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Digital-Umsetzer in Analog-Messgeräten
Die Erfindung betrifft einen Digital-Umsetzer in Analog-Messgeräten, bei denen der Ausschlag in eine messgrössenproportionale Impulsfolge umgesetzt ist. Es sind derartige Digital-Umsetzter bekannt, bei denen Permanentmagnete und unter dem Einfluss der permanentmagnetischen Felder impulserzeugende, ihren räumlichen Abstand mit dem Ausschlag des Messwerks ändernde elektrische Bauteile mit vorgegebener Frequenz und auf vorgegebenem Weg aneinander vorbeigeführt werden. In dieser Weise zeitlich aufeinanderfolgend erzeugte Impulse steuern als Start- bzw. Stopsignal einen frequenzkonstanten Impulserzeuger, der eine dem Ausschlag des Messwerkes proportionale Anzahl von Impulsen zur digitalen Weiterverarbeitung an eine entsprechende Einrichtung abgibt. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Zählschaltung handeln.
In dem bekannten Analog-Digital-Umsetzer finden als impulserzeugende elektrische Bauteile Spulen Anwendung. Das jeweils in ihnen bei Annäherung an einen der Permanentmagnete erzeugte Signal ist infolge seiner Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung der magnetischen Induktion proportional der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Permanentmagneten und der jeweiligen Spule. Eine derartige Abhängigkeit des Signals von der Geschwindigkeit der Relativbewegung ist aber im Hinblick auf eine möglichst grosse Freiheit in der Wahl der anzuschaltenden Digital-Einrichtungen häufig unerwünscht. So ist es im Hinblick auf die durch diesen Zusammenhang erforderliche relativ grosse Geschwindigkeit der Relativbewegung beispielsweise nicht möglich, unmittelbar ein elektromechanisches Zählwerk anzusteuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Digital-Umsetzer in Analog-Messgeräten, bei dem einer Zähleinrichtung eine dem Ausschlagswinkel des Messwerks proportionale Anzahl von Impulsen zugeführt wird, wobei Permanentmagnete, die auf dem Rand einer koaxial zum Messwerk liegenden und von einem Synchronmotor angetriebenen Scheibe angeordnet sind, an Spulen vorbeigeführt werden, deren eine fest in einer der Nullpunktlage des Messwerkes entsprechenden Stellung angeordnet, die andere mit dem Messwerk an dessen Bewegung teilnehmend verbunden ist und so in den Spulen die Start- und Stopsignale für eine Zähleinrichtung steuernde Torschaltung erzeugt werden, so zu verbes'sern, dass beispielsweise auch elektromechanische Zählwerke mit den Impulsen angesteuert werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, an Stelle der Spulen magnetfeldabhängige Widerstände anzuordnen. Bei Verwendung derartiger magnetfeldabhängiger Widerstände sind die in ihnen erzeugten Impulse der Induktion des jeweiligen Permanentmagnetkreises selbst propotional, so dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen den Permanentmagneten und den impulserzeugenden Bauteilen so niedrig gewählt werden kann, dass unter Beibehaltung der Genauigkeit der bekannten Umsetzer eine niedrige, auch zur unmittelbaren Ansteuerung eines elektromechanischen Zählwerkes geeignete Impulsfolgefrequenz einstellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Anordnung ist vorgesehen, die Permanentmagnete auf dem Rand einer ko- axial zum Messwerk liegenden, von einem Synchronmotor angetriebenen und zweckmässigerweise Bestand-
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teil des Aussenrotors des Synchronmotors bildenden Scheibe anzuordnen. Die magnetfeldabhängigen Widerstände wird man in einer Ebene nahe der Bahn der Permanentmagnete anordnen. Besonders zweckmässig ist eine Lösung, bei der die Permanentmagnete unter Verwendung von Rückschlüssen gebildete, in der Ebene der magnetfeldabhängigen Widerstände liegende Luftspalte aufweisen.
In der Regel wird man zumindest zwei magnetfeldabhängige Widerstände vorsehen, von denen der eine fest in einer der Nullage des Messwerkes zugeordneten Stellung angeordnet und der andere mit dem Messwerk an dessen Bewegung teilnehmend mechanisch verbunden ist. Sind die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände so angeordnet, dass sie bei in Nullage befindlichem Messwerk einander gegen- überstehen, so fallen bei Nullstellung des Messwerkes die das Start- und das Stopsignal darstellenden Impulse zeitlich zusammen.
In manchen Fällen ist es erforderlich, ausser den zur Erzeugung eines Start- und eines Stopsignals dienenden magnetfeldabhängigen Widerständen einen weiteren magnetfeldabhängigen Widerstand in solcher Anordnung vorzusehen, dass er vor Erzeugung des Startsignals einen zur Vorbereitung einer nachgeschalteten Einrichtung zur digitalen Weiterverarbeitung dienenden Impuls abgibt. Im Falle eines nachgeschalteten Zählers dient dieser Impuls beispielsweise zur Rückstellung desselben vor einer neuen Messung.
Zur Erzielung einer guten Genauigkeit der Umsetzung wird weiterhin vorgeschlagen, dass ein zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem Permanentmagneten und den magnetfeldabhängigen Widerständen vorgesehener Motor, vorzugsweise ein Synchronmotor, zugleich mit Mitteln zur Erzeugung der zwischen Start- und Stopsignal abgegebenen Impulse versehen ist. In diesem Falle besteht ein erzwungener Synchronismus zwischen Start- und Stopimpulsen einerseits und den zur Steuerung der nach,geschalteten Einrichtung abgegebenen Impulsen anderseits. Diese Mittel können beispielsweise eine Schlitzscheibe in Verbindung mit einem bekannten Hochfrequenzgrenzkontakt oder einer Photozelle enthalten.
Um eine Beeinflussung der Messgenauigkeit durch eventuell schwankende Netzfrequenz zu vermeiden, wird weiter vorgeschlagen, den Impulserzeuger als Netzfrequenzvervielfacher auszubilden, der aus demselben Netz wie der Synchronmotor gespeist wird.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispeil eines derartigen Analog-Digital-Umsetzers wiedergegeben.
Das durch die Drehspule 1 charakterisierte bewegliche Messwerk des Messgerätes wirkt über die aus dem Teil 2, dem Lenkarm 3 und der Schubstange 4 bestehende Geradführung auf den Schreibarm 5 ein, der den Verlauf des Messwertes kontinuierlich oder auch diskontinuierlich, d. h. punktweise, auf den Registrierstreifen 6 schreibt. Der Registrierstreifen 6 wird durch eine bekannte, die Transportwalze 7 aufweisende Vorrichtung von der Vorratsrolle 8 abgezogen ; eine Darstellung dieser Vorrichtung ist im einzelnen nicht erforderlich. Das vordere Ende des Schreibarmes 5 ist mit dem Zeigeransatz 9 versehen, der das Ablesen des jeweiligen Messwertes auf der Skala 10 gestattet.
Es besteht nun die Aufgabe, die Anzeige dieses analogen Messgerätes in einen entsprechenden digitalen Wert zur Steuerung beispielsweise einer Zählschaltung umzuformen. Hiezu dienen die im recht ten Teil der Figur dargestellten Einrichtungen. Man erkennt, dass unterhalb der Drehspule 1 der Synchronmotor 11, der sich in Pfeilrichtung dreht, koaxial mit der Drehspule 1 angeordnet ist. Dieser sich mit konstanter Geschwindigkeit drehende Synchronmotor trägt den Dauermagneten 12, der den unter Verwendung des magnetischen Rückschlusses 13 gebildeten Luftspalt 14 aufweist.
Ferner befinden sich in der durch den Luftspalt 14 senkrecht zur Achse des Synchronmotors verlaufenden Ebene in diesem Ausführungsbeispiel zwei magnetfeldabhängige Widerstände 15 und 16, von denen der erstgenannte raumfest am Tragbügel 17 befestigt ist, während der magnetfeldabhängige Widerstand 16 infolge seiner Aufhängung an dem fest mit der Drehspule 1 mechanisch verbundenen Träger 18 an der Ausschlagsbewegung des Messwerkes teilnimmt. Hieraus folgt, dass der Abstand zwischen diesen beiden magnetfeldabhängigen Widerständen, sofern der magnetfeldabhängige Widerstand 15 sich in einer der Nullstellung des Messwerkes entsprechenden Stellung befindet, ein direktes Mass für den vom Messwerk jeweils angezeigten Messwert ist.
Dadurch, dass der Synchronmo' tor 11 mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, wird dieser Abstand in eine Zeit umgesetzt, nämlich die Zeitspanne, die verstreicht, wenn der Permanentmagnet 12 von dem Ort des magnetfeldabhängigen Widerstandes 15 zum Ort des magnetfeldabhängigen Widerstandes 16 bewegt wird. Wenn sich der magnetfeldabhängige Widerstand 15 im Luftspalt 14 des Permanentmagneten befindet, wird in ihm ein Impuls als Startsignal für die nachgeschaltete Digital-Einrichtung erzeugt, während, der magnetfeldabhängige Widerstand 16 einen Impuls als Stopsignal abgibt, sobald er sich infolge der Drehung des Synchronmotors 11 im Luftspalt 14 des Permanentmagneten befindet.
Sorgt man
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dafür, dass diese beiden Impulse eine Anordnung nach Art einer Torschaltung steuern, so wird diese Anordnung während einer dem jeweils angezeigten Messwert unmittelbar entsprechenden Zeitspanne wirksam, und man kann eine Umsetzung des Messwertes in eine proportionale Zahl von Impulsen vornehmen.
In diesem Falle ist es, wie bereits bemerkt, zweckmässig, dem Synchronmotor an sich bekannte und daher nicht dargestellte Mittel zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter Frequenz zuzuordnen.
Als Stromzuführung zum magnetfeldabhängigen Widerstand 15 dient die Feder 19, die zugleich eine Rückführkraft auf das Messwerk ausüben kann.
In Fig. 2 und 3 ist eine weitere Ausbildungsform der Erfindung dargestellt. Unterhalb eines Messwerkes 1 und koaxial zur Achse 2 seiner Drehspule 3 ist ein Synchronmotor 4 angeordnet, auf dessen Aussenrotor 5 am Rande zwei Permanentmagnete M1 und M angebracht sind, die sich um 1800 versetzt einander gegenüberstehen. Die Magnete sind mit Rückschlüssen 6 versehen, wel- che über Luftspalte 7 den magnetischen Kreis schliessen. In einer der Nullpunktlage der Drehspule 3 entsprechenden Stellung in der Nähe der Umlaufbahn der Magnete , M ist ein magnetfeldabhän-
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winkel y, so folgen die in Spl und SP2 erzeugten Impulse zeitlich aufeinander, so dass die Öffnungszeit der Torschaltung proportional dem Ausschlagwinkel der Drehspule 3 des Messwerkes wird.
Während dieser Öffnungszeit werden Zählimpulse, deren Anzahl wieder dem Momentanwert der Messgrösse proportional ist, in eine Zählschaltung eingezählt. Soll der in die Zählschaltung eingezählte Momentanwert gelöscht werden, bevor der nachfolgende Wert eingezählt wird, kann mittels eines in der Magnetumlaufbahn vor dem magnetfeldabhängigen Widerstand Sep angebrachten magnetfeldabhängigen Widerstandes Sps ein Löschimpuls erzeugt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es beispielsweise auch möglich, nicht die Magnete, sondern die magnetfeldabhängigen Widerstände zu bewegen. Im allgemeinen wird es im Hinblick auf die erforderlichen Stromzuführungen aber zweckmä- ssiger sein, in der dargestellten Weise die Relativbewegung durch Bewegung der Permanentmagnetsy - steme zu erzeugen.
Die Erfindung gestattet ferner die Umsetzung eines analog angezeigten Messwertes in einen digitalen Wert auch dann, wenn das Messgerät den Nullpunkt an einer beliebigen Skalenstelle - also nicht nur am Skalenanfang - hat und für positive und negative Ausschläge ausgelegt ist. In diesem Fall wird durch den dritten magnetfeldabhängigen Widerstand die Zählkette nicht auf Null zurückgestellt, sondern auf einen Wert, der dem negativen Skalenendwert entspricht. Sobald der dem linken (negativen) Skalenende zugeordnete magnetfeldabhängige Widerstand in den Bereich des Permanentmagneten gerät und einen Impuls erzeugt, werden die Impulse konstanter Frequenz auf einen eine Rückwärtszählung bewirkenden Eingang einer Zählkette gegeben. Diese ist so aufgebaut, dass sie beim Erreichen der Nullage des Messgerätes die.
Impulse auf einen eine Vorwärtszählung bewirkenden Eingang der Zählkette umschaltet. Der am Messwerk befestigte magnetfeldabhängige Widerstand beendet dann die Zählung.
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