CH378562A

CH378562A - Mikrowegmesser

Info

Publication number: CH378562A
Application number: CH502460A
Authority: CH
Inventors: Schmahl Josef; Hermann Dr Roelig
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1959-05-20
Filing date: 1960-05-02
Publication date: 1964-06-15
Also published as: US3164013A; DE1161698B; GB943967A

Description

Mikrowegmesser
Bei der Umwandlung mechanischer Messgrössen (z. B. Wege und Kräfte) in elektrische Messgrössen (Spannungen, Strom, Widerstand) zum Zwecke der Anzeige, Registrierung, Fernübertragung oder Regelung stellt man folgende Forderungen an den Messwandler:
1. Proportionalität zwischen mechanischer und elektrischer Messgrösse,
2. stabiler, einfacher Aufbau des Wandlers,
3. hoher elektromechanischer Wirkungsgrad,
4. Unempfindlichkeit gegen äussere Störeinflüsse, wie Temperatur, Erschütterungen, Fremdfelder, auch über längere Zeiträume,
5. statische Eichmöglichkeit auch für dynamische Messungen,
6. bei dynamischen Messungen: geringer Frequenzgang von Phase und Amplitude,
7. bei Messungen mit Trägerfrequenz: geringe Reaktanz.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowegmesser, der diese Forderungen in einfacher Weise erfüllt und dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Hallsonde, und zwar von aussen her entsprechend dem zu messenden Wege bewegbar, zwischen den Polen mindestens eines Magneten angeordnet ist, dessen Magnetfeld einen Gradienten in der Bewegungsrichtung der Hallsonde hat. Die unter dem Einfluss der Verlagerung der Hallsonde im Magnetfeld abgegebene Hall spannung ist ein Mass für die Verlagerung und in Verbindung mit einem Dynamometer auch ein Mass für die Kraft.

Wenn die Bewegung der Hallsonde stets in nur einer Richtung erfolgen kann, so lässt sich grundsätzlich ein einfacher zweipoliger Magnet verwenden.

In der Regel müssen jedoch Richtung und Grösse der Auslenkung gemessen werden. In diesem Fall ist zweckmässig der Magnet als Doppelmagnet mit in dem die Hallsonde aufnehmenden Magnetspalt mindestens angenähert parallel und in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Kraftlinienflüssen ausgebildet.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, den Magnet mit drei Polschuhen zu versehen, von denen zwei in einer Ebene liegen und der dritte rechtwinklig dazu steht.

Um eine genaue Einregulierung des Magnetflusses zu ermöglichen, erscheint es angebracht, den Magnet bzw. die Magnete als Elektromagnete auszubilden.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.

Fig. 1 zeigt perspektivisch ein Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 2a und 2b zeigen schematisch die Einschaltung der Hallsonde in eine elektromagnetische Brücke mit Gleichstrom- bzw. Wechselstromspeisung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Servosteuerung für einen selbsttätigen Brückenabgleich über ein Potentiometer.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel.

Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist der dargestellte Mikrowegmesser einen E-förmigen Eisenkern A mit den drei Polschuhen P1, P2, P3 auf. Zwischen diesen ist eine Hallsonde B so angeordnet, dass sie in der Richtung des Doppelpfeiles s nach beiden Seiten verschoben werden kann. Die Polschuhe P2, Pl liegen in einer Ebene, zu welcher der Polschuh P1 rechtwinklig steht. Der Kern wird daher von zwei Magnetflüssen 01 und 02 derart durchflossen, dass sie sich innerhalb des wirksamen Querschnitts der Hallsonde B kompensieren, wenn diese in Mittelstellung steht. Die abgegebene Hallspannung ist dann Null.

Bei Verschiebung der Hallsonde B aus der Nullage in der einen oder anderen Richtung des Doppelpfeiles s, in welcher das Magnetfeld einen Gradienten hat, tritt eine Spannung Uho auf, deren Grösse ein Mass dieser Verschiebung ist und deren Polarität die Richtung der Verschiebung angibt. Es können je nach Art des Steuerstromes i0 der Sonde Gleich- oder Wechselspannungen von etwa 10 mV pro 0,1 mm Weg zum direkten Anschluss an ein Registriergerät bei sehr einfachem Aufbau erzielt werden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2a ist die Hallsonde HG mit ihren Spannungsklemmen, und zwar an einen Potentiometerabgriff zwischen zwei Brückenzweigen in den Diagonalzweig einer elektrischen Brücke derart eingeschaltet, dass die Hallspannung von einer Brückendiagonalspannung kompensiert wird. Die Verlagerung der Hallsonde kann auf Grund der Nullabgleichung am Potentiometer P abgelesen werden. Der Steuerstrom is ist hierbei proportional der Speisespannung Ub der Brücke, wodurch erreicht ist, dass diese keinen Einfluss auf das Messergebnis hat.

Bei Wechselstrombetrieb ist gemäss Fig. 2b eine Transformierung mittels eines Ausgangstransformators T möglich, so dass zum Eingriff in Regelvorgänge erhöhte Spannungen zur Verfügung stehen. Die Phasenlage der abgegebenen Wechselspannung ändert sich bei Umkehr der Bewegungsrichtung aus der Nullage um 1800.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist ein Netzgerät N vorgesehen, das die Speisespannung für die Brücke und zwei Verstärker V liefert. Mit R1 bis R6 sind verschiedene Brückenwiderstände bezeichnet und mit Pa und Pb zwei Potentiometer, von denen das erstere zur Justierung der Brücke dient. Die verstärkte Hallspannung wird einem Servomotor M zugeführt, der je nach Polarität oder Phase der zugeführten Spannung über einen Getriebezug Gz den Abgriff des Potentiometers Pb so lange verstellt, bis die abgegebene Hallspannung kompensiert ist. Zugleich wird durch den Servomotor M über einen Seiltrieb S ein Zeiger Ma verstellt, der die Auslenkung der Hallsonde HG entsprechend der Verstellung des Potentiometers auf einer Skala Sk anzeigt.

Bei der Anwendung des Mikromessers als Kraftmesser gemäss Fig. 4 ist eine Platte Pa über zwei Lenker St, die beispielsweise als gerätfest eingespannte Blattfedern ausgebildet sein können, in waagrechter Richtung bewegbar angeordnet. An dieser Platte sitzt ein Arm A, an dem die Hallsonde HG befestigt ist. Die Magnet- und Brückenanordnung ist hier der Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Eine Feder F ist auf der linken Seite an der Platte Pa und auf der rechten Seite an einem Widerlager W abgestützt. Dieses ist mit einem Zeiger Ma versehen, dessen Stellung an einer Skala Sk ablesbar ist. Das Widerlager wird vom Servomotor M mit einer der abgegebenen Hallspannung entsprechenden Geschwindigkeit mittels eines Schraubentriebes Sg verstellt.

Sobald eine zu messende Kraft K1 auf die Platte Pa einwirkt, verschiebt sie die Hallsonde HG in der entsprechenden Richtung im Magnetspalt. Dadurch wird über den Verstärker V, den Motor M und den Schraubentrieb Sg das Widerlager W, das mit der gleichgrossen Kraft K2 auf die Feder F einwirkt, so weit nach links bewegt, bis die Hallsonde HG und damit die Platte Pa wieder in die Ausgangsstellung gelangt ist. Die volle Federauslenkung kann daher über den Zeiger Ma an der Skala Sk abgelesen werden.

Bei geringer Trägheit des Nachsteuersystems lässt sich hierbei erreichen, dass praktisch jederzeit die Kraft K2 gleich der Kraft K1 ist. Da die Hallsonde HG schon auf die geringste, ohne Hilfsmittel nicht wahrnehmbare Auslenkung aus der Mittellage anspricht, ist dadurch eine im wesentlichen weglose Kraftmessung erzielbar, indem die Platte Pa durch die Kraft K1 nur um ein ganz kleines, praktisch vernachlässigbares Wegstück verschoben wird. Anstelle oder zusätzlich zur Anordnung Ma, Sk kann auch eine Schreib- oder eine beliebige bekannte Registriervorrichtung vorgesehen werden.

Claims

PATENTANSPRUCH I Mikrowegmesser, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hallsonde (B), und zwar von aussen her entsprechend dem zu messenden Wege bewegbar, zwischen den Polen mindestens eines Magneten (A) angeordnet ist, dessen Magnetfeld einen Gradienten in der Bewegungsrichtung (s) der Hallsonde (B) hat.

UNTERANSPRÜCHE 1. Mikrowegmesser nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet als Doppelmagnet mit in dem die Hallsonde aufnehmenden Magnetspalt mindestens angenähert parallel und in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Kraftlinienflüssen ausgebildet ist.

2. Mikrowegmesser nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet mit drei Polschuhen (P1, P2, P3) versehen ist, von denen zwei Polschuhe (P2, P, 3) in einer Ebene liegen, zu welcher der dritte Polschuh (P1) rechtwinklig steht.

3. Mikrowegmesser nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet als regelbarer Elektromagnet ausgebildet ist.

4. Mikrowegmesser nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsonde über wenigstens einen Potentiometerabgriff in eine elektrische Brücke eingeschaltet ist.

5. Mikrowegmesser nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Verstärker (V) und einen Servomotor (S) zur selbsttätigen Korrektur des Potentiometerabgriffs entsprechend der Sondenauslenkung aufweist (Fig. 3).

PATENTANSPRUCH II Verwendung des Mikrowegmessers nach Unteranspruch 4, der einen Verstärker und einen Servomotor zur selbsttätigen Korrektur des Potentiometerabgriffs entsprechend der Sondenauslenkung aufweist, als Kraftmesser, dadurch gekennzeichnet, dass die zu messende Kraft (K1) auf der mit der Hallsonde (HG) verbundenen einen und die von einem Servomotor (M) über ein Verstellgetriebe (Sg) hervorgerufene Korrekturkraft (M) auf der anderen Seite einer Feder (f) angreifen und die der zu messenden Kraft (K1) proportionale Federauslenkung an der Angriffstelle der Korrekturkraft (K2) angezeigt wird (Fig. 4).