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Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßumformer mit einer kürzeren
und einer längeren Spule, die jeweils mit einem der beiden Teile verbunden sind,
deren Relativverstellung gemessen bzw. angezeigt werden soll, mit einem die kürzere
Spule speisenden Hochfrequenzgenerator und mit einer Meßanordnung, welche auf die
in der längeren Spule durch die kürzere Spule induzierten Spannungen anspricht.
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Derartige Anordnungen werden sowohl zur Stellungsanzeige als auch
zur Längenmessung verwendet.
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Dabei kann entweder die eine Spule feststehend und die andere verschiebbar
angeordnet sein, oder es können beide Spulen verschiebbar angeordnet sein.
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Es ist schon ein Meßumformer -der obenerwähnten Art bekannt, bei
dem zwei koaxial zueinander angeordnete Spulen verwendet werden. Bei diesem Meßumformer
ist die längere Spule in zwei gegensinnig gewickelte Teilspulen-aufgeteilt. Die
kürzere Spule ist etwa halb so lang wie die längere Spule und befindet sich entweder
koaxial innerhalb oder außerhalb der längeren Spule.
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Wenn die kürzere Spule genau symmetrisch zu den beiden Teilspulen
der längeren Spule steht, heben sich die in den beiden Teilspulen induzierten Spannungen
genau auf, so daß die Meßanordnung die Anzeige Null liefert. Wenn nun die kürzere
Spule in Längsrichtung verschoben wird, so wird die Gegeninduktivität zwischen der
kürzeren Spule und der einen Teilspule größer und gleichzeitig die Gegeninduktivität
mit der anderen Teilspule kleiner. Dadurch wird der Meßanordnung eine Spannung zugeführt,
deren Größe und Phasenlage von der jeweiligen Stellung der beiden Spulen zueinander
abhängt.
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Bei dieser Anordnung ist der Meßbereich, in dem Einstellungen bzw.
Längen gemessen werden können, durch die geringe Baulänge der Spulen sehr begrenzt
und diese Anordnung ist daher für viele Meßaufgaben ungeeignet.
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Es ist auch schon eine Anordnung mit praktisch dem gleichen Aufbau
bekannt, bei der jedoch die längere Spule von einem Hochfrequenzgenerator gespeist
ist, während die kürzere Spule mit einer Meßanordnung zusammengeschaltet ist. Diese
Anordnung hat praktisch die gleiche Wirkungsweise wie die oben beschriebene. Da
sie auch nur eine geringe Länge hat, sind die Längen, die mit dieser Anordnung gemessen
werden können, ebenfalls nur sehr begrenzt.
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Es sind andererseits schon elektromechanische Wandler mit zwei Spulen
bekannt, mit denen größere mechanische Verschiebungen bzw. Einstellzwischenräume
gemessen werden können; jedoch beruhen diese Wandler auf einem ganz anderen Prinzip
als die zuvor genannten Anordnungen. Bei diesen Wandlern bestehen nämlich die Wicklungen
der beiden koaxial angeordneten Spulen aus mäanderförmig angeordneten Windungen
mit relativ weitem Abstand.
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Die eine der Spulen wird dabei auch von einem Frequenzgenerator gespeist,
während die andere Spule mit einer Meßanordnung verbunden ist. Zur Messung einer
Länge ist es dabei erforderlich, jeweils die an der Meßanordnung angezeigten, durchlaufenen
Maxima und Minima des Meßwertes zu zählen und dann noch den angezeigten Meßendwert
nach dem letzten Extremwert zu bestimmen.
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Dadurch wird die Messung großer Längen mit Hilfe dieser Anordnung
relativ kompliziert, und es können bei der Messung viele Fehler auftreten.
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Außerdem ist diese Anordnung mit den mäanderförmigen Wicklungen nur
relativ schsvierig herzustellen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stellungsanzeige- oder -meßvorrichtung
zu schaffen, mit der bei einfachem Aufbau Einstellungen in weitem Meßbereich einfach
und genau gemessen werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßanordnung
an die Meßdiagonale einer Meßbrücke angeschlossen ist, die einerseits aus den zu
beiden Seiten einer ausgewölbten Anzapfung liegenden Spulenabschnitten der Spule
sowie andererseits aus den an die Enden der beiden Spulenabschnitte angeschlossenen
Widerständen gebildet ist.
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Bei dieser Anordnung ist bei der Längenmessung bzw. bei Messung einer
Einstellung die kürzere Spule entsprechend der zu messenden Länge bzw. Einstellung
in eine bestimmte Stellung verschoben. Dann wird diejenige Anzapfung ausgewählt,
bei der der von der Meßanordnung angezeigte Meßwert ein Minimum erreicht. Damit
ist die der kürzeren Spule am nächsten liegende Anzapfung gefunden.
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Der von der Meßanordnung-angezeigte Wert ist dabei immer ein Maß
für eine bestimmte Lage der kürzeren Spule zu dem ausgewählten Anzapfungspunkt der
längeren Spule. Wenn die kürzere Spule genau symmetrisch -zu- -der- Anzapfung steht,
ist der angezeigte Meßwert Null. Wenn die Spule in der einen oder anderen Richtung
von dieser symmetrischen Stellung abweicht, ergibt sich ein Meßwert, dessen Größe
und Richtung davon abhängt, wie groß die in den beiden zu beiden Seiten der Anzapfung
liegenden, mit der Primärspule verkoppelten Spulenteilen induzierte Spannung ist.
Aus der gewählten Anzapfung und diesem Meßwert erhält man dann die gesuchte Stellung.
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Vorzugsweise bilden die beiden Abschnitte der zweiten Spule einen
Teil einer Brückenschaltung.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt Fig. 1 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung des Prinzips des
erfindungsgemäßen Meßumformers, F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Verlaufs
der Ausgangsspannung der Meßanordnung in der Anordnung von F i g. 1 und Fig. 3 eine
schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform eines Bestandteils des
Meßumformers.
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Die Anordnung von Fig. 1-enthält eine Primärspule 1, die relativ
zu einer Sekundärspule 2 axial beweglich ist. Die Spule 1 ist mit einem (nicht dargestellten)
Träger oder Schlitten verbunden, so daß sie in der erforderlichen Weise nach beiden
Richtungen axial- bewegt werden- kann. Dieser Schlitten ist auf geeignete Weise
mit dem (nicht dargestellten) Teil oder Gegenstand verbunden, dessen Stellung in
bezug auf ein weiteres Teil oder einen Bezugspunkt gemessen werden soll; der Bezugspunkt
kann vorzugsweise eine bestimmte Stellung auf den Führungen des die Primärspule
1 tragenden Schlittens sein.
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Die Primärspule 1 ist bei der praktischen Ausführung koaxial um die
Sekundärspule 2 angeordnet.
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Die Sekundärspule ist an einer Vielzahl von Stellen derart angezapft,
daß eine Reihe von Anzapfungen 3 entsteht. Jede Anzapfung 3 kennzeichnet eine bestimmte
Bezugsstellung und ist mit einem Kontaktglied 3 a verbunden. Vorzugsweise liegen
die Anzapfungen
in gleichmäßigen Abständen entlang der Spule 2,
beispielsweise jeweils in einem Abstand von 0,65 cm. Die Sekundärspule 2 ist in
eine Brückenschaltung eingeschaltet, welche Widerstände RA und RB in zwei Zweigen
4 bzw. 5 der Brücke enthält.
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Dieser Anschluß ist so getroffen, daß die gewählte Anzapfung die Sekundärspule
2 in zwei Abschnitte unterteilt, welche die beiden anderen Zweige 6, 7 der Brücke
bilden. Eine Meßanordnung 8, die aus einem Verstärker und einem Synchrondetektor
bestehen kann, ist zwischen dem Verbindungspunkt 9 der Zweige 4 und 5 und dem gewählten
Anzapfungskontakt 3 a angeschlossen. Eine Schaltvorrichtung 10 dient zur Auswahl
der gewünschten Anzapfung.
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Es ist offensichtlich, daß bei dieser Anordnung die Primärspule 1
den Eingang der Brückenschaltung darstellt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird angenommen, daß das der Primärspule 1 zugeführte Eingangssignal ein Wechselstrom
von 5 kHz ist. Nach Auswahl einer bestimmten Anzapfung3, beispielsweise der in der
Zeichnung dargestellten Anzapfung, wird dann die Primärspule 1 zu dieser Anzapfung
hin bewegt. Während dieser Bewegung ist die Ausgangsspannung der aus dem Verstärker
und dem Synchrondetektor bestehenden Meßanordnung 8 zunächst konstant, beispielsweise
positiv, wie in Fig. 2 dargestellt ist, während bei Annäherung an die gewählte Anzapfung
diese positive Spannung allmählich in dem Maße abzunehmen beginnt, wie sich der
Mittelpunkt der Spule 1 der Anzapfung nähert. Wenn die Spule symmetrisch zu der
Anzapfung steht, wird die Spannung zu Null, weil gleiche Spannungen von der Spule
1 in den beiden Abschnitten der Spule 2 induziert werden. Wenn die Primärspule weiter
in der gleichen Richtung bewegt wird, nimmt die Spannung allmählich wieder zu, aber
infolge des Phasensprungs um 1800 beim Durchgang durch die Nullstellung in negativer
Richtung. Daraus folgt: Wenn die Spule richtig auf die gewünschte Anzapfung 3 eingestellt
ist, wird eine Nullanzeige erhalten. Die Ordinate des Diagramms von F i g. 2 ist
also die Ausgangsspannung der Meßanordnung 8, während auf der Abszisse die Stellung
des Mittelpunktes der Spule 1 relativ zu der gewählten Anzapfung der Spule 2 aufgetragen
ist.
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Damit eine Interpolation im Innern des Abstands möglich ist, welcher
mit Hilfe der Anzapfung der Sekundärspule gemessen werden kann, ist auch die Primärspule
1 mit Anzapfungen versehen, wie bei 11 in F i g. 3 dargestellt ist. Wenn beispielsweise
der wirksame Teil der Primärspule eine axiale Ausdehnung von 0,65 cm hat und mit
vier Zwischenanzapfungen in Abständen von 0,125 cm versehen ist, gibt es offensichtlich
für jede Anzapfung an der Sekundärspule fünf mögliche Anzapfungen an der Primärspule
1, so daß Abstände bis auf 0,125 cm genau gemessen werden können.
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Der zuvor beschriebene Stellungsabtastmechanismus eignet sich besonders
zur Verwendung bei einem Myriabit-Speicher mit willkürlichem Zugriff. Dieser Speicher
enthält eine große Anzahl dünner Scheiben,
die in regelmäßigen Abständen entlang
einer Welle angeordnet sind. Jede dieser Scheiben hat einen sektorförmigen Ausschnitt.
Die Ausschnitte sind so angeordnet, daß ein freier Raum entsteht, in welchem magnetische
Aufzeichnungs- oder Wiedergabeköpfe, die von einer Führungsanordnung getragen werden,
relativ zu den Scheiben verstellt werden können, so daß sie bei Drehung der Welle
mit einer bestimmten Scheibe zusammenwirken können. In der Praxis sind zwei Gruppen
solcher Scheiben vorhanden, deren Wellen parallel zueinander angeordnet sind, und
die magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe sind so angeordnet, daß sie
sich in der Achsrichtung dieser Wellen bei stillstehenden Scheiben relativ zu diesen
bewegen, bis sie in einer Linie mit einer gewählten Scheibe gebracht sind. Es sind
Einrichtungen vorgesehen, mit denen die gewählte Scheibe relativ zu den Köpfen gedreht
werden kann, so daß die gewünschte Magnetaufzeichnung bzw. Wiederaufgabe erfolgen
kann. Das zuvor beschriebene Einstellsystem bietet die Möglichkeit, die magnetischen
Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe richtig, d. h. auf die gewünschte Scheibe des
Speichers einzustellen. Vorzugsweise enthält der Einstellmechanismus Einrichtungen,
welche bewirken, daß unmittelbar nach der Einstellung der magnetischen Aufzeichnungs-
und Wiedergabeköpfe auf die gewünschte Scheibe diese Scheibe in Drehung versetzt
wird, so daß die eigentliche Aufzeichnung oder Wiedergabe durchgeführt werden kann.