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Vorrichtung zur Abtastung der Stellung eines mechanischen Zeigers
unter Verwendung eines vom Zeiger verstellten Widerstandsgebers Gegenstand der Erfindung
ist eine Vorrichtung zur Abtastung der Stellung eines mechanischen Zeigers unter
Verwendung eines vom Zeiger verstellten Widerstandsgebers.
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Es ist bekannt, die Drehachsen mechanischer Zeiger, im besonderen
die Drehachsen von Zeigern an Durchflußmengenmessern, mit Widerstandsferngebern
zu kuppeln und diese in elektrische Stromkreise einzuschalten, so daß eine mit der
Stellung des jeweiligen Zeigers veränderliche elektrische Spannung oder ein elektrischer
Strom als Maß für die durch die Zeigerstellung repräsentierte Meßgröße benutzbar
ist.
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Um eine gewisse Belastungsunabhängigkeit der in den Stromkreisen
solcher Meßanordnungen fließenden Meßströme zu erzielen, ist es bekannt, den Widerstandsgeber
in den Stromkreis einer Konstantspannungsquelle derart einzuschalten, daß eine mit
der Stellung des Zeigers veränderliche Spannung mittels eines selbsttätigen Kompensators
in einen elektrischen Gleichstrom umwandelbar ist, der der Eingangsspannung des
Kompensators unabhängig von seinem Belastungswiderstand stets verhältnisgleich ist.
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Nachteilig ist bei solchen Anordnungen - neben der Notwendigkeit,
eine Konstantspannungsquelle vorzusehen - noch der Umstand, daß derAusgangsstrom
des Kompensators von änderungen am obere gangswiderstand des Schleifers des Widerstandsgebers
abhängig ist. Es ist deshalb auch bereits bekannt, die in solchen Einrichtungen
vorgesehenen Kompensatoren nicht zur Kompensation einer vom Geber erzeugten Meßspannung,
sondern in Verbindung mit einem elektrischen Spannungsnormal als Stromgenerator
zu benutzen, dem ausgangsseitig unabhängig von seinem Belastungswiderstand stets
ein konstanter Gleichstrom entnehmbar ist. Dieser Strom wird dann dem in diesem
Fall in Stromteilerschaltung angeordneten Widerstandsgeber zugeführt, der den Strom
entsprechend der jeweiligen Zeigerstellung teilt. Der der Meßgröße entsprechend
geteilte Strom ist dabei jedoch nicht belastungsunabhängig.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Mängel bei Verwendung eines
an sich bekannten selbsttätigen elektromechanischen Kraftkompensators.
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Selbsttätige Kraftkompensatoren werden bekanntlich in der Meßtechnik
allgemein zur Umwandlung mechanisch oder elektrisch erzeugter Kräfte in belastungsunabhängige
Gleichströme angewendet. Sie bestehen aus einem unter dem Einfluß der umzuwandelnden
Kraft beweglich gelagerten mechanischen Meßkörper, der häufig waagebalkenartig aus-
gebildet
ist, und einem mit dem Meßkörper zusammenwirkenden elektrischen Stellungsfühler,
der die Stellung des Meßkörpers in eine elektrische Größe umwandelt, die ihrerseits
zur Erzeugung eines elektrischen Stroms ausgenutzt wird. Der Strom wird einem auf
den Meßkörper einwirkenden elektromagnetischen Kompensationskraftgeber zugeführt,
der eine Kompensationskraft erzeugt, die die Wirkung der Meßkraft am Meßkörper des
Kompensators kompensiert.
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Der Erfindung entsprechend wird eine Einrichtung der eingangs erwähnten
Art, die mit einem elektromechanischen selbsttätigen Kraftkompensator ausgestattet
ist, vorgeschlagen. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsgeber
in an sich bekannter Weise einen von einer Stromquelle herrührenden Strom teilt
und der geteilte Strom dem in einem permanenten Magnetfeld wirksamen Kraftweber
des Kompensators zugeführt ist, und dadurch, daß der ungeteilte Strom der einen
Spule des aus einer ortsfesten und aus einer am Waagekörper angeordneten Feldspule
bestehenden zweiten Kraftgebers, dessen andere Spule von dem Kompensationsstrom
des Kompensators durchflossen ist, zugeführt ist.
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Die Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich im wesentlichen
dadurch aus, daß in die Messung weder Übergangswiderstände des vorgesehenen Widerstandsgebers
eingehen noch der die Stellung des Zeigers repräsentierende Gleichstrom von der
Größe der in diesem Stromkreis angeordneten Widerstände oder von Änderungen dieser
Widerstände abhängig ist.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Gleichrichter, der als Stromquelle für
den Widerstandsferngeber dient, wobei der Strom, den der Gleichrichter abgibt, nicht
konstant zu sein braucht. 2 bezeichnet eine Feldspule eines an dem drehbar gelagerten
Waagekörper 15 des Kompensators angeordneten Kompensationskraftgebers, 3 ein als
Stromteiler geschaltetes Schleifdrahtpotentiometer, dessen Kontaktfeder4 von der
mechanischen Größe um den Weg a von dem festen Kontakt 5 weggeschoben ist. Die Feldspule
2 und das Potentiometer3 mit seinen Kontakten4 und 5 liegen in Reihe und werden
von dem Gleichrichter 1 gespeist, der durch sie den Strom treibt. Il teilt sich
am Kontakt 4 in den über 5 zum Gleichrichter 1 zurückfiießenden Strom 1 und den
über 6 durch die am Waagebalken sitzende Spule 7 zum Gleichrichter 1 zurückfließenden
Strom.
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Mit 8 ist der permanente Magnet eines aus 7 und 8 bestehenden elektromagnetischen
Kraftgebers bezeichnet. Das Stellungsmeßwerk des Kompensators ist durch zwei ortsfeste
Spulen 9 und eine im Feld dieser Spulen bewegliche Schwenkspule 10 gegeben.
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In der SchwenkspulelO wird bei Verdrehung des Waagebalkens 15 in an
sich bekannter Weise eine Spannung induziert, die über die Leitung 11 dem Verstärker
12 zugeführt ist. Der Verstärker 12 treibt den gesteuerten Kompensationsstrom 1
durch die eine Spule 14 des aus den Spulen 2 und 14 bestehenden Kompensationskraftgebers.
Sie ist am Waagebalken 15 befestigt. Im Stromkreis der Spule 14 ist ein Meßgerät
zur Messung des Stromes l vorgesehen.
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Die Wirkungsweise des Kompensators ist die folgende: Wird a verändert,
d. h. wird das Potentiometer 3 verstellt, so ändern sich die Ströme,, 12 und 13,
der Strom I2 aber gegenüber Ii in überwiegendem Maße. Daher ändert sich das von
dem Kraftgeber 7, 8 erzeugte Drehmoment am Meßkörper 15 stärker als das von dem
Kompensationskrartgeber 2, 14 erzeugte, und das Gleichgewicht der Kräfte wird an
15 gestört. Infolge der Auslenkung des Waagebalkens 15 wird in der Spule 10 eine
Spannung induziert, die verstärkt wird und den Kompensationsstrom 1 steuert, der
seinerseits der Spulel4 zugeführt und in 13 angezeigt wird. Durch die Änderung des
Kompensationsstromes 1 verändert sich die von dem Kompensationskraftgeber 2, 14
erzeugte Kompensationskraft so lange, bis die Waage wieder im Gleichgewicht ist.
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Die Einrichtung ist so getroffen, daß der Kompensationsstrom I genau
proportional der Verschiebung a ist, welche hier als Teilverhältnis des aus dem
Potentiometer 3 und dem Widerstand der Spule 7 bestehenden Gesamtwiderstandes R
aufzufassen ist, denn der Stromleiter bewirkt, daß I2=aI1 (1) ist. Bezeichnet man
nämlich den vollen Widerstand des Potentiometers 3 und der Spule 7 mit R, so liegt
zwischen den Kontakten 4 und 5 der Widerstand aR, zwischen dem Kontakt 4 und dem
Ausgang der
Spule 7 der Widerstand (1- a) R. Es gilt weiterhin aR 13 = (ia) R I2
und 13=I-12 woraus sich Gleichung (1) ergibt. Andererseits ist aber die vom Kraftgeber
7, 8 am Waagebalken ausgeübte Kraft proportional zu 19 und die vom Kompensationskraftgeber
ausgeübte Kraft proportional dem Produkt It .1. Daher herrscht an der Waage Gleichgewicht,
wenn I'.II2 oder IsI2/ll ist. Nach Gleichung (1) folgt dann aber Iua (2) Die Anzeige
des Instrumentes 13 ist deshalb proportional a, unabhängig davon, ob Il konstant
ist oder nicht.
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Fig. 2 zeigt die Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung an
einem speziellen Durchflußmengenmesser. Die Bezeichnungen 1 bis 15 sind dieselben
wie in Fig. 1. Das konische Rohr 16, durch das die zu messende Flüssigkeits- oder
Gasmenge strömt, enthält den Schwimmkörper 17, dessen jeweilige Stellung bekanntlich
ein Maß für den Durchfluß ist.
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Der Hebel 18 ist bei 19 indifferent gelagert und wird durch den an
ihm befestigten Magneten 20 dem Schwimmkörper nachgeführt. Der Zeiger 21 zeigt die
Durchflußmenge an. Zur Fernübertragung des Meßwertes wird der Zeiger durch eine
Kupplungsstange 22 mit dem Schleifkontakt 4 verbunden. Eine Änderung der pro Zeiteinheit
durch das Rohr 16 tretenden Menge bewirkt eine Änderung der Stellung des Schwimmers
17, der seine Stellung über den Magneten 20 und den Hebel 18 durch den Zeiger 21
anzeigt.
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Der Zeigerausschlag a wird durch die Kupplungsstange 22 auf den Schleifkontakt
4 des Potentiometers 3 übertragen. Der von dem Meßgerät 13 angezeigte Strom ist
daher der Stellung des Schwimmkörpers 17 proportional und ein Maß für den Durchfluß
durch das Rohr 16.
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Die Wirkungsweise des Kompensators ist naturgemäß unabhängig davon,
welche der beiden Spulen eines Kraftgebers fest angeordnet und welche am Waagebalken
befestigt ist. So ist es beispielsweise gleichgültig, ob die Spule 2 am Waagebalken
und die Spule 14 fest angeordnet ist oder umgekehrt; und ebensogut könnten der Magnet
8 am Waagebalken befestigt und die Spule 7 fest sein.
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Die Fig. 2 stellt nur ein Anwendungsbeispiel für die in Fig. 1 beschriebene
Vorrichtung dar. Die Erfindung läßt sich ebensogut in jedem anderen Fall benutzen,
bei dem es darauf ankommt, daß ein Zeigerausschlag oder eine Verschiebung z. B.
zum Zwecke der Fernübertragung in einen proportionalen elektrischen Strom umgeformt
wird. Eine Konstantstromquelle wird nicht benötigt, und die Anzeige des Kompens
ationsstromes I ist lastunabhängig.