Die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt dagegen eine sehr schnelle Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit eines Motors mit einer Genauigkeit, die beliebig groß gemacht werden kann.

Zu diesem Zweck ist vorzugsweise die Anzahl ρ von Impulsen in jeder Gruppe bei einem Viertaktmotor gleich -- — und bei einem Zweitaktmotor gleich

240

—, wobei η die Anzahl der Zylinder des Motors i^ct.

Hierdurch wird erreicht, daß die Anzahl von Hilfsimpulsen, die innerhalb einer Sekunde gezählt werden, in etwa gleich ist der Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle pro Minute.

Im folgenden werden an Hand der beigefügten Figuren zwei Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung in der Anwendung als Drehzahlmesser näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein erstes Ausfülirungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung der Frequenz von Impulsen;

F i g. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig.3 zeigt wiederum in einem Blockschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung der Frequenz von Impulsen;

F i g. 4 ist ein Zeitdiagramm zur Bestimmung des maximalen Fehlers.

Der in F i g. 1 im Blockschaltbild dargestellte Drehzahlmesser weist einen als Zeitbasis dienenden Impulsgeber 1 auf, der durch die Zündimpulse 2 angesteuert wird und jeweils eine Gruppe von ρ Impulsen 3 innerhalb eines Zeitraumes liefert, der kleiner ist als das Zeitintervall zwischen zwei Impulsen 2. Die Vorrichtung weist weiterhin einen mit dem Impulsgeber 1 verbundenen Impulszähler 4 auf sowie eine mit dem Zähler über einen Speichere verbundene Anzeigevorrichtung 5 und einen Zeitgeber 7 zur An- und Abschaltung des Impulszählers 4 innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes, beispielsweise einer Sekunde, wobei der Zeitgeber durch die Impulse 2 so angesteuert wird, daß die Messung in dem Augenblick beginnt, wo ein Zündimpuls abgegeben worden ist.

Es kann als Beispiel angenommen werden, daß der Motor ein Viertaktmotor mit zwei Zylindern sei. Die

Anzahl der Umdrehungen der Motorwelle pro Minute ist dann gleich 60 F, wobei F die Zündfrequenz ist. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn ρ = 60 gewählt wird. Es kann weiterhin angenommen werden, daß die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors annähernd bekannt ist und beispielsweise die Drehzahl unterhalb von 3000 U/min liegt. Unter diesen Bedingungen beträgt das Zeitintervall zwischen zwei Impulsen 2 mindestens 0,020 see, und man kann einen als Zeitbasis dienenden Impulsgeber benutzen, der Impulse mit einer Frequenz von 3000 Hz liefert.

Wenn sich die Motorwelle beispielsweise mit einer Drehzahl von 2850 U/min dreht, führt sie 47,5 Umdrehungen pro Sekunde aus, und jede Umdrehung dauert 0,0210 see. Der Impulsgeber wird vom Zeitpunkt /₀ an (s. F i g. 2) 48mal angesteuert. Bei jedem der siebenundvierzig ersten Ansteuervorgänge liefert er sechzig Impulse 3, aber nach dem achtundvierzigsten Ansteuervorgang wird der Zähler 4 durch den ao Zeitgeber 7 nach einer Zeit von t = 0,0105 see angehalten, und es werden nur 31 Impulse 3, die vom Impulsgeber 1 ausgingen, gezählt.

Die Anzahl der Impulse 3, die insgesamt vom Zähler 4 gezählt und von der Anzeigevorrichtung 5 angezeigt wurden, beträgt dann 2851, und diese Anzahl stellt die Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Motorwelle mit einem absoluten Fehler von 1 bzw. einem relativen Fehler von 0,03 ⁹U dar.

Bei einem Motor mit drei oder vier Zylindern würde man für t einen entsprechenden Wert von 40 oder 30 wählen, und die Anzahl der Umdrehungen pro Minute der Motorwelle wäre wiederum in guter Näherung durch die Anzahl der durch die Vorrichtung 5 angezeigten Impulse 3 gegeben.

Aus der oben angegebenen Beschreibung können folgende Schlüsse gezogen werden:

a) Der bei der Messung begangene Fehler ist Null, wenn die ρ Impulse 3 in einem Zeitraum ausgesandt werden, der exakt dem Zeitintervall zwischen zwei Impulsen 2 entspricht, was in dem angegebenen Beispiel einer Drehzahl von 3000 U/min entspricht.

b) Der bei der Messung begangene Fehler ist ebenfalls Null, wenn die Anzahl der Zündimpulse 2 in einer Sekunde eine ganze Zahl darstellt. Dies ist beispielsweise bei einer Drehzahl von 2400 U/min der Fall.

c) Wenn die ρ Impulse 3 in einem Zeitraum ausge- so sandt werden, der größer ist als das Zeitintervall zwischen zwei Zündimpulsen 2, wird nur ein Teil dieser Impulse 3 gezählt, und dieser Fehler addiert sich zu dem Fehler, der bei der letzten Ansteuerung begangen wird. Die Genauigkeit wird dadurch weniger gut. Wenn beispielsweise die Frequenz des Impulsgebers 1 2700 Hz beträgt, so daß die Gruppe von 60 Impulsen 3 insgesamt eine Dauer von 0,022 see besitzt, zählt der Zähler 4 nur jeweils 56 Impulse 3 während der ersten 47 Ansteuerperioden, und er zählt 28 Impulse 3 während der 48. Ansteuerperiode. Die Gesamtzahl der gezählt und angezeigten Impulse beträgt dann 2660. Der absolute Fehler im oben angegebenen Beispiel beträgt dann 190 und der relative Fehler 6,6 ·/·.

d) Wenn das Zeitintervall zwischen zwei Zündimpulsen 2 groß ist gegen den Zeitraum innerhalb dessen die 60 Impulse 3 abgegeben werden, kann es geschehen, daß nach der letzten Ansteuerung des Impulsgebers die 60 in jedem Falle alle gezählt werden, bevor die Zeitmeßvorrichtung? den Zähler anhält. Der auf diese Weise begangene Fehler kann groß sein, da in diesem Falle nur ein Teil diei.er Impulse in die Betrachtung einbezogen werden darf. Wenn beispielsweise der Motor nur mit einer Drehzahl von 270 U/min arbeitet und trotzdem der Impulsgeber Impulse 3 mit einer Frequenz von 3000 Hz liefert, wird der Impulsgeber fünfmal angesteuert, und der Zähler zählt 300 Impulse 3. Der absolute Fehler beträgt diinn 30 und der relative Fehler 11 %>. Der Zähler zeigt übrigens diesen gleichen Wert von 300 Impulsen für jede Drehzahl zwischen den Werten 244 und 300 an. Aber man kann diesen Fehler vermeiden, in dem man die Frequenz des Inipulsgebers so beeinflußt, daß die 60 Impulse3 nicht alle abgegeben werden können, bevor im letzten Ansteuervorgang die Zählvorrichtung abgeschaltet wird.

Genauer gesagt dürfen, wenn man / die Frequenz des Impulsgebers und mit F die Frequenz der Zünd-

impulse 2 bezeichnet, innerhalb des Zeitraumes 60 -j

nur 60 ■ y · 60 F Impulse eintreffen, wobei im ungünstigsten Falle genau 60 eintreffen.

Der absolute maximale Fehler beträgt dann:

und hieraus folgt im betrachteten rail, wenn der Motor ein Viertaktmotor mit zwei Zylindern ist

Man kann also / >;o wählen, daß der maximale absolute Fehler E (oder ebenso der relative Fehler E: N) kleiner ist als ein vorgegebener Wert.

Wenn die Frequenz / = 6000 Hz beträgt, erhält man eine maximalen Fehler von 20 für N = 4020 U/min. Diese Frequenz erlaubt es also den Wert von N mit einem relativen Fehler von 0,5 ⁰O für alle Drehzahlen zwischen 4000 und 6000 zu erhalten.

Um jeweils die richtige Frequenz des Impulsgebers 1 sicherzustellen, kann eine Vorrichtung zur angenäherten Messung der Motordrehzahl und eine Unischaltvorrichtung, die von der genannten Meßvorrichtung angesteuert wird, vorgesehen sein.

Aus diesem Grunde ist bid der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ein die Zeitbasis bildender Impulsgeber 8 vorgesehen, der Impulse von hoher Frequenz, beispielsweise von Il MHz abgibt and der mit einei Reihe von Frequenzteilern 9a,9b ... verbunden ist Diese Frequenzteiler sind selbst mit einer Frequenzweiche 10 verbunden.

Die vom Unterbrecher 11 gelieferten Zündimpulse 2 laufen durch einen Impulsformer 12. Der Impulsformer 12 ist rnit einem Frcc|aenzteiler 13 verbunden, der beispielsweise bei jeder vierten Umdrehung der Motorwelle einen Spitzenimpuls liefert unc der selbst mit einer Vorrichtung 14 verbunden ist welche ein Signal liefert, das em MaB für die Zeit ist

die der Motor für diese vier Umdrehungen benötigt. Die Vorrichtungen 13 und 14 sind an sich bekannt, und das Signal, das sie liefern, ist angenähert ein Maß für die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors. Die Vorrichtung 14 ist im übrigen mit der Frequenzweiche 10 so verbunden, daß sie aus all den von den Frequenzteilern 9 a, 9 b ... 9 η gelieferten Signalen das heraussucht, dessen Frequenz am geeignetsten ist. Das geeignetste Signal ist jenes, dessen Wert in der Einheit Hz ausgedrückt für einen Viertaktmotor mit zwei Zylindern der Drehzahl pro Minute des Motors, wie sie durch die Vorrichtung 14 bestimmt wird, am nächsten kommt, aber oberhalb dieser Drehzahl liegt.

Der Impulsformer 12 ist seinerseits außerdem mit einem Zeitgeber 15 verbunden, der auf diese Weise im Augenblick, in dem ein Impuls 2 eintrifft, angesteuert wird und ein Signal von der Dauer einer Sekunde liefert, das mit dem Zündimpuls synchrohisieri ist. Der Zeitgeber 15 ist mit einer Vorrichtung 16 verbunden, die ihrerseits mit dem Ausgang der Frequenzweiche 10 verbunden ist und die Anzahl der Impulse 3 zählt und ihrerseits ein Rechtecksignal liefert, wobei die Dauer jedes Rechteckes einer Anzahl von gegebenen Impulsen als Funktion der Anzahl des Zylinders des Motors entspricht.

Die Frequenzweiche 10, der Zeitgeber 15 und der

ίο Zähler 16 sind mit einer logischen Schaltung 17 verbunden, deren Ausgang mit dem Zähler 4 verbunden ist. Diese Schaltung liefert an den Zähler 4 eine gegebene Anzahl von Impulsen 3 für jeden Impuls 2, und hält den Zähler nach Ablauf einer Sekunde an. Diese Anzahl wird einem Speichere und einer Anzeigevorrichtung 5 zugeführt, und der Zähler wird auf Null zurückgestellt, um eine neue Folge von Impulsen zu zählen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Wiederholungsfrequenz von elektrischen Impulsen, bei dem den Zeitintervallen zwischen zwei Impulsen der zu messenden Frequenz jeweils eine Gruppe periodisch auftretender Hilfsimpulse zugeordnet wird, die gezählt werden, wobei der Anfang jeder Gruppe von Hilfsimpulsen mit einem der zu messenden Impulse synchronisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgend tets ρ Hilfsimpulse erzeugt werden, deren sum-

in jeder Gruppe bei einem Viertaktmotor gleich