<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes in Abhängigkeit von einer veränderlichen Längen- oder Winkelgrösse
Zur Umformung vorgegebener Längen oder Winkel in elektrische Ströme oder Spannungen von zuge- ordneter Grösse werden meist Potentiometer oder veränderbare Widerstände verwendet. Anordnungen dieser
Art haben jedoch den Nachteil, dass die gewonnenen Ströme bzw. Spannungen vom jeweiligen Abschluss- widerstand abhängig sind. Überdies wirken die zur Verstellung der Potentiometer bzw. der veränderbaren Widerstände erforderlichen Reibungskräfte auf den Antrieb, z. B. ein Messgerät, zurück.
Die Abhängigkeit des Messstromes vom Abschlusswiderstand lässt sich bei einer Einrichtung vermeiden, die z. B. den Winkelausschlag mittels einer Feder in ein proportionales Drehmoment umwandelt, das mittels eines vom Messstrom beaufschlagten Messwerkes kompensiert wird. Jedoch auch bei dieser Ausführung ist eine Rückwirkung auf das antreibende Messgerät vorhanden, die durch die zur Umwandlung des Winkelausschlages in ein Drehmoment dienende Feder verursacht wird.
Es ist weiters bekannt, zur Umwandlung geometrischer Grössen in elektrische Grössen Transforma- toren mit verstellbaren Kernen (Differentialtransformatoren) zu verwenden, die ebenfalls den Nachteil einer Rückwirkung auf das antreibende Messgerät aufweisen.
Die bei den erwähnten Einrichtungen durch Reibungs- oder Federkräfte hervorgerufenen Rückwirkungen verursachen bei Messgeräten mit kleinem Drehmoment, z. B. Manometern mit kleinem Druckbereich beträchtliche Fehler auch dann, wenn das Messgerät selbst sehr genaue Messergebnisse liefert.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes in Abhängigkeit von einer veränderlichen Längen- oder Winkelgrösse, bei der zum Unterschied von den genannten, zum gleichen Zweck dienenden Einrichtungen weder der gewonnene Strom vom Abschlusswiderstand abhängig ist. noch eine Rückwirkung durch Feder- oder Reibungskräfte auftritt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist mit einem in den Ausgangsstrom eines Verstärkers eingeschalteten Gerät zur Erzeugung einer Kraft oder eines Drehmomentes in Abhängigkeit von der Stärke des Ausgangsstromes versehen. wobei der die Kraft bzw. das Drehmoment ausübende Teil des Gerätes zusätzlich unter der mittels einer Feder erzielten Wirkung einer Gegenkraft bzw. eines Gegendrehmomentes steht und gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Lagedifferenz zwischen einem die veränderliche Längen- oder Winkelgrösse abbildenden Teil und dem die Kraft bzw. das Drehmoment ausübenden Teil des Gerätes mechanisch gesteuerten elektrischen Verstärker, dessen von der Lagedifferenz abhängiger Strom im Gerät eine Kraft bzw. einDrehmoment zur Kompensation der Gegenkraft bzw. des Gegendrehmomentes der Feder erzeugt.
Zur Erzeugung eines Drehmomentes eignet sich vorzugsweise ein Messwerk, dessen bewegliches Organ in den Kreis des von der Lagedifferenz abhängigen Stromes geschaltet ist. Als Messwerk eignet sich jedes Gerät, in dem ein elektrischer Strom nicht nur im Zusammenwirken mit einem Magnetfeld, sondern auch indirekt, beispielsweise mittels einer an einem Widerstand erzeugten und einem elektrostatischen Instrument zugeführten Spannung, ein Drehmoment erzeugt.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Einrichtung lässt sich mit einfachen Mitteln nicht nur ein der ver- änderlichen Längen- oder Winkelgrösse proportionaler Strom, sondern ein mit dieser Grösse in praktisch beliebigem funktionalem, insbesondere quadratischem Zusammenhang stehender Strom erzielen. Die bis-
<Desc/Clms Page number 2>
her übliche Darstellung einer nichtlinearen Beziehung, z. B. eine Radizierung mittels eines Potentiome- ters erfordert ein Potentiometer mit einer quadratischen Charakteristik, wozu dann noch weitere Einrich- tungen zur übertragung, ze B.
Kurvenscheiben mit Abgriffen usw. des durch die Radlzierung gewonne - nen Wertes erforderlich sind, die weitere Quellen von Rückwirkungskräften darstellen und auch zusätz- liche Abhängigkeiten vom jeweiligen Betriebszustand mit sich bringen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es handelt sich hiebei um ein
Gerät, das einen der jeweiligen Winkellage Cf'eines Zeigers 1 proportionalen elektrischen Strom I erzeu- gen soll, der entweder in einem Messgerät 2 laufend angezeigt oder mittels eines Schreibgerätes 3 re- gistriert oder in einem Regler 4 zur Durchführung von Regelprozessen ausgewertet werden soll
Mit 5 ist ein Verstärker mit einem in einen Eingangskreis geschalteten selbsterregten Schwingkreis bezeichnet, dessen Schwingkreisspule 6 zusammen mit einer Rückkopplungsspule 7 und einer Gegenkopp- lungsspule8 in einem verschwenkbaren Rahmen 9 angeordnet ist.
Zwischen der Schwingkreisspule 6 einer- seits und den gleichachsig nebeneinander angeordneten Spulen 7 und 8 ist quer zu den Spulenachsen ein
Spalt vorgesehen, in dem eine verschwenkbare Abschirmfahne 10 je nach ihrer relativen Winkellage ge- genüber dem verschwenkbaren Rahmen 9 das Verhältnis der Kopplung der Schwingkreisspule 6 mit der
Rückkopplungsspule 7 einerseits und der Gegenkopplungsspule 8 anderseits bestimmt. Hiedurch wird schon bei einer minimalen Verschwenkung der Abschirmfahne 10 relativ zum Rahmen 9 der Ausgangsstrom des
Verstärkers 5 wesentlich verändert. Ferner ist ein elektrodynamisches Messwerk vorgesehen, dessen fest- stehender Teil mit 11 und dessen bewegliches Organ mit 12 bezeichnet ist und dem der Ausgangsstrom des Verstärkers 5 zugeführt ist.
Mit 13 ist die Welle des beweglichen Organes 12 des Messwerkes bezeich - net und mit 14 die Welle des Zeigers 1, auf der auch der Rahmen 9 sitzt. Die Wellen 13 und 14 sind un- abhängig voneinander verdrehbar, jedoch so angeordnet, dass sie eine gemeinsame Mittellinie besitzen.
Mit15 ist eine Feder bezeichnet, die auf die Welle 13 des beweglichen Organes 12 ein Drehmoment aus- übt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung ist folgendermassen : Von einem Messgerät, z. B. einem Druckmessgerät mit schwachem Messmoment wird der Zeiger 1 und mit diesem über die Welle 14 der Rahmen 9 entsprechend dem jeweiligen Messwert verschwenkt. Wird beispielsweise der Zeiger 1 im Sinne einer Vergrösserung des Winkels tp verstellt, so werden die Spulen 6,7 und 8 relativ zur Abschirmfahne 10 nach rechts verschwenkt. In der Nullage (tp = 0) ist die Rückkopplungsspule 7 von der Abschirmfahne 10 abgedeckt, während die Gegenkopplungsspule 8 in vollem Ausmass an die Schwingkreisspule 6 angekoppelt ist, so dass die Gegenkopplung voll wirksam ist und der Verstärker 5 keinen Ausgangsstrom liefert.
Bei Vergrösserung des Winkels tp wird die Kopplung der Schwingkreisspule 6 mit der Rück- kopplungsspule7 verstärkt und die Kopplung mit der Gegenkopplungsspule 8 geschwächt. Hiedurch wird der Ausgangsstrom J des Verstärkers 5 verstärkt, der das Drehmoment des beweglichen Organes 12 entgegen dem Drehmoment der Feder 15 erhöht, so dass die Welle 13 mit der Abschirmfeder soweit verschwenkt wird, bis durch die Stellung der Abschirmfahne 10 relativ zu den Spulen 6,7 und 8 am Rahmen 9 ein Ausgangsstrom J von solcher Grösse bewirkt wird, dass bei der betreffenden Winkellage der Abschirmfahne 10 das von der Feder 15 ausgeübte Drehmoment durch das vom beweglichen Organ 12 ausgeübte Drehmo - ment gerade kompensiert wird.
In entsprechender Weise vollzieht sich die Bewegung des beweglichen Organes 12 des Messwerkes, wenn der Zeiger 1 seinen Ausschlagwinkel cp verringert, wobei nämlich der Rahmen 9 gegenüber der Abschirmfahne 10 so verstellt wird, dass die Gegenkopplung auf Kosten der Rückkopplung verstärkt wird, so dass der Ausgangsstrom J des Verstärkers 5 vermindert wird. Dadurch verringert sich auch das Drehmoment des beweglichen Organes 12, so dass zufolge der Wirkung der Feder 15 auch die Welle 13 mit der Abschirmfahne im gleichen Sinne und Ausmass wie die Welle 14 zurückverdreht wird.
Der Ausgangsstrom J des Verstärkers 5 ist im Masse seines Verstärkungsgrades abhängig vom Verdrehungswinkel zwischen dem Rahmen 9 und der Abschirmfahne 10. Wenn der Verstärkungsgrad hinreichend gross ist, kann die bei maximalem Ausgangsstrom J auftretende Verdrehungswinkeldifferenz zwischen den Teilen 9 und 10 so klein gehalten werden, dass sie gegenüber dem zu messenden Winkel cp vernachlässigbar ist. Da die Verdrehungswinkeldifferenz praktisch demAusgängsstromJ proportional ist, kannderent- stehende Winkelübertragungsfehler eingeeicht werden und er stellt somit keinen echten Fehler dar.
Im Gleichgewichtszustand der erfindungsgemässen Einrichtung ist also die Verdrehung der Achse 13 praktisch gleich der Verdrehung cp der Achse 14. Das von der Feder 15 auf die Achse 13 ausgeübte Drehmoment ist daher proportional dem Verdrehungswinkel cp. Das vom Ausgangsstrom J des Verstärkers 5, erzeugte Gegendrehmoment ist daher im Zustand des Gleichgewichtes ebenfalls dem Verdrehungswinkel proportional. Der funktionale Zusammenhang zwischen der Stärke des Ausgangsstromes J und dem Ver-
<Desc/Clms Page number 3>
drehungswinkel tp des Zeigers 1 hängt somit nur von dem Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstrom J und dem vom Messwerk 11,12 erzeugten Drehmoment ab.
EMI3.1
eisenmesswerkes bei Betrieb mit Gleich- oder Wechselstrom.
Bei Verwendung eines elektrodynamischen Messwerkes, bei dem sowohl der feststehende Teil 11, als
EMI3.2
dem Winkel < ist.
Durch entsprechende Ausbildung des Magnetfeldes bei Verwendung eines Drehspulmesswerkes mit Per- manentmagnet bzw. desDreheisens bei Verwendung eines Dreheiseninstrumentes kann ein Zusammenhang zwischen Winkel tp und Ausgangsstrom J nach einer andern Funktion erzielt werden.
In analoger Weise lässt sich auch eine Längenänderung in einen proportionalen oder funktional abhängigen Strom umwandeln, wenn beispielsweise die auf einem gemeinsamen Rahmen angeordneten Schwingkreis-, RUckkopplungs-und Gegenkopplungsspulen relativ zur Abschirmfahne verschiebbar angeordnet sind. An Stelle eines Drehspulmesswerkes ist eine Spule mit einem unter der Wirkung einer Feder stehenden Kern zu verwenden, der beispielsweise zur Verschiebung der Abschirmfahne dient, während der Rahmen mit den Spulen entsprechend der abzubildenden Länge verschiebbar angeordnet ist.
Die zwischen'den Spulen des Verstärkers und der Abschirmfahne auftretende Kraft ist minimal, da durch deren gegenseitige Verstellung nur die relativ geringe Energie des HF-Schwingkreisfeldes geändert wird, so dass eine Rückwirkung praktisch nicht zustandekommt.
Die Erzeugung eines von der Ladedifferenz zwischen dem die veränderliche Längen-oder Winkel- grösse abbildenden Teil und dem beweglichen Organ des Messwerkes abhängigen Stromes ist auch mit einer Einrichtung möglich, bei der die Schwingkreisspule einerseits und die Rück- und Gegenkopplungsspulen anderseits gegeneinander beweglich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes in Abhängigkeit von einer veränderlichen
EMI3.3
oderWinkelgrösse unter Verwendungteten Gerätes zur Erzeugung einer Kraft oder einesDrehmomentes in Abhängigkeit von der Stärke des Ausgangsstromes, wobei der die Kraft bzw. das Drehmoment ausübende Teil des Gerätes zusätzlich unter der mittels einer Feder erzielten Wirkung einer Gegenkraft bzw. eines Gegendrehmomentes steht, gekennzeichnet durch einen in Abhängigkeit von der Lagedifferenz zwischen einem die veränderliche Längenoder Winkelgrösse (tu) abbildenden Teil (9) und dem die Kraft bzw.
das Drehmoment ausübenden Teil (12) des Gerätes (11, 12) mechanisch gesteuerten elektrischen Verstärker (5), dessen von der Lagedifferenz abhängiger Strom (J) im Gerät (11,12) eine Kraft bzw. ein Drehmoment zur Kompensation der Gegenkraft bzw. des Gegendrehmomentes der Feder (15) erzeugt.