DE1302206C2 - Verfahren zum elektrischen messen der auf eine laengenaenderung umgesetzten aenderung einer physikalischen groesse - Google Patents

Verfahren zum elektrischen messen der auf eine laengenaenderung umgesetzten aenderung einer physikalischen groesse

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Description

geführt wird und dessen induzierte Ausgangs- io plitudenkonstante und frequenzpräzise sinusförmige spannung als Maß für die zu messende physika- Wechselspannung zuzuführen. Die Erzeugung einer lische Größe dient und einem Meßgleichrichter
zugeführt wird, gekennzeichnet durch die
Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:
1. Als amplitudenkonstante und präzise Erregerspannung wird eine Rechteckspannung verwendet;
solchen Wechselspannung bedingte einen großen schaltungstechnischen Aufwand.
Die Fachwelt hat bisher wohl befürchtet, daß auf «5 Grund der naturgegebenen Nichtlinearitäten der frequenz- Luftspaltmodulatoren bei einer Beaufschlagung der
Modulation nur die Grundwelle für die Messung berücksichtigt;
selben mit Oberwellen Modulationsprodukte auftreten, deren Frequenzen wieder auf die Grundwelle fallen und die dann natürlich das Meßergebnis ver-2. von der dem Luftspaltmodulator (13) züge- 20 fälschen. Diese Befürchtungen und die Tatsache. daR führten Erregerspannung wird nach der die mathematische Darstellung des Verhalten-, von
Luftspaltmodulatoren erhebliche Schwierigkeiten bereitet, dürften die Ursache dafür sein, daß sich in der Fachwelt das Vorurteil manifestiert hat, daß bei derartigen Verfahren der Erregerseite von Luftspaltmodulatoren reine sinusförmige Wechselspannungen zugeführt werden müssen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-
. ., , A . ,, , steht darin, Verfahren nach dem Gattungsbegriff
anteil der Ausgangsspannung durchlassendes 30 dahingehend zu verbesser„, daß sie mit einem ρ,Ιγρ,-M*. dem Meßgleichnchter (16) züge- wdtau g s geringeren schaltungstechnischen Aufwand
durchgeführt werden können.
Gemäß der Erfindung wird dies unter Überwindung des bisher bestehenden Vorurteils durch die
Grundwelle für die Messung wird die Ausgangsspannung des Luftspaltmodulators über einen Impedanzwandler (14) und ein diesem folgendes, nur den Grundwellenführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Stör-
einflüssen aus Temperaturabhängigkeit von Filter 35 Kombination folgender an sich bekannter Merkmale
und Gleichrichter und der Nichtlinearität des Gleichrichters die Meßwertspannung und eine Kompensationsspannung über einen äquivalenten zweiten Gleichrichter (26) einem Differentialverstärker (17) zugeführt werden, dessen Ausgangssparinung zur Erzeugung der Kompensationsspannung zerhackt wird und die erhaltene Rechteckspannung über einen dem ersten Impedanzwandler (14) äquivalenten zweiten Impedanzwandler (24) einem dem ersten Filter (15) äquivalenten zweiten Filter (25) zugeführt wird, welches die genannte Kompensationsspanniing abgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung von Frequenzeinflüssen der Zerhacker (22) im Kompensationskreis im Takt der Eingangs-Rechteckspannung zum Luftspaltmodulator gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geerreicht:
1. Als amplitudenkonstante und frequenzpräzise Erregerspannung wird eine Rechteckspannung verwendet;
2. von der dem Luftspaltmodulator zugeführtcti Erregerspannung wird nach der Modulation nur die Grundwelle für die Messung berücksichtigt;
3. zur ausschließlichen Berücksichtigung der Grundwelle für die Messung wird die Ausgangsspannung des Luftspaltmodulators über einen Impedanzwandler und ein diesem folgendes, nur den Grundwellenanteil der Ausgangsspannuiig durchlassendes Filter dem Meßgleichrichter zugeführt.
Die für die Durchführung des erfindungsgemäßeii Verfahrens benötigte Rechteckspannungsquelle läßt sich, auch wenn eine hohe Qualität gefordert wird,
kennzeichnet, daß zur Erhöhung der Amplituden- 55 mit einem weitaus niedrigeren technischen Aufwand konstanz der Zerhacker, der Luftspaltmodulator, realisieren als die bei den bekannten Verfahren erder Impedanzwandler und das Filter niederohmig forderlichen Wechselspannungsquellen zur Lieferung dimensioniert sind. rein sinusförmiger hochstabilisierter Wechselspannuii-
Die erfindungsgeniüße Merkmalskombinatioii hat den überraschenden Effekt, daß trotz des großen Oberwellengehults der »Is Erregerspannung dienenden Rediteckspannung mit dein beanspruchten Me 1.1-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum verführen Meßergebnisse erzielt werden, deren Güte elektrischen Messen der auf eine Längenänderung 65 im Vergleich zu den bekannten, mit aufwendigen umgesetzten Änderung einer physikalischen Größe stabilisierten Wedisdspannungsquellen als Erregermittels eines Liiftspaltmodulators, dessen Erreger- spanmingsquellen arbeitenden Meßverfahren nicht wicklung als amplitudenkoiistaiite und frequenz- nur gleich groß, sondern wegen der .schon mit
minimalem Aufwand erzielbaren wesentlich höheren Amplitudenkonstanz von Rechteckspannungsquellen sogar noch wesentlich größer als bei den bekannten Meßverfahren ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Amplitudenkonstanz der Erregerspannung bei 5 Meßverfahren nach dem Gattungsbegriff direkt als Meßgenauigkeit in das Meßergebnis eingeht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sumit bei nur mäßigem Aufwand Meßgenauigkeiten erzielbar, deren Realisierung nach den bekannten Verfahren mit einem in vernünftigen Grenzen bleibenden Aufwand nicht erreichbar sind. Deshalb ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dort von besonderem Vorteil, wo es auf hohe Genauigkeiten ankommt. Dies ist beispielsweise bei der Messung des Drehmoments an einer Welle der Fall, auf der eine nur kurze Meßstrecke zur Verfugung steht. Dies trifft unter anderem auf Propellerantriebe von Flugzeugen und Hubschraubern zu. Demgemäß liegt ein wichtiges Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfah'ens in der Kontrolle der Fahrsicherheit und des Nutzeffekts eines Fahrzeugantriebs mit Propeller, bei der der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der Antriebswelle zwischen Motor und Propeller eine besondere Bedeutung zukommt.
Natürlich kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Vielzahl anderer physikalischer Größen gemessen werden, die in eine Längenänderung umsetzbar sind, z. B. Schubkraft, Gewicht, Druck, Dehnung, Vibrationsschwingung, Differentialdruck, Winkelgeschwindigkeit, Beschleunigung usw.
Zur Eliminierung von Störeinflüssen aus Temperatiirabhängigkeit von Filter und Gleichrichter und der Nichtlinearität des Gleichrichters werden gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Meßwertspannung und eine Kompensationsspannung über einen äquivalenten zweiten Gleichrichter einem Differentialvtrstärker zugeführt, dessen Ausgangsspannung zur Erzeugung der Kompensationsspannung zerhackt wird, und die erhaltene Recht- eckspannung wird über einen dem ersten Impedanzwandler äquivalenten zweiten Impedanzwandler einem dem ersten Filter äquivalenten zweiten Filter zugeführt, welches die genannte Kompensationsspannung abgibt. Hierbei können in weiterer Aus- gestaltung der Erfindung Frequenzeinflüsse dadurch eliminiert werden, daß der Zerhacker im Kompensationskreis im Takt der Eingangs-Rechteckspannung zum Luftspaltmodulator gesteuert wird, während die Amplitudenkonstanz dadurch erhöht werden kann, daß der Zerhacker, der Luftspaltmodulator, der Impedanzwandler und das Filter niederohmig dimensioniert werden.
Nachstehend wird eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Meßeinrichtung an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschema der Reihenfolge der Einzeleinriclitungen,
Fig. 2 ein Schema der vollständigen Meßeinrichtung.
Gemäß dem Dlockseliema Fig. I ist an eine Gleichstromquelle 10 mit stabilisierter Spannung, z. B. eine Akkumulatorenbatterie, ein Multivibrator Ii und im iliescn ein I.eistiings/erliaeker 12 angeschlossen, welcher einen Luftspaltmodulator IJ Sj)LMSt. Der Multivibrator 11 liefert eine Rechteckspannung von hoher Freqiieiizstahilitüt, und der Leistungszerhaeker 12 zerhackt einen der Batterie IO direkt entnommenen Gleichstrom im Takt des Multivibrators und liefert somit eine in hohem Grade amplitudenkonstante und frequenzstabile Rechteckspannung an die Erregerwicklung eines Luftspaltmodulators 13.
Der Luftspaltmodulator kann von an sich bekannter Bauart sein und mit einem zweipoligen, Induktionswicklungen tragenden und einen Luftspalt bildenden Stator und einer Zunge im Luftspalt dieses Stators versehen sein, weiche bei einer Verschiebung aus" der Mittelebene des Luftspaltes heraus die Induktion in den Spulen ändert, so daß die Sekundärspannung eine Amplitudenänderung erfährt. Infolge der induktiven Kopplung der Modulatorspulen wird sekundärseitig nicht mehr eine Rechteckspannung, sondern eine mit Oberwellen behaftete schwingende Spannung erhalten.
Sekundärseitig ist an den Luftspaltmodulator 13 ein Impedanzwandler 14 und an diesen ein Filter 15 angeschlossen, welchem ein Meßgleichrichter 16 nachgeschaltet ist. Das Filter 15 siebt aus der im Impedanzwandler verstärkten Sekundärspannung die Oberwellen heraus und läßt nur die Grundwelle durch, welche im Meßgleichrichter 16 gleichgerichtet wird. Die am Meßgleichrichter 16 abnehmbare Gleit!.-i'annung ist proportional der Zungenverschiebung des Luftspaltmodulators 13 und somit Meßspannung für die Belastung der zu kontrollierenden Welle.
Wenn auch die elektrischen Teilcinrichtungen des Mcßkreiscs solide und stabil gebaut sind und bei konstanter Umgebungstemperatur absolut stabile elektrische Eigenschaften aufweisen, so ändern sie diese jedoch mit der Umgebungstemperatur, weiche unter praktischen Betrieb·■ bedingungen nicht konstant gehalten werden kann. Hie Auslegung des elektrischen Meßkreises, wie beschrieben, gestattet nun eine absolute Kompensierung der Temperatureinflüsse, die mittels einer Kompensationsspannung erfolgt, die aus einem Regelkreis gewonnen wird.
Der Regelkreis enthält einen Zerhacker 22, einen Impedanzwandler 24, der dem Impedanzwandler 14 äquivalent ist, ein Filter 25, das dem Filter 15 äquivalent ist, und einen Meßglcichrichter 26, der dem Meßglcichrichter 16 äquivalent ist. Bei den Meßgleichrichtern 16 und 26 wird die Äquivalenz dadurch erreicht, daß beide Meßglcichrichter ausgesuchte Dioden mit gleichen Strom-, Spannungsund Widerstands-Temperatur-Charakteristiken aufweisen. Die Äquivalenz der Zerhacker 12, 22 besteht darin, daß beide im gleichen Takt des Multivibrators 11 gesteuert werden und Transistoren mit gleichen Charakteristiken enthalten. Die Temperaturkompensation erfolgt nun dadurch, daß dem Meßgleichrichter 26 eine Kompensationsspannung zugeführt wird, die denselben Temperatureinflüssen untersteht wie die Meßspannung, und die beiden Gleichspannungen der Melk'.leichrichter einem Dillcrentialverstärkcr 17 zugefiihii werden, der eine verstärkte Dilferenzspannuiig abgibt, welche dem Zerhacker 22 zugeführt, im Takt des Zerhaekers 12 zerhackt, im Impedanzwandler 24 verstärkt und im Filter, von Oberwellen befreit, als der Wechselspannung äquivalente (iruiulwelle dem Meßgleichrichter 26 zugeführt wird. Die Aii.sgangsspaniiung des Dilferentialverstiirkers 17 ist zugleich die kompensierte Gleichspannung, die frei von TemperutureinlHisseu der Zungenstellung '.!es Luf!r.pa!'rrux!ü!aiors prupKiiionai ist und mit
einem Meßinstrument 18 angezeigt oder registriert völlig äquivalent gebaut und haben je einen Seriewerden kann. und einen Parallelkreis bekannter Bauart. Die beiden
Aus dem Schema F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Meßgleichrichter 16, 26 haben je vier ausgesuchte Multivibrator 11 von an sich bekannter Bauart sein Dioden mit gleichen Charakteristiken in Vollwegkann mit zwei Transistoren T1, T2, zwei Konden- 5 schaltung. Als Zerhacker 22 zur Erzeugung der satoren C1, C2 und Widerständen R1 bis A4. Die Kompensationsspannung dienen ein Transistor T4 Gleichspannung wird einer Batterie 10 entnommen und ein Widerstand R12, wobei zur Taktgebung die und dem Multivibrator über einen Vorwiderstand R& Basisspannung von Zerhacker 12 abgenommen ist. zugeführt und mittels einer Zenerdiode 30 stabilisiert. De»1 Meßkreis kann vollständig niederohmig dimen-Die vom Multivibrator abgegebene Rechteck- to sioniert werden, wodurch der Temperatureinfluß spannung wird über einen Widerstand Re als Steuer- weiterhin vermindert wird.
spannung der Basis eines Transistors T3 zugeführt, Durch das Meßverfahren wird erreicht, daß eine
der über einen Widerstand A7 an der stabilisierten Meßspannung gewonnen werden kann, die ohne
Gleichspannung liegt und diese zerhackt. störende Temperatureinflüsse Zungenverschiebungen
Der mit der zu messenden Welle umlaufende Luft- 15 am Modulator in der Größenordnung von tausendstel
spaltmodulator 13 hat vier Wicklungen L1 bis· L4 in Millimetern einwandfrei anzuzeigen und zu regi-
Differentialschaltung, welche über zwei induktive strieren gestattet. Infolge dieser Verfeinerung der
Drehübertrager 31, 32 mit je einer Stator-und einer Messung ist es möglich, in eine Längenänderung
Rotor-Wicklung mit der festen Meßeinrichtung ge- überführte Änderungen einer physikalischen Größe
koppelt sind. Die beiden Impedanzwandler 14,24, s.o zu messen, wobei die Länge der Meßstrecke wesent-
denen je ein Widerstand A8 bzw. A10 vorgeschaltet lieh kürzer vorgesehen und bis auf etwa die Größe
und je ein Widerstand Rg bzw. R11 parallel geschaltet des Wellendurchmessers selbst reduziert werden
ist, sind von gleicher an sich bekannter Bauart, wie kann. Durch die Erfindung wird ermöglicht, auch
auch der Differenzverstärker 17 von an sich be- die Belastung von sehr kurzen Wellen, z. B. bei
kannter Bauart ist. Die beiden Filter 15, 25 sind 35 Propellerantrieben, elektrisch zu messen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: ,
1. Verfahren zum elektrischen Messen der auf eine Längenänderung umgesetzten Änderung einer physikalischen Größe mittels eines Luftspaltmodulators, dessen Erregerwicklung als amplitudenkonstante und frequenzpräzise Erregerspannung eine stabilisierte Wechselspannung zupräzise Erregerspannung eine stabilisisrte Wechselspannung zugeführt wird und dessen induzierte Ausgangsspannung als Maß für die zu messende physikalische Größe dient und einem Meßgleichrichter zugeführt wird.
Bei den bekannten Verfahren dieser Art wurde es zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit für unerläßlich erachtet, der Erregerwicklung des Luftspaltmodulators eine hochstabilisierte, d. h. eine am-
DE19651302206D 1964-04-17 1965-04-03 Verfahren zum elektrischen messen der auf eine laengenaenderung umgesetzten aenderung einer physikalischen groesse Expired DE1302206C2 (de)

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