DE1140716B

DE1140716B - Vorrichtung zur Umwandlung der Bewegung eines Körpers oder Mediums in eine elektrische Grösse.

Info

Publication number: DE1140716B
Application number: DE1958M0038061
Authority: DE
Inventors: Minas Giorgio
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-01-27
Filing date: 1958-06-26
Publication date: 1962-12-06
Also published as: US3045227A; FR1213362A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der Bewegung eines Körpers oder Mediums in eine elektrische Größe mit einer von einem Erregerstrom durchflossenen Primärwicklung, einer die elektrische Größe erzeugenden Sekundärwicklung und einem im Magnetfeld der Primärwicklung angeordneten, von dem Körper oder Medium um eine Achse drehbaren, magnetisierbaren, in bezug auf seine Achse unsymmetrischen, den magnetischen Widerstand im magnetischen Kreis der Primärspule beeinflussenden Organ, dessen Achse senkrecht zur Achse der Primärwicklung steht.

Die Messung mechanischer Größen, auch der Vergleich ihrer Soll- und Istwerte, ist in der Technik allgemein und in der Regeltechnik im besonderen eine wichtige Aufgabe. Aus verschiedenen Gründen ist man bestrebt, alle mechanischen Größen, die zu messen sind, in elektrische Größen umzuwandeln.

Vor allem zur Messung der Bewegung eines Körpers oder Mediums wurden daher schon viele Vorrichtungen entwickelt, die die Meßwerte in elektrischen Größen, d. h. in Form einer Spannung oder eines Stromes wiedergeben. Sie können sich sowohl hinsichtlich des ihnen zugrunde liegenden Umformverfahrens als auch hinsichtlich ihrer Funktion unterscheiden. Ihre Funktion kann beispielsweise darin bestehen, die Position des Körpers und seine Bewegung in eine andere Position anzuzeigen. Es kann aber auch nur dann ein Meßwert angezeigt werden, wenn der Körper seine Position ändert, sich also bewegt. Die Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß sie ständige Bewegungen, z. B. das Strömen eines Gases oder einer Flüssigkeit oder die Drehbewegung eines Körpers und/oder die Abweichung des Istwertes vom Sollwert in einer elektrischen Größe anzeigt.

Die bekannten, auf dem Prinzip der Beeinflussung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises einer Erregerspule beruhenden Vorrichtungen sind zwar in der Lage, die Position eines Körpers und seine Bewegung in eine andere Position anzuzeigen, sie haben aber alle den Nachteil, daß unmittelbar nur kleine translatorische Positionsänderungen oder nur Drehungen um einen kleinen Winkel erfaßt werden können. Der kleine zulässige Drehwinkel ist auch den nach einem anderen Prinzip umformenden Vorrichtungen eigen, abgesehen davon, daß diese Ausführungsformen speziell für die Umformung einer Bewegung aus konstruktiven Gründen ungeeignet sind. Außerdem ist das bekannte Gerät nur in der Lage, zwei extreme Positionen oder eine Bewegung über

Vorrichtung zur Umwandlung

der Bewegung eines Körpers oder Mediums

in eine elektrische Größe

Anmelder:
Giorgio Minas, Genua (Italien)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Wohl, Patentanwalt,
Stuttgart N, Lange Str. 51

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 27. Januar 1958 (Nr. 142)

Giorgio Minas, Genua (Italien),
ist als Erfinder genannt worden

eine Position hinaus in Form eines elektrischen Signals anzuzeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die sich sowohl zur Anzeige der Position eines Körpers oder seiner Positionsänderung um bis zu 360 Winkelgraden als auch zur Umformung einer ständigen Bewegung und zur Anzeige einer Abweichung dieser von einem bestimmten Wert eignet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Sekundärwicklung mit ihrer Achse parallel zur Achse und im Bereich eines magnetisierbaren Organs angeordnet ist.

Dieses magnetisierbare Organ ist in an sich bekannter Weise im Magnetfeld einer von einem Erregerstrom durchflossenen Primärwicklung um eine Achse drehbar und von dem Meßobjekt antreibbar angeordnet. Es ist in bezug auf seine Achse unsymmetrisch und beeinflußt den magnetischen Widerstand im magnetischen Kreis der Primärspule. Seine Achse steht senkrecht zur Achse der Primärwicklung.

Im einzelnen kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß die Sekundärwicklung einen aus magnetisierbarem Material bestehenden^ koaxial zu der Achse des magnetisierbaren Organs und mit geringem Abstand zu einer Stirnfläche des magnetisierbaren Organs angeordneten Kern aufweist. Die Primärwicklung kann in mehrere räumlich getrennte, für

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eine Drehstromerregung angeordnete und geschaltete Spulen aufgeteilt sein. Das magnetisierbare Organ besteht vorzugsweise aus einem magnetischen und einem unmagnetischen Teil, weist eine für eine Drehung um seine Achse strömungstechnisch günstige Form auf und ist in ein Gehäuse od. dgl. eingeschlossen. In dem Gehäuse kann zur Dämpfung der Schwingungen des magnetisierbaren Organs ein Gas oder eine Flüssigkeit angeordnet sein.

Zu den schon beschriebenen Vorteilen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt noch der weitere hinzu, daß nicht nur Gleich- oder Wechselstromerregung und damit ein magnetischer Gleich- oder Weehselfiuß mit stillstehender Achse, sondern bei entsprechender Anordnung der Primärwicklung auch eine Drehsteomerregung und damit ein in der Amplitude konstanter, mit seiner Achse umlaufender Erregerfluß anwendbar ist. Die Vorteile der Drehstromerregung sind eine eindeutige Zuordnung einer Phasenverschiebung der Spannung in der Sekundärspule gegenüber der Phase einer Erregerspannung zu einer bestimmten Stellung des magnetisierbaren Organs und eine reine Frequenzmodulation der Spannung in der Sekundärspule durch das rotierende magnetisierbare Organ.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 bis 4 in Ansicht lamellenartige, magnetisierbare Organe, die je aus einem magnetisierbaren Teil und einem nicht magnetisierbaren Teil bestehen,

Fig. 5 ein magnetisierbares Organ und eine schematisch dargestellte Anordnung und Schaltung der Primärspulen für Gleichstrom- oder Wechselstromerregung,

Fig. 6 ein magnetisierbares Organ und eine Schaltung der Primärspulen für eine dreiphasige Drehstromerregung,

Fig. 7 das Schema der Fig. 5 und ein seitlich vom magnetisierbaren Organ angeordnetes magnetisierbares Aufnahmeorgan.

Das lamellenartige, magnetisierbare Organ 1 besteht aus einem Teil 2 aus magnetisierbarem Stoff und einem Teil 3 aus einem nichtmagnetisierbaren Stoff von genügender Stärke, damit dieses in bezug auf seine Drehachse 4 nicht unbedingt regelmäßig und symmetrisch ausgebildete Organ statisch und dynamisch ausgewuchtet werden kann. Die Drehachse 4 hat hauptsächlich die Aufgabe, das Organ 1 mechanisch zu halten. Sie braucht nicht mit anderen Instrumenten verbunden zu sein, da die Bewegung auf das Organ 1 mittels magnetischer, flüssiger, gasförmiger, thermischer oder ähnlicher Kräfte übertragen werden kann. Senkrecht zur Drehachse 4 und zur Flächennormalen der Stirnfläche des magnetisierbaren Organs 1 wird mittels einer erregten Einphasen- 5 oder Mehrphasenwicklung 6 ein in semer Achslage stillstehender bzw. rotierender Magnetfluß erzeugt, dar in den magnetisierbaren Teil 2 des magnetisierbaren Organs 1 eintritt und von diesem teilweise in den aus magnetisierbarem Material bestehenden Kern 7 eines auf wechselnde Magnetisierung ansprechenden Aufnahmeorgans 7, 8 übertritt, wodurch in der Sekundärwicklung 8 des Aufnahmeorgans 7, 8 eine Spannung induziert wird. Die Achse des Aufnahmeorgans liegt auf der gedachten Verlängerung der Drehachse 4 des magnetisierbaren Organs 1, und zwar zweckmäßig getrennt durch einen Luftspalt und ohne jede stoffliche Verbindung mit dem Organ1, das von dem Leiter 8 nicht umschlossen ist. Das gegebenenfalls ein Gas oder eine Flüssigkeit enthaltende Gehäuse ist mit 9 bezeichnet.

Die Vorrichtung arbeitet bei den verschiedenen Betriebs- und Erregerarten wie folgt:

a) Bei Gleichstromerregung wird durch die Primärwicklung 5 ein räumlich und zeitlich stillstehender Magnetfluß erzeugt. Der über den magnetisierbaren Teil 2 des magnetisierbaren Organs 1 in den Kern 7 des Aufnahmeorgans 7, 8 gehende Magnetfluß ist nur von der Stellung des magnetisierbaren Organs 1 abhängig. Ist dieses in Ruhe, wird in der Sekundärwicklung 8 keine Spannung induziert. Rotiert das magnetisierbare Organ 1, dann ist die in der Sekundärwicklung 8 induzierte Spannung in ihrer Amplitude und Frequenz proportional der Winkelgeschwindigkeit des magnetisierbaren Organs 1. Eine kurzzeitige Bewegung wird in eine entsprechend kurzzeitige, in ihrer Amplitude von der Änderungsgeschwindigkeit abhängende Spannung umgewandelt. Eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des magnetisierbaren Organs 1 ergibt eine Änderung der Amplitude und der Frequenz der Sekundärspannung an der Sekundärwicklung 8.

b) Bei Erregung der Primärwicklung S mit einphasigem Wechselstrom bleibt die Achse des Magnetflusses im Raum stehen. Die Amplitude des Magnetflusses ändert sich im Takte der Frequenz des Wechselstromes. In der Sekundärwicklung 8 wird eine in ihrer Amplitude von der Stellung des magnetisierbaren Organs 1 abhängige Spannung induziert. Die Stellung des magnetisierbaren Organs 1 wird also in eine Spannung bestimmter Amplituden umgeformt. Zur Umformung von Bewegungen, die in Form einer Drehbewegung mit eventuell veränderlicher Winkelgeschwindigkeit auf das magnetisierbare Organ 1 übertragen werden, eignet sich die Wechselstromerregung wegen der dabei in der Sekundärwicklung erzeugten Spannungsoberschwingungen nicht so sehr.

c) Bei Drehstromerregung ändert der in seiner Amplitude konstante Erregerfluß stetig die Lage seiner Achse im Raum. Steht das magnetisierbare Organ 1 im Raum still, so ändert sich der über den magnetisierbaren Teil 2 des magnetisierbaren Organs 1 in den Kern 7 des Aufnahmeorgans 7, 8 tretende Magnetfluß entsprechend der jeweiligen Stellung der Achse des Magnetflusses bezüglich der Lage des magnetisierbaren Organs 1. Die in der Sekundärwicklung 8 induzierte Spannung ist konstant, weist jedoch gegenüber einer der Erregerspannungen eine bestimmte Phasenverschiebung auf. Die Stellung des magnetisierbaren Organs 1 wird in eine ihr eindeutig zugeordnete Phasenverschiebung zweier Spannungen umgeformt. Einer rotierenden Bewegung des von dem Meßobjekt bewegten magnetisierbaren Organs 1 entspricht eine Spannung der Sekundärwicklung 8 mit konstanter Amplitude und einer der Winkelgeschwindigkeit eindeutig zugeordneten Frequenz. Diese Umformung ergibt also eine reine Frequenzmodulation der Spannung der Sekundärwicklung 8.

Bei einer Erregung mit Gleich- oder Einphasenwechselstrom sind die Funktionen von Primär- 5 und

Sekundärwicklung 8 vertauschbar. Die Erregung kann auch über die Sekundärwicklung 8 erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Umwandlung der Bewegung eines Körpers oder Mediums in eine elektrische Größe mit einer von einem Erregerstrom durchflossenen Primärwicklung, einer die elektrische Größe erzeugenden Sekundärwicklung und einem im Magnetfeld der Primärwicklung angeordneten, von dem Körper oder Medium um eine Achse drehbaren, magnetisierbaren, in bezug auf seine Achse unsymmetrischen, den magnetischen Widerstand im magnetischen Kreis der Primärspule beeinflussenden Organ, dessen Achse senkrecht zur Achse der Primärwicklung steht, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (8) mit ihrer Achse parallel zur Achse (4) und im Bereich des magnetisierbaren Organs (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung einen aus magnetischem Material bestehenden Kern aufweist, der koaxial mit der Achse (7) des magnetisierbaren Organs (1) und mit einem durch Feldlinien überbrückbaren Abstand zu einer Stirnfläche dieses magnetisierbaren Organs (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung in mehrere räumlich getrennte, für eine Drehstromerregung angeordnete und geschaltete Spulen (6) aufgeteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Organ (1) aus einem magnetischen Teil (2) und einem unmagnetischen Teil (3) besteht und eine für eine Drehung um seine Achse (4) strömungstechnisch günstige Form aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Organ (1) in ein Gehäuse (9) eingeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der Schwingungen des magnetisierbaren Organs (1) in dem Gehäuse (9) ein Gas oder eine Flüssigkeit enthalten ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 852155, 908 921;

französische Patentschrift Nr. 1144 353;

Druckschrift Siemens-Halske SH 6426 MS 1,
Oktober 1957;

Druckschrift AEG Meßwesen Bkg/V57412/Int. Mappe 20/2, April 1957.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen