DE1144625B - Vorrichtung zum Fernmessen translatorischer Verlagerungen eines nicht zugaenglichen Organs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinmessen translatorischer Verlagerungen eines nicht zugänglichen Organs mit einer magnetischen Stange, die in regelmäßigem Abstand Nuten aufweist und fest mit dem Organ verbunden ist, und mit drei Sekundärspulen, die untereinander senkrecht zur Verschiebung der Stange angeordnet und der Wirkung von drei mit Wechselstrom gespeisten Primärspulen ausgesetzt sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Kernen der Spulen und der Stange den Luftspalt der jeweils eine Sekundärspule aufweisenden magnetischen Kreise bildet.

In vielen Fällen ist es notwendig, die Verlagerung eines Bauteiles, dessen Anordnung und Betriebsweise einen Zugang sehr schwierig machen, aus größerer Entfernung zu überwachen oder zu verfolgen. Dies gilt z. B. insbesondere für die Steuerstäbe eines heterogenen Kernreaktors, die im allgemeinen aus einem Neutronen absorbierenden Material bestehen und in den Kern des Reaktors eingeführt werden; die Reaktivität oder Leistung des Reaktors wird durch mehr oder weniger große Absenkung der Steuerstäbe beeinflußt. Das Eintauchen der Stäbe in den Reaktorkern wird von Hand oder automatisch als Funktion der Reaktivität gesteuert, aber in beiden Fällen ist es erforderlich, in jedem Augenblick die genaue Lage der Stäbe zu kennen.

Es ist bekannt, diese Lage z. B. mittels eines Umdrehungszählers zu kennzeichnen, der an die Welle des Motors, der die Verschiebungen des Stabes bewirkt, angebaut ist und dessen Anzeigewert an das Steuerpult des Reaktors geleitet wird. Man kann auch ein System mit einem Motor verwenden, der sich synchron mit dem Motor für die Bewegung des Stabes dreht und dessen Winkeldrehung proportional der geradlinigen Verschiebung des Stabes ist. Solche Meßeinrichtungen weisen jedoch in gewissen Fällen immer Nachteile auf, z. B. wenn der Reaktor Stößen und Vibrationen unterworfen ist, und können keine Anzeige eines absoluten Wertes geben.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, mit dem unzugänglichen Organ, z. B. dem Steuerstab, einen magnetischen Kern, z.B. in Form einer magnetischen Stange, fest zu verbinden, der in regelmäßigem Abstand angeordnete Nuten aufweist und sich mit seinem genuteten Teil in einem Luftspalt bewegt, der zwischen einer Primärspule und drei Sekundärspulen liegt, wobei die Primärspule mit Wechselstrom gespeist ist und die Sekundärspulen mit den drei Spulen eines bekannten Gleichlaufsystems (Drehmelder) verbunden sind, dessen Rotordrehung ein Maß für die Verschiebung des Organs ist.

Vorrichtung zum Fernmessen

translatorischer Verlagerungen

eines nicht zugänglichen Organs

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 5. Februar 1960 (Nr. 817 709)

Marc Alfred, Levallois-Perret, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

Andererseits sind Einstellvorrichtungen für Gegenstände bekannt, bei denen eine Drehbewegung eines Einstellgliedes oder Gebers mittels eines Wechselstrom-Fernübertragungssystems auf ein Empfangsglied übertragen wird.
Bei einem solchen bekannten Übertragungssystem dient als Geber ein durch Wechselstrom erregter Rotor, der mit einer ihn umgebenden Dreiphasenwicklung magnetisch gekoppelt ist, in deren drei Spulen — je nach der Winkelstellung des Rotors — unterschiedliche Spannungen induziert werden. Diese Spannungen werden den Spulen eines zweiten Dreiphasen-Statorsystems zugeführt, in dessen Feld ein mit einer Einphasenwicklung versehener Empfängerrotor drehbar gelagert ist.
Zur Einstellung des Empfängerrotors wird von der bekannten Tatsache Gebrauch gemacht, daß in diesem Rotor keine Spannung induziert wird, wenn seine Wicklungsachse — bezogen auf die Dreiphasenstatorfelder — senkrecht zur Wechselfeldachse des Geberrotors steht. Durch die Spannung im Empfängerrotor wird eine Nachlaufsteuerung betätigt, die diesen Rotor stets in die »Nullspannungsstellung« führt und so den Winkelbewegungen des Geberrotors genau folgen läßt.

Ganz abgesehen davon, daß eine motorisch angetriebene Nachlaufsteuerung notwendig ist, kann diese bekannte Fernübertragung nicht unmittelbar translatorische Bewegungen übertragen. Demgegenüber

309 537/260

soll durch die Erfindung die Aufgabe einer Fern- Fig. 2 ist ein Querschnitt der Vorrichtung gemäß übertragung einer Translationsbewegung eines nicht der Erfindung an der Stelle einer Gruppe von zwei

zugänglichen Organs gelöst werden. Primär- und Sekundärspulen;

Hierzu wird eine Vorrichtung verwendet, bei der Fig. 3 ist ein Längsschnitt der Vorrichtung gemäß

das nicht zugängliche Organ mit einer magnetischen 5 Fig. 2 nach der Linie A-A.

Stange fest-verbünden ist, die in regelmäßigem Ab- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fernstand Nuten aufweist; die Vorrichtung enthält weiter messen translatorischer Verlagerungen enthält drei drei Sekundärspulen, die untereinander und senk- Primärspulen 1, 2 und 3, die aus einer Stromquelle 4 recht zur Verschiebung der Stange angeordnet und mit Wechselstrom gespeist werden. In der Querder Feldeinwirkung von drei mit Wechselstrom ge- ίο Schnittsdarstellung der Fig. 2 ist nur eine dieser Spuspeisten Primärspulen ausgesetzt sind, wobei der len, und zwar die Spule 1, zu erkennen; die beiden Zwischenraum zwischen den Kernen der Spulen und anderen Spulen 2 und 3 sind oberhalb oder unterder Stange den Luftspalt der jeweils eine Sekundär- halb dieser Spule 1 mit einer Winkelversetzung von spule aufweisenden magnetischen Kreise bildet. jeweils 120° angeordnet. Jeder Primärspule ist eine

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der oben ge- 15 der mit 5, 6 und 7 bezeichneten Sekundärspulen

schilderten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnet.

den magnetischen Kreis einer Sekundärspule und Die Fig. 2 zeigt, daß die Primärspule 1 auf einen

einer dieser zugeordneten Primärspule bildenden Kern 8 gewickelt ist, der an seiner konkaven Seite

Kerne mit mehreren polschuhartigen Vorsprüngen mehrere polschuhartige Vorsprünge 9 aufweist. Die

versehen sind, welche den magnetischen Fluß an 20 der Spule !zugeordnete Sekundärspule 5 ist auf einem

Stellen mehrerer aufeinanderfolgender, die Nuten bil- Kern 10 angeordnet, der dem Kern 8 gegenüberliegt

dender Gewindeabschnitte konzentrieren und durch und seinerseits auch mit mehreren Polvorsprüngen 11

ein ringförmiges Joch verbunden sind, und daß die versehen ist. Die Polvorsprünge 9 und 11 liegen radial

Polvorsprünge in Teilvorsprünge mit je einem Quer- in einem nichtmagnetischen Ring 12, der beispiels-

schnitt unterteilt sind, der im wesentlichen einer 25 weise aus Aluminiumbronze besteht. Die Abdichtung

Raute entspricht, die sich durch die beidseitige Pro- der gesamten Anordnung ist durch eine an der Innen-

jektion der Gewindegänge auf eine durch die Achse fläche des Ringes 12 anliegende Manschette 13

der Stange verlaufende und senkrecht zur Achse der (Fig. 3) gewährleistet. Der magnetische Fluß der Pri-

betreffenden Spulen gerichtete Ebene ergibt. märspule 1, der zum großen Teil den zylindrischen

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 Raum innerhalb des Ringes 12 sowie die Polvorberuht auf der Änderung des magnetischen Wider- Sprünge 11 und den Kern 8 der Sekundärspule 5 Standes bzw. der dadurch bedingten Änderung der durchsetzt, schließt sich über den äußeren Ring 14, Kopplung zwischen den an eine Wechselspannungs- der aus magnetisch leitendem Material besteht, quelle angeschlossenen Primärspulen sowie den mit In dem zylindrischen Raum 15 verschiebt sich in diesen gekoppelten Sekundärspulen durch die beson- 35 Längsrichtung eine Stange 16, die bei dem Ausfühdere Ausbildung der polschuhartigen Vorsprünge der rungsbeispiel mit einem fünfgängigen Gewinde verKerne der Primär- und Sekundärspule, die mit den sehen ist, das also fünf Gewindegänge je Umdrehung im Querschnitt rautenartigen Teilvorsprüngen jeweils aufweist. Die hohl ausgeführte Stange 16 ist aus den Rippen oder Vertiefungen der Gewindegänge der magnetisch leitendem Material hergestellt und kann Stange derart gegenüberliegen, daß bei einer axialen 40 von einer Muffe 17 aus nicht magnetisierbarem Ma-Verschiebung der Stange jeweils an beiden einander terial umgeben sein. Die Stange 16 könnte auch als gegenüberliegenden rautenartigen Teilvorsprüngen volle Stange ausgeführt werden, sich der Luftspalt gleichsinnig ändert. Hierdurch Die einander gegenüberliegenden Polvorsprünge 9 wird eine relativ große Empfindlichkeit des Anzeige- und 11 der Kerne 8 und 10 sind in axialer Richtung systems erreicht. Die Bearbeitung der aus magneti- 45 derart gegeneinander gestaffelt, daß sie an jedem sierbarem Material bestehenden Stange beschränkt Kern einen unterteilten Polschuh bilden, dessen Neisich auf das Einschneiden des vorzugsweise mehr- gung der der Gewindegänge der Stange 16 entspricht, gängigen Gewindes, das sich gleichzeitig für die Ver- Außerdem ist jeder der Polvorsprünge 9 und 11 in Schiebung des Organs ausnutzen läßt. Es ergeben sich mehrere untereinanderliegende Teilvorsprünge unterbei der erfindungsgemäßen Anordnung relativ kleine 50 teilt, deren Querschnitte im wesentlichen rauten-Abmessungen der gesamten Vorrichtung, was insbe- förmig sind und den Rauten gleichen, die sich durch sondere für die Verwendung der Vorrichtung in beidseitige Projektion der Gewindegänge der Stange Kernreaktoren vorteilhaft ist. 16 auf eine senkrecht zur Achse der betreffenden

Die Spannungen der drei Sekundärspulen werden Spule durch die Achse der Stange gehende Ebene

nach entsprechender Verstärkung und Gleichrichtung 55 gebildet werden.

einem Drehmagnetsystem zugeführt, dessen Rotor die Aus der Fig. 3 ist die Anordnung und Unterteilung

gewünschte Anzeige liefert. Weitere Merkmale und der Polvorsprünge 9 und 11 deutlich zu erkennen. Die

Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus der fol- . Teilvorsprünge 18 der vier nebeneinanderliegenden

genden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, Polvorsprünge sind durch volle Rauten dargestellt;

das in der Zeichnung veranschaulicht ist. 60 es sind fünf Gruppen zu je vier dem schrägen Zuge

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild der erfin- eines der Gewindegänge der Stange 16 gegenüber-

dungsgemäßen Vorrichtung; liegenden Teilvorsprüngen untereinander vorgesehen.

Fig. 1 a zeigt die Form der Spannungen am Aus- Diese Unterteilung der Polvorsprünge wurde gegang der Sekundärspulen; wählt, um den gewünschten gesamten Polvorsprung-

Fig. Ib zeigt die Form der Spannungen nach der 65 querschnitt zu erhalten; wozu jeder der Polvorsprünge

Umformung und Gleichrichtung; 9 und 11 bei dem Ausführungsbeispiel in fünf senk-

Fig. 1 c zeigt die Form der Spannungen zur Spei- recht übereinanderliegende Teilvorsprünge aufgeteilt

sung des Drehmagnetsystems; wurde.

Selbstverständlich kann die Zahl der parallelen Gewindegänge der Stange 16 auch größer oder kleiner als fünf sein. In diesem Falle läßt sich ganz allgemein sagen, daß bei η parallelen Gewindegängen der Stange 16 die gesamten unterteilten Polvorsprünge eines Kernes η Gruppen von je η —1 Teilvorsprüngen umfassen, von denen jede Gruppe von η Teilvorsprüngen jeweils einem Gewindegang zugeordnet ist. Eine solche Anordnung der kleinen Polteilvorsprünge mit rautenförmigem Querschnitt ergibt den Vorteil, daß sich der magnetische Fluß an den Stellen der Gewindegänge konzentriert und daß man infolgedessen bei einer axialen Verschiebung der Gewindestange die größten Änderungen des magnetischen Widerstandes in den magnetischen Kopplungskreisen der Primär- und Sekundärspulen erhält.

Die drei Sekundärspulen 5, 6 und 7 der Anordnung speisen jeweils einen von drei gleich aufgebauten Stromkreisen, von denen nur ein einziger näher beschrieben wird.

Aus den Fig. 1 und 1 a ist die Form der Wechselspannung 19 ersichtlich, die bei einer gegebenen Stellung der Stange 16 in der Spule 5 induziert wird. In der gleichen Stellung der Stange werden in den Sekundärspulen 6 und 7 Wechselspannungen der Form 19 α bzw. 19 b induziert.

Da die bei einer Verschiebung der Stange 16 eintretenden Änderungen der Spannung an den Klemmen der Spule 5 (und in entsprechender Weise die Änderungen der Spannungen an den Spulen 6 und 7) wegen der Gewindeform der Stange nicht eine einfache Funktion der axialen Verschiebung der Stange sind, muß eine Korrektur dieser Spannungsänderungen vorgenommen werden. Dies geschieht dadurch, daß die Spannung 19 der Primärspule eines Transformators 20 mit gesättigtem Eisenkern zugeführt wird, der mit einem magnetischen Nebenschluß versehen ist und auf den die Spule eines Eisenresonanzkreises gewickelt ist. Durch diese Anordnung erhält man auf der Sekundärseite des Transformators 20 eine Wechselspannung, deren Änderung in Abhängigkeit von der Verschiebung der Stange 16 nach einer Sinusfunktion der Verschiebung der Stange verläuft.

Diese Sekundärspannung des Transformators 20 wird bei 21 vorverstärkt und einer Gleichrichteranordnung 22 zugeführt, die eine gut geglättete Gleichspannung abgibt, so daß hinter dieser Gleichrichteranordnung die Spannungen etwa den in Fig. Ib mit 23 (bzw. 23 α und 23 b für die Stromkreise der Spulen 6 und 7) dargestellten Verlauf hat

An dieser Stelle der Schaltungsanordnung ist die Spannung noch positiv und für eine gegebene Stellung der Stange im wesentlichen konstant.

Man speist dann in den Leitungskreis eine negative Gleichspannungskomponente von solcher Größe ein, daß die von der Verschiebung der Stange abhängigen Maximalwerte der Gleichspannungsänderungen durch Potentialverschiebung symmetrisch zur Abszissenachse liegen, die durch das Potential des zweiten Leiters des Ausgangsstromkreises gegeben ist.

Um diese Potentialverschiebung zu erzielen, benutzt man eine Mischverstärkeranordnung 24; die erforderliche Gleichspannungskomponente kann z. B. aus einer Gleichrichteranordnung 25 entnommen werden. Die Spannung am Ausgang der Mischanordnung 24 ist in der Fig. Ic mit 26 bezeichnet.

Die drei Ausgangsspannungen 26, 26 a und 26 b, die in der soeben beschriebenen Weise von den in den drei Sekundärspulen 5, 6 und 7 auftretenden Wechselspannungsänderungen abgeleitet sind, speisen die drei Wicklungen eines bekannten Drehmagnetsystems (Drehmelders) 27, dessen Rotordrehbewegungen proportional zu den Verschiebebewegungen ίο der Stange 16 sind, die ihrerseits die Änderungen der Reduktanz der magnetischen Kupplungskreise der jeweils paarweise einander zugeordneten Primär- und Sekundärspulen hervorrufen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Fernmessen translatorischer Verlagerungen eines nicht zugänglichen Organs mit einer magnetischen Stange, die in regelmäßi-

ao gern Abstand Nuten aufweist und fest mit dem Organ verbunden ist, und mit drei Sekundärspulen, die untereinander und senkrecht zur Achse der Verschiebung der Stange angeordnet und der Wirkung von drei mit Wechselstrom gespeisten Primärspulen ausgesetzt sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Kernen der Spulen und der Stange den Luftspalt der jeweils eine Sekundärspule aufweisenden magnetischen Kreise bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Kreis einer Sekundärspule und einer dieser zugeordneten Primärspule bildenden Kerne (8,10) mit mehreren polschuhartigen Vorsprüngen (9,11) versehen sind, welche den magnetischen Fluß an Stellen mehrerer aufeinanderfolgender, die Nuten bildender Gewindeabschnitte konzentrieren und durch ein ringförmiges Joch (14) verbunden sind, und daß die Polvorsprünge in Teilvorsprünge (18) mit je einem Querschnitt unterteilt sind, der im wesentlichen einer Raute entspricht, die sich durch die beidseitige Projektion der Gewindegänge auf eine durch die Achse der Stange verlaufende und senkrecht zur Achse der betreffenden Spulen gerichtete Ebene ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange ein «-gängiges Gewinde aufweist und daß die Polvorsprünge aus η Gruppen zu je η — 1 Teilvorsprüngen gebildet sind, von denen die Teilvorsprünge jeder Gruppe dem schrägen Zuge eines bestimmten Gewindeganges gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Magnetspule eine Wicklung eines Drehmelders mit drei Erregerspulen erregt, und zwar unter Zwischenschaltung einer Verstärkerkette mit einem Transformator (20) mit gesättigtem Eisen und einem Eisenresonanzkreis, einem Verstärker, einem Gleichrichter und einem Mischverstärker (24), wobei der Rotor des Drehmelders den Verschiebungen der Stange folgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1049 957, B 31732 VIIId/74 b (bekanntgemacht am 1. 12. 1955).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen