DE1423150B1

DE1423150B1 - Induktiver Messwertumformer

Info

Publication number: DE1423150B1
Application number: DE19561423150
Authority: DE
Inventors: Peter Dr-Ing Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-03-23
Filing date: 1956-03-23
Publication date: 1969-09-25

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verminderung der zeitlichen Änderung der magnetischen Zugkräfte auf den Meßfühler bei der induktiven Umformung von Meßgrößen.
Es ist bereits ein Verfahren zur elektronischen Längenmessung bekannt (deutsche Patentschrift 931006), bei dem Meßinduktivitäten entkoppelt werden. Dies geschieht durch ein gegenläufiges Magnetsystem. Es ist ferner ein Verfahren zur elektronischen Längenmessung bekannt, bei dem zwei von eineih Geber gesteuerte Induktivitäten abwechselnd von je einer um 180° phasenverschobenen Halbwelle einer niederfrequenten, mit der höherfrequenten Meßspannung überlagerten Wechselspannung beeinflußt werden und die den Differenzwerten der beiden Induktivitäten proportionalen Spannungen über einen Ausgangsverstärker Abgleichmittel steuern, die einen Selbstabgleich der Schaltung und eine Anzeige der Abmessungen des Prüflings bewirken (deutsche Patentschrift 910 228). Aus einer anderen deutschen Patentschrift (933 590) ist es bekannt, bei dem gleichen Verfahren zur elektronischen Längenmessung die Meßwechselspannung des Verstärkers der Mittelwicklung eines Dreischenkelübertragers zuzuRühren. Es ist ferner aus der Literatur bekannt, für die Meßlehre ein einziges gegenläufiges Magnetsystem zu verwenden.
Bei den bekannten Meßwertumformern nach diesem Prinzip wird mit der zu messenden Lange. r der Luftspalt des einen Magnetsystems verkleinert und der des anderen vergrößert. Bei dieser Anordnung heben sich die magnetischen Kräfte in der Mittellage des Meßfühlers, die bei v = 0 vorliegt, gerade auf, wenn dafür Sorge getragen ist, daß in diesem Fall die beiden Luftspalte einander gleich sind. Bei seiner Auslenkung aus der Mittellage entstehen verstärkte magnetische Zugkräfte auf der Seite, auf der der Luftspalt verkleinert wird. Eine einmal erfolgte Auslenkung des Meßfühlers suchen die magnetischen Kräfte also zu vergrößern. Sie machen daher die Mittellage labil, sofern diese nicht durch die Prüfstrecke erzwungen wird. Ihre Größe ist dem Quadrat des Spulenstromes i direkt und dem Quadrat des Luftspaltes umgekehrt proportional. Bei sinusförmigem Strom i = in sin -ergibt sich für die auf den zwischen zwei Magnetsystemen angeordneten Meßfühlern ausgeübte Kraft P, wenn sein Abstand von den Polen der Magnetsysteme in der der Ruhelage entsprechenden Mittellage I ist, bei Vorliegen einer der Meßgröße entsprechenden Abweichung x aus dieser Lage Da diese Kraft mit doppelter Erregerstromfrequenz pulsiert, kann man sie durch eine elastische Richtkraft nicht vollständig, sondern nurnach ihrem Mittelwert kompensieren. Bei maximaler Auslenkung i x"""des Meßfühlers ergibt sich hiernach der maximale Wert der magnetischen Zugkraft zu Ohne elastische Kompensation würde damit die auf den Meßfuihler ausgeübte Kraft um 2 P"",, innerhalb des ganzen Meßbereiches schwanken. Mit der Kompensation der mittleren magnetischen Kräfte durch eine passend gewählte elastische Rückstellkraft beträgt dann ihre Schwankung nur noch etwa die Hälfte dieses Wertes. Diese Schwankungen können für viele Anwendungszwecke bereits das zulässige Maß bei weitem überschreiten, insbesondere wenn mit dem Meßwertumformer ein registrierendes Instrument ohne Verstärker ausgesteuert und wenn als erregender Wechselstrom die Frequenz des Starkstromnetzes verwendet werden soll.
Diese Schwankungen lassen sich mit einer Anordnung zur Verminderung der zeitlichen Änderung der magnetischen Zugkräfte auf den Meßfuhler bei der induktiven Umformung von Meßgrößen vermeiden, deren erfinderische Merkmale gekennzeichnet sind durch zwei gegenläufige Magnetsysteme, die mit Wechselströmen gleicher Amplitude, aber um 90 gegeneinander verschobener Phasenlage erregt und von der umzuformenden Meßgröße unmittelbar gleichartig beeinflußbar sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines derartigen Meßwertumformers ergibt sich, wenn die Magnetsysteme so angeordnet sind, daß ihre Polflächen axialsymmetrisch auf den Seitenflächen eines Prismas mit rhombischem Querschnitt liegen. Der Querschnitt des Meßkernes zwischen den Polen der Magnetsysteme, der mit dem Taststift zusammen den Meßfühler bildet, wird dann dem Raum zwischen den Polflächen angepaßt.
Die auf den Meßfühler einwirkenden magnetischen Kräfte schwanken bei dem erfindungsgemäßen Meßwertumformer dann nur noch um minimale Beträge, die im Idealfall gegen Null gehen und dadurch entstehen, daß die praktische Ausfuhrung idealen Symmetriebedingungen nicht entspricht.
Mit Rücksicht auf die Linearität des Anzeigebereiches ist es allgemein üblich, den Luftspalt/ mindestens etwa 10mal so groß zu wählen als die maximale Auslenkung Xm, aus der Mittellage.
Hieraus ergibt sich, daß nach der erfindungsgemäßen Ausfuhrung die Kräfte bei doppelter ausgesteuerter Meßleistung und bei gleichen Abmessungen der einzelnen Magnetsysteme nur 2"/"des Wertes betragen können, die bei der üblichen einfachen Anordnung auftreten. Entsprechend klein sind damit auch die Kräfte zwischen Meßfühler und Meßobjekt, die von magnetischen Kräften ausgehen.
In den Zeichnungen ist ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen induktiven Meßwertumformers dargestellt.
F i g. I zeigt einen Querschnitt durch die Magnetsystemanordnung längs der Linie 1-2 der F i g. 2.
Sie besteht aus den gegenläufigen Magnetsystemen 3, 4 und 5, 6, die von den Jochen 7. 8 und 9, 10 mit den Magnetisierungsspulen 11, 12 und 13, 14 gebildet werden. Zwischen ihnen befindet sich der Meßkern 15, der mit dem Taststift 16 zusammen den Meßfühler bildet. Der Meßkern 15 hat einen angenähert rhombischen Querschnitt. Befindet sich der Mcßfühler in seiner Ausgangslage, so ist der Luftspalt zwischen den Polnächen der Magnetsysteme und der Oberfläche des Meßkernes an allen Stellen gleich. Bei Abweichung aus der Ruhelage verkleinert sich der Abstand gegeniiber zwei Magnetsystemen und vergrößert sich gegenüber den anderen beiden.
Die Rückstell- und Kompensationskräfte werden bei dieser Anordnung von der mit 17 angedeuteten Fcder aufgebracht. In den Gliedern 18 und 19'ist die Anordnung gelagert.
Die Erregung der Magnetisierungsspulen kann in der in F i g. 3 angedeuteten Art erfolgen. Die Spannung einer Wechselspannungsquelle 20 wird über einen Transformator 21 und eine Stabilisatorröhre 23 auf die Brückenschaltungen 24 und 25 übertragen.
Während die Brückenschaltung 24, die von den Magnetisierungsspulen 3 und 4 und zwei ohmschen Widerständen 26 und 27 gebildet wird, direkt an die Stabilisatorröhre 23 geführt ist, ist der Brückenschaltung 25, in deren Brückenkreisen die Magnetisierungsspulen 5 und 6 neben den Widerständen 28 und 29 liegen, ein Kondensator 30 vorgeschaltet, durch den der Erregerstrom für die Magnetisierungswicklungen 5 und 6 in seiner Phase um 90 gegenüber dem Magnetisierungsstrom der Magnetisierungsspulen 3 und 4 verschoben wird. Je nach der Lage des Mefikernes 15 relativ zu den Magnetsystemen ändert sich der induktive Widerstand der Magnetisierungsspulen und damit der Strom in den Briickendiagonalen, der den Gleichrichtern 31 und 32 unter Zwischenschaltung von Widerständen zugefuhrt wird.
Der Differenzstrom der Gleichstromseiten der Gleichrichter wird in dem Meßinstrument 33 angezeigt. Er ist ein Maß Sur die mit der Anordnung gemessene Größe. Durch die Erregung der Magnetisierungs- spulen mit in ihrer Phase um 90 verschobenen Strömen werden die magnetischen Kräfte in der hcschriehenen Weise klcin gehalten, so daß die bei dem bekannten induktiven Meßwertumformer auftretenden Schwierigkeiten nicht mehr vorhanden sind.

Claims

'Patentansprüche : 1. Anordnung zur Verminderung der zeitlichen Anderung der magnetischen Zugkräfte auf den Meßfühler bei der induktiven Umformung von Meßgrößen, die als mechanische Längenänderung vorliegen, in elektrische Meßgrößen mittels gegenläufiger Magnetsysteme, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei gegenläufige Magnetsysteme (3 ; 4, 5/6), die mit Wechselströmen gleicher Amplitude. aber um 90"gegeneinander verschobener Phasenlage erregt und von der umzuformenden Meßgröße unmittelbar gleichartig beeinflußbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche räumliche Anordnung der Magnetsysteme, daß ihre Polflächen axialsymmetrisch auf den Seitennächen eines Prismas mit rhombischem Querschnitt liegen.
3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Taststift den Meßfühler bildende Meßkern einen der Lage der Polflächen angepaßten Querschnitt hat.