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Vorrichtung zur elektrischen Integration von Meßgrößen nach dem Wirbelstromprinzip
Es sind mechanische Integrationsvorrichtungen bekannt, bei denen die Integration
von Meßgrößen durch Beeinflussung der Umlaufgeschwindigkeit von Getriebeteilen erfolgt.
Weiterhin. ist es bekannt, an Stelle von Getriebeteilen Reibradkupplungen zu verwenden.
Die Verwendung von Getriebeteilen und Reibradkupplungen hat aber den Nachteil, daß
das Integrationsgerät relativ groß und aufwendig ist.
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Neben diesen mechanischen Integratoren sind auch elektrische Integrationsvorrichtungen
bekannt, z. B. ein Integrator für Strömungsmengen., dessen Zählwerk durch zwei als
Wirbelstromanker wirkende, magnetisch gebremste Scheiben, Pendel od.. dgl. angetrieben
wird, bei dem die auf die beiden Anker wirkenden Bremsmomente, die bei der Meßgröße
Null einander gleich sind, sich bei zunehmender Meßgröße in entgegengesetztem Sinne
ändern, und bei dem eine die Differenz der Ankergeschwindigkeiten auf das Zählwerk
übertragende Vorrichtung, z. B. ein Differentialgetriebe, vorgesehen ist. Für die
Erzeugung der Bremsmomente kann dabei für beide Wirbelstromanker ein gemeinsamer
Bremsmagnet vorgesehen sein. Eine derartige Anordnung benötigt, wie erwähnt, ein
Differentialgetriebe, das bekanntlich kostspielig und störanfällig ist.
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Weiterhin ist ein elektrischer Integrator bekannt, der wie ein Induktionszähler
aufgebaut ist und bei dem die zu integrierende Meßgröße durch Verstellen des Wirbelstrombremsmagneten
eingeführt wird. Bei dieser Anordnung wird der verstellbare Bremsmagnet, der auf
die Bremsscheibe des einen Meßsystems wirkt, von dem Drehmoment eines zweiten Meßsystems
über ein Hebelgetriebe verstellt. Proportionalität zwischen dem Verstellweg des
Bremsmagneten und der Läuferzahl dürfte allerdings nur schwer zu erzielen, sein,
so da.ß ein, ungenaues Integrationsergebnis die Folge ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Vorrichtung
zur Integration von Meßgrößen nach dem Wirbelstromprinzip zu schaffen., bei der
die Nachteile insbesondere in bezug auf den konstruktiven Aufwand und die Meßgenauigkeit
bekannter mechanischer und elektrischer Integratoren vermieden werden. Dies wird
bei einer Vorrichtung zur elektrischen Integration von Meßgrößen nach dem Wirbelstromprinzip,
bei welcher das Integral der Meßgröße durch ein Zählwerk zur Anzeige gelangt und
dieAntriebsgeschwindigkeit des Zählwerks durch Verändern der Lage von zwei Wirbelstromankern
gegenüber zwei diesen Ankern zugeordneten Magneten in Abhängigkeit von der zu integrierenden
Meßgröße geändert wird, dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die beiden Magnete
gegensinnig mit gleicher Drehzahl angetrieben werden und die den beiden Magneten,
zugeordneten Wirbelstromanker starr auf der das Zählwerk antreibenden Achse angebracht
sind.
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Eine zweite Meßgröße kann durch die Drehzahl des die Magnete über
Zahnräder gegensimüg antreibenden Motors eingeführt werden. Soll eine Meßgröße über
die Zeit integriert werden, so wird ein Synchronmotor gewählt, der die Magnete mit
konstanter Geschwindigkeit antreibt.
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Die erste Meßgröße wirkt sich. dabei auf die Eintauchtiefe der Anker
in die Magnete aus, so daß die Drehgeschwindigkeit der Achse unmittelbar dieser
Meßgröße proportional ist. Die Tauchbewegung der Anker- wird durch eine Kurvenscheibe
gesteuert, die eine durch die gewünschte Abhängigkeit der Drehbewegung von der Meßgröße
bestimmte Form hat. So ist es möglich, z. B. eine lineare, quadratische usw. Abhängigkeit
herbeizuführen. Auch ist es möglich, die Drehzahl der Achse nach einem gewünschten
Zeitprogramm zu steuern, indem die Achse nach einer vorgegebenen Beziehung gehoben
oder gesenkt wird. Bei der Integration einer Temperatur kann die Mitnahmekraft der
Magnete durch an einem der beiden Magnete angebrachte, die magnetische Leitfähigkeit
in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflussende Nebenschlüsse veränderlich. gemacht
werden. Auch ist es für die gleiche Aufgabe möglich, einen der beiden Anker aus
einem Material herzustellen, dessen. elektrische Leitfähigkeit von der Temperatur
abhängig ist.
An Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
.ist die Erfindung erläutert.
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_ Fig. 2 stellt. eine Einzelheit der. Fig. 1, Fig. 3 den unteretrl
Teif der Integrationsvorrichtung dar.
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Bei vielen Meßäufgaben handelt es sich darum, eine Größe, z. B. einen
Druck, eine Temperatur oder eine Kraft, in eine proportiönäl'e Drehzahl umzuwandeln
mit dem Ziel, diese- ülaer .die Zeit zu integrieren und durch ein Zählwerk anzuzeigen.
Eine solche Aufgabe liegt beispielsweise dann vor, wenn es erwünscht ist, die mittlet-e.
Temperatur innerhalb eines bestimmten Zeitbereiches festzustellen. Das gleiche gilt
für den mittleren Luftdruck oder den mittleren Wasserstand ad : dgl. In Ausbildung
der Erfindung läßt sich dies in besonders einfacher Weise dadurch erreichen, daß
ein. Motor 6 zwei in entgegengesetzter Richtung rotierende Permanentmagnete
1 und 2 über die Zahnräder 3; 4 und 5 antreibt. Die Magnete werden, wie aus _Fig.
2 ersichtlich ist, aus dem magnetischen Kern 10 gebildet, der in der Richtung magnetisiert
ist. Der Kern ist mit einem ihn umgebenden aus Weicheisen bestehenden Rückschluß
11 versehen und ist durch den Luftspalt 12 vom Rückschluß getrennt. Der Kern
10 kann dabei zwei-oder mehrpolig ausgeführt sein. In die Magnete 1 und 2
tauchen zylindrische, elektrisch gut leitende Anker 7 und 8 ein, die auf einer gemeinsamen
Achse 9 angebracht sind. -Die Achse 9 ist in dem Unterlager 13 und in dem Oberlager
14 drehbar gelagert. Infolge der auftretenden Wirbelstrombildung bei der Drehung
der Magnete 1 -und 2 werden die in die Magnete eintauchenden Anker 7 und 8 mitgenommen,
d. h., sie werden in Umdrehung versetzt. Die von den beiden Magneten auf die Anker
7 und 8 wirkenden Kräfte sind dabei entgegengesetzt gerichtet und heben sich dann
auf, wenn beide Anker gleich tief in die Magnete 1 und 2 eintauchen. Die Achse 9
und damit die Anker 7 und 8 können in axialer Richtung angehoben und gesenkt werden.
Wird die Achse 9 beispielsweise angehoben, so taucht der Anker 8 in den Magnet 2
tiefer und der Anker 7 entsprechend weniger tief in den Magnet 1 ein. Dadurch wird
die Kraftwirkung des unteren Magnets größer als die des oberen. Dies hat zur Folge,
daß die Achse 9 in der Drehrichtung des Magnets 2 rotiert. Innerhalb von Grenzen
wird diese Rotation um so schneller erfolgen, je mehr der Anker 8 in den Magnet
2 eintaucht. Dadurch wird die hin- und hergehende Bewegung der Achse, die durch
eine auf sie mittelbar einwirkende Meßgröße entsteht, in eine der Meßgröße proportionale
Drehzahl umgewandelt. Das Anheben der Achse 9 erfolgt beispielsweise über den Hebel
15, der in dem Punkt 16 schwenkbar gelagert ist. Der Hebel 15 trägt an' einem Ende
eine Rolle 17,
die auf einer drehbaren Kurvenscheibe 18 läuft. Am anderen
Ende des Hebels- ist ein Lastausgleichsgewicht 22 angebracht, das die auf die Kurvenscheibe
einwirkende Kraft möglichst klein halten soll. Die Form der Kurvenscheibe bestimmt
die Abhängigkeit (lineare, quadratische usw.), die zwischen der Drehgeschwindigkeit
der Achse und der Meßgröße bestehen soll. Im erläuterten Ausführungsbeispiel wird
die Kurvenscheibe durch eine Bimetallspirale 19 verdreht und hebt die Achse in Abhängigkeit
von der auf die Bimetallspirale einwirkenden Temperatur.
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Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann das Heben und Senken der Achse
auch zur Erzeugung einer Drehzahl benutzt «erden, die nach einem ganz bestimmten,
beispielsweise durch die Kurve f (t) dargestellten Zeitprogramm abläuft.
Die Kurve f (t) muß demnach unter der Rolle 17 vorbeilaufen und die Achse
entsprechend der Beziehung f (t) heben oder senken.
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Die Umdrehungen der Achse 9 werden über das Schneckengetriebe 20 von
einem Zählwerk 21 gezählt. Das Zählwerk bildet dann das Integral. Ist die Drehzahl
des Motors 6 konstant, so bildet das Zählwerk nach entsprechender Eichung das Zeitintegral
der Meßgröße, die die Rotationsgeschwindigkeit der Achse beeinflußt. Wird die Drehzahl
des Motors 6 von einer weiteren Meßgröße gesteuert, so bildet das Zählwerk das Zeitintegral
des Produktes dieser beiden Meßgrößen. Zur Ermittlung des Mittelwertes des Integrals
braucht nur der gemessene Wert des Integrals durch die Zeitspanne dividiert zu werden.
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Wenn die zu integrierende Größe eine Temperatur ist, kann die Meßanordnung
weiter vereinfacht werden, indem bei gleichbleibender Eintauchtiefe einer der beiden
Magnete mit einem oder mehreren Nebenschlüssen versehen ist, die aus einem Material
bestehen, dessen magnetische Leitfähigkeit von der Temperatur abhängt. Der magnetische
Kraftfluß, der die Anker durchsetzt, wird also durch die Temperatur variiert, und
damit wird auch die Mitnahmekraft und die Drehzahl der Achse temperaturabhängig,
ohne daß ein Heben oder Senken der Achse nötig ist.
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Derselbe Effekt wird erzielt, wenn der eine Anker gegen den anderen
eine unterschiedliche elektrische, sich mit der Temperatur ändernde Leitfähigkeit
aufweist.