DE1297877B

DE1297877B - Kapazitiver Winkelstellungsgeber

Info

Publication number: DE1297877B
Application number: DEH56179A
Authority: DE
Inventors: Ludin; Dipl-Ing Ludwig
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1965-05-29
Filing date: 1965-05-29
Publication date: 1969-06-19
Also published as: CH432025A; US3519940A; GB1121214A

Claims

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Bei bekannten kapazitiven Winkelstellungsgebern Eine besonders günstige technische Verwirklichung

wird vielfach die durch eine bewegliche Kondensator- ergibt sich dadurch, daß eine ausschlag- und spanbelegung in bezug auf eine ortsfeste erzielte Kapazi- nungsabhängigen Kondensatoren gebildete Meßtätsänderung, die in Abhängigkeit von einer beliebi- brücke im Rückkopplungszweig eines Schwingkreisgen physikalischen Größe durchgeführt wurde, in 5 Verstärkers liegt, der einen seiner Eingangsspannung eine elektrische Größe, meist eine Brückenspannung entsprechenden Ausgangsgleichstrom liefert, und die umgeformt, die in einem Instrument nach der Aus- jeweilige Kapazitätsänderung der ausschlagabhängischlagmethode gemessen werden konnte. Im Gegen- gen Geberkapazität durch eine vom Ausgangsgleichsatz dazu geht die Erfindung von einem kapazitiven strom bzw. der Ausgangsgleichspannung abhängige Winkelstellungsgeber aus, der darin besteht, daß eine io Kapazitätsänderung spannungsabhängiger Kapazitäsowohl die ausschlagabhängigen Geberkapazitäten als ten kompensiert ist.

auch spannungsabhängige Kapazitäten enthaltene Die Erfindung ist an Hand des dargestellten Schal-

Vergleichsschaltung vorgesehen ist, die im Rück- tungschemas näher erläutert.

kopplungskreis eines Schwingkreisverstärkers liegt, Der dargestellte Winkelstellungsgeber dient zur be-

der einen seiner Eingangsspannung entsprechenden 15 rührungslosen Umformung der Winkelstellung einer Ausgangsgleichstrom liefert und so die jeweilige Ka- Welle in einen proportionalen Gleichstrom. Das Gepazitätsänderung der ausschlagabhängigen Geber- rät arbeit nach dem Prinzip einer selbsttätig abkapazität durch eine vom Ausgangsgleichstrom bzw. gleichenden Kapazitätsbrücke. Eine Veränderung der der Ausgangsgleichspannung abhängige Kapazitäts- Winkelstellung der Welle verstellt den Differentialänderung der spannungsabhängigen Kapazitäten korn- 20 Drehkondensator D und verstimmt vorübergehend pensiertist. die aus dem Differential-Drehkondensator und den

Der Ausgangsstrom des Schwingkreisverstärkers beiden spannungsabhängigen Kapazitäten gebildete bzw. eine von diesem abhängige Ausgangsspannung Brückenschaltung. Die Kapazitätsänderung beeinist somit ein Maß für die zu messende Winkelstellung, flußt die Kopplung des HF-Verstärkers A₁, wodurch die die ausschlagabhängige Kapazität einnimmt. Ein 25 dieser in Selbsterregung gerät und mit einer Frequenz Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist insbesondere von etwa 2 MHZ schwingt. Ein Teil der HF-Energie darin zu sehen, daß die eine physikalische Zustande- wird ausgekoppelt, gleichgerichtet und einem Gleichgröße wiedergebende Winkelstellung, die als aus- stromverstärker A₂ zugeführt. Der Gleichstromverschlagabhängige Kapazitätsänderung sichtbar ge- stärker liefert den eingeprägten Ausgangsgleichstrom i_a, macht ist, an der Stelle durch spannungsabhängige 30 der an dem Widerstand P_M einen Spannungsabfall Kondensatoren wieder kompensiert wird, an der sie hervorruft. Die beiden Kapazitäten F sind von der auftritt, so daß Messungen mit hoher Präzision mög- stabilisierten Gleichspannungsquelle Q über die Vor-Iich sind. widerstände R_v vorgespannt. Der Vorspannung über-

Derartige spannungsabhängige Kondensatoren be- lagert sich der Spannungsabfall am Widerstand P_M ruhen auf der Eigenschaft, daß sie unter der Einwir- 35 und ändert die Kapazität V, bis die Kapazitätsbrücke kung einer Meßgleichspannung ihre Kapazität an- wieder annähernd im Gleichgewicht ist, d. h. bis auf dem. So hat man spannungsabhängige Kondensato- eine geringe Verstimmung, die notwendig ist, um den ren mit anderen Widerständen bereits zu einer wech- Ausgangsstrom i_a aufrechtzuerhalten,
selstromgespeisten Brücke zusammengeschaltet, deren Die Vorspannung der Kapazitäten F ist mit dem

Gleichgewicht sich unter der Einwirkung der Meß- 40 Potentiometer P^ einstellbar. Dadurch kann einer be-_t gleichspannung verstimmt, wobei eine verstärkungs- stimmten Wellenstellung der Ausgangsstrom Null zufähige Wechselspannung geliefert wird. geordnet werden. Mit dem Einstellwiderstand P_M

Bei einem kapazitiven Mikrometer mit Brücken- läßt sich der Ausschlagwinkel dem Ausgangsstromschaltung (Pflier, »Elektrische Messung mechani- bereich anpassen.

scher Größen«, 1956, S. 148 und 149) wird an Stelle 45 Der HF-Kreis umfaßt die Widerstandsbrücke im einer Ausschlagmethode eine Kompensationsmethode Rückkopplungskreis des HF-Verstärkers, an dessen angewandt. Es sind zwei Schwingungskreise vorhanden, Eingang die eine Brückendiagonale und an dessen von denen einer eine feste Kapazität und der andere einem Ausgang die andere Brückendiagonale anliegt, eine von der mechanischen Größe gesteuerte Kapazi- Im Gleichstromkreis teilt sich andererseits die am tat auf weist.. Die Änderungen der gesteuerten Kapa- 5° Widerstand P_M auftretende Gleichspannung über das zität werden durch entgegengesetzte Verstellungen Potentiometer P_n den beiden Kapazitäten V mit und einer weiteren verstellbaren Kapazität kompensiert, ändert deren Kapazität gegenläufig,
indem durch Anwendung einer Brückenschaltung

deren Diagonalstrom dazu benutzt wird, einen mit Patentansprüche:

dem Abgleichkondensator gekoppelten Kompensati- 55

onsmotor zu verstellen, bis das Brückengleichgewicht 1. Kapazitiver Winkelstellungsgeber, dadurch

wiederhergestellt ist. Ein Instrument zeigt den dabei gekennzeichnet, daß eine sowohl die auszurückgelegten Weg an. schlagabhängigen Geberkapazitäten (D) als auch

Im Gegensatz zu den bekannten kapazitiven Ge- spannungsabhängige Kapazitäten (F) enthaltende

bern handelt es sich bei dem Gegenstand der Erfin- 60 Vergleichsschaltung im Rückkopplungskreis eines dung darum, eine ausschlagabhängige Kapazitäts- Schwingkreisverstärkers (^₁) liegt, der einen sei-

änderung durch eine spannungsabhängige Kapazitäts- ner Eingangsspannung entsprechenden Ausgangsänderung zu kompensieren und den bei dieser Korn- gleichstrom (i_a) liefert und so die jeweilige Ka-

pensation erhaltenen Gleichspannungswert als Maß pazitätsänderung der ausschlagabhängigen Geberfür die Winkelstellung einer Welle zu verwenden. Da- 65 kapazität (D) durch eine vom Ausgangsgleichbei kann sowohl die ausschlagabhängige Kapazität strom (i_a) bzw. der Ausgangsgleichspannung ab-

wie auch die Spannungsabhänge Kapazität als Diffe- hängige Kapazitätsänderung der spannungsabhän-

rential-Kondensator ausgebildet sein. gigen Kapazitäten (F) kompensiert ist.

2. Kapazitiver Winkelstellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die ausschlagabhängige Kapazität (D) wie auch die spannungsabhängige Kapazität (V) als Differentialkondensatoren ausgebildet sind.

3. Kapazitiver Winkelstellungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldiagonale einer aus einem in Differentialanordnung geschalteten ausschlagabhängigen Kondensator (D) und aus zwei spannungsabhängigen Kondensatoren (Kapazitätsvariationsdioden V) bestehenden Meßbrücke mit den Eingangsklemmen und die Speisediagonale mit den Ausgangsklemmen eines Schwingkreis Verstärkers (^₁) verbunden ist, dessen gleichgerichteter und gegebenenfalls verstärkter Ausgangsgleichstrom (/_α) über Widerstände (P_M, P_n, R_v) auf die spannungsabhängigen Kapazitätsvariationsdioden (V) geleitet ist.

4. Kapazitiver Winkelstellungsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Ausgangs-Sekundärwicklungen des Schwingkreisverstärkers (^₁) vorgesehen sind, von denen die eine über Kondensatoren (C) mit der Speisediagonale der Meßbrücke und die andere über gleichrichtende Elemente mit einem Gleichstromverstärker (Α») verbunden ist, der den Ausgangsgleichstrom (i_a) liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen