DD229224A1

DD229224A1 - DEVICE FOR MEASURING LINEAR SPEEDS

Info

Publication number: DD229224A1
Application number: DD26985984A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Talke; Guenter Beyer; Arno Ruprecht; Herbert Schade
Original assignee: Reichsbahn Forschungs U Entwic
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1985-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach groesseren Wegbereiches, das nach dem Induktionsprinzip arbeitet. Aufgabe der Erfindung ist, mit geringem Aufwand fuer Spulen und Erregersystem einen hohen Grad an Linearitaet der erzeugten Messspannung zu erzielen. Erreicht wird dies, indem das Erregersystem aus einem aus Weicheisen bestehenden Rohr mit an beiden Enden angeordneten ringfoermigen Permanentmagneten mit einander zugewandten gleichnamigen Polen und mit aus Weicheisen bestehenden aeusseren topfartigen Polschuhen sowie einem beide Polschuhe zentrisch fest verbindenden stabfoermigen Mittelpol gebildet wird, der Mittelpol beidseitig ueber die Polschuhe hinausragend in festen Fuehrungsboecken axial verschiebbar gefuehrt ist und eine in das Innere des Rohres hineinragende und den Mittelpol umschliessende Spule mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern durch einen der Polschuhe hindurch an einen der Fuehrungsboecke befestigt ist. Den die Messwerte abgebenden Leitern ist ein elektrischer Filter mit Bandpasscharakteristik nachgeschaltet. Fig. 1The invention relates to a device for measuring linear speeds, in particular in small path areas at any point within a much larger path range, which operates on the induction principle. The object of the invention is to achieve a high degree of linearity of the measurement voltage generated with little effort for coils and exciter system. This is achieved by the exciter system is formed of a consisting of soft iron tube with arranged at both ends ringfoermigen permanent magnet with facing poles of the same and consisting of soft iron outer pot-like pole pieces and a pole piece both centrally firmly stabfoemigen center pole, the center pole on both sides over the Polschuh outwardly in solid Fuehrungsboecken is guided axially displaceable and a projecting into the interior of the tube and the middle pole enclosing coil with non-magnetizable electrical conductors through one of the pole pieces is attached to one of Fuehrungsboecke. The conductors emitting the measured values are followed by an electrical filter with a bandpass characteristic. Fig. 1

Description

Vorrichtung zum Messen von LineargeschwindigkeitenDevice for measuring linear speeds

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach größeren Wegbereiches .The invention relates to a device for measuring linear speeds, in particular in small paths at any point within a much larger path range.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

Es sind bereits .Vorrichtungen zum Messen von Lineargeschwindigkeiten bekannt, die im wesentlichen mit einer Meßspule und einem eine Relativbewegung zu dieser ausführenden Stößel nach dem Induktionsprinzip arbeiten und eine geschwindigkeitsproportionale Meßspannung abgeben. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen ist, daß der zur Erreichung einer ausreichenden Linearität der abgegebenen Meßspannung erforderliche Bauaufwand für die Meßspule und das Erregersystem einerseits sehr hoch ist und andererseits die Linearität' im Vergleich zur Baulänge in nur kleinen Wegbereichen gesichert ist.There are already .Vorrichtungen for measuring linear velocities known, which operate essentially with a measuring coil and a relative movement to this executing plunger according to the induction principle and deliver a speed-proportional measuring voltage. The disadvantage of these known devices is that the required to achieve a sufficient linearity of the delivered measuring voltage construction costs for the measuring coil and the excitation system on the one hand is very high and on the other hand, the linearity 'compared to the length is secured in only small ways.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Es ist das Ziel der Erfindung, geschwindigkeitsproportionale Meßspannungen mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren.It is the object of the invention to reproduce speed-proportional measuring voltages with high accuracy.

Darlegung des Wesens der ' Erfindung:Explanation of the nature of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Induktionsprinzip arbeitende Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach größeren Wegbereiches, zu schaffen, mit dem mit geringem Aufwand für Spulen und Erregersystem ein hoher Grad an Linearität der erzeugten geschwindigkeitsproportionalen Meßspannung erzielbar ist.The invention has for its object to provide a working according to the induction principle device for measuring linear velocities, especially in small path areas at any point within a much larger path range, with the low effort for coils and excitation system, a high degree of linearity generated speed proportional measurement voltage can be achieved.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem das Erregersystem aus einem aus Weicheisen bestehenden Rohr mit an beiden Enden angeordneten ringförmigen Permanentmagneten mit einander zugewandten gleichnamigen Polen und mit aus Weicheisen bestehenden äußeren topfartigen Polschuhen sowie einem beide Polschuhe zentrisch fest verbindenden stabförmigen Mittelpol gebildet wird, der Mittelpol beidseitig über die Polschuhe hinausragend in festen Führungsbacken axial verschiebbar geführt ist und eine in das Innere des Rohres hineinragende und den Mittelpol .umschließende Spule mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern durch einen der Polschuhe hindurch an einem der Führungsböcke befestigt ist. Dabei sind die Polflächen der Permanentmagnete um etwa ein Drittel größer als die Kontaktflächen des Rohres und der Polschuhe. Die Außendurchmesser der Polschuhe und des Rohres sind um etwa 10 % kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete. Die Kontaktflächen d.er Polschuhe, des Rohres und der Querschnitt des Mittelpoles sowie die Berührungsfläche eines Polschuhes mit dem Mittelpol besitzen die gleiche Größe. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß den an einem Lagerschild befestigten nichtmagnet isierbaren elektrischen Leitern ein elektrisches Filter mit einer Bandpaßcharakteristik nachgeschaltet ist, aus welchem Spannung entnehmbar ist.According to the invention this is achieved by the exciter system is formed of a soft iron tube with arranged at both ends annular permanent magnet with facing poles of the same name and consisting of soft iron outer pot-like pole pieces and a two pole shoes centrically firmly connecting rod-shaped center pole, the center pole protruding axially on both sides of the pole pieces in fixed guide jaws and a protruding into the interior of the tube and the Mittelpol .umschließende coil is fixed with non-magnetizable electrical conductors through one of the pole pieces on one of the guide blocks. The pole faces of the permanent magnets are larger by about one third than the contact surfaces of the tube and the pole pieces. The outer diameter of the pole pieces and the tube are about 10% smaller than the outer diameter of the permanent magnets. The contact surfaces of the pole shoes, the tube and the cross section of the central pole, as well as the contact surface of a pole shoe with the center pole have the same size. Another feature of the invention is that the attached to a bearing plate non-magnetizable electrical conductors an electrical filter with a bandpass characteristic is connected downstream of which voltage can be removed.

Grundsätzlich ist eine Vorrichtung" nach der Erfindung auch so realisierbar, daß das Erregersystem ortsfest angeordnet ist undIn principle, a device "according to the invention can also be realized so that the excitation system is arranged stationary and

die zu messende Lineargeschwindigkeit von der Spule ausgeführt wird.the linear velocity to be measured is performed by the coil.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber den bekannten Vor richtungen zum Messen von Lineargeschwindigkeiten eine Reihe Vorteile. So kann mit der Anordnung der ringförmigen Permanentmagnete beiderseits des Rohres die nutzbare Weglänge beliebig lang sein, wobei das Verhältnis zur Baulänge wesentlich günstiger al's bei vergleichbaren Vorrichtungen ist. Der insgesamt koaxiale Aufbau des Spule-Erregersystems -nach der Erfindung vermeidet mit einem als- Rohr ausgebildeten Außenpol nahezu vollständig die Aufnahme von Störungen des Meßspannung durch fremde magnetische oder elektrische Gleich- oder W-echself eider, ohne daß zusätzliche Kompensations- oder Abschirmmaßnahmen erforderlich sind. Mit dem Verhältnis der Polflächen der Permanentmagnete zu den Kontaktflächen des Rohres als Außenpol und die der Polschuhe wird erreicht, daß .die für keramische Permanentmagnete an sich qualitativ bekannte Maßnahme zur Verringerung des magnetischen Streuflusses bei der Vorrichtung auch zu einem Minimum an Linearität sabweichung der Meßspannungen insbesondere bis an die Grenzen des Bewegungsbereiches der Spule bzw. des Erregersystems führt. Zum gleichen Zweck dient die Gleichheit der Kontaktflächen des Rohres, der Polschuhe und des Mittenpoles, was wesentlich zur .Verminderung von Linearitätsabweichungen der Meßwerte an den Grenzen des Bewegungsbereiches des Erregersystems beiträgt.The device according to the invention has a number of advantages over the known ago directions for measuring linear velocities. Thus, with the arrangement of the annular permanent magnets on either side of the tube, the usable path length can be arbitrarily long, the ratio to the overall length is much cheaper than al with comparable devices. The overall coaxial structure of the coil excitation system-according to the invention avoids almost completely with a trained as a -pipe outer pole the recording of disturbances of the measuring voltage by foreign magnetic or electrical DC or W echself eider, without additional compensation or shielding measures are required , With the ratio of the pole faces of the permanent magnets to the contact surfaces of the tube as Außenpol and the pole pieces is achieved. That for ceramic permanent magnets in itself qualitatively known measure to reduce the magnetic leakage flux in the device also to a minimum of linearity sabweichung the measuring voltages in particular leads to the limits of the range of motion of the coil or the exciter system. The same purpose is served by the equality of the contact surfaces of the tube, the pole pieces and the center pole, which contributes significantly to the reduction of linearity deviations of the measured values at the limits of the range of motion of the exciter system.

Mit der Zuordnung eines Filters mit Bandpaßcharakteristik werden die bei Meßvorgängen durch mechanische Schwingungen und Vibrationen verursachten und außerhalb des meist genau bekannten Meßfrequenzbereiches liegenden Störspannungen gedämpft. Die Bandpaßcharakteristik des Filters ist vorteilhaft, da innerhalb des bekannten Meßfrequenzbereiches die Geschwindigkeitsproportionalität in den Grenzen des realisierbaren, nahezu konstanten Filterdämpfungsverlaufes erhalten bleibt.With the assignment of a filter with bandpass characteristic caused by mechanical vibrations and vibrations during measurement processes and located outside of the most accurately known measuring frequency range interference voltages are damped. The bandpass characteristic of the filter is advantageous because, within the known measuring frequency range, the speed proportionality remains within the limits of the realizable, almost constant filter damping characteristic.

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:The invention will be explained with reference to an embodiment. Show it:

- Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung- Fig. 1 is a longitudinal section through a device

- Fig. 2 eine Vorrichtung nach Figur 1 in verkleinertem Maßstab mit als Blockschaltbild dargestellten- Elementen zur Ausgabe des Meßwertes2 shows a device according to FIG. 1 on a reduced scale with elements shown as a block diagram for outputting the measured value

Auf.einer festen Basisplatte 1 sind in einem erforderlichen Abstand zweckmäßig aus einem nicht magnetisierbaren und elektrisch nicht leitenden Material bestehende Führungsböcke 2; 3 befestigt, die in Bohrungen eine Kuppelstange 4 führen, deren mittlere Länge aus Weicheisen besteht und als Mittenpol 5 dient. Auf dem Mittenpol 5 sind ebenfalls aus Weicheisen bestehende topfartige Polschuhe 6; 7 fest angeordnet. Zwischen diesen Polschuhen 6; 7 befinden sich ringförmige Permanentmagnete 8; 9, die durch ein ebenfalls aus Weicheisen bestehendes Rohr 10 verbunden sind. Die Permanentmagnete 8; 9 weisen mit gleichnamigen .Polen auf das Rohr 10. Die Polflächen der Permanentmagnete 8; 9 sind dabei um etwa ein Drittel größer als die Kontaktflächen der Polschuhe 6; 7 und die des Rohres 10. Die Außendurchmesser der Polschuhe 6; und des Rohres 10 sind um etwa 10 % kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete 8; 9. Eine weitere Relation besteht darin, daß die Kontaktflächen der Polschuhe 6; 7, des Rohres 10 und die Berührungsflächen der Polschuhe 6; 7 mit dem Mittelpol 5 sowie die Querschriittsflache des Mittelpols 5 gleich groß sind.Auf.einer fixed base plate 1 are expediently at a required distance from a non-magnetizable and electrically non-conductive material existing guide blocks 2; 3 fastened, which lead in holes a coupling rod 4, whose average length is made of soft iron and serves as a center pole 5. On the center pole 5 are also made of soft iron cup-shaped pole pieces 6; 7 fixed. Between these pole pieces 6; 7 are annular permanent magnets 8; 9, which are connected by a likewise made of soft iron pipe 10. The permanent magnets 8; 9 have the same name .Polen on the tube 10. The pole faces of the permanent magnets 8; 9 are about one third larger than the contact surfaces of the pole pieces 6; 7 and the tube 10. The outer diameter of the pole pieces 6; and the tube 10 are smaller by about 10% than the outer diameter of the permanent magnets 8; 9. Another relation is that the contact surfaces of the pole pieces 6; 7, the tube 10 and the contact surfaces of the pole pieces 6; 7 with the center pole 5 and the Querschriittsflache the center pole 5 are the same size.

Im Innern des Rohres 10 befindet sich eine den Mittelpol 5 umschließende Spule 11, die mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern 12; 13 durch den Polschuh 7 frei hindurchragend mit dem Führungsbock 3 fest verbunden ist. Den Leitern 12; 13 sind ein elektrisches Filter 14 mit Bandcharakteristik, einIn the interior of the tube 10 is a center pole 5 enclosing coil 11, which is provided with non-magnetizable electrical conductors 12; 13 is firmly connected by the pole piece 7 projecting freely with the guide block 3. The ladders 12; 13 are a band-pass electric filter 14, a

Schwellwertschalter 15 sowie ein Ausgaberelais 16 nachgeordnet.Threshold 15 and an output relay 16 downstream.

Eine auf die Kuppelstange 4 ausgeübte Längsverschiebung.teilt sich unmittelbar dem aus dem Mittelpol 5,. den Polschuhen 6; 7 den Permanentmagneten 8; 9 und dem Rohr 10 bestehenden Erregersystem mit und bewirkt eine Verschiebung gegenüber der feststehenden Spule 11, so daß das zwischen dem Rohr 10 und dem Mittelpol 5 verlaufende magnetische Feld von der Spule 11 geschnitten wird. Eine hierdurch in der Spule 11 geschwindigkeitsproportional induzierte Spannung wird mit den Leitern 12; 13 über das Filter 14 und den Sollwertschalter 15 auf das Ausgaberelais 16 als Meßspannung übertragen. Mit der Gleichheit der Querschnitte des Mittelpols 5 und der Kontaktflächen des Rohres- 10 und der Polschuhe 6; 7 wird eine hohe Homogenität des magnetischen Kraftfeldes über die ganze nutzbare Länge s des Rohres 10 erreicht, so daß sich ein hoher Grad an Linearität der abgegebenen geschwindigkeitsproportionalen Meßspannung bis an die Grenzen des Bewegungsbereiches ergibt.A force exerted on the coupling rod 4 Längsverschiebung.teilt directly from that of the center pole 5 ,. the pole pieces 6; 7 the permanent magnet 8; 9 and the tube 10 existing exciter system and causes a shift relative to the fixed coil 11, so that the extending between the tube 10 and the center pole 5 magnetic field is cut by the coil 11. A speed induced thereby in the coil 11 proportional to the speed is connected to the conductors 12; 13 transmitted via the filter 14 and the setpoint switch 15 to the output relay 16 as a measuring voltage. With the equality of the cross sections of the center pole 5 and the contact surfaces of the tube 10 and the pole pieces 6; 7 a high homogeneity of the magnetic force field over the entire usable length s of the tube 10 is achieved, so that there is a high degree of linearity of the output speed-proportional measuring voltage up to the limits of the range of motion.

Claims

Invention claims:

1. A device for measuring linear speeds, in particular in small paths at any point within a much larger path range, which works with a magnetic excitation system 'and a coil according to the induction principle, characterized in that the excitation system consists of a soft iron tube (10 ) with annular permanent magnets (8; 9) arranged at both ends with poles of the same name facing each other and with outer pot-shaped pole shoes (6; 7) made of soft iron, and a rod-shaped center pole (5) which firmly connects both pole shoes (6; is formed, the center pole (5) on both sides on the pole pieces (6; 7) protruding in fixed guide blocks (2; 3) is axially displaceably guided and in the interior of the tube (10) projecting and the center pole (5) enclosing coil ( 11) with non-magnetizable electrical conductors (12, 13) through one of the pole pieces (7) through at one of Guide blocks (3) is attached.

2. Device according to item 1, characterized in that the pole faces of the permanent magnets (8; 9) is larger by about one-third than the contact surfaces of the tube (10) and the pole shoes (6; 7).

3. Device according to item 1 to 2, characterized in that the outer diameter of the pole pieces (6; 7) and of the tube (10) are smaller by about 10% than the outer diameter of the permanent magnets (8; 9).

4. The device according to item 1 to 3, characterized in that the contact surfaces of the pole pieces (6; 7), the tube (10) and the cross section of the center pole (5) and the contact surface of a pole piece (6; 7) with the center pole ( 5) are the same size.

5. Device according to item 1 to 4, characterized in that the attached to a bearing plate (3) conductors (12; 13), an electrical filter (14) is connected downstream with bandpass characteristic.

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