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Elektrische Fernübertragungseinrichtung für Druckmesser mit einer
Bourdonfeder Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und
betriebssichere Einrichtung zur elektrischen Übertragung eines mechanisch gemessenen
Druckes zu schaffen. Wesentlich ist dabei die Erzielung einer Ansprechempfindlichkeit
von etwa einem Pomille bei Verwendung einer Bourdonfeder als Druckmesser.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Fernübertragungseinrichtung
für Druckmesser mit einer Bourdonfeder, die für einen großen Druckbereich ausgelegt
ist, während nur ein Bruchteil des Druckbereiches übertragen und angezeigt werden
soll. Gemäß der Erfindung ist mit dem freien Ende der Bourdonfeder ein gekrümmter
ferromagnetischer Körper so verbunden, daß er sich bei allen zulässigen Druckwerten
frei in den Luftspalten von zwei eisengeschlossenen Spulen in an sich bekannter
Weise unter gegensinniger Induktivitätsänderung bewegt und daß diese Spulen in ebenfalls
bekannter Weise mit Widerständen eine Brücke bilden, deren Speisestrom durch die
Richtspule eines elektrodynamischen Anzeigege rätes fließt, während der Diagonal
strom der Brücke die Dreh spule dieses Gerätes beaufschlagt.
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Das Prinzip der induktiven Übertragung mechanischer Größen ist an
sich seit langem bekannt. So gibt es beispielsweise Drehgeber mit einem als Teil
eines Kreisringes ausgebildeten drehbaren Eisenken und zwei feststehenden Spulen,
in welche die Enden des Eisenkerns mehr oder weniger tief eintauchen.
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Bei Drehung des Eisenkerns werden die Induktivitäten der Spulen gegensinnig
geändert. Diese Induktivitätsänderungen werden mit Hilfe eines T-Spulgerätes angezeigt.
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Das Prinzip der induktiven Geber wurde auch bereits angewendet, um
beispielsweise Füllstände, Verstellbewegungen mit Hilfe einer Nockenscheibe oder
Temperaturen mit Hilfe eines Ausdehnungsfühlers zu messen. Insbesondere ist eine
Temperaturmeßeinrichtung mit einem Ausdehnungstemperaturfühler bekanntgeworden,
dessen lineare Verstellbewegung zwei Induktivitäten gegensinnig beeinflußt. Mit
dem Temperaturfühler ist dabei ein Anker verbunden, der sich im Luftspalt von zwei
eisengeschlossenen Spulen bewegt. Die Induktivitätsänderungen werden dadurch erfaßt,
daß die Geberwicklungen mit den Stromspulen eines Ferrarisinstrumentes verbunden
sind, dessen Spannungsspule direkt am Netz liegt.
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Zum Stand der Technik gehört ferner ein Differenzdruckmesser, der
zwei Bourdonfedern aufweist, deren Enden mit dem Topf und dem Anker eines Topfmagneten
verbunden sind. Die Spule des Topfmagneten liegt in dem einen Zweig einer Wech-
selstrombrücke,
deren Diagonalstrom nach Gleichrichtung angezeigt wird. Diese Anordnung ist relativ
unempfindlich, da nur eine Induktivität von der Meßgröße beeinflußt wird. Außerdem
ist es nicht möglich, wie beim Erfindungsgegenstand lediglich einen sehr kleinen
Druckbereich (Sollbereich) genau zu erfassen, wenn der Druck größeren Schwankungen
unterliegt.
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Unabhängig von dem erwähnten Differenzdruckmesser sind in der Literaur
Doppeldrosselschaltungen veröffentlicht worden, die mit Quotientenmessern oder einem
elektrodynamischen Anzeigeinstrument zusammengeschaltet sind. Von dem letztgenannten
Vorschlag macht die Erfindung Gebrauch. Von den bekannten und ausführlich erwähnten
Meßanordnungen und Schaltungen unterscheidet sie sich vor allem dadurch, daß sie
einen Weg zeigt, wie man mit Hilfe einer Bourdonfeder zwei Induktivitäten gegensinnig
so beeinflussen kann, daß eine beliebig starke Unterdrückung des Anfangsmeßbereiches
ermöglicht wurde.
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Die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung wird erforderlichenfalls
durch entsprechende Verstärkung der vom induktiven Geber gelieferten Ströme oder
Spannungen vergrößert. Insbesondere ist eine Anordnung vorteilhaft, bei welcher
der Vollausschlag des angeschlossenen elektrischen Empfängers (Anzeige-oder Registrierinstrument)
bereits durch eine Druckänderung erreicht wird, die nur einen Bruchteil des insgesamt
zu messenden Druckes beträgt. Wird z. B. eine für den Druckbereich von Null bis
100 Kp/cm2 geeignete Bourdonfeder verwendet, so bewegt sich das Ende dieser Feder
um etwa 5 mm bei Anderung des Druckes von Null auf volle Belastung. Falls nun
beispielsweise
der Druckbereich -von 40 bis 60 Kp/cm2 von dem Registrier- oder Anzeigeinstrument
überwacht werden soll, so steht für diesen Druckbereich nur eine Bewegung der Bourdonfeder
von 1 mm zur Verfügung. Der elektrische Verstärker und Empfänger muß also bereits
durch diese geringe Hubbe wegung des Gebers voll ausgesteuert werden, wobei die
weitere Bedingung gestellt ist, daß sich der Geber, speziell der mit der Bourdonfeder
verbundene Ferromagnetkörper, bei allen für die Bourdonfeder zulässigen Drücken
ungehindert- bewegen kann.
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Die Erfindung ist in Fig. 1 bis 5 der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine BourdonfederB, deren Endpunkt P sich bei Druckänderungen
näherungsweise auf einem Kreisbogen mit dem Radius r um den DrehpunktM bewegt. Dieser
DrehpunktM liegt um den Abstand a oberhalb des geometrischen Mittelpunktes 0 der
Bourdonfeder und ist ferner um den Abstand b nach links versetzt. Für die erfindungsgemäße
direkte Kupplung des Ferromagnetkörpers des induktiven Gebers mit der Bourdonfeder
ist es naturgemäß wichtig, daß die Bahn des Endpunktes der Bourdonfeder bei der
Konstruktion des Gebers genau berücksichtigt wird.
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Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Fernanzeigeeinrichtung
für Drücke. Der am Endpunktp der nicht dargestellten Bourdonfeder angebrachte Anker
A mit den verdickten Enden und E2 bewegt sich in den Luftspalten der beiden MagnetkreiseM,
und M2, die durch die Spulen Sj und S2 erregt werden. Bei dieser Anordnung liegen
die Luftspalte des Gebers parallel zur Achse, um die sich das Ende der Bourdonfeder
bewegt. Die Spulen 81 und S2 des Gebers sind mit den Festwiderständen F und G einer
Brückenanordnung zusammengeschaltet. Der gesamte Brückenstrom fließt durch die Erregerspule
83 eines elektrodynamischen Meßgerätes. Diese Erregerspule ist auf den PolkernPlc
aufgewickelt. Der magnetische Fluß tritt durch den Luftspalt des Gerätes, in dem
die Drehspule D drehbar angeordnet ist und schließt sich über den RückschlußR. Mit
der Drehspule ist der Zeiger verbunden, der die Meßwerte auf einer Skala Sfç anzeigt.
Erreicht das Instrument seinen Endaus schlag, so wird durch den Zeiger der Kontakts
betätigt, über den mittel- oder unmittelbar ein Alarm-oder ein Regelvorgang ausgelöst
werden kann. Der Widerstand H dient zur Einstellung des Meßbe reiches. Die Diagonrispannung
der Brückenanordnung speist die DrehspuleD über praktisch richtkraftfreie und hier
nicht dargestellte Bänder. Die von der Spule 83 in der DrehspuleD induzierte Spannung
ruft einen über die Brückenanordnung fließenden Strom hervor, der so gerichtet ist,
daß er die Drehspule in eine Stellung ziehen will, in der die in ihr induzierte
Spannung Null ist. Damit stellt sich das Instrument selbsttätig auf die Symmetrielage
ein. Sobald der Anker A durch die Bourdonfeder verstellt wird, ändert sich die an
den Spulen 8 und S2 liegende Spannung, wodurch die Brücke verstimmt und als Folge
davon die Drehspule des Anzeigeinstrumentes so lange verstellt wird, bis die Symmetrielage
wiederhergestellt ist. Jeder Stellung des Ankers A entspricht also eine eindeutige
Stellung der Drehspule D. Solange die Magnetkreise Mt und M2 nicht gesättigt sind,
ist die Einstellung der Drehspule unabhängig von der Größe der die Gesamtanordnung
speisenden Wechselspannung.
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Die beiden Enden E1 und E2 des Ankers A sind, wie dargestellt, verdickt,
damit der magnetische Fluß der Magnetkreise M, und M2 bei herausbewegtem Anker A
möglichst klein gehalten werden kann ohne daß andererseits das Gesamtgewicht des
Ankers A allzusehr erhöht wird.
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Wie man aus der dargestellten Anordnung erkennt, besitzt der Anker
A eine ziernlich große Bewegungsfreiheit. Sein Ausschlag wird auch dann noch nicht
begrenzt, wenn durch die Geberanordnung das Anzeigeinstrument bereits bis zum Endausschlag
verstellt ist.
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An Stelle der in Fig. 2 dargestellten Geberanordnung wird gemäß Fig.
3 ein Geber verwendet, bei dem der Anker A aus einem gebogenen Eisenrohr besteht,
das mit seinen Enden in zwei Spulen S1 und 82 eintaucht. Die Spulen sind durch die
Eisenkreise M1 und M2 nach außen abgeschlossen. Diese Eisenkreise weisen zwei Öffnungen
03 und 04 auf, in welche die Enden des Ankers A eintauchen. Die zwischen den weiterhin
vorgesehenen Öffnungen O, und O2 und den Enden des Ankers A gebildeten Luft spalte
sind für die eigentliche Messung vorgesehen. Da die Öffnungen Ol und O2 kleiner
als die Öffnungen 03 und O4 sind, wird die Justierung der Anordnung erleichtert.
Die gesamte Geberanordnung ist auf einer Grundplatte GP montiert, die zur Einstellung
der Skalenmitte verschiebbar angebracht ist und mit Hilfe von Schrauben Sch befestigt
wird. Die Einstellung der Grundplatte kann auch zusätzlich durch hier nicht dargestellte
Feinregulierschrauben erleichtert werden.
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Eine weitere Geberanordnung ist in Fig.4 dargestellt. Der Anker A
mit seinen Enden E1 und E;2 taucht in die Eisenkreise Mt und M2 der Spulen ( und
82 ein.
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Fig. 5 zeigt den oberen Teil der Anordnung nach Fig. 4 in Seitenansicht.
Die Luftspalte liegen dabei senkrecht zu der Achse, um die sich der Endpunkt P der
Bourdonfeder B bewegt.
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Mit Rücksicht auf die hohe Meßgenauigkeit empfiehlt es sich, für
die beschriebenen Anordnungen Präzisionsbourdonfedern zu verwenden. Da diese Federn
eine verschiedene Steifigkeit in Richtung parallel zur Achse und in Richtung senkrecht
zur Achse haben und die Spulen S1 und 82 mit Wechselstrom erregt werden, besteht
die Gefahr, daß der Anker A zu Schwingungen angeregt wird und bei kleinen Luftspalten
gegen die Eisenteile der Magnetkreise schlägt. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt,
daß bei verhältnismäßig großen Erregungen die Anordnung nach Fig. 2 die günstigste
ist.
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Um eine Beeinflussung der Messung durch Fremdfelder oder in der Nähe
befindliche Eisenteile zu vermeiden, wird es zweckmäßig sein, die gesamten Geberanordnungen
nach Fig. 2 und Fig. 4, 5 zusätzlich abzuschirmen.
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An Stelle des in Fig. 2 beschriebenen Empfängers können auch beliebige
andere Empfänger verwendet werden. Für eine Großanzeige ist insbesondere ein Nachlaufempfänger
zweckmäßig, bei dem ein mit dem Zeiger Z verbundener zusätzlicher induktiver Geber
von einem Motor so lange verstellt wird, bis die Stellung des Zeigers Z der Stellung
des Meßgeberankers entspricht. Die Stellung des von der Bourdonfeder B bewegten
induktiven Gebers kann auch fotoelektrisch abgetastet werden, wobei der Fotozellenverstärker
einen als Empfänger dienenden
Nachlaufmotor beeinflußt, dessen Verstellung
für An zeige, Registrierung und Regelung verwendet werden kann.