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Hallo Miteinander

Ich muss in meiner Schule, eine elektronische Steuerung für eine
Drehzahlmessung bauen, von einer Dampfmaschine. Das Problem wo ich habe
sieht folgendermassen aus:

Ich muss eine Spannung auf einem Voltmeter anzeigen für die jeweilige
Drehzahl die von 15-60 Umdrehungen pro Minute geht. 60 Umdrehungen
sollen 6V entsprechen und 15 Umdrehungen 1,5V. Im Anhang habe ich mal
meine Schaltung angehängt.
Ich weiss nicht wie ich jetzt aus den rechteckigen spannungsblöcken (Q)
den Mittelwert bilden soll. Eine Idee war ein Tiefpassfilter aber das
ist ja Frequenzabhängig so wie mein Eingangssignal.

Wäre sehr froh wenn ihr mir helfen könntet.

Mit freundlichem Gruss

Stroemi

» Ich muss in meiner Schule, eine elektronische Steuerung für eine
» Drehzahlmessung bauen, von einer Dampfmaschine.
Äh was? Was muss man an einer Messung steuern?

» Das Problem wo ich habe
Jetzt wird mir einiges klar.

Ist euer Lehrer nicht bereit euch zu helfen und euch auf sowas vorzubereiten? Er kann nichts verlangen, was nicht im Lehrplan drankam.

Hausaufgaben werden hier für niemanden gemacht. Du hast noch nicht mal einen Lösungsansatz reingestellt.

--
Don't feed Trolls!!!

Hi stroemi,
Dein Problem ist unter anderem, daß Du aus einer Frequenz eine Spannung gewinnen sollst und diese bei wechselnder Frequenz auch noch eine Art Mittelwert darstellt. Außerdem soll zwischen Frequenz und Ausgangsspannung ein annähernd linearer Zusammenhang sein.

1. Ansatz von Dir: Erfassen des Signals mit einem übersteuernden OpAmp und verstärken mit Phasendrehung in einem 2. OpAmp. Funktion des 74121 mag ich jetzt nicht nachsehen - sollte aber sowas ähnliches wie ein FF sein.
Hier hast Du schon mal einen ausgeglichenen Rechteck.
Wenn die Lichtschranke einen Impuls am Pleuel erfasst, dann ergibt das zwischen 15 und 60 Impulse pro Minute.

Weiter: Ein Kondensator wird von diesem Impuls über eine Stromquelle aufgeladen und diese Spannung wird dann in einem passenden Verhältnis verstärkt an das Voltmeter gegeben.

Impulsdauer bekannt bei bekannter Umderungszahl -> C= Q/U

Q=I*t, U = Q/C.

Elektrolytkondensator verwenden. z.B. 2000uF, Stromquelle: 0,1mA (mit Transistor) und Dauer ca. 800ms - 200ms (Segmentscheibe am Schwungrad mit 1/5-Radiant.)
vereinfacht: U1 = 20mAs/2000uF = 10V, U2 = 80mAs / 2000uF = 40V

Verstärker so dimensionieren, daß er mit ca. -0,07 verstärkt. Die 40V sind ebenso sehr hoch - also den Strom von 0,1mA auf 0,01mA reduzieren (an 12V ein Widerstand von 100kOhm oder 1MOhm ).

Cu
Stef

LM2907 oder µC mit D/A-Wandler

--
Löten könnte Spass machen... wenn da nicht CE, RoHs und WEEE wären.
Schraipfeeler sint gevolt; sie dihnen deer Belusstigunk

Hallo Stroemi,

Das Monoflop 74121 auf 0,9s einstellen. Damit geht der Messbereich bis 66 U/min. Mit diesem Monoflop eine Referenzspannung tasten. Ein RC Integrierglied anhängen (tau größer 5s was das ding allerdings auch etwas träge macht) und diese Spannung auswerten. Im einzelnen muss das an die gegebenen Messmittel angepasst werden. Abgleichen lässt sich das Gerät mittels Netzspannung. 100 Hz durch zwei dekadische Zähler teilen und den Drehzahlmesser auf 60 abgleichen. Vorher muss natürlich ein Nullabgleich erfolgt sein.

Günstiger währe, wenn der Geber mehrere Impulse pro Umdrehung gibt. Dann ist die Anzeige nicht so träge.


gruß olit
Dem 74121 solltest du noch einen Pull up widerstand von 1kOhm verpassen und den Widerstand am Q Ausgang auf 470 Ohm reduzieren.

» 1. Ansatz von Dir: Erfassen des Signals mit einem übersteuernden OpAmp und
» verstärken mit Phasendrehung in einem 2. OpAmp.

Man muss nur die Lichtschrankenimpulse auf saubere 0 / 5V Pegel bringen. Dazu sind sicher nicht 2OP's nötig. Bei Sauberer Dimensionierung reicht ein 4093er Gatter.

» Funktion des 74121 mag ich jetzt nicht nachsehen -

solltest du aber, denn genau DAS ist der Trick.
Das ist ein Monoflop, das bei jeder Umdrehung einen immer gleich langen Impuls erzeugt. Und wenn man das über ein RC Gleid als Tiefpass jagt, kommt eine der Drehzahl proportionale Spannung raus.

» Weiter: Ein Kondensator wird von diesem Impuls über eine Stromquelle

Da brauchts keine Stromquelle, einfach den Ausgang des Monoflops auf Tiefpass...

» Verstärker so dimensionieren, daß er mit ca. -0,07 verstärkt. Die 40V sind
» ebenso sehr hoch

Blödsinn, die HAT man üblicherweise garnicht.
5V .. 12V Versorgungsspannung, aber keine 40V.

hws

» Das Monoflop 74121 auf 0,9s einstellen.
Statt der 74xx TTL Reihe besser was aus der CMos 40xx Reihe.
Geringerer Stromverbrauch und nicht so störanfällig.

» Mit diesem Monoflop eine Referenzspannung tasten.
Wobei sich bei CMOS die Referenspannung erübrigt, da CMOS 0V/%V am Ausgang haben (bei Ub=5V)


hws

Hallo Stroemi,

Nur mal nebenbei bemerkt, im Prinzip bin ich ganz der Auffassung von dem was Zwinkerle geschrieben hat und ich bin der Meinung, dass es bereits gutgemeinte Postings hat, die Dich zu sehr "unterstützen". Das ist in Deiner Situation nicht der richtige Weg.

» Ich weiss nicht wie ich jetzt aus den rechteckigen spannungsblöcken (Q)
» den Mittelwert bilden soll. Eine Idee war ein Tiefpassfilter aber das
» ist ja Frequenzabhängig so wie mein Eingangssignal.

Mit dieser Unsicherheit hättest Du zuerst zum Lehrer gehen sollen. Oder hast Du das getan und er hat Dir nicht weiterhelfen können?

Das wäre von mir eigentlich eine dumme Frage. Leider ist aber selbst eine solche Frage nicht dumm, weil es ist heutzutage leider längst keine Ausnahme mehr, dass es exakt solche Lehrer gibt.

Nun zu Deiner Frage. Die Frequenzabhängigkeit der Mittelwertspannung (arithmetischer Mittelwert) muss sein, schliesslich muss diese Mittelwertspannung die Drehzahl anzeigen.

Die Änderung der Mittelwertspannung kommt durch eine Änderung des Tastverhältnisses am Ausgang des Monoflops zustande. Wie man die Monofopschaltung dimensioniert, geht aus dem Datenblatt hervor und ist Teil der Hausaufgabe, ebenso die Sache mit dem Tiefpassfilter. Dazu ein kleiner Tipp: Es genügt für sowas ein passives RC-Glied, also ein TP-Filter erster Ordnung.

Dieses RC-Glied liegt also zwischen dem Ausgang des Monoflop und des Voltmeters. Dabei musst Du Dir Gedanken machen über den Eingangswiderstand des Voltmeters. Ist dieser relativ niedrig, kann dadurch das RC-Glied-TP-Filter beeinflusst werden und man muss eine einfache Massnahme ergreifen. Ich überlasse das jetzt Deiner Kreativität.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» » Das Monoflop 74121 auf 0,9s einstellen.
» Statt der 74xx TTL Reihe besser was aus der CMos 40xx Reihe.
» Geringerer Stromverbrauch und nicht so störanfällig.

Wobei, wenn schon, besser den 74(LS)123 einsetzen. Es war schon immer das Problem damals, dass der 74121 Triggerprobleme hatte. Es ist auch so, dass es von dem gar nie eine HCMOS-Version gegeben hat, aber vom 123 schon, den 74HC123 und den gibts auch heute noch:
http://ch.farnell.com/nxp/74hc123d/74hc-cmos-smd-74hc123-soic16/dp/1085332

» Wobei sich bei CMOS die Referenspannung erübrigt, da CMOS 0V/%V am Ausgang
» haben (bei Ub=5V)

Richtig.

Ich müsste mal mitkriegen, dass ein Dumpfbacken-Lehrer noch die "Weisheiten" der TTLs an die Schüler eingehend vermittelt, weil dieser Superheini selbst nie vom TTL-Fleck weggekommen ist. *AAaaaaarghh*

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Hallo olit

Danke viel mal für deine antwort. Leider bin ich in der elektronik noch nicht so ein genie und habe zu deiner antwort noch ein paar Fragen.
» Das Monoflop 74121 auf 0,9s einstellen. Damit geht der Messbereich bis 66
» U/min.
Wie meinst du das Monoflop auf 0,9s einstellen? Was ich einstellen kann sind ja nur die länge der Rechteckblöcke?

» Mit diesem Monoflop eine Referenzspannung tasten.

Was verstehst du unter tasten?

» Abgleichen lässt sich das Gerät
» mittels Netzspannung. 100 Hz durch zwei dekadische Zähler teilen und den
» Drehzahlmesser auf 60 abgleichen. Vorher muss natürlich ein Nullabgleich
» erfolgt sein.

Das mit dem Abgleichen verstehe ich leider auch nicht ganz, mit welcher Netzspannung soll ich denn das abgleichen? Und was ist ein dekadischer Zähler?
»
» Günstiger währe, wenn der Geber mehrere Impulse pro Umdrehung gibt. Dann
» ist die Anzeige nicht so träge.

Der Geber gibt 10 Impulse pro Umdrehung, weil ich 10 Markierungen auf der Welle befestige.
Zu deinem Schema wo du gezeichnet hast, was für eine Spannung muss die Gleichspannungsquelle nach dem 1k Widerstand haben?
Habe mal im Tina die Schaltung erweitert soweit ich mitgekommen bin.

Danke viel mal für deine Bemühungen.

MfG Stroemi

Ich bin Rentner und hoffe auf eine Kraftvolle junge Generation. Bist du dir sicher, dass du den Beruf deiner Träume gewählt hasst? Mit einem Taschenrechner ist es nicht schwer, meine Darlegungen nachzuvollziehen. Es gibt doch auch andere Berufe, die erfolgversprechendere Aussichten, in Aussicht stellen, als nun unbedingt unwissender Informatiker zu werden. Wir importieren, Informatiker aus dem Ausland, weil unsere Jugend besser das Handwerk des Bäckers lernen sollte. Was mich allerdings sehr betrübt! Wobei ich auf den fachkundigen Bäckermeister nicht verzichten will!

» habe zu deiner antwort noch ein paar Fragen.
» » Das Monoflop 74121 auf 0,9s einstellen. Damit geht der Messbereich bis
» 66
» » U/min.
» Wie meinst du das Monoflop auf 0,9s einstellen? Was ich einstellen kann
» sind ja nur die länge der Rechteckblöcke?
»
Da dein Geber ja nun 10 Impulse/Umdrehung gibt sind es bei 60 Umdrehungen/min. 600 Impulse in der Minute. Durch 60s sind 10 Impulse/s. In eine Sekunde müssen also mindest 10 deiner so genanten Blöcke hineinpassen. Also teilen wir die s/11=90ms. Ein Impuls(Block) muss also 90ms Lang sein. 1s/(10x0,09)=1.1Umdrehungen/s mal 60s=66Umdrehungen/Min.

Dar monostabile Multivibrator 74121 soll einen zeitbestimmenden Widerstand von 1,8 bis 2kOhm haben. Seine Zeit ist mit t=0,7tau angegeben. Unsere geforderte Zeit von 90ms/0,7=tau0,129. 0,129/2kOhm=64µF also 47µF parallel mit 22µF = 69µF Also rechnen wir noch mal mit tau/C=R 0,129/69µF= 1,87kOhm. Wir nehmen 1,8kOhm

» » Mit diesem Monoflop eine Referenzspannung tasten.
»
» Was verstehst du unter tasten?
»
Die Impulszeit haben wir und brauchen jetzt eine konstante Spannung der Impulse. Es gibt spezielle Schaltkreise die hochkonstante, temperaturunabhängige Spannungen erzeugen. (Zum Beispiel AD589 mit rund 1,23V) Für dieses Experiment, soll die Flussspannung einer roten LED genügen. Wir nehmen keine super leuchtende-, sondern einen einfachen Typ, der eine Flussspannung von rund 1,5V hat. Diese Typen haben auch eine relativ steile U-I Kennlinie.

Die Spannungsimpulse von 1,5V, die wir von der Referenz- LED abgreifen muss nun zu einer Gleichspannung integriert werden. Die Impulse sind 90ms. Um eine ruhige Anzeige zu gewähren wählen wir 7tau. Tau=0,09x7=0,63. 330kOhm hatten wir festgelegt 0,63tau/330kOhm=1,9µF also nehmen wir 2,2µF.

Jetzt gehen wir von der Theoretischen Höchstdrehzahl unseres Drehzahlmessers aus. 66Umdr./min. . Wir ermittelten ja schon, dass, das 11x0,09s=1s ist. Zwischen den Impulsen währe keine Lücke mehr. Also würde an der LED die Flussspannung von 1,5V anstehen. Diese 1,5V stehen nach rund 0,7s am 2,2µElko an. Diese Spannung muss auf 6,66V verstärkt werden. Die erforderliche Verstärkung ist 6,66V/1,5V=4,44.
V=1+(R2/R1) R1 legen wir mit 100kOhm fest. R2=(V-1)xR1 =3,44x100kOhm=344kOhm. Der naheliegende gebräuchliche Wert ist 330kOhm. R3=R1und R2 Parallel. Das sind 76,7kOhm naheliegender Wert R3=82kOhm. Für den Endwertabgleich wird R1 mit einem Einstellregler realisiert.
»
» Das mit dem Abgleichen verstehe ich leider auch nicht ganz, mit welcher
» Netzspannung soll ich denn das abgleichen? Und was ist ein dekadischer
» Zähler?
» »
Am 47kOhm Einstellregler für den Offsetabgleich wird der Ausgang auf 0V eingestellt.
Jetzt brauchen wir nur noch einen Dekadischen Zähler um die 100Hz der Halbwellen, der 50Hz Netzspannung, auf 10Hz herunter zu teilen. (Dazu bastle ich aber jetzt keine Schaltung.)
Mit den 10Hz oder mit einem Vergleichdrehzahlmesser gleichst du die Ausgangsspannung auf 6V ab, was dann der Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute entspricht. Die geforderten 15 Umdrehungen stimmen jetzt automatisch und es steht eine Spannung von 1,5V am Ausgang an.

Nur vorsichtshalber sei hier noch die Betriebsspannung erwähnt. Der TTL Schaltkreis 74121 und die Impulsverstärker vor dem 74121 arbeiten mit 5V. Der Ausgangs OPV hat eine höhere- und eine Negative Betriebsspannung (Zum Beispiel +15v und minus 15V) Hängt vom Tüp ab. Auf jeden Fall muss die positive Spannung so sein, das die 6,6V am Ausgang erreicht werden können. Also, groeßer gleich 9V
Und die negative Spannung muss gewähren, dass der Ausgang auf null regeln kann. Die Negative Spannung muss größer minus 2V sein.

Die Schaltung hat einen kleinen Druckfehler! Der Schleifer des Einstellreglers für den Offsetabgleich muss nicht auf Masse, sondern auf die negative Betriebsspannung geschaltet werden.

Hallo Olit

Danke viel mal für deine ausführliche antwort.

Habe versucht deine antwort im Tina umzusetzen aber irgendwie wills nicht klappen.
Die 66 umdrehungen pro minute brauche ich auch noch, denn dan soll ein Alarm ausgegeben werden. Aber das nur nebenbei.

Da ich ideale Ops verwende kann ich deinen dekadischen Zähler nicht gebrauchen. Und das mit der LED funktioniert auch nicht richtig. Gibt es keine einfachere Lösung um den Mittelwert zu bilden?

Ich habe am Anhan die aktuelle Schaltung und eine Transitenanalyse angehängt.
Wäre sehr dankbar um eine antwort.

Mit bestem Gruss Stroemi

» Habe versucht deine antwort im Tina umzusetzen aber irgendwie wills nicht
» klappen.
» Die 66 umdrehungen pro minute brauche ich auch noch, denn dan soll ein
» Alarm ausgegeben werden. Aber das nur nebenbei.
»
Also deine Tina zeigt ja, dass die Sache prinzipiell funktioniert.
Das Monoflop 74121 ist aber immer noch ohne Zeitbestimmendes RC Glied! Anstatt 90ms sind die Impulse rund 15ms. Und diese, mir unerklärliche lange, Zeit wahrscheinlich nur, weil der Setzimpuls am Eingang B so lange auf H-Pegel ist. Wobei er trotzdem unverzögernd zurückkippen müsste. Oder deine Tina kann nicht begreifen, wie man ein Monoflop ohne Zeitbestimmenden Elemente aufbauen kann. Also sorge dafür, dass das Monoflop seine Eigenzeit von 90 ms bekommt.

» Da ich ideale Ops verwende kann ich deinen dekadischen Zähler nicht
» gebrauchen. Und das mit der LED funktioniert auch nicht richtig. Gibt es
» keine einfachere Lösung um den Mittelwert zu bilden?
»
Das mit der LED funktioniert ja ganz zufriedenstellend! Denn die Ausgangspannung steigt kontinuierlich an, um sich dann auf einen konstanten Wert ein zu pegeln. Natürlich ist dieser zu klein, weil du nicht begreifen willst, dass ein Monoflop ein dimensioniertes RC Glied benötigt, welches ich berechnet und in die Schaltung eingetragen habe. Die Pin für dieses RC Glied wirst du hoffentlich aus dem Datenblatt entnehmen können. (CR ist Pin 11 und Ce ist Pin10)
Die LED bildet keinen Mittelwert! Die liefert nur eine konstante Spannung, damit daraus das Integrierglied (Tiefpass) den Mittelwert bilden kann. Einfacher geht es nun wirklich nicht.

Der dekadische Zähler, den ich erwähnte, hat mit deiner Schaltung nichts zu tun. Und schon ganz und gar nichts mit deinen Synthetischen Tina-OPVs. Du musst verstehen, dass ich in deinen Augen ein Fossil bin. Ich habe noch Schaltkreise die ich richtig und wahrhaftig anfassen kann und beim einlöten auch die Finger verbrennen. Würdest du den Versuch unternehmen, dich in die Hartwarezeit zurück zu Versetzen, hättest du schon längst erkann, dass, auch wenn du ein digitalen, mehrkanaligen, Transientennalysefähigen Oszillograph hättest, der dir absolut nichts nützt! Wie und woher wolltest du deinen Drehzahlmesser Ansteuern?? Da ja nicht einmal die ICs real existieren, glaube ich an die Dampfmaschiene schon lange nicht. Dazu, zur Ansteuerung, hätte das ganze Theater mit der 100Hz durch 10 geteilten Frequenz gedient,

Der Endverstärker hat noch keine Möglichkeit zum Offset-(Nullabgleich) und keinen Einstellregler zum Endabgleich. Um die Prinzipielle Funktion zu erkennen, mag es so gehen. Aber ein Abgleich ist nicht möglich. Nun hatte ich noch nichts mit der lieben Tina und keine Ahnung wie sie ist. Vielleicht ist sie mit solch realen Erfordernissen überfordert.

Gruß olit

Hallo Olit

Ich bin dir sehr dankbar für deine Hilfe.
Darum wollte ich dich fragen ob du mir den dekadischen Zähler wo ich 10Hz bekomme genauer erklären könntest?

Gruss Stroemi

» Darum wollte ich dich fragen ob du mir den dekadischen Zähler wo ich 10Hz
» bekomme genauer erklären könntest?
»
Versuche mal das Wörtchen wo, nur dann zu benutzen, wen du wissen willst wo etwas ist.
Richtig heißt es: “Darum wollte ich dich fragen ob du mir den dekadischen Zähler mit dem ich 10Hz bekomme genauer erklären könntest?“

Aus einer, zum Baispiel 6V, Wechselspannung erzeugt man eine Pulsierende Spannung mittels einer Zweiweggleichrichtung (Graetzbrücke). Diese 100Hz Impulse, formt man mit einem Schmitttrigger zu Rechteckimpulsen. Mit den 100Hz Rechteckimpulsen triggert man einen Zählbaustein. Der besteht aus vier bistabilen Multivibratoren. Eine solche Teilerkette würde unsere Frequenz von 100Hz durch 16 teilen. Es gibt aber Zähler, bei denen intern oder auch extern die Ausgänge der einzelnen Flip Flop so auf die Setzeingänge der vorangegangenen Flip Flop wirken, dass ein Teilerverhältnis von 1/10 entsteht. Nach einer solchen dekadischen Teilerkette, hättest du dann Rechtheckimpulse von 10Hz. Wenn du damit den Eingang deiner Schaltung ansteuerst, kannst du den Drehzahlmesser abgleichen. Das Einkoppeln dieser 10Hz Rechteckimpulse, ist leicht Möglich, wenn du direkt an die A Eingänge des 74121 gehst, die im Normalbetrieb auf Masse liegen.