Verfahren und Einrichtung zur analogen Messung von Drehgeschwindigkeiten
Die bisher bekannten Verfahren zur Messung einer Drehgeschwindigkeit arbeiten vielfach mit einer Umwandlung des Drehwinkels in Impulse, deren Anzahl innerhalb eines bestimmten Zeitraumes als Mass für die Drehgeschwindigkeit dient. Derartige digitale Verfahren sind in vielen Fällen, insbesondere zur kontinuierlichen Messung und Registrierung stark veränderlicher Geschwindigkeiten, nur bedingt oder überhaupt nicht geeignet. Es ist dann ein sogenanntes analoges Messverfahren erforderlich, d. h. ein Verfahren, das die zu messende Drehgeschwindigkeit stufenlos und ausreichend trägheitsarm mit ein deutiger - vorzugsweise linearer - Zuordnung auf einer anderen physikalischen Grösse abbildet.
Bisher geschieht dies vielfach mit Hilfe von Messgeneratoren, die die Drehgeschwindigkeit in eine proportionale Gleichspannung umformen. Derartige Tachodynamos ergeben jedoch sowohl in unipolarer Bauart als auch in Gestalt von Kollektormaschinen vielfach Schwierigkeiten hinsichtlich der über bewegliche Kontakte erfolgenden Abnahme der Messpanung, indem bei hohen Geschwindigkeiten Bürstenfeuer, zu starke Erwärmung und zu grosser Verschleiss auftreten kann, während bei kleinen Drehzahlen, also kleinen Spannungen der nicht präzise erfassbare Übergangswiderstand die Genauigkeit des Messergebnisses stark beeinträchtigt.
Weiterhin sind bei Tachodynamos ausser der elektrischen Leistung noch die Verluste, darunter die oft beträchtlichen Reibungsverluste, vom Messobjekt mechanisch aufzubringen, was eine bedeutende und meist gar nicht erfassbare Veränderung der Messwerte durch die Messung nach sich ziehen kann. Das gleiche gilt für die üblichen Fliehkrafttachometer, bei denen - ebenso wie bei den bekannten Wirbelstromtachometern - ausserdem auch keine Fernmessung möglich ist.
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur analogen Messung von Drehgeschwindigkeiten, das die obengenannten Nachteile vermeidet, sowie Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass ein ruhender, beispielsweise permanenter Magnet in einem in Abhängigkeit von der zu messenden Drehgeschwindigkeit rotierender Drehkörper Ströme induziert und aus einer von diesen Strömen herrührenden, sekundären magnetischen Feldstärke die Messgrösse entnommen wird.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens unterscheiden sich vom Prinzip der bekannten Wirbelstromtachometer - abgesehen von der kinematischen Umkehrung hinsichtlich der induzierten und induzierenden Teile - grundsätzlich dadurch, dass bei diesen das zwischen magnet- und stromführendem Teil entstehende elektrodynamische Drehmoment als Messgrösse dient, was bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ausser Betracht bleibt.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1, 2 und 3 ein erfindungsgemässes Gerät, bei dem eine den primären Magnetfluss schwächende Wirkung sekundärer magnetischer Feldstärken zur Messung ausgenützt ist;
Fig. 4, 5 und 6 Einrichtungen, die die erfindungsgemässe Wirksammachung sekundärer magnetischer Feldstärken ausserhalb des Kreises des primären magnetischen Flusses gestatten;
Fig. 7, 8 und 9 eine Einrichtung, die bei Vereinigung der Eisenkörner für primäre und sekundäre Magnetflüsse eine erfindungsgemässe Messung der letzteren bzw. der sie hervorrufenden magnetischen Feldstärken ohne Beeinflussung durch den Primärfluss gestattet;
Fig. 10, 11 und 12 eine andere Variante einer solchen Einrichtung und zwar in Form einer magnetischen Brücke, die trotz Überlagerung der magnetischen Flüsse zur Messung bzw. Kompensation einer sekundären magnetischen Feldstärke nur einen Hallgenerator oder dergleichen erfordern.
Anhand der Figuren wird das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert:
In den Fig. 1, 2 und 3 stellt 1 einen ruhenden permanenten Magneten dar, der mit den Polschuhen 2 und 3 versehen ist und einen primären Magnetfluss erzeugt, der die von der Welle 5 getragene rotierende Metallscheibe 4 durchsetzt und sich über die Eisenteile 6 und 7 schliesst. In der Scheibe 4 werden Wirbelströme induziert, deren magnetische Feldstärke aus zwei Komponenten besteht: die eine Komponente wirkt dem Primärfluss unmittelbar entgegen und schwächt dadurch den sogenannten Längsfluss L, die zweite Komponente erzeugt den Querfluss Qt, dessen Verlauf in den Teilen 2 und 6 in Fig. 2 durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist. Durch die Teile 3 und 7 verläuft ein weiterer Querfluss Q2 (nicht eingezeichnet) in umgekehrter Richtung.
Durch geeignete Bemessung der von den Querflüssen durchsetzten Eisenquerschnitte kann es erreicht werden, dass dadurch eine magnetische Sättigung auftritt, die den die gleichen Querschnitte durchsetzenden Längsfluss bL (in Fig. 1 durch volle Pfeile bezeichnet) weiter schwächt. Der Längsfluss wird mit Hilfe eines zwischen den Teilen 6 und 7 angeordneten Hallgenerators 8 gemessen, seine mit der Geschwindigkeit der Scheibe 4 zunehmende Schwächung ergibt ein Mass für diese Geschwindigkeit. Anstelle des Hallgenerators 8, der eine dem Fluss L verhältnisgleiche Spannung abgibt, kann auch ein magnetfeldabhängiger Widerstand angeordnet werden.
Um den Einfluss des primären Magnetfeldes auszuschalten, also nur die jeweilige Schwächung von L gegenüber seinem Stillstandswert als Hallspannung zu erhalten, wird vorgeschlagen, den Magneten 1 mittels der Eisenteile 9 und 10 mit einem magnetischen Nebenschluss zu versehen, dessen magnetischer Fluss einen Hallgenerator 11 durchsetzt. Da dieser Fluss von der jeweiligen Grösse des Längsflusses der, praktisch nicht oder nur wenig (und zwar gegensinnig) abhängt, kann durch Gegenschaltung der beiden Hallgeneratoren 8 und 11 eine Spannung erhalten werden, die der Schwächung des Flusses L verhältnisgleich ist.
Der gleiche Effekt kann auch unter Vermeidung des magnetischen Nebenschlusses erzielt werden, indem der gegenzuschaltende Hallgenerator von einem besonderen permanenten Magneten, der keine magnetische Verbindung mit dem Messkreis aufweist, beaufschlagt wird. Eine Kompensation jenes (konstanten) Teiles der Hallspannung, der auf den Primärfluss zurückzuführen ist, kann auch rein elektrisch, d. h. durch Erzeugung einer konstanten Gegenspannung mit Hilfe einer beliebigen Fremdstromquelle, erfolgen.
Es wird ferner vorgeschlagen, die unerwünschten Temperaturabhängigkeiten des Magneten 1, der Scheibe 4 hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, sowie des Hallgenerators, die alle im gleichen Sinne wirken, dadurch zu kompensieren, dass in an sich bekannter Weise ein magnetischer Nebenschluss angeordnet wird, dessen Permeabilität mit steigender Temperatur in geeignetem Ausmasse stärker abnimmt, als der vom Magneten 1 erzeugte Gesamtfluss, wodurch der Nutzfluss L mit der Temperatur in erforderlicher Weise zunimmt. Diese Möglichkeit einer Temperaturkompensation besteht auch bei den in den übrigen Abbildungen dargestellten Einrichtungen. In anderer Weise ist eine Temperaturkompensation dadurch erzielbar, dass der Steuerstrom der Hallgeneratoren eine geeignete positive Temperaturabhängigkeit erhält.
Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemässer Einrichtungen ist als induzierter Drehkörper eine ebene, homogen aus leitfähigem Werkstoff aufgebaute Scheibe vorgesehen, in der demnach Wirbelströme erzeugt werden. Es kommen jedoch auch aus Anordnungs- und Stabilitätsgründen Varianten der Erfindung in Betracht, bei denen der induzierte Drehkörper eine andere, z. B. hohlkegelige, im Grenzfall hohlzylindrische oder einen Teil einer Hohlkugel bildende Form aufweist. Schliesslich kann der induzierte Drehkörper auch aus einem ferromagnetischen Werkstoff fallweise geblecht oder gesintert - bestehen und mit besonderen Bahnen für die Sekundärströme, vorzugsweise in Gestalt eines Kurzschlusskäfigs, versehen sein.
Bei der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Einrichtung wird der Primärfluss durch den Magneten 12 erzeugt und schliesst sich über das Joch 17, wobei er die mit der Welle 16 rotierende Scheibe 15 zweifach durchsetzt. Die sekundäre magnetische Feldstärke ergibt auch hier eine Schwächung des in Fig. 4 durch voll gezeichnete Pfeile angedeuteten Längsflusses, die mit der Geschwindigkeit der Scheibe zunimmt. Zum Unterschied von der in den Fig. 1 bis 3 abgebildeten Einrichtung wird jedoch die Schwächung hier nicht zur Messung herangezogen, vielmehr geschieht dies durch den Querfluss Q > Q1 (Fig. 5, gestrichelte Pfeile), der, von den induzierten Strömen allein hervorgerufen, sich durch die Eisenkörper 18 und 19 schliesst. Diese beispielsweise geblechten Eisenkörper sind zweckmässig, wie aus Fig.
6 hervorgeht, symmetrisch zu den den Primärfluss führenden Teilen angeordnet, wodurch in ihnen allein der Querfluss Q1 fliesst. Er wird beispielsweise durch den Hallgenerator 20, der eine verhältnisgleiche Spannung abgibt, gemessen. Soweit im Kreise der Sekundärströme die Selbstinduktion gegenüber dem ohm'schen Widerstand vernachlässigbar bleibt, sind diese Ströme und daher bei Vermeidung von Sättigungserscheinungen auch die Querkomponente des von ihnen erzeugten sekundären Magnetflusses verhältnisgleich der Drehgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeitsgrenze, bis zu der diese Proportionalität genügend genau erhalten bleibt, kann durch ent sprechende Verringerung der elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeiten des induzierten Kreises beliebig hoch gelegt werden.
Die vom Hallgenerator abgegebene Gleichspannung ist dann bis zu dieser Geschwindigkeitsgrenze der jeweiligen Geschwindigkeit verhältnisgleich.
Der Primärfluss kann auch allein oder zusätzlich elektrisch erregt werden. Für diesen Fall sind die Wicklungen 13 und 14 (Fig. 4) vorgesehen. Es wird vorgeschlagen, den Steuerstrom des Hallgenerators zu einer wenigstens zusätzlichen Erregung mittels der Wicklungen 13, 14 heranzuziehen. Eine zwecks An- derung des Geschwindigkeits-Messbereiches vorgenommene Veränderung des genannten Steuerstromes wirkt dann zweifach im gleichen Sinne.
Anstelle des Hallgenerators 20 kann auch hier ein magnetfeldabhängiger ohm'scher Widerstand treten.
Eine wichtige Variante der dargelegten Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Querfeld durch die von ihm bewirkte Vormagnetisierung seines sättigbaren Kreises, also nach dem Transduktorprinzip erfasst wird. Der Hallgenerator 20 bzw. der ihn ersetzende Widerstand kann dann fortfallen.
Die Vormagnetisierung durch (1 wird durch eine Transduktor-Wicklung 21 erfasst. Bei Verwendung des Transduktorprinzips ist es fallweise vorteilhaft, ein Paar von Transduktoren vorzusehen. In dèn Fig.
5 und 6 ist ein zweiter Transduktor, der den Querfluss Q., führt, durch den Eisenteil 22 und die Wicklung 23 dargestellt. Eine ähnliche Ausführung wie sie in Fig. 5 durch die Teile 18, 19, 20 und 21 dargestellt ist, kann auch verwendet werden, um das Querfeld Ont magnetisch zu kompensieren. In diesem Fall wirkt der Hallgenerator 20 nur als Nullindikator, der dazu dient, in an sich bekannter Weise eine durch die gleichstromgespeiste Wicklung 21 hervorgebrachte Gegenerregung so zu steuern, dass Qt verschwindet (Kompensation mit Selbstabgleichung).
Der Erregerstrom der Wicklung 21 ist dann ein Mass für eine sekundäre magnetische Feldstärke und damit für die Drehgeschwindigkeit.
Die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellte erfindungsgemässe Einrichtung weist eine Vereinigung der die Längs- und Querflüsse führenden Eisenkörner auf. Der Primärfluss wird durch den Magneten 24 erzeugt, durchsetzt die auf der Welle 26 befestigte Scheibe 25 zweimal und ist durch die Eisenkörper 27, 30 und 31 geschlossen. In Fig. 9 ist die Scheibe 25, - ebenso die Scheibe 15 in Fig. 6 - obwohl vor der Zeichenebene liegend, zur Verdeutlichung strichpunktiert eingezeichnet. Die beiden letztgenannten Teile sind hinsichtlich des Längsflusses Parallelwege, jeder von ihnen ist nur vom Teilfluss QL1 bzw.
< P,, durchsetzt. Bezüglich eines sekundär erregten Querflusses - in Fig. 7 durch gestrichelte Pfeile dargestellt - sind diese Teile hintereinander geschaltet. Zwischen den Teilen 27 und 30 ist der Hallgenerator 28 angeordnet, der von der Flussdifferenz (L1Q) durchsetzt wird. Ein zweiter Hallgenerator 29 befindet sich zwischen den Teilen 27 und 31 und ist mit der Flussumme bLo + Q beaufschlagt.
Durch Gegeneinanderschaltung der beiden Hallgeneratoren 28 und 29 lässt sich auf diese Weise eine Spannung erzielen, die dem Querfluss O verhältnisgleich ist. Die Teile 30 und 31 können auch - nicht eingezeichnet - mit Wicklungen versehen werden, die eine Kompensation des Querflusses ermöglichen.
Die magnetische Kompensation ist immer dann von Vorteil, wenn mit Rücksicht auf eine grosse Erstrekkung des linearen Messbereiches eine tunlichst kleine Selbstinduktion im Kreise der Sekundärströme angestrebt wird.
Die in den Fig. 10, 11 und 12 schematisch gezeigte Einrichtung stellt eine magnetische Brückenschaltung dar, die es gestattet, die Messung mit Hilfe eines einzigen Hallgenerators in einem weiten Drehzahlbereich mit praktisch linearer Zuordnung der Hallspannung zur Drehgeschwindigkeit auszuführen.
Der vom Magneten 32 erzeugte Primärfluss tritt durch die auf der rotierenden Welle 34 sitzende Scheibe 33 und schliesst sich über die beiden magnetisch parallelen Eisenteile 35 und 36. Diese Teile sind nur an einer Stelle durch die Zwischenstücke 37 und 38 über den Hallgenerator 39 magnetisch verbunden. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, wird für den Fall, dass die Brücke hinsichtlich des Längsflusses OL abgeglichen ist - was auf verschiedene Weise, z. B. durch Luftspalteinstellung, unschwer erzielt werden kann der Hallgenerator 39 nur von der Summe der beiden Querflüsse çQt + QJ durchsetzt. Auch hier kann anstelle des Hallgenerators eine andere Einrichtung zur Messung magnetischer Flüsse treten.
Ferner können, ebenso wie bei den früher gezeigten Einrichtungen, die Querflüsse durch auf den Teilen 37 und 38 angeordnete Kompensationswicklungen aufgehoben und damit indirekt erfasst werden.
Das dargelegte Verfahren bzw. die Einrichtungen zu dessen Durchführung besitzen die im folgenden zusammengefassten bedeutenden Vorteile:
Das Reibungsmoment ist nur sehr gering bzw. verschwindet bei fliegender Anordnung des induzierten Drehkörpers oder Verwendung eines bereits vorhandenen Maschinenteils hierfür vollständig.
Die abgegebene Messleistung wird vom Messobjekt nicht erzeugt sondern nur gesteuert. Damit ist die Gefahr einer Verfälschung der Messwerte durch die Messung vermindert und kann mit der Primärleistung des Messgerätes beliebig weit verkleinert werden, wenn die Messung einer sekundären magnetischen Feldstärke über eine entsprechende Verstärkung erfolgt. Wird die genannte Feldstärke nach dem Transduktorprinzip gemessen, so ist damit eine solche Verstärkungsmöglichkeit bereits von Haus aus gegeben.
Die Geräte arbeiten ohne bewegliche Kontakte und damit ohne Drehzahlbegrenzung. Sie sind einfach und robust aufgebaut, weisen nur geringes Gewicht und Volumen auf und sind völlig wartungsfrei.
Bei der Messung mit Hallgenerator tritt als Messpannung eine reine Gleichspannung, also ohne überlagerte Wechselspannung, auf, die zur Drehgeschwindigkeit in Grösse und Richtung analog ist. Da ein Hallgenerator einen niederohmigen Quellwiderstand darstellt, ist eine verlustarme Übertragbarkeit des Messwertes auch über lange Leitungen gegeben.
Method and device for the analog measurement of rotational speeds
The previously known methods for measuring a speed of rotation often work with a conversion of the angle of rotation into pulses, the number of which serves as a measure for the speed of rotation within a certain period of time. In many cases, such digital methods are only suitable to a limited extent or not at all, in particular for continuous measurement and registration of highly variable speeds. A so-called analog measurement method is then required, i.e. H. a method that maps the rotational speed to be measured steplessly and with a sufficiently low inertia with a clear - preferably linear - assignment to another physical variable.
So far, this has often been done with the help of measuring generators, which convert the rotational speed into a proportional DC voltage. However, such tachodynamics, both in the unipolar design and in the form of collector machines, often result in difficulties with regard to the decrease in the measuring voltage that takes place via movable contacts, in that brush fire, excessive heating and excessive wear can occur at high speeds, while at low speeds, i.e. low voltages the inaccurately detectable contact resistance greatly affects the accuracy of the measurement result.
Furthermore, in addition to the electrical power, the losses, including the often considerable frictional losses, have to be applied mechanically by the measurement object with tachodynamics, which can result in a significant and usually undetectable change in the measured values due to the measurement. The same applies to the usual centrifugal tachometers, in which - as with the known eddy current tachometers - no remote measurement is possible either.
The invention relates to a method for the analog measurement of rotational speeds which avoids the disadvantages mentioned above, as well as devices for carrying out this method.
The method according to the invention consists in that a stationary, for example permanent magnet induces currents in a rotating body rotating depending on the rotational speed to be measured, and the measured variable is taken from a secondary magnetic field strength resulting from these currents.
Embodiments of the method according to the invention differ from the principle of the known eddy current tachometers - apart from the kinematic reversal with regard to the induced and inducing parts - fundamentally in that the electrodynamic torque arising between the magnet and current-carrying part serves as a measured variable, which in embodiments of the present invention remains out of consideration.
Some exemplary embodiments of devices for carrying out the method according to the invention are shown schematically in the drawings, namely:
1, 2 and 3 show a device according to the invention, in which an effect of secondary magnetic field strengths which weakens the primary magnetic flux is used for the measurement;
4, 5 and 6 devices which allow secondary magnetic field strengths to be activated according to the invention outside the circle of the primary magnetic flux;
7, 8 and 9 show a device which, when the iron grains for primary and secondary magnetic fluxes are combined, permits a measurement according to the invention of the latter or the magnetic field strengths that cause them without being influenced by the primary flux;
10, 11 and 12 show another variant of such a device, namely in the form of a magnetic bridge, which despite the superposition of the magnetic fluxes only require a Hall generator or the like for measuring or compensating for a secondary magnetic field strength.
The method according to the invention is explained using the figures, for example:
In FIGS. 1, 2 and 3, 1 represents a stationary permanent magnet which is provided with the pole pieces 2 and 3 and generates a primary magnetic flux which penetrates the rotating metal disk 4 carried by the shaft 5 and spreads over the iron parts 6 and 7 closes. Eddy currents are induced in the disk 4, the magnetic field strength of which consists of two components: one component directly counteracts the primary flux and thereby weakens the so-called longitudinal flux L, the second component generates the transverse flux Qt, the course of which is shown in parts 2 and 6 in Fig 2 is indicated by dashed arrows. A further transverse flow Q2 (not shown) runs in the opposite direction through parts 3 and 7.
By suitably dimensioning the iron cross-sections through which the transverse flows pass, it can be achieved that a magnetic saturation occurs, which further weakens the longitudinal flow bL (indicated by solid arrows in FIG. 1) through the same cross-sections. The longitudinal flux is measured with the aid of a Hall generator 8 arranged between the parts 6 and 7; its weakening, which increases with the speed of the disk 4, gives a measure of this speed. Instead of the Hall generator 8, which emits a voltage that is proportional to the flux L, a magnetic field-dependent resistor can also be arranged.
In order to eliminate the influence of the primary magnetic field, i.e. only to obtain the respective weakening of L compared to its standstill value as a Hall voltage, it is proposed to provide the magnet 1 with a magnetic shunt by means of the iron parts 9 and 10, the magnetic flux of which passes through a Hall generator 11. Since this flow depends on the respective size of the longitudinal flow of the, practically not at all or only slightly (in opposite directions), a voltage can be obtained by counter-switching the two Hall generators 8 and 11, which is proportional to the weakening of the flow L.
The same effect can also be achieved while avoiding the magnetic shunt, in that the opposing Hall generator is acted upon by a special permanent magnet that has no magnetic connection with the measuring circuit. Compensation for that (constant) part of the Hall voltage that can be traced back to the primary flux can also be carried out purely electrically, i.e. H. by generating a constant counter voltage with the help of any external power source.
It is also proposed to compensate for the undesired temperature dependencies of the magnet 1, the disk 4 with regard to electrical conductivity, as well as the Hall generator, all of which act in the same sense, by arranging a magnetic shunt in a known manner, the permeability of which increases with increasing Temperature decreases to a suitable extent more strongly than the total flux generated by the magnet 1, whereby the useful flux L increases with the temperature in the required manner. This possibility of temperature compensation also exists with the devices shown in the other figures. In another way, temperature compensation can be achieved in that the control current of the Hall generators receives a suitable positive temperature dependency.
In the embodiments of the devices according to the invention shown in the drawings, a flat, homogeneously constructed disk of conductive material is provided as an induced rotating body, in which eddy currents are accordingly generated. However, for reasons of arrangement and stability, variants of the invention are also possible in which the induced rotating body has a different, z. B. has a hollow conical shape, in the borderline case hollow cylindrical or part of a hollow sphere. Finally, the induced rotating body can also be made of a ferromagnetic material, laminated or sintered in some cases, and provided with special paths for the secondary currents, preferably in the form of a short-circuit cage.
In the device shown in FIGS. 4, 5 and 6, the primary flux is generated by the magnet 12 and closes via the yoke 17, whereby it passes through the disk 15 rotating with the shaft 16 twice. The secondary magnetic field strength here also results in a weakening of the longitudinal flux indicated in FIG. 4 by arrows drawn in full, which increases with the speed of the disk. In contrast to the device shown in FIGS. 1 to 3, however, the attenuation is not used for the measurement here, rather this is done by the cross flow Q> Q1 (FIG. 5, dashed arrows), which is caused by the induced currents alone. closes itself through the iron bodies 18 and 19. These iron bodies, which are laminated, for example, are useful, as shown in Fig.
6 is shown, arranged symmetrically to the parts leading the primary flow, whereby only the cross flow Q1 flows in them. It is measured, for example, by the Hall generator 20, which emits a voltage of the same ratio. Insofar as the self-induction in the circuit of the secondary currents remains negligible compared to the ohmic resistance, these currents and therefore also the transverse component of the secondary magnetic flux generated by them are in proportion to the rotational speed when avoiding saturation phenomena. The speed limit up to which this proportionality is maintained with sufficient accuracy can be set as high as desired by reducing the electrical and / or magnetic conductivities of the induced circuit accordingly.
The direct voltage output by the Hall generator is then proportional to the respective speed up to this speed limit.
The primary flow can also be excited electrically alone or in addition. The windings 13 and 14 (FIG. 4) are provided for this case. It is proposed to use the control current of the Hall generator for at least additional excitation by means of the windings 13, 14. A change in the control current mentioned for the purpose of changing the speed measuring range then acts twice in the same sense.
Instead of the Hall generator 20, a magnetic field-dependent ohmic resistance can also be used here.
An important variant of the device described is characterized in that the transverse field is detected by the pre-magnetization of its saturable circuit caused by it, that is, according to the transducer principle. The Hall generator 20 or the resistor that replaces it can then be omitted.
The premagnetization by (1 is detected by a transductor winding 21. When using the transducer principle, it is sometimes advantageous to provide a pair of transducers. In Fig.
5 and 6, a second transducer, which guides the transverse flux Q., is shown through the iron part 22 and the winding 23. A design similar to that shown in FIG. 5 by parts 18, 19, 20 and 21 can also be used to magnetically compensate for the transverse field Ont. In this case, Hall generator 20 only acts as a zero indicator, which serves to control, in a manner known per se, a counter-excitation produced by DC-fed winding 21 such that Qt disappears (compensation with self-adjustment).
The excitation current of the winding 21 is then a measure for a secondary magnetic field strength and thus for the rotational speed.
The device according to the invention shown in FIGS. 7, 8 and 9 has a combination of the iron grains carrying the longitudinal and transverse flows. The primary flux is generated by the magnet 24, passes through the disk 25 attached to the shaft 26 twice and is closed by the iron bodies 27, 30 and 31. In FIG. 9, the disk 25 - likewise the disk 15 in FIG. 6 - although lying in front of the plane of the drawing, is drawn in dash-dotted lines for clarity. The latter two parts are parallel paths with regard to the longitudinal flow, each of them is only accessible from the partial flow QL1 or
<P ,, interspersed. With regard to a secondary excited cross flow - shown in Fig. 7 by dashed arrows - these parts are connected in series. The Hall generator 28 through which the flux difference (L1Q) passes is arranged between the parts 27 and 30. A second Hall generator 29 is located between parts 27 and 31 and has the sum of flux bLo + Q applied to it.
By connecting the two Hall generators 28 and 29 against one another, it is possible in this way to achieve a voltage which is proportional to the cross flow O. The parts 30 and 31 can also - not shown - be provided with windings which enable compensation of the transverse flow.
Magnetic compensation is always advantageous when, in view of a large extension of the linear measuring range, the aim is to achieve as little self-induction as possible in the circuit of the secondary currents.
The device shown schematically in FIGS. 10, 11 and 12 represents a magnetic bridge circuit which allows the measurement to be carried out with the aid of a single Hall generator in a wide speed range with a practically linear assignment of the Hall voltage to the rotational speed.
The primary flux generated by the magnet 32 passes through the disk 33 sitting on the rotating shaft 34 and closes via the two magnetically parallel iron parts 35 and 36. These parts are only magnetically connected at one point by the spacers 37 and 38 via the Hall generator 39. As can be seen from the drawings, in the event that the bridge is balanced with respect to the longitudinal flow OL - which in various ways, e.g. B. by adjusting the air gap, the Hall generator 39 can only be penetrated by the sum of the two cross flows çQt + QJ. Here, too, another device for measuring magnetic fluxes can be used instead of the Hall generator.
Furthermore, as in the case of the devices shown earlier, the transverse flows can be canceled by means of compensation windings arranged on the parts 37 and 38 and thus indirectly detected.
The presented procedure and the facilities for its implementation have the following significant advantages:
The frictional moment is only very low or disappears completely when the induced rotating body is arranged in a cantilevered manner or when an existing machine part is used for this purpose.
The output measurement power is not generated by the measurement object, it is only controlled. This reduces the risk of the measured values being falsified by the measurement and can be reduced as much as desired with the primary power of the measuring device if the measurement of a secondary magnetic field strength takes place via a corresponding amplification. If the mentioned field strength is measured according to the transducer principle, then such an amplification possibility is already given by default.
The devices work without moving contacts and therefore without speed limitation. They have a simple and robust structure, are low in weight and volume and are completely maintenance-free.
When measuring with a Hall generator, the measuring voltage is a pure direct voltage, i.e. without superimposed alternating voltage, which is analogous to the rotational speed in terms of magnitude and direction. Since a Hall generator represents a low-resistance source resistance, the measured value can be transferred with little loss even over long cables.