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Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Meßumformer mit zwei
relativ zueinander bewegbaren, induktiv gekoppelten Umformergliedern, von denen
das erste Glied einen Grundkörper aus ferromagnetischem Material und das zweite
Glied auf einem Träger, der auf seiner ganzen Länge gleichbleibende magnetische
Eigenschaften besitzt, eine Mäanderwicklung aufweist, deren sich quer zur Richtung
der Relativbewegung der beiden Glieder erstreckenden Leitungsabschnitte von Mitte
zu Mitte einen gleichen Abstand haben und derart in Serie geschaltet sind, daß der
Strom in benachbarten Leitern in entgegengesetzten Richtungen fließt Bei den bekannten
induktiven Meßumformern dieser Art wird die Mäanderwicklung von einem auf den Träger
nach Art einer gedruckten Schaltung aufgebrachten Leiter gebildet, dessen Lage beispielsweise
nach dem Photoätzverfahren sehr genau bestimmt werden kann. Als Träger findet häufig
eine Glasplatte Verwendung, die eine hohe Formstabilität aufweist.
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Auch das erste Glied, das einen Grundkörper aus ferromagnetischem
Material aufweisen kann, ist mit einer Anzahl von Wicklungen versehen, die ebenfalls
wie die Leiter einer gedruckten Schaltung auf den Grundkörper aufgebracht sind.
Auf diese Weise lassen sich sehr hohe Meßgenauigkeiten erzielen. Der Nachteil dieser
bekannten Meßumformer besteht jedoch darin, daß die induktive Kopplung zwischen
den Wicklungen auf den beiden Gliedern relativ schwach ist, weil sich immer nur
einzelne Leiter gegenüberstehen, so daß für die Signalverstärkung ein erheblicher
Aufwand getrieben werden muß und insbesondere schon sehr schwache Störsignale erhebliche
Schwierigkeiten bereiten können.
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Es sind auch Meßumformer bekannt, bei denen der Grundkörper aus ferromagnetischem
Material vorspringende Magnetpole aufweist, die von Wicklungen umgeben sind. Bei
diesen bekannten Umformern sind stets zwei Magnetpole zu einem magnetischen I Kreis
zusammengefaßt, durch den zwei auf dem Grundkörper angeordnete Spulen gekoppelt
werden, und es steht diesem Grundkörper als zweites Umformerglied ein ebenfalls
ferromagnetischer Körper mit Polen gegenüber, durch die entsprechend der Relativstellung
der beiden Umformerglieder der die beiden Spulen koppelnde magnetische Kreis mehr
oder weniger gut geschlossen wird. Infolgedessen werden entsprechend der Relativstellung
der beiden Grundkörper die auf dem ersten Umformerglied angeordneten Spulen mehr
oder weniger stark miteinander gekoppelt, so daß in einer dieser Spulen Sekundärsignale
mit lagerabhängiger Amplitude induziert werden. Der Nachteil dieser bekannten Anordnungen,
die kräftige Signale erzeugen, besteht darin, daß die Meßgenauiglreit von der Genauigkeit
abhängig ist, mit der aus den ferromagnetischen Grundkörpern die Pole ausgefräst
worden sind, und von der Homogenität des ferromagnetischen Materials. Die Bearbeitung
der ferromagnetischen Grundkörper erfordert bei der angestrebten Genauigkeit einen
sehr hohen Aufwand und ist trotzdem nicht mit der Genauigkeit möglich, mit der nach
dem Photoätzverfahren auf einen Träger Leiter aufbringbar sind. Außerdem läßt sich
ein ferromagnetisches Material nicht absolut homogen herstellen, so daß hier eine
unvermeidliche Fehlerquelle besteht, die die
Meßgenauigkeit solcher induktiver Meßumformer
beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten
Meßumformer zu vermeiden und einen induktiven Meßumformer zu schaffen, der sich
bei höchster Genauigkeit durch eine einfache Herstellbarkeit und ein kräftiges Ausgangssignal
auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Vereinigung folgender
Merkmale gelöst: a) der Grundkörper des ersten Gliedes ist in an sich bekannter
Weise geschlitzt und bildet eine Vielzahl vorspringender Pole, die sich quer zur
Richtung der Relativbewegung der Glieder erstrecken; auf dem ersten Glied sind wenigstens
zwei Wicklungen angeordnet, von denen jede Leiter aufweist, die in Schlitzen an
entgegengesetzten Seiten eines anderen der Pole angeordnet und derart in Serie geschaltet
sind, daß der Strom in den beiden Schlitzen in entgegengesetzten Richtungen fließt;
b) die beiden Wicklungen sind in getrennte Schaltungskreise einbezogen, zwischen
denen eine Kopplung besteht, durch die Fehler im geometrischen Abstand zwischen
diesen beiden Wicklungen kompensiert werden.
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Bei dem induktiven Meßumformer nach der Erfindung können die Wicklungen
auf dem Grundkörper des ersten Gliedes viellagig ausgebildet sein, so daß sich in
Verbindung mit den vorspringenden Polen aus ferromagnetischem Material eine relativ
feste Kopplung zu der Mäanderwicklung auf dem zweiten Umformerglied ergibt, durch
die ein kräftiges Ausgangssignal erzielt wird. Die durch die Anwendung eines solchen
Umformergliedes bewußt in Kauf genommenen Ungenauigkeiten werden auf elektrische
Weise kompensiert, so daß sie sich auf das Meßergebnis nicht auswirken, sondern
die Meßgenauigkeit durch die mit größter Genauigkeit aufgebrachte Mäanderwicklung
auf dem zweiten Umformerglied bestimmt ist. Daher braucht auch der Grundkörper des
ersten Umformergliedes nicht mit äußerster Präzision hergestellt zu sein, und es
braucht das Material nicht die bestmögliche Homogenität aufzuweisen, so daß sich
auch hier Vereinfachungen in der Fertigung ergeben.
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Beispielsweise könnte der Grundkörper des ersten Umformergliedes aus
magnetischem Metallpulver gepreßt sein.
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Die Ausgangsspannung von Meßuinformem dieser Art ist der (: Quadratwurzel
des Volumens der Leiter des ersten Gliedes proportional. Die folgende Tafel zeigt
ein Volumenverhältnis von 26 : 1 und ein Verhältnis der Ausgangssignale von 5 :
1 zugunsten der erfindungsgemäßen Anordnung. Es ist üblich, den Leiter durch Ätzen
oder Abscheiden als Kupferfolie mit einer Dicke von etwa 0,05 mm auszubilden. Nach
der Erfindung wird dieses Kupfer aus dem Luftspalt entfernt, wodurch das Ausgangssignal
weiterhin um etwa 20elo gesteigert wird. Als Beispiel werden in der folgenden Tafel
Meßumformer mit einer Periodenlänge von etwa 5 mm verglichen, von denen der eine
nach der herkömmlichen Methode und der andere nach der Erfindung hergestellt ist:
| Wicklung Perioden- Pol- und Schlitztiefe Dicke Breite Fläche
Volumen- Ausgangs- |
| länge Schlitzbreite verhältnis signal- |
| verhältnis |
| Geätzt .... 5 mm 1,25 mm 1,25 mm 0,05 mm 1,25 mm 0,062 mm2
1 1 |
| Gewickelt 5 mm 1,25 mm 1,9 mm 1,6 mm 1,0 mm 1,6 mm2 26 5 |
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher beschrieben und erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein vorspringende
Pole aufweisendes Umformerglied nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt längs
der Linie 2-2 durch das Umformerglied nach F i g. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch
das Umformerglied nach Fig. 1 mit einem darüber angeordneten zweiten Umformerglied,
F i g. 4 eine Ansicht einer teilweise geschnittenen Vorrichtung zur Herstellung
der Spulen für das erste Umformerglied, F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5
durch die Vorrichtung nach F i g. 4, F i g. 6 und 7 Schaltbilder zur Darstellung
der verschiedenen Möglichkeiten zur Justierung der Kopplung der verschiedenen Wicklungen
des Umformergliedes zur Korrektur der trigonometrischen Beziehungen und F i g. 8
das Schaltbild einer Vorrichtung zur Angleichung der Ausgangssignale der Wicklungen
des ersten Umformergliedes, die es ermöglicht, Unterschiede in der Kopplung zwischen
den verschiedenen Wicklungen des ersten Umformergliedes und der Wicklung des zweiten
Umformergliedes zu kompensieren.
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Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, weist das erste, einen Schieber
1 bildende Umformerglied einen Träger 2 und das zweite, ein stationäres Bezugsglied3
bildende Umformerglied einen Träger 4 für die entsprechenden Wicklungen 5 und 6
auf. Die Träger 2 und 4 bestehen aus Metall, vorzugsweise aus warmgewalztem Stahl.
Die Wicklung 6 des Bezugsgliedes 3 wird von einer sehr genauen, geätzten Wicklung
gebildet, während die Wicklung 5 des Schiebers 3 eigentlich aus zwei Wicklungen
7 und 8 besteht, die in räumlicher Quadratur zum Polzyklus der einphasigen Wicklung
6 stehen. Die Wicklung 6 weist parallele Leiterabschnitte auf, die in Serie geschaltet
sind und eine Mäanderwicklung bilden. Der Träger 2 weist zwei Öffnungen 19 und 20
auf, die eine Befestigung an einem bewegbaren Maschinenteil ermöglichen. Der Träger
4 des stationären Gliedes besteht beispielsweise aus Einheiten von etwa 250 mm Länge,
die an einem stationären Teil der Maschine in der erforderlichen Anzahl angebracht
sind, um die Bewegungen zu überwachen.
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Der Träger 2 des Schiebers weist in der dargestellten geradlinigen
Form eine Anzahl paralleler Schlitze 9 auf, so daß eine Reihe von parallelen, vorspringenden
Polen 10 entsteht. Die äußeren Enden der PolelO stehen der Wicklung 6 des stationären
Gliedes dicht gegenüber. Das Fehlen von Wicklungen auf den Polflächen 11 macht es
möglich, den Luftspalt 12 zwischen dem stationären Glied und dem Schieber zu verringern,
was eine Erhöhung der Ausgangsspannung zur Folge hat, wie es oben erwähnt wurde.
Die beiden Wicklungen 7 und 8 des Schiebers weisen je die Form einer Serie von Spulen
auf, die ein
die Schlitze 9 eingelegt sind. In F i g. 1 sind beispielsweise zwei
Spulen 13 und 14 für die Wicklung 7 und zwei Spulen 15 und 16 für die andere Wicklung
8 dargestellt.
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Die jeder Wicklung 7 bzw. 8 angehörenden Spulen sind durch Leiter
17 und 18 miteinander verbunden, so daß eine Zuordnung der aktiven Leiterabschnitte
entsteht. Nach der Erfindung besteht jeder entsprechende aktive Leiterabschnitt
aus einer Anzahl von Drahtabschnitten, die eine Seite einer Spule bilden, die unterhalb
der Oberfläche ihres Trägers angeordnet ist und von denen jede Spule einen vorspringenden
Pol umgibt, wobei die Polflächen 11 eine Seite des Luftspaltes zwischen den Gliedern
1 und 3 des Wandlers bilden.
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Die Pole 10 und die Seiten ihrer Wicklungen 13 bis 16 erstrecken
sich quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen dem Schieber 1 und dem Bezugsglied
3.
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Jede Wicklung kann acht Abschnitte oder Spulen aufweisen, wobei der
Abstand von Spulenmitte zu Spulenmitte gleich ist. Die Spulen sind dabei so miteinander
verbunden, daß sie in bezug auf die Mittellinie abgeglichen sind.
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Wie aus F i g. 3 der Zeichnung hervorgeht, ist der Abstand der PolelO
und der Seitenabschnitte der Spulenl3 bis 16 der gleiche wie der Abstand der aktiven
Leiter der Bezugswicklung 6.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nicht die Herstellung der
Spulen für die Wicklungen 7 und 8. Es sei jedoch diesbezüglich beispielsweise auf
eine Vorrichtung 21 nach Fig. 4 hingewiesen. Die Vorrichtung 21 hat die Form eines
Dornes, dessen inneres Ende 22 beispielsweise in das Futter einer Drehbank od. dgl.
einspannbar ist und der ein rechteckiges äußeres Ende oder einen Kern 23 aufweist,
auf dem geeignete parallele Abstandshalter 24 angeordnet sind. Das äußere Ende des
Kernes 23 ist mit einem Gewinde 25 für eine Befestigungsmutter 26 versehen. Beim
Drehen der Vorrichtung 21 wird jeder Abschnitt der Wicklung erzeugt.
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Die richtige quadratische Beziehung zwischen den Schieberwicklungen
im Falle von zwei Wicklungen, wie sie das dargestellte Ausführungsbeispiel aufweist,
oder die richtige Beziehung zwischen dem geometrischen Abstand der Wicklungen und
dem trigonometrischen Eingangssignal im Falle einer anderen Anzahl von Wicklungen
wird durch einen genauen geometrischen Abstand der Windungen oder, wenn erforderlich,
durch eine Kopplung zwischen den Wicklungen hergestellt, so daß der elektrische
Winkelabstand der Ausgangssignale dieser Wicklungen den gebrauchten trigonometrischen
Funktionen entspricht. Diese Kopplung kann durch eine induktive Kopplung 27 nach
Fig. 6 oder eine Widerstandskopplung 28 nach F i g. 7 bewirkt werden.
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Ungleichheiten zwischen den Kopplungen der mehrteiligen Wicklungen
29 und 30 mit der Bezugswicklung 31 werden durch Mittel 32 und 33 zur Beeinflussung
der Amplitude des Ausgangssignals kompensiert,
die in Serie zu den
Wicklungen 29 und 30 nach F i g. 8 vorgesehen sind. Mit Hilfe der dargestellten
Widerstände 32 und 33 lassen sich die von beiden Wicklungen 29 und 30 ausgekoppelten
Signale bei Kopplungsfehlern aneinander angleichen, also in das richtige Verhältnis
bringen.