Claims (1)
**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.
** WARNING ** Beginning of CLMS field could overlap end of DESC **.
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Mess-Sonde mit einer Induktionsspule zur Messung der Drehzahl von in einem magnetischen Feld rotierenden Drehkörpern.
The invention relates to an electromagnetic measuring probe with an induction coil for measuring the speed of rotating bodies rotating in a magnetic field.
Derartige Mess-Sonden sind in verschiedenen Ausführungen gebräuchlich. Sie werden insbesondere zur Messung der Drehzahlen von Drehkörpern mit Durchmessern von wenigen Millimetern und Umdrehungszahlen von mindestens 100 000 U/min benutzt. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Drehzahlmessung der mittels eines Permanentmagneten gehaltenen Drehröhrchen von Falschdrallmaschinen zum Texturieren von Textilgarnen. Solche Drehröhrchen können am einen Ende oder in der Röhrchenmitte einen Drehkopf mit einem quer zur Rohrachse verlaufenden Dorn (Saphir) aufweisen, um welchen der zu texturierende Faden geschlungen wird. Der Drehkopf kann ferner eine Querbohrung zum Einfädeln aufweisen. Die Drehzahlmessung wird dabei durch Ermittlung des infolge unsymmetrischer Ausbildung des Drehrohres verfälschten Feldes der magnetischen Halterung durchgeführt.
Such measuring probes are common in various designs. They are used in particular to measure the speeds of rotating bodies with diameters of a few millimeters and speeds of at least 100,000 rpm. An important field of application is the measurement of the rotational speed of the rotating tubes of false twist machines, which are held by means of a permanent magnet, for texturing textile yarns. Such rotary tubes can have a rotary head at one end or in the middle of the tube with a mandrel (sapphire) running transversely to the tube axis, around which the thread to be textured is looped. The rotary head can also have a transverse bore for threading. The speed measurement is carried out by determining the falsified field of the magnetic holder due to the asymmetrical design of the rotary tube.
Allgemein bestehen jedoch bei der Messung der extrem hohen Drehzahlen der rotierenden Drehkörper grosse Schwierigkeiten, exakt definierte und messbare Signale abzuleiten.
In general, however, when measuring the extremely high speeds of the rotating rotating bodies, there are great difficulties in deriving precisely defined and measurable signals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Mess-Sonden zu vermeiden und eine Mess Sonde der eingangs genannten Art zu schaffen, welche nicht von Streufeldern, z. B. von der magnetischen Halterung eines Drehröhrchens einer Falschdrallvorrichtung, abhängig ist und welche auch geringste Feldschwankungen bei annähernd symmetrischen Drehkörpern erfassen kann.
The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known measuring probes and of creating a measuring probe of the type mentioned above which is not affected by stray fields, e.g. B. is dependent on the magnetic mounting of a rotating tube of a false twist device and which can detect even the slightest field fluctuations with approximately symmetrical rotating bodies.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemässe Mess Sonde dadurch gekennzeichnet, dass im Einflussbereich der Spule zwei Permanentmagnete zur Erzeugung eines definierten Messfeldes im Drehkörper vorgesehen sind.
To solve this problem, the measuring probe according to the invention is characterized in that two permanent magnets are provided in the area of influence of the coil for generating a defined measuring field in the rotating body.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Mess-Sonde näher erläutert.
An exemplary embodiment of the measuring probe according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die mechanische Anordnung der Induktionsspule und der Permanentmagnete einer Mess-Sonde bezüglich eines Drehkörpers,
Fig. 2 die Stärke des magnetischen Messfeldes als Funktion der Messdistanz,
Fig. 3 die im Idealfall erhaltene Amplitude der induzierten Spannung als Funktion der Messdistanz,
Fig. 4 die magnetische Permeabilität des Kernmaterials der Induktionsspule in Abhängigkeit von der Magnet-Feldstärke und
Fig. 5 den mit dem Kernmaterial gemäss Fig. 4 erhaltenen Magnetfluss in der Induktionsspule.
In the drawing show:
1 shows the mechanical arrangement of the induction coil and the permanent magnets of a measuring probe with respect to a rotating body,
2 shows the strength of the magnetic measuring field as a function of the measuring distance,
3 shows the amplitude of the induced voltage obtained in the ideal case as a function of the measurement distance,
4 shows the magnetic permeability of the core material of the induction coil as a function of the magnetic field strength and
5 shows the magnetic flux obtained with the core material according to FIG. 4 in the induction coil.
Gemäss Fig. 1 besitzt eine Mess-Sonde eine Induktionsspule 1 mit einem Kern 2 aus ferromagnetischem Material. In einem Abstand d von einem Ende des Kernes 2 befindet sich ein rotierender Drehkörper 3, dessen Drehzahl gemessen werden soll. Seitlich neben dem genannten Ende des Kernes 2 sind, einander gegenüberliegend, zwei Permanentmagnete 4 und 5 gehalten.
According to FIG. 1, a measuring probe has an induction coil 1 with a core 2 made of ferromagnetic material. At a distance d from one end of the core 2 there is a rotating rotating body 3, the speed of which is to be measured. Laterally next to said end of the core 2, two permanent magnets 4 and 5 are held opposite one another.
Diese Magnete sind so angeordnet, dass sie im Bereich der dem Kern 2 zugewandten Oberfläche des Drehkörpers 3 ein definiertes Magnetfeld erzeugen, welches in einem vorbestimmten Bereich von Abständen d annähernd homogen ist oder, wie in Fig. 2 dargestellt, eine mit grösser werdendem Abstand d zunehmende Feldstärke H besitzt.
These magnets are arranged in such a way that they generate a defined magnetic field in the area of the surface of the rotating body 3 facing the core 2, which is approximately homogeneous in a predetermined range of distances d or, as shown in FIG. 2, one with increasing distance d increasing field strength H.
In der Regel bilden die vorderen Polflächen 4a und 5a der Magnete, die zweckmässig etwa rechteckig sind, mit der Richtung der Achse des Kernes 2 und der Spule 1 einen Winkel zwischen 45 und 90 , vorzugsweise wie dargestellt einen Winkel von etwa 50 .
As a rule, the front pole faces 4a and 5a of the magnets, which are expediently approximately rectangular, form an angle between 45 and 90 with the direction of the axis of the core 2 and the coil 1, preferably an angle of approximately 50 as shown.
Durch das von den Magneten 4 und 5 erzeugte Messfeld werden in dem rotierenden Drehkörper 3 Wirbelströme induziert, die ihrerseits bei nicht genau symmetrischer Ausbildung des Drehkörpers in der Spule 1 eine Wechselspannung induzieren, deren Frequenz direkt proportional zur Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers ist und als Mass für diese dient.
The measuring field generated by the magnets 4 and 5 induces eddy currents in the rotating rotating body 3, which in turn induce an alternating voltage in the coil 1 if the rotating body is not exactly symmetrical, the frequency of which is directly proportional to the rotational speed of the rotating body and as a measure for this serves.
Da das von den Magneten 4 und 5 erzeugte Messfeld im Messbereich bedeutend stärker ist als allfällige Streufelder, die z. B. von einer magnetischen Halterung des Drehkörpers oder von einer Magnetisierung desselben herrühren, beeinflussen solche Streufelder das in der Spule 1 induzierte Mess-Signal praktisch nicht.
Since the measuring field generated by the magnets 4 and 5 in the measuring range is significantly stronger than any stray fields that may occur, for. B. from a magnetic mounting of the rotating body or from a magnetization of the same, such stray fields have practically no effect on the measurement signal induced in the coil 1.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verlauf der Messfeldstärke H in Abhängigkeit von der Messdistanz d, welcher Verlauf durch geeignete Form und Anordnung der Magnete 4 und 5, insbesondere durch geeignete Wahl des Winkels zwischen den Polflächen 4a und 5a und der Spulenachse, erreicht werden kann, hat die in der Spule 1 induzierte Spannung U eine Amplitude, die wie in Fig. 2 dargestellt in einem vorbestimmten Bereich vom der Messdistanz d praktisch unabhängig ist. Damit können Fehlmessungen, die durch eine ungenügende Amplitude der induzierten Spannung verursacht werden könnten, vermieden werden.
In the course of the measuring field strength H shown in Fig. 2 as a function of the measuring distance d, which course can be achieved by suitable shape and arrangement of magnets 4 and 5, in particular by suitable selection of the angle between pole faces 4a and 5a and the coil axis , the voltage U induced in the coil 1 has an amplitude which, as shown in FIG. 2, is practically independent of the measuring distance d in a predetermined range. In this way, incorrect measurements, which could be caused by an insufficient amplitude of the induced voltage, can be avoided.
Die Stärke des von den Drehkörper-Wirbelströmen in der
Spule 1 erzeugten Magnetfeldes ist natürlich von der Drehzahl des Drehkörpers abhängig. Um die Auswirkung dieser Abhän gigkeit auf die Amplitude der in der Spule induzierten Span nung zu verringern oder zu kompensieren, verwendet man für den Kern 2 zweckmässig ein Material, dessen relative magneti sche Permeabilität #r, mit steigender Magnetfeldstärke H abnimmt. In Fig. 4 ist die Permeabilität #r eines geeigneten
Kernmaterials in Abhängigkeit von der Feldstärke H mit der
Kurve b dargestellt, während die Kurve a die Permeabilität eines normalen, üblichen weichmagnetischen Materials darstellt.
The strength of the eddy currents of the rotating body in the
Coil 1 generated magnetic field is of course dependent on the speed of the rotating body. In order to reduce or compensate for the effect of this dependency on the amplitude of the voltage induced in the coil, a material whose relative magnetic permeability #r decreases with increasing magnetic field strength H is expediently used for the core 2. In Fig. 4, the permeability #r is an appropriate one
Nuclear material as a function of the field strength H with the
Curve b is shown, while curve a shows the permeability of a normal, customary soft magnetic material.
Mit einem Kernmaterial gemäss Kurve b kann der in der Spule bewirkte Magnetfluss in Abhängigkeit von der
Drehzahl n des Drehkörpers annähernd konstant bleiben, wie in Fig. 5 dargestellt, obwohl die Stärke H des von den Wirbel strömen erzeugten Magnetfeldes mit der Drehzahl zunimmt.
With a core material according to curve b, the magnetic flux produced in the coil can be dependent on the
Speed n of the rotating body remain approximately constant, as shown in Fig. 5, although the strength H of the magnetic field generated by the eddy currents increases with the speed.
Die Koerzitivfeldstärke des weichmagnetischen Kernmate rials ist so klein, dass eine beinahe hundertprozentige Entma gnetisierung des Kernes zum Zeitpunkt des jeweiligen Polari tätswechsels des durch die Rotation entstandenen, alternieren den Magnetfeldes im ganzen Drehzahlbereich (z. B. etwa 103 bis 106 U/min) ermöglicht wird.
The coercive field strength of the soft magnetic core material is so small that an almost 100% demagnetization of the core at the time of the change in polarity of the alternating magnetic field created by the rotation enables the entire speed range (e.g. about 103 to 106 rpm) becomes.
Der schematisch dargestellte Drehkörper 3 kann insbeson dere ein Drehröhrchen einer Falschdrallvorrichtung zum
Texturieren von Textilgarnen sein, das von den Magnet feldlinien der Magnete 4 und 5 quer zu seiner Drehachse geschnitten wird. Bei einem solchen Drehröhrchen, das in der
Regel eine oder mehrere Querbohrungen aufweist, wird die
Sonde zweckmässig derart angeordnet, dass die Magnetfeld linien des Messfeldes das Drehröhrchen etwa auf der Höhe einer der Querbohrungen schneiden. Die Abmessungen der
Spule 1 sind dabei zweckmässig so klein, dass die Spule nur von einer eng begrenzten Zone des Drehröhrchens, d. h. von einem sehr schmalen Oberflächenstreifen desselben, beeinflusst wird.
The schematically shown rotating body 3 can in particular a rotating tube of a false twist device for
Texturing of textile yarns, which is cut by the magnetic field lines of the magnets 4 and 5 transversely to its axis of rotation. With such a rotating tube, which is in the
Usually has one or more cross bores, the
The probe is expediently arranged in such a way that the magnetic field lines of the measuring field intersect the rotary tube approximately at the level of one of the transverse bores. The dimensions of the
Coil 1 are expediently so small that the coil only covers a narrow zone of the rotating tube, i.e. H. is influenced by a very narrow surface strip of the same.
Daher können sich beispielsweise Auswuchtschleifstellen an dem Röhrchen nicht auf die Spannung auswirken, die in der
Spule 1 induziert wird.
Therefore, for example, balancing grinding points on the tube can not affect the tension that is in the
Coil 1 is induced.
PATENTANSPRÜCHE
PATENT CLAIMS
I. Elektromagnetische Mess-Sonde mit einer Induktions spule zur Messung der Drehzahl von in einem magnetischen
Feld rotierenden Drehkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass im Einflussbereich der Spule zwei Permanentmagnete zur
Erzeugung eines definierten Messfeldes im Drehkörper vorgesehen sind.
I. Electromagnetic measuring probe with an induction coil for measuring the speed of a magnetic
Field rotating rotating bodies, characterized in that two permanent magnets in the area of influence of the coil
Generation of a defined measuring field in the rotating body are provided.
II. Verwendung der Mess-Sonde nach Patentanspruch I zur
Messung der Drehzahl eines Drehkörpers einer Falschdrallvor richtung zum Texturieren von Textilgarnen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Permanentmagnete in Bezug auf den Drehkörper derart angeordnet werden, dass deren Feldlinien den Drehkörper quer zu seiner Achse schneiden.
II. Use of the measuring probe according to claim I for
Measurement of the speed of a rotating body of a Falschdrallvor device for texturing textile yarns, characterized in that the two permanent magnets are arranged in relation to the rotating body in such a way that their field lines intersect the rotating body transversely to its axis.
UNTERANSPRÜCHE
1. Mess-Sonde nach Patentanspruch 1, mit einem Kern aus ferromagnetischem Material in der Induktionsspule, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Permanentmagnete, zur Erzeugung eines in einem vorbestimmten Abstandsbereich von einem Ende des Spulenkerns annähernd homogenen Messfeldes, seitlich neben diesem Ende des Spulenkerns einander gegenüberliegend derart angeordnet sind, dass ihre Polflächen mit der Achse des Kernes je einen Winkel von 45 bis 90 bilden.
SUBCLAIMS
1. Measuring probe according to claim 1, with a core made of ferromagnetic material in the induction coil, characterized in that the two permanent magnets, for generating a measuring field that is approximately homogeneous in a predetermined distance from one end of the coil core, laterally next to this end of the coil core are arranged opposite one another in such a way that their pole faces each form an angle of 45 to 90 with the axis of the core.
2. Mess-Sonde nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete so angeordnet sind, dass die Stärke des Messfeldes mit grösser werdendem Abstand von einem Ende der Induktionsspule zunimmt, um die Auswirkung von Änderungen des Abstandes zwischen Spulenende und Drehkörper auf die Amplitude der in der Spule induzierten Spannung zu kompensieren.
2. Measuring probe according to claim 1, characterized in that the permanent magnets are arranged so that the strength of the measuring field increases with increasing distance from one end of the induction coil to the effect of changes in the distance between the coil end and rotating body on the amplitude of the to compensate for the voltage induced in the coil.
3. Mess-Sonde nach Patentanspruch l, mit einem Kern aus ferromagnetischem Material in der Induktionsspule, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial eine magnetische Permeabilität aufweist, die mit steigender Magnetfeldstärke abnimmt, um die Auswirkung von Änderungen der Drehzahl des Drehkörpers auf die Amplitude der in der Spule induzierten Spannung zu kompensieren.
3. Measuring probe according to claim l, with a core made of ferromagnetic material in the induction coil, characterized in that the core material has a magnetic permeability that decreases with increasing magnetic field strength in order to understand the effect of changes in the rotational speed of the rotating body on the amplitude of the in to compensate the coil induced voltage.
4. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete in Bezug auf den Drehkörper so angeordnet werden, dass deren Feldlinien den Drehkörper etwa auf der Höhe einer in diesem vorhandenen Querbohrung schneiden.
4. Use according to claim II, characterized in that the permanent magnets are arranged with respect to the rotating body so that their field lines intersect the rotating body approximately at the level of a transverse bore present in this.
5. Verwendung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Induktionsspule so klein sind, dass die Spule nur von einer begrenzten Zone des Drehkörpers beeinflusst wird, so dass sich Auswuchtschleifstellen am Drehkörper praktisch nicht auf die in der Spule induzierte Spannung auswirken.
5. Use according to claim II or dependent claim 4, characterized in that the dimensions of the induction coil are so small that the coil is only influenced by a limited zone of the rotating body, so that balancing grinding points on the rotating body practically do not affect the voltage induced in the coil impact.