149417. lajstromszámú szabadalom • Fordulatszámszabályozó berendezés, különösen ultracentrifugában való alkalmazásra

2 149.417 A találmány tárgyát képező berendezés leírása és működése egy megvalósított példa nyomán (lásd 1. ábrát): Az —1— ún. impulzus-generátor forgórésze mereven kapcsolódik a berendezés rotorjának vagy —7— légturbinának —8— tengelyéhez (pl. az UCF rotorjának tengelyéhez), melynek fordulatszámát szabályozni kívánjuk. Az impulzusgenerátor egy —A— impulzus-sorozatot szolgáltat, mely az ismétlődési frekvencia (vagyis a másodpercenkénti impulzus-szám) szempontjából egyértelműen hozzá van rendelve a rotor fordulatszámához. Ennek az impulzus-generátornak egy megvalósított válfaját később ismertetjük. A generátor által szolgáltatott impulzussorozat az elektronikus —2— frekvencia-szűrőre (ún. lyukszűrőre) kerül, melynek áteresztési frekvencia-tartománya igen szűk. A lyukszűrő által átengedett —B— frekvencia a —3— írekvemeiadiszkriminátorra kerül, mely ugyanarra a frekvenciára van hangolva, mint a lyukszűrő. A lyukszűrő rezonáns frekvenciája és a diszkriminátor középfrekvenciája úgy van kiválasztva, hogy az impulzusgenerátor által szolgáltatott legmagasabb —A— ismétlődési frekvenciának a sokszorosa. Minden olyan fordulatszámnál, — nevezzük ezeket a fordulatszámokat diszkréteknek —, mely mellett a fix, beállított —B— frekvencia az —A— ismétlődési frekvenciának valamely felső harmonikusa, a lyukszűrő ezt a felső harmonikust, tulajdonképpen a —B— frekvenciát kiszűri. Feltétel természetesen, hogy az impulzus-generátor által szolgáltatott impulzusok szélessége megfelelően kicsiny és így még a magasabb felharminikusok is megfelelően nagy amplitúdóval rendelkezzenek. Amennyiben a rotor fordulatszáma ettől a diszkrét fordulattól eltér, a —2— szűrő kimenetén a —B— fix frekvenciától némileg eltérő frekvencia jelenik meg, mely jel hatására a —3— frekvencia-diszkriminátor kimenetén plusz, illetve mínusz előjelű —C— egyenfeszültség lép fel. Attól függően, hogy a rotor fordulatszáma a diszkrét fordulattól pozitív (ill. negatív) irányba tér el, és ezáltal a —B— frekvencia a fix diszkriminátor középfrekvenciától szintén pozitív (ill. negatív) irányba tér el, a diszkriminátor kimenetén egy meghatározott polaritása —C— jel (negatív, ill. pozitív irányú) jelenik meg. Megfelelő teljesítmény erősítés (—4—) után kapunk egy egyenáramú jelet, mellyel egy elektromágnes tekercset vezérelünk. Változó mágneses térerősség hatására a mozgó vasmag egy kar segítségével változtatja egy —5— pneumatikus távadó fúvókanyílás nagyságát, melytől függ a pneumatikus szabályozó rendszer belső légtúlnyomása. Ez a rendszer egy —6— pneumatikus membránszelep segítségével az UCF rotorját hajtó —7— légturbina hajtólevegőjének (mennyiségét szabályozza. A diszkriminátor 0 hibajele esetén —C—• feszültség egyenlő nullával, az egyenáram meghatározott nagyságú, a tekercs vasmagja közel középállásban van, a távadó fúvókanyílása közepes nagyságú és a pneumatikus szelep is közepes hajtőlevegő mennyiséget enged át. Ha pl. a fordulatszám valami ok folytán megnő, úgy megnő az —A— és —B— jelek frekvenciája, a —3 — diszkriminátor egy (pl. negatív) hibajelet ad ki. Csökken az egyenáram, a mágnestekercs térerőssége és a vasmagra kapcsolt rugó kifelé húzza azt, ezáltal a fúvókanyílás és a pneumatikus szelep is zárul. A hajtólevegő mennyisége csökken, a rotor fordulatszáma csökkenni kezd. Tgy működik a szabályozó fordított értelemben is. Az impulzus-generátor többféle megoldású lehet: fényoptikai, elektromágneses stb. Egy megvalósított példa leírása (lásd 2. ábrát): A szóbanforgó impulzus-generátor egy miniatűr méretű —9— frekvencia-generátorból, egy —10— jelalakító áramkörből, egy —11— differenciáló áramkörből és egy —12— multivibrátorból áll. A —9— frekvencia-generátor forgórésze az UCF —8— rotor-tengelyén mereven helyezkedik el. A generátor szigorúan fordulatszámtól függő —E— frekvenciát gerjeszt. Mivel a forgórész több szegmensből áll, a következő egyenlet n érvényes: f =—p, ahol f — a generátor által 60 leadott frekvencia, n — a percenkénti fordulatszám és p — a forgórész; szegmensszáma. Megfelelő —10— jelátalakítás után egy közel szimmetrikus —F— négyszög-impulzus sorozatot kapunk. Ezt a sorozatot —11— differenciálva egy éles —G—• impulzus sorozatot nyerünk, nielylyel egy —12— monostabil mul ti vibrátort indítunk. A multivibrator kimenetén keskeny impulzusokból álló sorozatot kapunk, melynek ismétlődési frekvenciája azonos a generátor által szolgáltatott — és így a rotor fordulatszámától csak szorzó faktorral különböző — frekvenciával. Az impulzusainak szélessége viszont teljesen független az —E— jel frekvenciájától, alakjától és amplitúdójától. Ez az impulzussorozat a —2— lyukszűrőre kerül (lásd 1. ábra). Az üzemi fordulatszám beállítása és tartása hangolt rezgőkörök segtíségével történik, amelyek lényegesen nagyobb pontosságot biztosítanak, mint az előbb említett elektromechanikus megoldások. Egy, a találmány szerint felépített UCF fordulatszámszabályozó berendezés 25 000 és 60 000 fordulatszám között 16 beállítható üzemi fordulatra gyorsítja fel a rotort. Ezeket az üzemi fordulatokat + 0,1% pontossággal önműködően állítja be és +0,1% pontossággal tartja azokat. A frekvencia-generátor által szolgáltatott —E— frekvencia 60 000 fordulat/perc mellett 10 kHz. A lyukszűrő —B— rezonáns frekvenciája és a diszkriminátor középfrekvenciája 50 kHz. Szabadalmi igénypontok: 1. Fordulatszámszabályozó berendezés, különösen ultracentrifugában való alkalmazásra, azzal jellemezve, hogy a szabályozni kívánt forgórendszer (7, 8) fordulatszámának megfelelő ismétlődési frekvenciájú impulzussorozatot (A) szolgáltató impulzusgenerátora (1), az impulzusgenerátor által a beszabályozandó fordulatszám esetén szolgáltatott impulzussorozat ismétlődési frekvenciájának valamely felső harmonikusára (B) hangolt lyukszűrője (2), a lyukszűrő átbocsátási frekvenciájára hangolt, ettől eltérő átbocsátott frekvencia esetén kimenőjelet (C) szolgáltató frekvenciacliszkriminátora (3) van, mely utóbbi frekvencia-