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Magnetostriktiver Torsionsfühler
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein magnetostriktiver Torsionsfühler, welcher aus einer geraden
Anzahl von fest miteinander verbundenen Torsionskörpern besteht, die mit Erregungs-, Polarisations-und
Aufnahmewicklungen versehen sind. Bisher bekannte Fühler dieser Art, welche auf dem magnetostriktiven Torsionsprinzip beruhen (dem sogenannten Wiedemann-Effekt) besitzen ein bloss mit einer Erregungsund einer Aufnahmewicklung, fallweise mit einer Polarisationswicklung versehenes Torsionsrohr. Obwohl im Vergleich mit nach dem Kapazitäts-, Induktions- oder Widerstandsprinzip arbeitenden Fühlern die Ausgangsleistung bei diesen Fühlern verhältnismässig hoch ist (proportional dem Drehmoment), genügt diese Ausgangsleistung nicht zur Steuerung kleiner Servomotoren.
Es ist meistens notwendig, Verstärker zu benützen, was allerdings beträchtliche Komplikationen mit sich bringt.
Die erwähnten Nachteile werden durch den erfindungsgemässen magnetostriktiven Torsionsfühler beseitigt. Sein Wesen besteht darin, dass alle Torsionskörper noch mit torroidalen Rückkopplungswicklungen versehen sind. Diese Rückkopplungswicklungen sind in die Diagonale einer Brücke eingeschaltet, in deren Zweige in bekannter Weise Aufnahme- und Polarisationswicklungen eingeschaltet sind. Der Kreis der Erregungswicklungen ist dabei symmetrisch angeordnet und in seiner Diagonale ist die eigentliche Belastung angeschlossen. Durch die Anordnung wird erzielt, dass die Ausgangsspannung des Fühlers, welche an den Klemmen der Aufnahmespulen erscheint, in eine besondere Rückkopplungswicklung gebracht wird, die in der Form eines Torroids einen Teil des Torsionskörpers umgibt.
Durch den Durchfluss des Stromes durch die Rückkopplungswicklung ändern sich jedoch die induktiven Widerstände in den zwei selbständigen Zweigen der torroidalen Erregungswicklung, wodurch natürlich das Gleichgewicht im Erregungskreis, aus welchem die Erregungswicklungen gespeist werden, gestört wird. Durch diese Gleichge- wichtsänderung wird-im mittleren Zweig des Erregungskreises - ein Strom hervorgerufen, der sowohl dem Strom in der Steuerwicklung als auch der Spannung an den Klemmen der Aufnahmespulen proportional ist.
Dieser Strom ist bereits so beträchtlich, dass in manchen Fällen schon eine für den Antrieb von ServoKleinmotoren und ihnen ähnlichen Einrichtungen genügende Leistung hervorgerufen wird.
In den beigefügten Zeichnungen sind eine beispielsweise Ausführung der Erfindung sowie eine Modifikation, ferner alle wesentlichen Bestandteile, der Vorgang beim Aufwickeln der einzelnen Wicklungen auf die Torsionskörper und schliesslich ein allgemeines Schaltbild veranschaulicht. In den Zeichnungen bedeutet :
Fig. 1 einen Längsachsenschnitt durch den Fühler in einer Anordnung, bei welcher die Torsionskraft "T" an einem Ende des Fühlers zur Einwirkung gebracht wird, Fig. 2 gleichfalls einen Längsschnitt durch den Fühler, jedoch in einer Anordnung, bei welcher die Torsionskraft "T" in der Mitte des Fühlers wirkt, dessen beide Enden festgehalten sind, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-IH aus Fig. 2, welcher den Arm zur Übertragung der Torsionskraft a zeigt, Fig. 4 den eigentlichen einzelnen Tor- sionskörper-die obere Hälfte im Längsschnitt, die untere Hälfte in Ansicht, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V aus Fig. 4, Fig. 6 eine Seitenansicht in der Richtung VI, wie in Fig. 4 gezeichnet.
Die weiteren Zeichnungen zeigen die einzelnen Aufwicklungsphasen, zuerst des einzelnen Torsionskörpers, später das Aufwickeln zweier verbundener Körper. Es zeigt : Fig. 7 das Aufwickeln der eigent-
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lichen Aufnahmewicklung, wie sie auf jeden Körper gewickelt wird, Fig. 8 ist eine Seitenansicht in Richtung Vm gemäss Fig. 7, Fig. 9 zeigt das Aufwickeln zweier separater Polarisations- und ErregungsToroidspulen, von denen jede aus zwei Wicklungen besteht, wie Fig. 10 in Seitenansicht in Richtung X gemäss Fig. 9 zeigt ; Fig. 11 veranschaulicht, wie nach erfolgter Bewicklung zweier Torsionskörper die beiden Körper mit ihren Stirnwänden verbunden und dann mit zwei weiteren Torroidwicklungen - mit einer Magnetisier- und einer Rückkopplungswicklung - umwickelt werden.
Jede von ihnen besteht aus zwei Wicklungen, wie in Fig. 12 in Seitenansicht in der in Fig. 11 angedeuteten Richtung XII dargestellt ist. Fig. 13 ist ein Schaltbild der ganzen Schaltung mit Benutzung des Servomotors für die Umstellung des mittleren Kontaktes des Potentiometers. Zu dieser Figur sei bemerkt, dass an allen Wicklungen des Fühlers die Anfänge mit leeren Kreisen, die Enden der Wicklungen mit schwarzen Kreisen bezeichnet sind.
Das grundlegende Element der Fühlerkonstruktion ist der Torsionskörper 15 (s. Fig. 4,5 und 6), dessen hauptsächlichsten Bestandteil ein Rohr 155 aus magnetischem Material bildet. An seine beiden Enden sind Flanschen 151 aus nichtmagnetischem Material fest aufgesetzt, deren Stirnflächen Aussparungen 153 und ausserdem Öffnungen 152 besitzen, welche für Verbindungsstifte 19 (s. auch Fig. 1 und Fig. 11) bestimmt sind.
Auf das Rohr 155 jedes Torsionskörpers 15 wird zunächst die Aufnahmewicklung gewunden - Fig. 7 und 8 zeigen das Aufwickeln der Aufnahmewicklung 41 auf einen Torsionskörper-, auf die weiteren Torsionskörper werden ähnliche Wicklungen 42,43 und 44-gewickelt. Hierauf werden über beide Flanschen
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zweiten Spule 31'-s. Fig. 9 und 10.
Ein Paar der derartig umwickelten Torsionskörper 15 wird nunmehr mit Hilfe der Stifte 19 zu einem gleichachsigen Körper (s. Fig. 11) zusammengesetzt und dieser Körper wird mit zwei Paaren von Torroidwicklungen, der Magnetisierwicklung 51 (mit der zweiten Spule 51') und der Rückkopplungswicklung 61 (ebenfalls mit einer zweitenSpule 61') umwickelt. Aus zwei derart ausgeführten Körpern - von denen jeder aus einem Paar von Torsionskörpern 15 besteht-wird nun der eigentliche Torsionsfühler zusammengestellt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Fühlers, bei welchem die Torsionskörper 15 (bzw. die von ihnen gebildete Säule) in der Grundplatte 20 festgehalten werden, an welcher auch ein gleichachsiger Mantel 18 befestigt ist. An dem oberen Torsionskörper 15 ist der Flansch 17 mit einem Zapfen 171 befestigt, auf welchen das gemessene Drehmoment "T" übertragen wird.
Bei der abgeänderten Ausführung gemäss Fig. 2 und 3 ist die aus vier Torsionskörpern 15 bestehende Säule an beiden Enden in zwei Grundplatten 20 befestigt. Zwischen beide Paare von Torsionskörpern ist eine Scheibe 16 mit einem Arm 161 eingelegt, wobei der letztere durch einen Schlitz 181 im Mantel 18 hindurchtritt ; auf den Arm 161 wird dann das gemessene Drehmoment "T" (s. Fig. 3) übertragen.
Die Gesamtschaltung ist in Fig. 13 dargestellt, wo einfachheitshalber die oberwähnten zweiten Spulen 21', 22', 23', 24', 61', 62', 31', 32', 33', 34', 51'und 52'nicht eingezeichnet sind, denn diese Spulen bilden vom Standpunkt der Schaltung aus immer eine Einheit mit den ursprünglichen Spulen 21, 22 usw.
Alle gezeichneten Wicklungen sind in folgender Weise geschaltet : Ende der Polarisationswicklung 21 - Ende derPolarisationswicklung 22 ; Anfang derPolarisationswicklung 22 - Anfang der Aufnahmewicklung 42 ; Ende der Aufnahmewicklung 42 - Ende der Aufnahmewicklung 41 ; Anfang der Aufnahmewicklung 41-Ende der Aufnahmewicklung 44 ; Anfang der Aufuahmewicklung 44 - Anfang der Aufnahmewicklung 43 ; Ende der Aufnahmewicklung 43 - Anfang der Polarisationswicklung 23 ; Ende der Polarisa- tionsv cklung 23 - Ende der Polarisationswicklung 24.
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geschlossen sind, an dessen Schleifer 74 der Anfang der Rückkopplungswicklung 62 angeschlossen ist ; das Ende dieser Wicklung 62 ist mit dem Ende der zweiten Rückkopplungswicklung 61 verbunden.
Der Anfang der Rückkopplungswicklung 61 ist an der Stelle 40 an die Verbindung zwischen dem Ende der Aufnahmewicklung 41 und dem Ende der Aufnahmewicklung 44 angeschlossen. Auf diese Weise wird der ganze Aufnahmekreis gebildet.
Der Erregungskreis ist durch die Erregungswicklungen 31,32, 33 und 34 gebildet, die wie folgt geschaltet sind : Ende der Wicklung 31 - Ende der Wicklung 32 ; Anfang der Wicklung 32 - Anfang der Wicklung 33 ; Ende der Wicklung 33-Ende der. Wicklung 34.
Die Anfänge der beiden Wicklungen 31 und 34 sind an beide Enden einer Sekundärwicklung des
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wähnten Sekundärwicklung verbunden. Die zweite Steuerwicklung 72 des Motors 70'ist mit der zweiten
Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 verbunden. Der Kleinmotor 70 verstellt dann mit Hilfe einer geeigneten mechanischen Kupplung (schematisch als 73 angedeutet) den Schleifer 74 des Potentio- meters 75.
Der Magnetisierungsstromkreis wird von zwei seriengeschalteten Magnetisierungswicklungen 51 und
52 gebildet, wobei der Beginn der Wicklung 51 und das Ende der Wicklung 52 an einen Zweiweg-Gleich- richter 8 angeschlossen sind, welcher von der dritten Sekundärwicklung 83 des Transformators 80 gespeist ) wird.
Die Wirkungsweise des magnetostriktiven Torsionsfühlers gemäss der Erfindung ist folgende :
Durch Einwirkung des aus dem Transformator 80 allen Erregungswicklungen 31 - 34 zugeführten
Wechselstromes wird in allen vier Rohren 155 aller vier Torsionskörper 15 ein sogenanntes zylindrisches
Magnetwechselfeld gebildet. Bei mechanischer Belastung der Rohre 155 durch ein Drehmoment "T" wird in den Aufnahmewicklungen 41 - 44 eine Spannung induziert, deren Grösse der Grösse des Drehmomentes "T" proportional ist. Die Paare der Erregungswicklungen 31 und 32 bzw. 33 und 34 sind deshalb im ent- gegengesetzten Sinn geschaltet, damit aus diesen Erregungswicklungen keine Spannung in die Rückkopp- lungswicklungen 61,62 und auch nicht in die Magnetisierungswicklungen 51,52 induziert wird.
Im Hin- blick auf die angeführte Schaltung der Paare der Erregungswicklungen 31,32 bzw. 33,34 müssen analog auch die Paare der Aufnahmewicklungen 41 und 42 bzw. 43 und 44 in einander entgegengesetztem Sinn geschaltet werden.
Die Wechselspannung aus den beiden Paaren der Aufnahmewicklungen 41 und 42 bzw. 43 und 44 wird nun mittels der Gleichrichter 77 bzw. 76 gleichgerichtet. Um den Arbeitspunkt dieser Stromrichter 77 und
76 in den linearen Teil ihrer Charakteristik zu verschieben, wird in den erwähnten Stromkreis auch die
Spannung aus den Polarisierungswicklungen 21 -24 eingeführt, welche der Spannung in den Erregungs- wicklungen 31 - 34 proportional ist.
Im unbelasteten Zustand befindet sich der Schleifer 74 in seiner Mittellage und durch die Rückkopp- lungswicklungen 61 und 62 fliesst kein Strom. Falls nun der Fühler mit einem Torsionsmoment "T" be- lastet wird, wird in den Aufnahme wicklungen 41 - 44 eine Spannung induziert. Infolgedessen fliesst durch den mittleren Zweig, und daher auch durch die Rückkopplungswicklungen 61 und 62, Gleichstrom, dessen
Grösse und Richtung von der Grösse und dem Sinn des Torsionsmomentes"T"abhängen.
Infolge des Gleichstromflusses in den Magnetisierungswicklungen 51 und 52 wird in allen Rohren 155 ein zylindrisches Gleichstrom-Magnetfeld von derselben Grösse bzw. derselben Intensität gebildet. Des- halb ist in allen Erregungswicklungen 31 - 34 derselbe induktive Widerstand vorhanden. Wenn nun durch die beiden in entgegengesetztem Sinn geschalteten Rückkopplungswicklungen 61 und 62 Gleichstrom hin- durchfliesst, ruft dieser Strom in dem einen Torsionskörperpaar 15 eine Vergrösserung des magnetischen
Gleichstrom-Flusses hervor, wogegen in dem andern Torsionskörperpaar 15 derselbe Strom eine Verringe- rung des magnetischen Flusses hervorruft. Deshalb wird in dem einen Paar der Erregungswicklungen (z. B.
31 und 32) der induktive Widerstand verringert, während in dem andern Paar der Erregungswicklungen (z.
B. 33 und 34) der induktive Widerstand erhöht wird.
Dadurch wird das Gleichgewicht in dem Erregungskreis gestört und infolgedessen fliesst durch seinen mittleren Zweig-d. h. durch die Steuerwicklung 71 - Strom hindurch. Der Motor 70 wird in Bewegung gesetzt und verschiebt den Schleifer 74 solange, bis in den beiden Stromkreisen, d. h. in dem Erregungs- und in dem Aufnahmestromkreis, ein Gleichgewichtszustand eintritt.
Es ist wichtig, dass die Unwucht des Aufnahmestromkreises sich noch dadurch vergrössert, dass infolge ungleicher induktiver Widerstände der
Wicklungen 31 - 34 auch in den Polarisationswicklungen 21 - 24 eine ungleiche Spannung induziert wird.
Hiedurch wird eine bestimmte Rückkopplung erzielt, die die Wirkung des Stromes aus den Aufnahme- wicklungen 41 - 44 und dadurch auch die im Erregungskreis erhaltene Leistung wesentlich verstärkt.
Die Ausführung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich in ihrer Gesamtschaltung nur dadurch, dass die Auf- nahmewicklung 43 und 44 in denAufnahmekreis in einem entgegengesetzten Sinn, als in Fig. 13 gezeich- net, geschaltet ist.
Der mit einer Rückkopplung versehene erfindungsgemässe Fühler stellt im wesentlichen einen ma- gnetischen Verstärker dar, der durch ein bestimmtes Drehmoment mechanisch gesteuert wird und bei dem gleichzeitig die Wicklung mit einer veränderlichen Induktivität zur Erregung des Fühlers ausgenützt wird.
Die Schaltung der einzelnen Wicklungen kann im Rahmen der Erfindung auch in einer andern Art und
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Weise als soeben beschrieben durchgeführt werden, so wie dies bei magnetischen Verstärkern der Fall ist.
Es können z. B. alle Erregungswicklungen 31 - 34 in vier Zweige einer wechselstromgespeisten Brücke geschaltet werden, in deren mittleren Zweig der Kleinmotor geschaltet ist od. ähnl.
Der erfindungsgemässe, eine Rückkopplung aufweisende Fühler stellt ein für die Messtechnik, Automatisierung sowie Regelung äusserst zweckmässiges Element dar. Sein grundlegender Vorteil beruht darin, dass er an seinem Ausgang ein Signal sowie eine Leistung abgibt, mit welcher ohne weitere Verstärkung ein leistungsfähiges Regelelement, z. B. ein kleiner Servomotor, unmittelbar gespeist werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetostriktiver Torsionsfühler, der aus einer geraden Anzahl von fest miteinander verbundenen Torsionskörpern besteht, die mit Erregungs-, Polarisations- und Aufnahmewicklungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Torsionskörper (15) ausserdem mit torroidalen Rückkopplungswicklungen (61 und 62) versehen sind, die in die Diagonale einer Brücke geschaltet sind, in deren Zweige in an sich bekannter Weise die Aufnahme- (41-44) und Polarisationswicklungen (21-24) geschaltet sind, wobei der Kreis der Erregungswicklungen (31-34) symmetrisch angeordnet und in seine Diagonale die eigentliche Belastung (71) angeschlossen ist.
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Magnetostrictive torsion sensor
The subject of the invention is a magnetostrictive torsion sensor, which consists of a straight
Number of tightly interconnected torsion bodies consists, with excitation, polarization and
Recording windings are provided. Hitherto known sensors of this type, which are based on the magnetostrictive torsion principle (the so-called Wiedemann effect), have a torsion tube only provided with an excitation and a receiving winding, sometimes with a polarization winding. Although the output power of these sensors is relatively high (proportional to the torque) compared to sensors that work according to the capacitance, induction or resistance principle, this output power is not sufficient for controlling small servo motors.
Most of the time it is necessary to use amplifiers, but this creates considerable complications.
The aforementioned disadvantages are eliminated by the magnetostrictive torsion sensor according to the invention. Its essence is that all torsion bodies are still provided with toroidal feedback windings. These feedback windings are connected in the diagonal of a bridge, in whose branches pick-up and polarization windings are connected in a known manner. The circle of the excitation windings is arranged symmetrically and the actual load is connected in its diagonal. The arrangement achieves that the output voltage of the sensor, which appears at the terminals of the pick-up coils, is brought into a special feedback winding which, in the form of a toroid, surrounds part of the torsion body.
However, the flow of current through the feedback winding changes the inductive resistances in the two independent branches of the toroidal excitation winding, which of course disturbs the equilibrium in the excitation circuit from which the excitation windings are fed. This change in equilibrium - in the middle branch of the excitation circuit - produces a current that is proportional to both the current in the control winding and the voltage at the terminals of the pickup coils.
This current is already so considerable that in some cases sufficient power is generated to drive small servo motors and devices similar to them.
The attached drawings illustrate an exemplary embodiment of the invention and a modification, as well as all essential components, the process when winding the individual windings onto the torsion body and finally a general circuit diagram. In the drawings:
1 shows a longitudinal section through the sensor in an arrangement in which the torsional force "T" is applied to one end of the sensor, FIG. 2 likewise shows a longitudinal section through the sensor, but in an arrangement in which the torsional force "T "acts in the middle of the sensor, both ends of which are held, FIG. 3 shows a cross-section along the line III-IH from FIG. 2, which shows the arm for transmitting the torsional force a, FIG. 4 shows the actual individual torsion body. the upper half in longitudinal section, the lower half in view, FIG. 5 a cross section along the line VV from FIG. 4, FIG. 6 a side view in the direction VI, as drawn in FIG.
The other drawings show the individual winding phases, first of the individual torsion body, later the winding up of two connected bodies. It shows: Fig. 7 the winding up of the actual
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8 is a side view in the direction Vm according to FIG. 7, FIG. 9 shows the winding up of two separate polarization and excitation toroidal coils, each of which consists of two windings, as in FIG. 10 shows in side view in the direction X according to FIG. 9; 11 illustrates how, after two torsion bodies have been wrapped, the two bodies are connected with their end walls and then two further toroid windings - with a magnetizing and a feedback winding - are wrapped.
Each of them consists of two windings, as shown in FIG. 12 in a side view in the direction XII indicated in FIG. 11. Fig. 13 is a circuit diagram of the entire circuit using the servomotor to move the center contact of the potentiometer. It should be noted in relation to this figure that the beginnings of all windings of the sensor are marked with empty circles, the ends of the windings with black circles.
The basic element of the sensor construction is the torsion body 15 (see FIGS. 4, 5 and 6), the main component of which is a tube 155 made of magnetic material. Flanges 151 made of non-magnetic material are firmly attached to both of its ends, the end faces of which have recesses 153 and also openings 152 which are intended for connecting pins 19 (see also FIGS. 1 and 11).
The receiving winding is first wound onto the tube 155 of each torsion body 15 - FIGS. 7 and 8 show the winding of the receiving winding 41 onto a torsion body, and similar windings 42, 43 and 44 are wound onto the other torsion bodies. Thereupon both flanges
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second coil 31'-s. Figures 9 and 10.
A pair of torsion bodies 15 wrapped in this way is now assembled into an equiaxed body with the help of pins 19 (see Fig. 11) and this body is provided with two pairs of toroidal windings, the magnetizing winding 51 (with the second coil 51 ') and the feedback winding 61 (also with a second bobbin 61 ') wound around it. The actual torsion sensor is now put together from two bodies designed in this way - each of which consists of a pair of torsion bodies 15.
Fig. 1 shows an example of such a sensor in which the torsion bodies 15 (or the column formed by them) are held in the base plate 20, to which an equiaxed jacket 18 is also attached. The flange 17 is attached to the upper torsion body 15 with a pin 171, to which the measured torque "T" is transmitted.
In the modified embodiment according to FIGS. 2 and 3, the column consisting of four torsion bodies 15 is fastened at both ends in two base plates 20. A disk 16 with an arm 161 is inserted between the two pairs of torsion bodies, the latter passing through a slot 181 in the casing 18; The measured torque "T" (see FIG. 3) is then transmitted to the arm 161.
The overall circuit is shown in FIG. 13, where, for the sake of simplicity, the aforementioned second coils 21 ', 22', 23 ', 24', 61 ', 62', 31 ', 32', 33 ', 34', 51 'and 52' are not shown, because from the point of view of the circuit, these coils always form a unit with the original coils 21, 22 etc.
All the windings shown are connected in the following way: end of polarization winding 21 - end of polarization winding 22; Beginning of polarization winding 22 - beginning of receiving winding 42; End of take-up coil 42 - end of take-up coil 41; Start of take-up winding 41-end of take-up winding 44; Beginning of take-up winding 44 - beginning of take-up winding 43; End of take-up winding 43 - beginning of polarization winding 23; End of polarization loop 23 - end of polarization winding 24.
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are closed, to the wiper 74 of which the beginning of the feedback winding 62 is connected; the end of this winding 62 is connected to the end of the second feedback winding 61.
The beginning of the feedback winding 61 is connected at the point 40 to the connection between the end of the take-up winding 41 and the end of the take-up winding 44. In this way, the whole circle is formed.
The excitation circuit is formed by the excitation windings 31, 32, 33 and 34, which are connected as follows: end of winding 31 - end of winding 32; Beginning of winding 32 - beginning of winding 33; End of winding 33-end of the. Winding 34.
The beginnings of the two windings 31 and 34 are at both ends of a secondary winding of the
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mentioned secondary winding connected. The second control winding 72 of the motor 70 'is connected to the second
Secondary winding 82 of transformer 80 connected. The small motor 70 then adjusts the wiper 74 of the potentiometer 75 with the aid of a suitable mechanical coupling (indicated schematically as 73).
The magnetizing circuit is made up of two series-connected magnetizing windings 51 and
52 formed, the beginning of the winding 51 and the end of the winding 52 being connected to a full-wave rectifier 8 which is fed by the third secondary winding 83 of the transformer 80).
The mode of operation of the magnetostrictive torsion sensor according to the invention is as follows:
By the action of all excitation windings 31-34 supplied from the transformer 80
Alternating current is a so-called cylindrical in all four tubes 155 of all four torsion bodies 15
Alternating magnetic field formed. When the tubes 155 are mechanically stressed by a torque “T”, a voltage is induced in the take-up windings 41-44, the magnitude of which is proportional to the magnitude of the torque “T”. The pairs of excitation windings 31 and 32 or 33 and 34 are therefore switched in the opposite sense so that no voltage is induced from these excitation windings into the feedback windings 61, 62 and also not into the magnetizing windings 51, 52.
With regard to the cited switching of the pairs of excitation windings 31, 32 and 33, 34, the pairs of pick-up windings 41 and 42 or 43 and 44 must also be switched in opposite directions.
The alternating voltage from the two pairs of take-up windings 41 and 42 or 43 and 44 is now rectified by means of rectifiers 77 and 76, respectively. To the operating point of this converter 77 and
To shift 76 into the linear part of its characteristic becomes the same in the mentioned circuit
Voltage introduced from the polarization windings 21-24, which is proportional to the voltage in the excitation windings 31-34.
In the unloaded state, the wiper 74 is in its central position and no current flows through the feedback windings 61 and 62. If the sensor is now loaded with a torsional moment "T", a voltage is induced in the receiving windings 41 - 44. As a result, direct current flows through the middle branch, and therefore also through the feedback windings 61 and 62
The size and direction depend on the size and the sense of the torsional moment "T".
As a result of the direct current flow in the magnetization windings 51 and 52, a cylindrical direct current magnetic field of the same size or the same intensity is formed in all tubes 155. The same inductive resistance is therefore present in all excitation windings 31 - 34. When direct current flows through the two feedback windings 61 and 62, which are connected in the opposite direction, this current causes the one pair of torsion bodies 15 to increase the magnetic value
Direct current flow, whereas in the other pair of torsion bodies 15 the same current causes a reduction in the magnetic flow. Therefore, in one pair of the excitation windings (e.g.
31 and 32) the inductive resistance decreases, while in the other pair of excitation windings (e.g.
B. 33 and 34) the inductive resistance is increased.
This disturbs the equilibrium in the excitation circuit and consequently flows through its middle branch-d. H. through control winding 71 - current through. The motor 70 is set in motion and moves the wiper 74 until in the two circuits, i. H. in the excitation and in the receiving circuit, a state of equilibrium occurs.
It is important that the imbalance in the receiving circuit is increased by the fact that, due to unequal inductive resistances, the
Windings 31-34 an unequal voltage is induced in the polarization windings 21-24.
In this way, a certain feedback is achieved, which significantly increases the effect of the current from the take-up windings 41-44 and thereby also the power obtained in the excitation circuit.
The embodiment according to FIG. 2 differs in its overall circuit only in that the take-up winding 43 and 44 are connected in the take-up circuit in the opposite sense to that shown in FIG.
The sensor according to the invention provided with feedback is essentially a magnetic amplifier which is mechanically controlled by a specific torque and in which the winding with a variable inductance is used to excite the sensor.
The connection of the individual windings can also be done in a different manner within the scope of the invention
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Manner as just described, as is the case with magnetic amplifiers.
It can e.g. B. all excitation windings 31-34 are connected in four branches of an AC-fed bridge, in whose middle branch the small motor is connected or.
The sensor according to the invention, having a feedback, is an extremely useful element for measurement technology, automation and control. Its fundamental advantage is that it emits a signal and a power at its output with which, without further amplification, a powerful control element, e.g. B. a small servo motor, can be fed directly.
PATENT CLAIMS:
1. Magnetostrictive torsion sensor, which consists of an even number of torsion bodies firmly connected to one another, which are provided with excitation, polarization and recording windings, characterized in that all torsion bodies (15) are also provided with toroidal feedback windings (61 and 62), which are connected in the diagonal of a bridge, in whose branches the recording (41-44) and polarization windings (21-24) are connected in a manner known per se, the circle of excitation windings (31-34) arranged symmetrically and in its Diagonal the actual load (71) is connected.