Geber für eine Drehzahlmessvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ge ber für eine Drehzahlmessvorrichtung, wobei die zu messende Drehzahl auch Funktion einer andern Grösse sein kann, die wenigstens teilweise von dieser Drehzahl abhängt.
Der Geber gemäss der Erfindung weist eine in einem Gehäuse drehbare Achse auf und zeichnet sich dadurch aus, dass im Ge- hausse eine mit einem offenen ferromagneti- sehen Kern versehene Spule angeordnet ist,. und dass die Achse mit einem ferromagneti- sciien Anker verbunden ist, der bei dem Drehen um die Achse den magnetischen Widerstand des durch den Kern und den Anker gebildeten magnetischen Kreises periodisch iindert, so dass beim Speisen der Spule mit einem hoehfrequenten Wechselstrom dessen Amplitude mit einer der Winkelgeschwindig- keit der Achse proportionalen Frequenz mo duliert wird.
Der erfindungsgemässe Geber kann wie folgt gebraucht werden :
Die Spule des Gebers wird von einem ausserhalb des Gebers erzeugten hochfrequenten Wechselstrom, dessen Frequenz höher als das Zehnfache der zu messenden Frequenz ist und z. B. zwischen 30 und 1000 kHz liegen kann, gespeist. Aus dem modulierten Strom wird eine modulierte Hochfrequenzspannung abgeleitet, deren Modulationsfrequenz also proportional der Winkelgeschwindigkeit der Achse ist. Diese Spannung wird demoduliert und ziuii Speisen der Anzeigevorrichtung gebraucht.
Die Erfindung beschränkt sich auf den Geber, das heisst auf die Vorrichtung, die den Hoehfrequenzwechselstrom modulie Der Empfänger und Erzeuger des Hochfrequenz- wechselstromes liegen ausserhalb des Rahmens der Erfindung. Auch sind für diesen Zweck geeignete Vorrichtungen an sich bekannt.
Der Geber nach der Erfindung kann so ausgebildet werden, da# eine Wechselspan- nung von z. B. 40 Veff hinter dem Demodulator erhalten wird, die für den beabsichtig'ten Zweck reichlich genügt.
Besondere Vorteile ergeben sich bei Ausbildung des erfindungsgemässen Gebers für einen Stromungsmesser zur kontinuierlichen Bestimmung der pro Zeiteinheit durch eine Leitung fliessenden und/oder der in einem bestimmten Zeitabschnitt hindurchgeflossenen Flüssigkeits-oder Gasmenge, md zwar vor allem bei Strömungsmessern, die als Brenn- stoffverbrauchsmesser in Flugzeugen gebraucht werden. Hierzu wird bei einer speziel- len Ausführungsform der Erfindung die An triebsachse des Rotors mit einem Flügelrad ausgerüstet und das Ganze in ein von dem Fluidum durchflossenes Gehäuse koaxial eingebaut.
Ein ebenfalls mit einem Flügelrad arbeiten- der Geber eines Strömungsmessers ist bekannt.
Hierbei treibt jedoch das Flügelrad eine mit Zähnen versehene Scheibe an, wobei die Zähne beim Drehen periodisch ein auf ein photoelektrisehes Element gerichtetes Lichtbündel unterbrechen. I3ierdureh werden durch das photoelektrische Element periodische Spannungsimpulse erzeugt, die einer geeigneten Empfangs-umd Anzeigevorriehtung zugeführt werden.
Eine derartige Vorrichtung weist jedoch einige Nachteile auf, und zwar :
1. das photoelektrische Element und die das Liehtbündel aussendende Glühlampe sind ziemlich zerbrechlich und haben eine be schränkte Lebensdauer ;
2. die Masse der auf dem Rotor befestig- ten Scheibe muss ziemlich gross gemacht wer- den, wodurch die Rotorlager beträchtlich belastet werden ;
3. aus konstruktiven Gründen befindet sich die Scheibe in dem Flüssigkeitsstrom, was eine Vergrösserung der auf das Rotorsystem wirkenden Flüssigkeitsreibungskräfte verursacht.
Dies hat wieder zur Folge, da# die Inbetriebsetzung des Rotors bei niedri- gerer Durchflussgeschwindigkeit einigermassen gehemmt wird, während ausserdem der Einfluss der temperaturabhängigen Viskosität des durehfliessenden Mediums hierdurch ver- stärkt wird, was selbstverständlich die Ge nauigkeit der Anzeige beeinträchtigt, es sei denn, dass spezielle Massnahmen getroffen werden, um diesen Einfluss zu korrigieren ;
4. der-elektronische Frequenzmesser reagiert nur auf Eingangsspannungen, die grösser sind als ein bestimmter Schwellenwert, da Änderungen der Höhe und der Kurven- form der photoelektrischen Spannung keinen Einfluss auf die Anzeige ausüben dürfen.
Nun ist die von einem photoelektrischen Element (Sperrsehichtzelle) gelieferte Spannung nur wenig höher als dieser Schwellwert, so dass ss besondere Hilfsmittel, wie z. B. ein Verstärker, verwendet werden sollten.
Günstiger in dieser Hinsicht ist die gasgefüllte Photozelle, die aber eine so hohe Im pedanz hat und einen so grossen Belastungs- widerstand erfordert, da# hierdurch an die Eigenscha. ften des Verbindnngskabels zwisehen dem Messelement und dem Frequenz- messer besonders hohe Anforderungen gestellt werden.
5. Die Lampe sowie das photoelektriyehe Element müssen durch im Gehäuse eingebaute Fenster von der durch dieses Gehäuse flie ssenden Flössigkeit getrennt werden, was sehr hohe Anforderungen an die Abdichtung stellt.
Der Strömungsmesser gemäss der Erfin- dung ist frei von den vorerwähnten, dem pliotoelelitrischen System inhärenten Nachteilen.
Wie erwähnt, ist es möglich, durch beson dere Ausbildung des Gebers gemäss der Er findung ohne Schwierigkeiten eine Wechsel spanmmg von ungefähr 40 Veff hinter dem Demodulator zu erhalten, so da# gegenüber dem photoelektrischen System eine mindestens zehnfache Verbesserung erreicht wird, da. dieses letztere System im günstigsten Falle 3 bis 4 Veff liefert.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, wozu ein Strömungsmesser gewählt ist, näher erläutert, wobei :
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfin dungsgemässen Strömungsmesser,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und
Fig. 3 eine Axialansieht des Rotors darstellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2. Das eigentliche Gehäuse ist aus den drei Teilen 1, 2 und 3 aufgebaut, die durch mittels Mittellinien angegebenen Bolzen 25, 26 miteinander verbunden sind. Der Teil 2 trägt weiter inwendig eine in den Teil 1 greifende Verlängerung 5, an der mittels stromlinienförmiger Rippen 7 der Teil 6 be festigt ist, der das vordere Kugellager 8 der Rotorachse trägt. Dieses Lager ist axial einstellbar mittels der im Teil 6 ein-und ausschraubbaren Stellschraube 9, die mit einer von einer Kappe 11 verschlossenen Gegenmutter 10 versehen ist.
Der mittlere Teil des Cehäuseteils 2 trägt mittels gleichfalls strom- linienförmiger Stützen 18 eine Kappe 17, in der sieh das hintere Kugellager 13 der Rotor aehse 12, eine um einen ferromagnetischen Kern 22 gewickelte Spule 23 und ein Tempe raturkorrektionswiderstand 24 befinden. Die elelitrischen Anschlüsse der Spule und des Korrektionswiderstandes werden von den durch die Stützen 18 gehenden und von diesen durch Isolation 19 elektrisch getrennten Leitern 20 gebildet, die in dem mittels einer Kappe 4 verschlossenen Raum an das zum Anzeigeapparat führende Kabel angeschlossen sind. Die Strömungsrichtung der Flüssig- keit durch das Gehäuse ist mit Pfeilen 27 angedeutet.
Der Vorderteil 21 der Kappe 17 ist aus einem nichtferromagnetischen Isoliermaterial, in dem die Spule 23 und der ferromagnetische Kern 22, der L-oder U-förmig sein kann, angebraeht sind, hergestellt. Der auf der Achse 12 montierte Rotor 14 ist mit Laufschaufeln 15 und einem sternförmigen Anker 16 aus ferromagnetischem Material versehen. Beim Drehen des Rotors wird der magnetische Widerstand des vom Anker 16 und Kern 22 gebildeten magnetischen Kreises mit einer Frequenz, die der Strömungs- gesehwindigkeit dereh das Gehäuse propoi tional ist, variiert.
Der Rotor besteht aus nichtferromagnetischem Material und ist zweckmässig, uni sein Gewichtniedrig zu halten und dadurch seine Inbetriebsetzumg zu erleichtern und die Lagerbelastung herab- zusetzen, mindestens teilweise aus Material mit niedrigem spezifischem Gewicht wie Leichtmetall oder Kunstharz ausgeführt. Der Anker 16 ist im Rotor 14 zweckmä#ig eingebettet. Sein Abstand vom Kern 22 beträgt vorzugsweise 0, 05 mm bis 0, 2 mm.
Es ist vorteilhaft, den Stromungsmesser mit einem temperaturempfindlichen elektri- sehen Widerstand zu versehen, der zweck- mässig so angebracht wird, dass er mögliehst gut die Temperatur des durchfie#enden Mediums annimmt. I :) ies gesta-ttet, an Stelle der Strömungsgeschwindigkeit die durchfliessende Gewiehtsmenge pro Zeiteinheit unmittelbar und mit grosser Genauigkeit festzustellen ; da diese durch die Strömung und die Tempera- tur der Flüssigkeit bestimmt ist.
Die Tempe raturkorrektionswicklung 24 besteht aus einem Metalldraht mit einem hohen Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes, so dass sein elektrischer Widerstand von der Temperatur der durchfliessenden Flüssigkeit ; stark abhängig ist. Dieser Temperaturkorreltionswiderstand ist gleichfalls auf geeignete Weise an die Anzeigevorrichtung angesehlossen. Es erwies sich als möglich, diesen Knr- rektionswiderstand über dieselben Leitungen, die das hochfrequente Signal führen, mit der Anzeigevorrichtung zu verbinden, wenn man diesen Widerstand durch einige einfache Filter gegen die Hochfrequenzspannung ab riegelt. Man kann hierbei also mit einem einzigen Kabel, das aus nur zwei Adern besteht, auskommen.
Mit Hilfe des Korrektionswider- standes ist es möglich, die ±neige des pro Zeiteinheit durchflossenen Gewichtes innerhalb weiter Grenzen unabhängig von den durch Temperaturschwankungen verursachten Änderungen des spezifischen Gewichtes der durchfliessenden Flüssigkeit zu machen.
Die beschriebene Vorrichtung kann durch eine zweckmässige Konstruktion sehr kräftig gebaut werden, so dass ihre Lebensdauer prak- tisch unbegrenzt ist und die erforderlichen Instandhaltungsarbeiten auf ein Minimum beschränkt sind.
Es ist zweckmässig, die Abmessungen des Spulenkernes und des Ankers möglichst klein zu halten. Um dies zu erreichen, muss das zu ihrer Herstellung gebrauchte ferromagnetische Material eine hohe magnetisehe Permea- bilität haben. Zweekmässig kann hierfür keramisches Material mit magnetischen Eigenschaften, z. B. ein Ferrit oder ein ähnliches Material, verwendet werden. Der Rotor hat t die Neigung, in Ruhe eine Stellung einzunehmen, bei welcher der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises ein Minimum ist.
Um den Rotor aus dieser Stellung zu bringen, ist ein bestimmtes, obgleich gringes s Drehmoment erforderlieh. Es kann erwünscht sein, dieses Drehmoment möglichst stark zu reduzieren, was durch eine geeignete Durch- bildung des magnetisehen Kreises zu erreichen ist, und zwar so, dass der Abstand zwischen der Achsenmittellinie und dem zwischen dem Anker und dem Kern liegenden Spalt so klein wie möglich gemacht wird (z. B. zwi- schen 2 bis 10 mm).