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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Fühlvorrichtung, bei
der eine mit Wechselspannung gespeiste Primärspule im Fühlkopf in mindestens einer
Sekundärspule eine Meßspannung induziert, die sich beim Einbringen eines Gegenstandes
in das Feld der Primärspule ändert und den ersten Eingang eines mit einer Gleich-Vorspannung
betriebenen Differentialverstärkers bildet, dessen zweiter Eingang eine Bezugsspannung
ist und dessen Ausgang zur Anzeige benutzt wird.
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Es sind verschiedene Arten elektrischer Fühlvorrichtungen bekannt.
Beispielsweise ist eine Fühlvorrichtung mit einem Fühlkopf versehen, der eine Primärspule
aufweist, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, wobei eine Sekundärspule
induktiv mit der Primärspule gekoppelt ist. Bei einer solchen Anordnung ändert sich
die in der Sekundärspule induzierte Spannung, wenn ein Gegenstand in das Feld des
Fühlkopfes eintritt, und eine solche Änderung der induzierten Spannung wird als
Prüfmerkmal dafür verwendet, daß der Gegenstand sich innerhalb des Feldes befindet.
Um die Änderung der induzierten Spannung zu verstärken, ist es ebenfalls bekannt,
den Fühlkopf mit einem Paar von Sekundärspulen zu versehen, die derart in Reihe
geschaltet sind, daß die in ihnen induzierten Spannungen entgegengesetzte Polarität
haben. In diesem Fall wird die Differenz zwischen den beiden induzierten Spannungen,
die sich beim Vorhandensein eines Gegenstandes innerhalb des Feldes des Fühlkopfes
befindet, benutzt, um diese Anwesenheit festzustellen.
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Bei den bekannten Fühlvorrichtungen führen jedoch Schwankungen der
Speisespannung.notwendigerweise zu entsprechenden Schwankungen in der induzierten
Spannung oder der Differenz zwischen den beiden induzierten Spannungen. Es kann
sehr leicht geschehen, daß die Vorrichtung eine fehlerhafte Anzeige abgibt, die
das Vorhandensein eines Gegenstandes anzeigt, obwohl der Gegenstand sich so weit
weg befindet, daß normalerweise keine Anzeige abgegeben werden sollte, oder umgekehrt,
die Vorrichtung kann untätig bleiben, obwohl sich ein Gegenstand innerhalb ihres
Feldes befindet, so daß eine entsprechende Anzeige normalerweise abgegeben werden
sollte. Kurz gesagt, die Genauigkeit der Vorrichtung hängt von: Schwankungen der
Speisespannung ab, und es können Fehler bei der Anzeige auftreten.
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Ferner ist es in der Rundfunktechnik bekannt, zur Lautstärkeregelung
- von - dem Antennen-Eingangs- ; Signal eine Regelspannung abzuleiten, die als veränderliche
Vorspannung auf die HF-Röhre bzw. den HF-Transistor gegeben wird.
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Es ist auch bei Meßbrücken bekannt, in beiden Brückenzweigen eine
Sekundärwicklung vorzusehen, ; die von derselben Primärwicklung gespeist werden.
Hierdurch haben Schwankungen der speisenden Wechselspannung keinen Einfluß auf das
Brückengleichgewicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fühlvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, die in ihrer Genauigkeit - unabhängig von
Schwankungen der Speisespannung - etwa konstant bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleich-Vorspannung
des Verstärkers zur Kompensation der durch Schwankungen der Speisewechselspannung
hervorgerufenen Fehler der Meßspannung in Abhängigkeit von der Speisewechselspannung
dadurch regelbar ist; daß in sie eine Kompensations-Gleichspannung einbezogen ist,
die sich mit der Speisespannung ändert.
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Bei dieser Anordnung wird der durch die Spannungsschwankungen hervorgerufene
Fehler der Meßspannung in Kauf genommen, aber durch einen Eingriff an einem der
nachgeschalteten Schaltungselemente kompensiert, wobei sich für die Kompensation
der Differentialverstärker besonders eignet, weil lediglich seine Gleich-Vorspannung
modifiziert zu werden braucht.
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Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich bei einer Schaltung,
bei der der Differentialverstärker zwei Transistoren aufweist, die Meßspannung an
die Basis des einen und die Bezugsspannung an die Basis des anderen Transistors
angelegt ist und die Emitter beider Transistoren an ein Ende eines gemeinsamen Widerstandes
angeschlossen sind, dadurch, daß die Kompensations-Gleichspannung an das andere
Ende des Widerstandes angelegt ist. Hierbei kann man mit einer der Speisewechselspannung
proportionalen Kompensations-Gleichspannung arbeiten.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein schematisches Schaltbild
für den Erfindungsgegenstand und F i g. 2 ein schematisches Schaltbild, wie es als
Teil der Schaltung der F i g..1 verwendet werden kann.
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Ein Fühlkopf 1 hat die Form eines Transformators 5 mit einer Primärspule
2 und einem Paar von Sekundärspulen 3 und 4, die induktiv mit der Primärspule gekoppelt
sind. Die Sekundärspulen liegen so in Reihe, daß die in ihnen erzeugten Spannungen
entgegengesetzte Polarität haben. Zwischen den Enden der Reihenschaltung liegt ein
Widerstand 6 mit einem verstellbaren Abgriff 7. Die Spannung E zwischen dem Abgriff
7 -und einer Erdleitung 8, die an ein Ende der Spule 3 angeschlossen ist, kann durch
Verstellen des Abgriffs längs des Widerstandes 6 eingestellt werden. Der Abgriff
wird so verstellt, daß die Spannung E so klein wie möglich oder gar Null ist, wenn
sich kein leitender Gegenstand innerhalb des bei Erregung der Primärspule 2 ausbildenden
Feldes befindet.
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Ein Transformator 10 liegt mit seiner Primärwicklung an einer
Wechselspannungsquelle E, von beispielsweise 100 V 60 Hz. Der Transformator ist
mit einem Paar von Sekundärwicklungen 12 und 13 versehen, wobei die Wicklung 12
mit der Primärspule 2 des Fühlkopfes 1 verbunden ist, um dieser eine Spannung von
beispielsweise 3 V zuzuführen.
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Die Spannung E wird durch einen Wechselstromverstärker 14 -verstärkt,
dann durch einen Gleichrichter 15 gleichgerichtet und dann an einen der beiden Eingänge
eines Differentialverstärkers 16 gelegt. Der Differentialverstärker 16 besitzt ein
Paar von Transistoren 17 und 18, deren gemeinsamer Emitterwiderstand 19 nicht mit
der Erdleitung 8 verbunden ist, wie es bei den üblichen Differentialverstärkern
der Fall ist, sondern mit einer Gleichspannungsquelle EM, deren Spannung sich in
gleicher Weise wie diejenige der Spannungsquelle E, ändert, was später noch genauer
erläutert wird. Die Spannung der Quelle EM kann beispielsweise -!-12 V betragen,
wenn diejenige der Quelle Eo den Sollwert hat.
Der Transistor 18
liegt mit seiner Basis über einem Widerstand 20 an der Erdleitung 8, dessen Abgriff
21 über einen Widerstand 22 mit einer Konstantspannungsquelle E, von beispielsweise
-12 V verbunden ist, die später noch beschrieben wird. Somit wird die konstante
Spannung El an die Basis des Transistors 18 über die Widerstände
22 und 20 angelegt. Es ist ersichtlich, daß einer der beiden Eingänge
des Differentialverstärkers 16 insgesamt auf einem konstanten Wert gehalten wird,
während der andere durch eine Spannung gespeist wird, die der Spannung E entspricht,
welche von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit eines Gegenstandes im Feld des
Fühlkopfes 1 abhängt.
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Die Kollektorspannung des Transistors 18, des Verstärkers 16 wird
einem Schaltkreis 23, beispielsweise einem Schmitt-Kreis, zugeführt, die so ausgelegt
ist, daß sie beim Anlegen eines über einem vorbestimmten Wert liegenden Eingangssignals
betätigt wird. Eine Konstantspannungsquelle E2 ist an den Schaltkreis 23 angeschlossen,
um ihm eine Arbeitsspannung von beispielsweise -16 V zu geben. Der Ausgang des Kreises
23 erregt ein Relais 24, um dessen Kontakt 25 zu schließen oder zu öffnen, wodurch
das Feststellen eines Gegenstandes durch den Fühlkopf 1 angezeigt wird.
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Es ist klar, daß die Speisespannung des Differentialverstärkers 16
die Summe der Spannungen EM und El beträgt und daß, da die Spannung EM sich
zusammen mit der Speisespannung E0 ändert, auch die Speisespannung des Verstärkers
16 entsprechend schwankt.
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Die Spannung EM kann in der folgenden Weise erzielt werden. Die in
der Sekundärwicklung 13 des Speisetransformators 10 induzierte Spannung wird an
die Wechselspannungs-Eingangsklemmen eines Vollweg-Gleichrichters 26 gelegt. Zwischen
die Gleichstrom-Ausgangsklemmen des Gleichrichters 26 ist eine Reihenschaltung von
Widerständen 27 und 28 sowie einer Zenerdiode 29 geschaltet, die von Beginn , an
einen genügend gesättigten Zustand besitzt. Der Reihenschaltung sind zwei Glättungskondensatoren
zugeordnet. Die Spannung EM wird von der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen
27 und 28 abgenommen. Es ist leicht einzusehen, daß, wenn die , Speisespannung E0
schwankt, der Gleichstromausgang des Gleichrichters 26 und damit auch der Strom
durch die Zenerdiode 29 sich ändert, wodurch sich eine entsprechende Änderung der
Spannung EM ergibt.
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Die konstanten Spannungen Ei und E2 können durch irgendwelche beliebigen
Mittel erzielt werden. Beispielsweise kann, wie F i g. 2 zeigt, die Speisespannung
E0 außerdem an die Primärwicklung 31 eines Transformators 30 gelegt werden, wobei
die in der Sekundärwicklung 32 induzierte Spannung an die Eingangsklemmen eines
Vollweg-Gleichrichters 33 gelegt wird. Ein Paar von Zenerdioden 34 und 35 ist parallel
zueinander an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 33 gelegt. Die Spannungen El
und E2 können von den anderen Enden der Dioden 34 bzw. 35 abgenommen werden.
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Im Betrieb wird die Primärspule 2 durch die Spannungsquelle E0 erregt.
Wenn sich kein leitender Gegenstand innerhalb des Feldes der Spule befindet, ist
die Ausgangsspannung E und demzufolge die Basisspannung des Transistors 17 sehr
klein oder im wesentlichen Null, so daß der Transistor 17 abgeschaltet, d. h. nicht
leitend ist, während der andere Transistor 18 angeschaltet, d. h. leitend ist. Unter
dieser Voraussetzung bleibt, wenn der Eingang des Schaltkreises 23 sich unterhalb
eines vorbestimmten Arbeitswerts befindet, das Relais 24 unerregt.
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Wenn im Gegensatz dazu ein leitender Gegenstand 9 das Feld der Spule
2 erreicht, steigt die Spannung E an, bis die Basisspannung des Transistors 17 die
konstante Basisspannung des anderen Transistors 18 übersteigt, worauf der Transistors
17 angeschaltet und der Transistor 18 abgeschaltet wird. Hierdurch wird eine
Eingangsspannung an den Schaltkreis 23 gelegt, die den Arbeitswert übersteigt, wodurch
der Kreis 23 ein Ausgangssignal erzeugt, welches das Relais 24 erregt und den Kontakt
25 schließt oder öffnet.
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Es sei angenommen, daß aus irgendeinem Grund ein Spannungsabfall bei
der Speisespannung E0 auftritt. Da dieser Abfall in der Speisespannung notwendigerweise
einen entsprechenden Abfall in der Spannung E hervorruft, könnte diese Spannung
E unfähig werden, den Transistor 17 anzuschalten, auch wenn der Gegenstand 9 sich
in dem gleichen Abstand von dem Fühlkopf befindet, in dem die Speisespannung E0
den Sollwert hatte und die Spannung E genügend groß war, um den Transistor 17 zu
schalten. Der Abfall der Speisespannung E0 hat beim Erfindungsgegenstand jedoch
einen entsprechenden Abfall in der Spannung EM und demzufolge in der den Emittern
der Transistoren 17 und 18 zugeführten Spannung zur Folge. Dies entspricht einem
Abfall der Bezugsspannung des Differentialverstärkers 16. Denn trotz des Abfalls
der Speisespannung wird die Spannung E, die ebenfalls abgesunken ist, auf einem
genügend großen Wert gehalten, um den Transistor 17 einzuschalten, wenn der Gegenstand
9 sich in dem gleichen Abstand von dem Fühlkopf 1 befindet wie vorher. Dasselbe
gilt, wenn die Speisespannung E0 ansteigt. Demzufolge können gemäß der Erfindung
Schwankungen der Speisespannung E0 keine wesentlichen Schwankungen der Empfindlichkeit
der Vorrichtung herbeiführen, wodurch deren Arbeitsweise eine konstante Genauigkeit
beibehält.
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Um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu überprüfen,
sind Versuche durchgeführt worden, bei denen zum Vergleich eine übliche Fühlvorrichtung
verwendet wurde, bei der die Emitter der Transistoren des Differentialverstärkers
über einen gemeinsamen Widerstand geerdet waren. Die Ergebnisse waren: ± 10% Schwankungen
vom Sollwert der Speisewechselspannung führten zu ±30% Schwankungen vom Sollwert
bei der Empfindlichkeit der bekannten Vorrichtung, aber zu nur weniger als 4% Schwankungen
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.