<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Messen von mechanischen Grössen mittels eines kapazitiven Messwertgebers
Die vorliegende Erfindung betrifft die Messung bzw. Anzeige verschiedener mechanischer Grössen mit Hilfe kapazitiver Messwertgeber.
Die Messtechnik unter Verwendung von kapazitiven Messwertgebern ist in der Maschinenindustrie und andern technischen Gebieten stark verbreitet. Kapazitive Messwertgeber arbeiten auf dem bekannten Prinzip, dass Veränderungen mechanischer Grössen als Änderungen der Kapazität weitergeleitet werden. Diese kapazitiven Änderungen müssen zunächst mittels eines Wandlers in Änderungen der elektrischen Spannung umgewandelt werden, damit sie von elektrischen Apparaten üblicher Bauart angezeigt werden können. Solche Wandler werden gewöhnlich aus mit Frequenzmodulation arbeitenden elektronischen Stromkreisen ausgebildet, so dass die Messungen mit hinreichender Genauigkeit und Konstanz ermöglicht werden können.
Ein Nachteil der bisher bekannten Geräte dieser Bauart ist ihre verhältnismässige Kompliziertheit. die dadurch beeinflusst wird, dass bei der Frequenzmodulation ziemlich komplizierte Vorrichtungen verwendet werden müssen, die namentlich aus zwei gesonderten Resonanzkreisen zusammengesetzt sind. In der Regel ist es dann notwendig, die Kreise in mehreren Einheiten unterzubringen, von denen jede selbständig thermisch kompensiert werden muss, was ganz besonders bei der Messung an heissen Stellen (Motoren u. dgl.) Schwierigkeiten bereitet. Um zu gewährleisten, dass die auf dem Prinzip der Frequenzmodulation beruhenden Geräte richtig arbeiten, ist es nämlich ausserdem ganz besonders erforderlich, jegliche Möglichkeiten von Amplitudenschwankungen auszuschalten.
Es sind alsdann mit Rücksicht auf die auf lange Verbindungskabel einwirkenden elektromagnetischen Streufelder in einem solchen Falle verschiedene Elektronenröhren, z. B. Begrenzer u. a. zu verwenden. Aus diesen Gründen fallen dann die einschlägigen Einrichtungen sehr gross und kompliziert aus und sind daher auch sehr störungsanfällig.
Die vorstehend angeführten Mängel werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Erfindungsgernäss ist eine Einrichtung zum Messen von mechanischen Grössen mittels eines kapazitiven Messwertgebers gekennzeichnet durch einen Schwingungsgenerator und einen Resonanzkreis, die miteinander gekoppelt sind und von denen einer den Messwertgeber enthält und dadurch verstimmt wird, und durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage der an denKlemmen der Schwingungskreise stehenden Wechselspannungen.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Phasenmodulation zwar in der Nachrichtentechnik häufig verwendet wird, ansonsten bisher aber nur ein Aufzeichnungs- und Reproduktionsverfahren für elektrische Spannungen auf einem magnetisierbaren Band bekannt wurde, bei dem zwei Frequenzen mit veränderlicher Phasendifferenz benützt werden. Speziell für die Messtechnik wurde, wie oben schon ausgeführt, nur die Frequenzmodulation verwendet.
Weiters beruht die Erfindung auf der Verwendung einer Mehrgitter-Elektronenröhre, die in der Nachrichtentechnik unter der Bezeichnung "Phasendetektor" bekannt ist. Am Austritt dieses Detektors wird sodann eine den Änderungen der Kapazität des Aufnahmegerätes proportionale Spannung erhalten. Das Pinzip der Erfindung beruht dann darin, dass an jedes von zwei Steuergittern des Phasendetektors einer von zwei kapazitiv gekoppelten und auf die gleiche Frequenz abgestimmten Resonanzkreisen angeschaltet ist, wobei die Veränderungen der Kapazität des kapazitiven Messwertgebers sich in proportionaler gegenseiti-
<Desc/Clms Page number 2>
ger Phasenverschiebung der beiden Kreise auswirken.
Nachstehend werden an Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zwei Schaltarten zwecks Erstellung solcher zwei phasenverschobenen Spannungen beschrieben. Diese Schaltungen zum Messen technischer Grössen mittels kapazitiver Messwertgebei weisen gegenüber den bisher bekannten Geräten eine Reihe wesentlicher Vorteile auf, von denen die wichtigsten in der Möglichkeit eines kompakte ! 1 einfachen, und sehr kleinen Aufbaues und in der Herabminderung der Abhängigkeit von äusseren Einflüssen, z. B. von der Temperatur bestehen.
Die vorliegende Erfindung sei nachstehend an Hand der in der beiliegenden Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen Schaltungsschemen, aus denen die Verwendung eines Phasendetektors. d. i.'einer mehrgittrigen Elektronenröhre 3 ersichtlich ist. In den beiden Beispielen wird dem ersten Steuergitter 31 des Detektcrs die Spannung aus einem Resonanzkreis 2 und einem andernSteuergitter3nr die Spannung aus einem Generator konstanter Frequenz 4 zugeführt. Diese auf gleiche Frequenz abgestimmten Kreise 2 und 4 sind miteinander kapazitiv gekoppelt, z. B. mittels eines Kondensators 6, u. zw. derart, dass dieselben gegeneinander um 900 phasenverschoben sind. Bei der Messung ändert sich dieser Winkel unter dem Einfluss der kapazitiven Veränderungen von einem kapazitiven Messwertgeber l, was sich schliesslich in Änderungen der Austrittsspannung aus der Elektronenröhre offenbart.
Mit Hilfe irgendeines passenden Gerätes 5, z. B. eines Kathodenoszillographs, lässt sich daher die kapazitive Änderung des Messwertgebers 1 messen bzw. auf Grund derselben eine Regelung bewerkstelligen.
Die zwei, in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Schaltarten unterscheiden sich nur durch den Anschluss des kapazitiven Messwertgebers 1, demnach auch durch die Art, wie die den kapazitiven Änderungen des Messwertgebers 1 entsprechenden Änderungen in der Phasenverschiebung der Kreise 2 und 4 erzielt werden.
In Fig. 1 ist der kapazitive Messwertgeber 1 parallel an den Resonanzkreis 2 geschaltet. Die durch die Veränderung der zu messenden technischen Grösse, d. i. Druck, Kraft. Entfernungen u. a. bewirkte Änderung der Kapazität des Messwertgebers 1 bildet eigentlich die Änderung der Kapazität des ganzen Kreises 2. Der Generator 4 konstanter Frequenz erregt sodann im Kreis 2 elektrische Schwingungen der gleichen Frequenz, jedoch phasenverschoben um 90 +Ap, wobei A die positive oder negative Veränderung bedeutet, welche der Verstimmung bzw. der Änderung der ganzen Kapazität des Kreises 2 und damit auch der kapazitiven Änderung des Messwertgebers 1 entspricht.
Fig. 2 zeigt eine alternative Schaltung. wobei der kapazitive Mess wertgeber 1 an den Resonanzkreis des Ge- nerators 4 angeschlossen ist. In diesem Falle wirken natürlich die Kapazitätsändemngen des Messwertgebers 1 zunachst auf die Frequenz des Kreises 4 ein, so dass hier eine frequenzmodulierte Trägerspannung eintritt.
Die Abweichungen der Trägerfrequenz des Generators 4 von der Eigenfrequenz des Resonanzkreises 2 bewirken jedoch auch in diesem Falle eine Phasenverschiebung der Spannung am Kreis 2. Es handelt sich demnach auch hier um eine gegenseitige Phasenmodulierung der Kreise 2 und 4, allerdings nicht mehr bei konstanter Frequenz, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall war,
Es bestehen jedoch noch weitere, hier nicht angeführte Schaltungsmöglichkeiten, welche den Rahmen der vorliegenden Erfindung in allen jenen Fällen nicht überschreiten, wo ein Phasendetektor bzw. eine Phasenmodulation bei der Messung technischer Grössen mittels-kapazitiver Messwertgeber verwendet wird.
Die Schaltung auf Grund des Gegenstandes der vorliegender Erfindung ermöglicht eine konstruktive Lösung von Messgeräten. welche eine ganze Reihe von Vorteilen aufweisen, von denen nachstehend die wichtigsten angeführt seien : a) Die Pesonanzkreise 2 und 4 lassen sich mitsamt dem Detektor 3 in einem gemeinsamen Gehäuse unterbringen. Dadurch wird erzielt, dass die Temperaturänderungen in beiden Kreisen gleich sind und die thermische Unstabilität bei gleich konstruierten Kreisen auf das Mindestmass beschränkt bleibt ; b) gegenüber den bisher verwendeten Geräten ist eine geringere Anzahl von Bestandteilen erforderlich-so entfallen z. B. die Begrenzer, Verstärker bzw. Gleichrichter-.
Dadurch wird das Gerät sehr vereinfacht ; c) Das Gerät lässt sich vorteilhaft in Miniaturausführung konstruieren. so dass es mit Ausnahme der
Stromquellen in einem kleinen Gehäuse in nächster Nähe des zu messenden Gegenstandes aufgestellt werden kann ; d) die geringe Zahl der erforderlichen einfachen Bestandteile trägt zu einer wesentlichen Herabsetzung der Anschaffungskosten bei ; e) eine ganz besonders vorteilhafte konstruktive Lösung wird bei Verwendung eines Oszillographs der geläufigen Bauart dadurch ermöglicht, dass eine kleine Speisequelle in diesem normalen Oszillograph
<Desc/Clms Page number 3>
eingebaut werden kann, wodurch die Arbeit mit dem Gerät noch weiter vereinfacht und erleichtert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Messen von mechanischen Grössen mittels eines kapazitiven Messwertgebers, gekennzeichnet durch einen Schwingungsgenerator und einen Resonanzkreis, die miteinander gekoppelt sind und von denen einer den Messwertgeber enthält und durch diesen verstimmt wird, und durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage der an den Klemmen der Schwingungskreise stehenden Wechselspannungen.