DE1121343B

DE1121343B - Transmitter for pressure or differential pressure

Info

Publication number: DE1121343B
Application number: DES51744A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Heinz Kronmueller; Max Brossmer; Dipl-Ing Paul Hay
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-12-27
Filing date: 1956-12-27
Publication date: 1962-01-04

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

KL42d 1/12KL42d 1/12

INTERNATIONALE KL.INTERNATIONAL KL.

GOId; 1GOId; 1

S 51744 IXb/42dS 51744 IXb / 42d

ANME LDETAG : ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL:

27. DEZEMBER 1956DECEMBER 27, 1956

4. JANUAR 1962JANUARY 4, 1962

Es sind Meßwertumformer für Druck oder Differenzdruck bekannt, bei denen durch eine Membran, ein Federrohr od. dgl. ein innerhalb des Druckraumes angeordneter Permanentmagnet ausgelenkt wird. Die Bewegung des Permanentmagneten wird durch eine Wand aus unmagnetischem Material auf einen außerhalb des Druckraumes angeordneten Magnetanker übertragen. Andererseits ist es bei elektrischen Meßinstrumenten bekannt, durch die Drehbewegung des Meßwerkes eine permanentmagnetische Scheibe zu verstellen, die innerhalb des Eisenkreises eines Magnetverstärkers angeordnet ist. Der Steuerfluß des Magnetverstärkers wird dabei durch die permanentmagnetische Scheibe erzeugt. There are transducers for pressure or differential pressure known in which a membrane, a spring tube or the like. A permanent magnet arranged within the pressure chamber is deflected. the Movement of the permanent magnet is caused by a wall of non-magnetic material on an outside The magnet armature arranged in the pressure chamber is transmitted. On the other hand, it is with electrical measuring instruments known to a permanent magnetic disc by the rotary movement of the measuring mechanism adjust, which is arranged within the iron circle of a magnetic amplifier. The control flow of the Magnetic amplifier is generated by the permanent magnetic disk.

Bei dem gemäß der Erfindung aufgebauten Meßwertumformer für Druck oder Differenzdruck mit einem vom Meßglied bewegten Permanentmagneten ist der Permanentmagnet gegenüber einem durch eine Wand aus unmagnetischem Material von ihm getrennten System von vier Polstücken eines magnetischen Kreises mit mindestens einer stromdurchflossenen Wicklung derart verschiebbar angeordnet, daß je zwei Polstücke in der Endstellung des Permanentmagneten seinen Polen mindestens annähernd gegenüberstehen und die Polstücke, die in entgegengesetzten End-Stellungen entgegengesetzten Polen des Permanentmagneten gegenüberliegen, zu je einem Magnetschenkel des magnetischen Kreises zusammengefaßt sind.In the thus constructed according to the invention transducer for pressure or differential pressure with a moving of the measuring element permanent magnet, the permanent magnet is displaceably arranged a magnetic circuit with at least one current-carrying winding from a separate by a wall of non-magnetic material by him system of four pole pieces, that each two Pole pieces in the end position of the permanent magnet are at least approximately opposite its poles and the pole pieces which are opposite opposite poles of the permanent magnet in opposite end positions are each combined to form a magnet leg of the magnetic circuit.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei einem Steuerschub des Permanentmagneten von beispielsweise 2 mm der magnetische Fluß in den Schenkeln seine Richtung umkehrt. Die Flußänderung verläuft dabei praktisch linear mit der Längsverschiebung des Permanentmagneten und der Fluß in den Magnetschenkeln erreicht in der Mittelstellung des Magneten exakt den Wert Null. Im Stromkreis der auf dem Joch des magnetischen Kreises angeordneten und von Wechselstrom gespeisten Wicklung wird hierdurch ein Gleichstrom ausgesteuert, der von der Längsverschiebung des Permanentmagneten linear abhängig ist. Der Meßbereich beginnt dabei beim Stromwert Null. Der Ausgangsstrom ist, wie noch an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert wird, von Spannungsschwankungen des die Jochwicklung speisenden Wechselstromes praktisch unabhängig.This arrangement ensures that with a control thrust of the permanent magnet of, for example 2 mm the magnetic flux in the thighs reverses its direction. The river change proceeds practically linear with the longitudinal displacement of the permanent magnet and the flux in the Magnet leg reaches exactly the value zero in the middle position of the magnet. In the circuit of the arranged on the yoke of the magnetic circuit and fed by alternating current winding a direct current is controlled, which is linearly dependent on the longitudinal displacement of the permanent magnet is. The measuring range starts at zero current value. The output current is as is still on hand of the embodiment shown in the drawing is explained by voltage fluctuations of the alternating current feeding the yoke winding practically independently.

Sollen auch Frequenz- und Temperaturschwankungen eliminiert werden, so kann mit einem gleichartigen magnetischen Kreis auch eine Kompensationsschaltung aufgebaut werden. Der Stromkreis mit den wechselstromdurchflossenen Wicklungen auf dem Joch des Meßwertumformer für Druck oder DifferenzdruckIf frequency and temperature fluctuations are also to be eliminated, a similar one can be used magnetic circuit also a compensation circuit can be built. The circuit with the alternating current flowing through it Windings on the yoke of the transducer for pressure or differential pressure

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Dr. Heinz Kronmüller,Dipl.-Phys. Dr. Heinz Kronmüller,

Wolfartsweier bei Karlsruhe,Wolfartsweier near Karlsruhe,

Max Broßmer, Schwörstadt,Max Broßmer, Schwörstadt,

und Dipl.-Ing. Paul Hay, Karlsruhe-West,and Dipl.-Ing. Paul Hay, Karlsruhe-West,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

magnetischen Kreises speist dabei den Eingang eines Verstärkers, vorzugsweise eines Magnetverstärkers, dessen Ausgangsstrom mindestens eine Kompensationswicklung durchfließt, die auf einem Schenkel des magnetischen Kreises angebracht ist und den vom Permanentmagneten erzeugten Primärfluß kompensiert. magnetic circuit feeds the input of an amplifier, preferably a magnetic amplifier, whose output current flows through at least one compensation winding, which is on one leg of the Magnetic circuit is attached and compensates for the primary flux generated by the permanent magnet.

Die Erfindung soll an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using two exemplary embodiments shown in the drawing will.

Während in Fig. 1 die Auslenkung einer Membran als Ausschlag eines Gleichstrominstrumentes unmittelbar angezeigt wird, ist nach Fig. 2 eine Kompensationsschaltung vorgesehen, in welcher der die Jochwicklungen durchfließende Strom über einen Verstärker einer Kompensationswicklung zugeführt wird. Fig. 3 zeigt ein Stromdiagramm für den die Jochwicklungen durchfließenden Strom.While in Fig. 1 the deflection of a diaphragm as a deflection of a direct current instrument is displayed, a compensation circuit is provided according to FIG. 2, in which the yoke windings current flowing through is fed to a compensation winding via an amplifier. 3 shows a current diagram for the current flowing through the yoke windings.

Nach Fig. 1 ist in einem druckfesten Gehäuse 1 eine Membran 2 angeordnet. Auf beiden Seiten der Membran wird dem Gehäuse über die Leitungen 3According to FIG. 1, a membrane 2 is arranged in a pressure-resistant housing 1. On both sides of the The membrane is attached to the housing via the lines 3

109 758/263109 758/263

und 4 der Differenzdruck zugeleitet. In der Mitte der Membran ist mittels einer Stange 5 ein stabförmiger Permanentmagnet 6 starr befestigt. Bei der Auslenkung der Membran verschiebt sich der Magnet innerhalb eines zylindrischen oder prismatischen Gehäuses 7 aus unmagnetischem Material. Außerhalb des Gehäuses 7 sind vier Polstücke 8, 9, und 10, 11 angeordnet, von denen je zwei (8, 9 bzw. 10, 11) zu einem Schenkel eines magnetischen Kreises zusammengefaßt sind. Zwischen diesen beiden Schenkeln 12 und 13 liegen zwei parallel geschaltete Jochschenkel 14 und 15, die je eine Wicklung 16 bzw. 17 tragen. Die Polstücke sind derart mit den Schenkeln des Joches verbunden und den Endstellungen des Permanentmagneten derart zugeordnet, daß in entgegengesetzten Endstellungen jeweils entgegengesetzte Pole des Permanentmagneten denjenigen Polstücken gegenüberliegen, die in einem gemeinsamen Magnetschenkel zusammenlaufen. In Fig. 1 ist die obere Endstellung des Permanentmagneten dargestellt. Der vom Magneten 6 ausgehende Fluß tritt dabei in das Polstück 10 und den Schenkel 13 ein, gelangt durch das Joch 14,15 in den Schenkel 12 und kehrt durch das Polstück 8 zum Permanentmagneten 6 zurück. Diese Flußrichtung ist in der Fig. 1 in den Jochschenkeln durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet. In der durch die Buchstaben a-a angedeuteten Nullstellung des Permanentmagneten tritt kein Fluß in die Magnetschenkel 12 und 13 ein und auch die Jochschenkel bleiben flußfrei. Erreicht der Permanentmagnet 6 die untere Endlage, so steht er den Polstücken 9 und 11 gegenüber, und der Fluß in den Jochschenkeln hat die umgekehrte Richtung der stark ausgezogenen Pfeile. Die beiden Wicklungen 16 und 17 auf den Jochschenkeln sind über Gleichrichter 18, 19 mit zueinander entgegengesetzter Durchlaßrichtung an eine Wechselstromquelle 20 angeschlossen. Im Speisestromkreis liegt außerdem noch der ohmsche Widerstand 21 und das Anzeigeinstrument 22. Parallel zu beiden wird zweckmäßig ein Kondensator 23 geschaltet.and 4 the differential pressure supplied. In the middle of the membrane, a rod-shaped permanent magnet 6 is rigidly attached by means of a rod 5. When the membrane is deflected, the magnet moves within a cylindrical or prismatic housing 7 made of non-magnetic material. Outside the housing 7, four pole pieces 8, 9 and 10, 11 are arranged, two of which (8, 9 or 10, 11) are combined to form one leg of a magnetic circuit. Between these two legs 12 and 13 are two yoke legs 14 and 15 connected in parallel, each of which carries a winding 16 and 17, respectively. The pole pieces are connected to the legs of the yoke and assigned to the end positions of the permanent magnet in such a way that in opposite end positions opposite poles of the permanent magnet are opposite those pole pieces which converge in a common magnet leg. In Fig. 1, the upper end position of the permanent magnet is shown. The flux emanating from the magnet 6 enters the pole piece 10 and the leg 13, passes through the yoke 14, 15 into the leg 12 and returns to the permanent magnet 6 through the pole piece 8. This direction of flow is indicated in FIG. 1 in the yoke legs by the solid arrows. In the zero position of the permanent magnet indicated by the letters aa , no flux enters the magnet legs 12 and 13 and the yoke legs also remain flux-free. When the permanent magnet 6 reaches the lower end position, it faces the pole pieces 9 and 11, and the flux in the yoke legs has the opposite direction of the strongly drawn arrows. The two windings 16 and 17 on the yoke legs are connected to an alternating current source 20 via rectifiers 18, 19 with mutually opposite forward directions. The ohmic resistor 21 and the display instrument 22 are also located in the supply circuit. A capacitor 23 is expediently connected in parallel to both.

Der in der gezeichneten Stellung des Permanentmagneten das Meßinstrument 22 und den Widerstand 21 durchfließende Strom ist in Fig. 3 dargestellt. Während der positiven Halbwellen fließt der Wechselstrom durch die Wicklung 16 und erzeugt einen Fluß, der in gleicher Richtung verläuft, wie der vom Permanentmagneten 6 hervorgerufene Fluß. Infolge der Sättigung des die Spule tragenden Kernes fließt in diesen Halbwellen ein relativ hoher Halbwellenstrom. Während der negativen Halbwellen durchfließt der Strom die andere Wicklung 17, und die Flüsse sind einander entgegengesetzt. Der während dieser Halbwellen das Meßinstrument 22 durchfließende Strom ist somit wesentlich geringer. Das Instrument 22 zeigt infolge der Widerstands-Kondensatorschaltung den in Fig. 3 gestrichelt angedeuteten Mittelwert I_n, an.The current flowing through the measuring instrument 22 and the resistor 21 in the position shown of the permanent magnet is shown in FIG. During the positive half-waves, the alternating current flows through the winding 16 and generates a flux which runs in the same direction as the flux produced by the permanent magnet 6. As a result of the saturation of the core carrying the coil, a relatively high half-wave current flows in these half-waves. During the negative half-waves, the current flows through the other winding 17 and the flows are opposite to each other. The current flowing through the measuring instrument 22 during these half-waves is thus significantly lower. As a result of the resistor-capacitor circuit, the instrument 22 displays the mean value I _n , indicated by dashed lines in FIG. 3.

Wie man aus Fig. 3 erkennt, wirken sich Spannungsschwankungen der Stromquelle 20 nicht auf den Gleichstromittelwert I_m aus. Erhöht sich beispielsweise die Speisespannung, so wird sowohl der Strom in den positiven Halbwellen, als auch in den negativen Halbwellen größer und der Mittelwert bleibt annähernd erhalten.As can be seen from FIG. 3, voltage fluctuations of the current source 20 do not affect the mean direct current value I _m . If, for example, the supply voltage increases, the current in the positive half-waves as well as in the negative half-waves increases and the mean value remains approximately the same.

In Fig. 2 ist schematisch angedeutet, wie die Schaltung nach Fig. 1 in eine Kompensationsschaltung umgewandelt werden kann. Der Permanentmagnet 6, der stab- oder scheibenförmig ausgebildet sein kann, bewegt sich wiederum gegenüber vier Polstücken, von denen zur Vereinfachung der Darstellung nur zwei gezeichnet sind. Auf dem Schenkel 13 ist eine Kompensationswicklung 24 angeordnet, die vom Ausgangskreis eines Verstärkers 25 mit Gleichstrom gespeist wird. Der Eingang des Verstärkers 25 wird vom Stromkreis der Wicklungen 16, 17 gespeist und tritt beispielsweise an die Stelle des Widerstandes 21 in Fig. 1. Weicht der Permanentmagnet 6 aus der Null-Lage a-a ab, so wird über den Fluß in den Jochschenkein 14 und 15 und die Wicklungen 16 und 17 der Eingang des Verstärkers 25, vorzugsweise eines Magnetverstärkers, derart ausgesteuert, daß der Ausgangsstrom über die Kompensationswicklung 24 einen Fluß erzeugt, der den vom Permanentmagneten herriihrenden Primärfluß kompensiert.FIG. 2 shows schematically how the circuit according to FIG. 1 can be converted into a compensation circuit. The permanent magnet 6, which can be rod-shaped or disk-shaped, moves in turn with respect to four pole pieces, of which only two are drawn to simplify the illustration. A compensation winding 24 is arranged on the leg 13 and is fed with direct current from the output circuit of an amplifier 25. The input of the amplifier 25 is the circuit of the windings 16, fed 17 and occurs, for example in place of the resistor 21 in Fig. 1. deviates the permanent magnet 6 from the zero position aa from, so is the flow in the Jochschenkein 14 and 15 and the windings 16 and 17 the input of the amplifier 25, preferably a magnetic amplifier, controlled in such a way that the output current via the compensation winding 24 generates a flux which compensates for the primary flux originating from the permanent magnet.

Das Anzeigeinstrument 22 für den Druck- oder Differenzdruck hegt im Speisestromkreis der Kompensationswicklung. Bei dieser Kompensationsschaltung wird die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht, da die Schaltung von Störgrößen, wie Frequenz- und Temperaturschwankungen unabhängig ist. Das Meßinstrument 22 in Fig. 1 und 2 kann auch durch eine Regeleinrichtung ersetzt werden.The display instrument 22 for the pressure or differential pressure is in the supply circuit of the compensation winding. In this compensation circuit, the measurement accuracy is significantly increased because the Switching of disturbance variables, such as frequency and temperature fluctuations, is independent. The measuring instrument 22 in Figs. 1 and 2 can also be replaced by a control device.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. transducer for pressure or differential pressure with one of the measuring element, z. As a membrane or a spring tube, moving permanent magnet for transfer of the measured value from the pressure chamber, characterized in that the permanent magnet (6) against a through a wall (7) of non-magnetic material separated by him system of four pole pieces (8, 9, 10, 11) of a magnetic circuit with at least one current-carrying winding (16, 17) is arranged displaceably in such a way that two pole pieces (8, 10 or 9, 11) in the end position of the permanent magnet are at least approximately opposite its poles and the pole pieces, the opposite poles of the permanent magnet in opposite end positions are each combined to form a magnet leg of the magnetic circuit.

2. Measuring transducer according to claim 1, characterized in that the two opposite the permanent magnet in two pole pieces split legs of the magnetic circuit a yoke with two parallel branches for the magnetic flux that enclose on each of these branches a winding is arranged and both windings via rectifiers with opposite ones Forward direction are connected to the same AC power source.

3. Measurement transducer according to claim 1 and 2, characterized by a direct current display instrument in the supply circuit of the windings.

4. Measuring transducer according to claim 3, characterized in that the direct current instrument an ohmic resistor is connected upstream and a capacitor is connected in parallel.

5. Measuring transducer according to claim 1 and following, characterized in that the Circuit with the alternating current flowing through the windings the input of an amplifier, preferably a magnetic amplifier, and that on at least one leg of the magnetic

table circuit a compensation winding is arranged, which is from the output current of the amplifier is fed.

6. transducer according to claim 5, characterized in that the instrument for Display or control of the pressure or differential pressure value in the circuit of the compensation winding lies.

Considered publications: German Patent Specifications No. 880 953, 636 699; U.S. Patent No. 2,742,916.

1 sheet of drawings