Elektrische Anordnung mit einem zwischen zwei Übertragern geschalteten elektrischen Fühlorgan. Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische Anordnung mit einem zwischen zwei Übertragern geschalteten elektrischen Fühl organ, dessen Übertragungsmass von einer zu erfassenden physikalischen Grösse so beein- flusst wird, @dass bei Speisung des ersten Übertragers :
mit 'einer Wechselspannung kon stanter Amplitude am Ausgang des zweiten Übertragers eine von der genannten Grösse abhängige Spannung auftritt.
Bei derartigen Anordnungen können durch die Wirkung des magnetischen Feldes des ersten Übertragers: auf den zweiten Über trager beträchtliche Messfehler *verursacht werden. Um dies zu vermeiden, -wird nach der Erfindung vorgeschlagen, elektrische Mit tel vorzusehen, :durch welche die im zweiten Übertrager durch das- Feld des ersten Über- i:ragers, induzierte Spannung wenigstens an genähert kompensiert wird.
Im folgenden werden Aueführungs.beispie'le der Erfindung an Hand der Zeichnung erläu tert, bei denen es sich. um Vorrichtungen zur Messung des von einer Welle übertragenen Drehmomentes handelt, und zwar zeigt: Fig. 1 schematisch den konstruktiven Aufbau der Einrichtung, Fig. 2 das Schaltschema der Einrichtung nach Fig. 1, und Fig. 3 und 4 stellen weitere Ausführungs formen dar.
In den dargestellten Ausführungsformen soll das von einer in Lagern 11, 12 laufenden Welle 10 übertragene Drehmoment gemessen werden. Die Welle 10 wird von einem Mo tor 13 über einen Antriebsriemen 14 und Rie menscheiben 15, 16 angetrieben und über trägt ihrerseits mittels der getriebenen Rie menscheibe 17 und dem Riemen 18 ein Dreh- nio@ment auf eine nicht dargestellte Belastung.
Um, dae von der Welle 10 übertragene Drehmoment zu messen, ist auf ihr ein auf ihre Torsion ansprechendes Mittel 20 befe stigt, ;das bei den, beschriebenen Ausführungs beispielen aus elektrischen Beanspruchungs- messern (im folgenden kurz Glieder ge nannt) besteht, deren Widerstand sich in Ab hängigkeit von auf sie ausgeübtem Druck bzw.
Zugkräften ändert. Vorteilhaft werden hierzu vier Beanspruchungsmesser der in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2292541 be schriebenen Art verwendet; sie sind in Fig. 2 mit 21, 22, 23, 24 bezeichnet. Diese Bean- spruchungsmesser bilden die vier Zweige einer Wheatstoneschen Brücke und sind auf die Welle 10 so aufgekittet, dass sie mit einer Erzeugenden der Welle einen Winkel von 45 bilden.
Das eine aus .diametral gegenüber liegenden Beanspruchungsmessern gebildete Paar wird auf Zug, das andere auf Druck beansprucht.
Diese Anordnung spricht praktisch nur 'auf Torsiousbeanspruchungen der Welle an. Wenn das eine Gliederpaar 21, 23 auf Zug beansprucht wird, wird das andere 22, 24 auf Druck beansprucht, wobei .der Widerstand der Glieder 21 und 23 grösser und der Wider stand :der Glieder 22 und 24 kleiner wird, so dass sich die beiden Wirkungen addieren und hierdurch eine grosse Empfindlichkeit der Wheatstoneschen Brücke erreicht wird.
Das die Wheatstonesche Brücke enthal tende Fühlorgan 20 wird von einem ersten Übertrager 25, 26 gespeist. Dessen. ortsfeste Primärwicklung 25 ist in der Zeichnung als Ringspule dargestellt und wird vorzugsweise m it der Welle 10- koaxial angeordnet.
Die in der Wicklung 26 induzierte Spannung wird über die Leitungen 28, 29 an das Fühlorgan 20 gelegt. Die von diesem übertragene Span nung bzw. die Stromstärke in den Leitungen 30, 31 ändert sich entsprechend der Wider- standsänderun.g der Glieder 21 bis 24.
Im Ausgangsstromkreis ist ebenfalls durch eine Manschette oder Nabe 33 eine Wicklung 32 auf der Welle 10 befestigt. Im Induktions bereich der Wicklung 32 ist eine ortsfeste Wicklung 34 angeordnet, die mit ihr den zweiten Übertrager bildet. Die von der Wick lung 32 in, der Wicklung 34 induzierte Span nung kann .durch verschiedene Mittel gemes sen, aufgezeichnet oder zu Steuerungszwecken verwendet, z. B. einem empfindlichen Volt meter zugeführt werden.
Beim vorliegenden Beispiel wird ein Röhrenvoltmeter 36 ver- ivendet.
Die Wicklung 25 wird aus irgendeiner Wechselstromquelle gespeist. Die beiden Übertrager 25, 26 und 33, 34 sind durch die uTelle 10 magnetisch gekoppelt, was- in der Fig. 2 schematisch mit den Doppellinien 10a angedeutet ist. -Obwohl der magnetische Kreis zwischen .den beiden Übertragern über Luft geschlossnen ist, ist das magnetische Feld des Eingangsübertragers stark genug, um die Ausgangsspannung der Wicklung 34 zu be einflussen.
Um die im zweiten Übertrager 32, 34 durch das magnetische Feld des ersten Über tragers induzierte Spannung zu kompensie ren, wird bei der Ausführungsform nach den F'ig.1 bis 3 eine Spule 40 entsprechend: ange ordnet und erregt.
Im Ausführung beispiel nach F'ig.1 ist die Spule 40 zwischen den Übertragern 25, 26 und 32, 34 angeordnet, jedoch kann sie auch jenseits derselben oder in einem seit lichen Abstand von der Welle 10 angebracht werden.
Die Spule 40 wird vom Osizillator 38 über ein Potentiometer 41 gespeist. Durch Verschieben des Schleifkontaktes am Wider stand 41 wird die Stärke der Erregung der Primärwicklung 25 einerseits und der Kom- pensationsspule anderseits im entgegengesetz ten Sinne gesteuert.
Der Widerstand 41 wird so eingestellt, dass die Wirkung des magnetischen Feldes des Übertragers 25, 26 in der Umgebung des Übertragers 32, 34 kompensiert wird.
Das von .der Spüle 40 erzeugte Feld muss das vom Transformator 25, 26 herrührende kom@enssieren, also gleiche Grösse, aber ent gegengesetzte Phase haben. Mit dem einstell baren Kondensator 42 kann die Phase des Stromes und damit diejenige .des magneti schen Feldes der Spule 40 eingestellt werden. Durch entsprechende Einstellung ,der Kapazi tät 42 und des Widerstandes 41 kann so die gewünschte Kompensation erzielt werden.
Vor dem Auftreten einer mechanischen Beanspruchung ist die Spannung an der Pri märrichtung 32 Null, weil' die vier Glieder 2'1 bis 24 gleiche Widerstände haben. Bei Belastung der Welle steigt diese Spannung entsprechend ihrer Torsion an. Das Röhren- voltmeter <B>N</B> kann direkt für T'orsionsbean- spruchun'g oder in mkg geeicht sein.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fi,g. 3 kommen zwei, Fühlorgane 210 und b5 zur An- wendung, wobei :
das Zusammenwirken des Eingangsübertragers 2'5, 26 und des Aus gangsübertragers<B>312,</B> 34 mit dem Fühlorgau 20 -das gleiche bleibt wie in dem bereits be- schrie'benen-Aueführungsbeis.pied.. Das zweite F'ühlorgan 5,5 kann auch zur Messung von andern mechanischen Beanspruchungen, wie Schub-, Axial- und Biegunbkräften, von Temperaturänderungen oder andern Verän derungen,
die Gegenstand einer Untersuchung eines rotierenden Organs bilden können, die nen, Der Ausgang des Fühlorga.us M ist mit einem zweiten Ausgangsübertrager 56, 5 7 verbunden. Die Komperusationsspule 40@ kann wegen: ,der örtlichen Anord nung -der Übertrager 32, 34 und 5,6, 57 nicht gleichzeitig in bezug auf beide Übertrager verwendet werden.
In den Zuleitungen des Widerstandes 41 wird. jedoch ein solcher Schalter 58 vorgesehen,, der es ermöglicht, in einer Schaltstelaung das magnetische Feld in der Umgebung des Übertrabers 56, 57 und in der zweiten Stellung dasjenige in der Umgebung des Übertragers 3'2, 34 zu kom pensieren. Entsprechende Änderungen der Kapazität 42 sind ebenfalls vorgesehen.
Durch diese Anordnung kann also (zeitlich nacheinander) mit einer einzigen Spule das Magnetfeld an verschiedenen Orten kompen siert werden.
Die Kompensationsspsule kann in der Umgebung der Ein- oder Ausgangsübertrager beliebig, z. B. wie die in F'ig. 3 gestrichelt angedeutete Spule 40a, angeordnet sein.
Die im Fühllorgan 20 verwendeten, auf Zug- und Druckkräfte ansprechenden Wider stände sind mit vorbestimmten Werten er hältlich und können .durch Bindemittel mit der Welle in beliebiger Anordnung verbun den werden. Die. Wirksamkeit.der Wheatstone- schen Brücke oder einer andern an ihrer Stelle verwendeten abglei,
chbarenSchaltung wird durch anfäuglieh bestehende Unter schiede zwischen den Werten der Wider stände 21 bis 2'4 oder durch im Laufe der Zeit auftretende Grö3enjänderungen aderselben nicht. in Frage gestellt.
Die die Spule 40 enthaltende Schaltung erlaubt nämlich vor jeder Inbetriebnahme eine Nacheichung der M essstromkreise. Eine im Anfangszustand unausgegliohene Brücke 2(0 kann durch ent sprechende Einstellung des Widerstandes. 41 und :der Kapazität 42; ausgeglichen und dieser Zustand durch Nullstellung des Voltmeters 36 festgestellt werden.
Bei -der A.u sführungsform nach Fig. 4 wird die :durch das Feld des ersten übertra.- l;ers im zweiten Übertrager induzierte Span- nung nieht,durch eine gleichfalls induzierte, sondern durch eine ,direkt zugeführte Span nung kompensiert. In Fig. 4 sind entspre chende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Fig. 1 bis 3.
Vom Oszil- lator 38 wird der Primärwicklung 25 Strom geeigneter Frequenz, z. B. von 20 000 Hz, zugeführt. Die Sekundärwicklung 216 ist. mit .dem .durch ein Rechteck 20, -dargestellten Fühlorgan verbunden, dessen Ausgangs- spannung wieder an der rotierenden A.us- gangs.pritmärwicklung <B>32</B> liegt.
Zur Kompensation der induktiven Wir- kungdes: vom Eingangsübertrager 25, 26 er zeugten magnetischen Feldes auf den Aus gangsübertrager 32, 34 sind hier mehrere Massnahmen vorgesehen. Hierzu dient vor allem eine am einstellbaren Widerstand 41 abgegriffene Spannung, die über das Volt meter 36 -der Sekun:därwicklun.g des Aus- gangsübertragers zugeführt wird. Die Ka pazitäten 42 und 69 steuern die Phase dieser Spannung.
Der bewegliche Kontakt 6,8 und .die Kapazität 4,2 werden .so eingestellt, da'ss diese Zusatzspannung von gleicher Grösse und entgegengesetzter Phase ist wie die von .dem magnetischen Feld des Eingangsübertragers 25, 26 induzierte. Anfänglich, vor der Be lastung der Welle 10, wird ein Oszill.oskop 70 parallel zum Volftmeter 36 geschaltet, das zur Einstellung der Phasenverschiebungsimit- tel 41, 42 benützt wird.
Weiter können um die Welle 10 kurzge- schlossene Windungen 71 und 72 vorgesehen sein. Der in der Welle von dien Spulen 2,5 und 26 erzeugte magnetische Fluss wird durch diese kurzgeschlossenen Windungen 71 und 72 teilweise kompensiert und dadurch seine Wirkung auf die Spulen 321 und 3'4 weit gehend geschwächt. Um .diesen magnetischen Fluss zu verkleinern,
können magnetisclhe Ab schirmungen 73 und 74 zwischen den Ein- und Ausgangsübertrager angeordnet sein. Diese Abschirmungen können aus Eisenoder einer ferromagnetis,chen Legierung bestehen. Um die Wirkung des elektrischen Feldes möglichst klein zu ha.'lten, sind zusätzlIche Abschirmungen 75, 76 vorgesehen, Diese be- stehen aus einem elektrisch gut leitenden Material, z. B. Kupfer.
Auf den den Ab- schirmungen 73' und 76 gegenüberliegenden Spulenfläahen können zusätzliche Ab,sGhir- mungen 77 und 78 aus Kupfer vorgesehen sein.
In ähnlicher Weise können noch wei tere magnetische Abschirmungen vorgesehen werden.. Durch diese zusätzlichen Abschir- mungen werden die im Ausgangsübertrager 3,2, 34 induzierten Spannungen auf ein Min destmass reduziert.
Die Frequenz der Wechselstromquelle wird vorzugsweise im Bereich von. 60 bis 1!0 000 Hz .gewählt. Die niedrigen Frequenzen ergeben einen gleichmässiger verteiltenFluss in der Welle 10,
während bei höheren Fre quenzen der Skineffekt in den Vordergrund tritt. Für die höheren Frequenzen kommt daher vorteilhaft nichtmagnetisches. Material zur Anwendung. Sie werden auch für Dreh- momentmessungen, die vom Werkstoff der Welle weitgehend unabhängig sind, verwen det.
Der Abstand zwischen Aden Übertragern ist in den Figuren übertrieben gross b zeieh- net, um eine -deutlichere Darstellung zu er mögliehen. Die Wicklungen 32, 34 des Aus gangsübertragers müssen: nicht unbedingt die gleichen Dimensionen wie diejenigen -des Ein- gangsübertragers. haben.
Bei den 'beschriebenen Me3anordnungen sind keine leitenden. Kontakte zwischen, um laufenden und ortsfesten; Wicklungen vorhan den. Demzufolge ist der Aufwand für In- standhaltung nur gering. Für sehr hohe Drehgeschwindigkeiten empfiehlt sich, in folge der dann auftretenden. Zen4rifugal- kräfte, möglichst kleine Spulen zu, verwen den.
Die Einriehtung kann., vorausgesetzt, dass entsprechende Abdeckungen der Spulen vorgesehen sind, auch in korrosiven Flüssig- keiten, z. B. Meerwasser, oder in eäurehalti- ger Atmosphäre verwendet werden,