DE1523221B2 - Kontaktloses Geschwindigkeitsmeßwerk - Google Patents

Description

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Eine Berechnung einer Konstellation, wobei das oder impulsförmiges 16 Magnetfeld erzeugt wird. Die Feld in dem Luftspalt sinusförmig ist und das beweg- Mittel 13 können z. B. durch einen an sich bekannten liehe Meßelement ganz aus elektrisch gut leitendem Magnetbelag oder eine Spulenanordnung gebildet Material, z. B. Kupfer, besteht, zeigt, daß an der werden. In der Praxis kann auch der Teil 11 in die-Stelle der maximalen magnetischen Induktion beim 5 sem Beispiel mit solchen Mitteln 13 versehen sein, Stillstand des Meßelementes (B₀) eine Induktion B₁ so daß der Verlauf des Feldes weiter betont wird,
auftritt, die durch die Formel Das Meßelement 15 kann in dem Beispiel nach

Fig. 1 ganz aus elektrisch leitendem Material be-

ß _ η 1 stehen. In der Praxis kann auch der Teil 11 des

¹ ° ι _|_ _W2 ίο Magnetsystems mit dem Meßelement 15 zu einem

Ganzen kombiniert werden. Der Teil 11 kann weggegeben wird, wobei w die normierte Geschwindigkeit fallen, und das Meßelement 15 kann teilweise aus

einem magnetischen Material mit einem dem Teil 10

^ω \ des Magnetsystems zugewandten Teil aus elektrisch

~ _ωίΓ J is leitendem Material zusammengebaut sein. Es ist

schließlich noch möglich, daß das Element 15 ganz ist und wobei ω die wirkliche Geschwindigkeit und aus Eisen besteht, das sowohl magnetisch wie auch ω_kr die kritische Geschwindigkeit der Vorrichtung be- elektrisch leitend ist.

zeichnen, die als Wirbelstrombremse betrachtet wird. An den Stellen, an denen bei Stillstand des EIe-

Ferner wurde gefunden, daß an der Stelle im Luft- 20 mentes 15 Maxima bzw. Nulldurchgänge des Magnetspalt, an der bei Stillstand des Meßelementes keine feldes auftreten, werden magnetische Sonden, wie magnetische Induktion vorherrscht, eine magnetische Hall-Elemente, oder magnetische Verstärkersonden Induktion B₂ bei Bewegung des Elementes entsteht, 17, 18, 19, 20 angeordnet. An der Stelle dieser Sondie durch die Formel den werden bei Bewegung des Elementes 15 die er-

_w 25 wähnten Komponenten B₁ bzw. B₂ der magnetischen

B₂ — Bq ' ~TT—~ Induktion erzeugt.

~" ^w~ In diesen Sonden werden die Induktionen in elek-

gegeben ist. irische Signale umgewandelt, die in Form einer Span-

B ei der Erfindung werden an den beiden erwähn- nung oder eines Stromes einer Teilungsvorrichtung 21 ten Stellen magnetische Sonden, z. B. in Form von 30 zugeführt werden. In dieser Vorrichtung wird aus Hall-Elementen oder magnetische Verstärkersonden, dem Verhältnis von B₂ : B₁ die Geschwindigkeit des angeordnet, wobei an den betreffenden Ausgängen Meßelementes 15 bestimmt und angezeigt,
elektrische Signale auftreten, die den gegebenen In- In der Vorrichtung nach F i g. 2 ist 31 ein Magnet-

duktionswerten B₁ bzw. B₂ proportional sind. Das system mit Polschuhen 32 und einem Luftspalt 33. Verhältnis zwischen den beiden Signalen liefert das 35 Dieses Magnetsystem kann aus ferromagnetischem

»™n? r-Ui λ/γ ß r- aUr,- λ u ^£t , Material oder z. B. aus einem Dauermagneten be-

erwunschte Meßergebnis, d. n. -=r- = w. . , ,-,. _o , ., ~. . . , ■., „ , °. , ,.

⁶ B₁ stehen. Eine Scheibe 34 ist das Meßelement, das hier

Es wird auf diese Weise eine lineare Beziehung um eine Welle 35 drehbar ist und aus einem nicht-

erhalten, während außerdem der Faktor B₀ als Maß magnetischen, elektrisch leitenden Material, z. B.

für die Induktion des Feldes in dem Luftspalt bei 40 Aluminium, besteht.

Stillstand des beweglichen Elementes aus der Formel Das stillstehende Magnetfeld in dem Luftspalt 33

weggefallen ist. Das Verhältnis der beiden Induktio- wird z. B. durch die Anordnung eines oder mehrerer

nen B₁ und B₂ kann in an sich bekannten Vorrich- Dauermagnete 36 oder einer nicht weiter dargestell-

tungen zum Messen des Verhältnisses der elektrischen ten, an sich bekannten Spulenanordnung geliefert, die

Signale oder in näher zu beschreibender Weise be- 45 aus einer Gleichstromquelle gespeist wird, oder, wenn

stimmt werden, wobei der gleiche Steuerstrom für die das Magnetsystem 31 ein Dauermagnet ist, wird es

magnetischen Sonden benutzt und die Größe dieses von dem Magneten selber geliefert. Das Magnetfeld

Steuerstroms durch die in einer Sonde erzeugte Meß- in dem Luftspalt 33 muß einen wechselnden, z. B.

spannung bestimmt wird. sinus- oder impulsförmigen Verlauf haben, was be-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher so deutet, daß (s. Fig. 3) eine Stelle P in dem Luftspalt,

erläutert, in der an der die magnetische Induktion ein Maximum B₀

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung, aufweist, mit einer Stelle Q₁ bzw. ß, abwechseln soll,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vor- an der, wenigstens bei Stillstand der "Scheibe 34, keine

richtung, magnetische Induktion herrscht. Dies kann in be-

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach 55 kannter Weise durch passende Wahl der Gestalt des

F i g. 2, Materials der Polschuhe 32 oder durch eine be-

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel, stimmte Anordnung der Magnetelemente oder durch

F i g. 5 das Prinzipschaltbild einer Anordnung zur eine geeignete Spulenanordnung erreicht werden.
Bestimmung des Verhältnisses zwischen den magne- Die magnetischen Sonden 37, 38 werden als Halltischen Induktionen, 60 Elemente oder als magnetische Verstärkersonden an

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung den Stellen P und Q₁ oder Q₂ angebracht. An den

nach Fig. 5 zeigt. Ausgängen dieser Sonden 37 und 38 erscheinen die

In der Vorrichtung nach F i g. 1 bilden die Teile 10 erwünschten Signale für die erwähnten Feldkompound 11 ein magnetisches System z. B aus ferromagne- nenten B₁ und B₂, von welchen Signalen in einer tischem Material mit einem Luftspalt 12. Darin be- 65 Vorrichtung 39 in bekannter Weise das Verhältnis findet sich ein bewegliches Meßelement 15. Der Teil B₉ : B₁ = w, also die Geschwindigkeit der Scheibe 34 10 des Magnetsystems ist mit Mitteln 13 versehen, bestimmt wird,
durch die in dem Luftspalt 12 ein sinusförmiges 14 Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das

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ganz zylindrisch ausgebildet ist. Bezugsziffer 42 be- Die in den Sonden erzeugten Spannungen e_x und e₂

zeichnet einen hohlen und 43 einen konzentrisch im sind von den betreffenden Feldkomponenten B₁ und

ersteren angeordneten massiven Zylinder, z. B. aus B₂ abhängig:

ferromagnetischem Material. Die Zylinder 42 und 43 e_x = K₁ · I · B₁ und e₂ = K₂ · I · B₂, wobei .K₁ entsprechen den Teilen 10 bzw. 11 der Vorrichtung 5 und K₂ Konstanten darstellen. Für den Ausgangsnach Fi g. 1. Die Zylinder 42 und 43 schließen einen strom des Differenzverstärkers 52 gilt: / = g' (e_o~e^), Luftspalt 44 ein, in dem zu den beiden Zylindern 42 wobei g' die Transkonduktanz des Verstärkers 52 be- und 43 ein konzentrischer, drehbarer Zylinder 45 aus zeichnet. Durch die Formel
nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material entsprechend dem Meßelement 15 nach Fig. 1 ange- io ^₁ = K₁-I-B₁
ordnet ist. Ähnlich wie bei der Vorrichtung nach

F i g. 1 angegeben ist, kann der drehbare Zylinder 43 ^{wxrd der Strom I} mitbestimmt,

kombiniert werden. „' _{e e}

Das Magnetfeld wird in dem Luftspalt 44 durch / = ^-^ ₌ ⁹—

Dauermagneten 46 mit abwechselnden N- und S-Polen 15 1+g -K₁B₁ K₁-B₁

erzeugt, die z. B. in den äußeren Zylinder 42 auf- ,. -jjot-d^i·*

genommen sind, oder durch eine nicht dargestellte, wobei angenommen wird, daß* K₁B₁ > 1 ist.

durch Gleichstrom gespeiste Spule. Bei dieser Anord- Weiterhin ist e ₂ = K₂ ■ I - B₂ und somit durch die

nung wird in einfacher Weise direkt der erwünschte vorstenende formel:

Feldverlauf erhalten, da an den Stellen P₁ bzw. P₂ *o ^- β Ke

beim Stillstand des Zylinders 45 eine maximale ma- _e^ = ——— e₀ — —-. ——ω

gnetische Feldinduktion (B₀) und an den Stellen P₃ K₁B₁ K₁ cok_r

bzw. P₄ eine minimale Induktion (-B₀) entstehen.

Ferner ist an den Stellen Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄ bei Still- so daß e₂ ein direktes Maß für die Geschwindigkeit ω

stand des Zylinders 45 die magnetische Induktion 25 ist.

Null. Durch Anbringung mehrerer Magnete oder Diese Spannung kann an einem Instrument 53 mit

Spulen längs des Umfanges des Zylinders 42 können z. B. einer in Winkelgeschwindigkeit ω geeichten

mehrere entsprechende Punkte P und Q vorgesehen Skala abgelesen werden.

werden. Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Beispiels

Es sei bemerkt, daß bei Verwendung von Spulen 30 der Anordnung gemäß dem Prinzip nach Fig. 5 mit

diese Anordnung eine Ähnlichkeit mit dem normalen zwei Sonden S₁ und S₂.

Induktionsmotorsystem aufweist, wobei der Unter- V bezeichnet dabei eine Speisespannungsquelle für

schied jedoch der ist, daß die Speisung der Spulen den Verstärker, der außerdem die Bezugsspannung e₀

des Stators durch Gleichstrom erfolgt. benötigt. T₁, T₂, T₃ und T₄ sind Verstärkerelemente,

Weiterhin werden die magnetischen Sonden 47 und 35 z. B. Transistoren des p-n-p- und n-p-n-Typs.
48 an den Stellen P₁ und Q₁ angebracht, wobei die .R₁, R₂, R₃ und R₄ sind einstellbare Widerstände betreffenden Ausgänge 49 und 50 dieser Sonden mit für diese Transistoren. In dieser Anordnung wird einer Vorrichtung 51 verbunden werden, in der das ähnlich, wie an Hand der Fig. 5 beschrieben ist, der Meßergebnis nach Teilung der beiden magnetischen Steuerstrom/ durch die Sonden durch den UnterKomponenten B₁ und B₂ zur Verfugung steht. 40 schied zwischen der Spannung e_x von der Sonde 1S₁

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild zur Ermittlung des Ver- und einem Teil der Speisespannung V als Bezugshältnisses zwischen den elektrischen Signalen, das spannung bestimmt. In entsprechender Weise ist die z. B. aus zwei Hall-Elementen erhalten wird, welches Spannung e₂ wieder direkt ein Maß für die Winkel-Verhältnis die Geschwindigkeit ω andeutet, die so- geschwindigkeit,
mit in einfacher Weise bestimmt werden kann. 45 Bei der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung

Die Hall-Elemente S₁ und S₂ werden durch einen wird ein Teil der Speisespannung V als Bezugsspan-Steuerstrom von einem Gleichstromdifferenzverstärker nung e₀ verwendet. Dabei bilden die Widerstände R₁, 52 gespeist. Mit diesem Gleichstromdifferenzverstär- R₃ und R₄ einen Spannungsteiler und arbeiten die ker 52 mit einem Stromverstärkungsfaktor g sind die Transistoren T₁, T₂ als Differenzverstärker. Die Tran-Sonden S₁ und S₂ in Reihe geschaltet. Dieser Diffe- 50 sistoren T₃, T₄ bilden die zweite Stufe der genannten renzverstärker empfängt an einem Eingang eine Verstärker. Dabei kann die Erdung der Schaltung Spannung e₀ aus einer Bezugsspeisequelle und am auch an einer anderen Stelle als gezeigt erfolgen, anderen Eingang eine Spannung e_t von der Sonde 1S₁. wenn nur die Speisespannung V schwebt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Derartige Anordnungen haben jedoch den NachPatentansprüche: teil, daß die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit und dem in den magnetischen Aufnehmern

1. Vorrichtung zum kontaktlosen Messen von induzierten Strom über einen großen Meßbereich Geschwindigkeiten, welche Vorrichtung ein ma- 5 nicht linear ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, gnetisches System enthält und einen Luftspalt, in daß durch Änderungen des magnetischen Feldes in dem die quer zum Luftspalt gerichtete Kompo- dem Luftspalt infolge von Speisespannungsschwannente der magnetischen Induktion in der Längs- kungen oder anderer äußerer Einflüsse auch das richtung des Luftspaltes einen alternierenden z. B. Meßergebnis beeinflußt wird.

impuls- oder sinusförmigen Verlauf hat und in io Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Voroder nahe dem Luftspalt mindestens zwei magne- richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu tische Sonden angeordnet sind, wobei weiter in verbessern, daß die genannte Beziehung einen linearen dem Luftspalt ein wenigstens teilweise aus elek- Verlauf erhält und außerdem Einflüsse von Speisetrisch leitendem Material bestehendes bewegliches Spannungsschwankungen und Störungen weitest-Element angeordnet ist, dessen Geschwindigkeit 15 gehend beseitigt werden.

bestimmt werden soll, dadurch gekenn- Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungszeichnet, daß die Sonden (17, 18; 19, 20) gemäß dadurch, daß die Sonden derart angeordnet derart angeordnet sind, daß bei Stillstand des sind, daß bei Stillstand des beweglichen Elementes beweglichen Elementes (15) eine erste Sonde (17; eine erste Sonde in einem Nulldurchgang und eine 19) in einem Nulldurchgang und eine zweite 20 zweite Sonde in einem vorhandenen Maximum der Sonde (18; 20) in einem vorhandenen Maximum genannten Komponente angeordnet sind und weiter der genannten Komponente angeordnet sind und eine Teilungsvorrichtung vorgesehen ist, in der als weiter eine Teilungsvorrichtung (21) vorgesehen Maß für die Geschwindigkeit das Verhältnis zwischen ist, in der als Maß für die Geschwindigkeit das den Signalen, die in den magnetischen Sonden erVerhältnis zwischen den Signalen, die in den 25 zeugt werden, bestimmt wird.

magnetischen Sonden (17, 18; 19, 20) erzeugt In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorge-

werden, bestimmt wird. schlagenen Vorrichtung enthält die Teilungsvorrich-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- tung einen Differenzverstärker, an dessen Eingänge kennzeichnet, daß die Teilungsvorrichtung (21) eine Bezugsspannungsquelle und ein Ausgang eine -ir einen Differenzverstärker (52) enthält, an dessen 30 ersten magnetischen Sonde gelegt sind, und w-Ooei Eingänge eine Bezugsspannungsquelle (e₀) und ein der Ausgangsstrom als Steuerstrom für die raagne-Ausgang einer ersten magnetischen Sonde (z. B. tischen Sonden dient, und die Ausgangsspa^mung der 17) gelegt sind, daß der Ausgangsstrom (/) als zweiten magnetischen Sonde als direktes JVS laß für das Steuerstrom für die magnetischen Sonden (z. B. erwähnte Verhältnis einem Anzeigeinstrur nent zuge-17, 18) dient und daß die Ausgangsspannung der 35 leitet wird. Die magnetischen Sonden kö nnen z. B. zweiten magnetischen Sonde als direktes Maß für Hall-Elemente sein.

das erwähnte Verhältnis einem Anzeigeinstrument Es zeigt sich, daß die mit der erfindun^sgemäßen

(53) zugeleitet wird. Ausbildung der Vorrichtung angestrebten Vorteile,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- nämlich Linearität und Störungsunabhäng igkeit, erdurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Son- 4° reicht werden.

den (17, 18, 19, 20) Hall-Elemente sind. Die Erfindung stützt sich auf Berechnungen des ■■....':.■·.. . Feldes im Luftspalt, das beim Bewegen des- wenigstens teilweise aus elektrisch leitendem Material bestehenden beweglichen Meßelementes entsteht. 45 Eine solche Berechnung zeigt, daß beim Anbringen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kon- eines solchen magnetischen Belags auf einem Teil des taktlosen Messen von Geschwindigkeiten, welche magnetischen Systems, wodurch ein wechselndes, Vorrichtung ein magnetisches System enthält und z. B. impuls- oder sinusförmig verlaufendes magneeinen Luftspalt, in dem die quer zum Luftspalt ge- tisches Feld in dem Luftspalt entsteht, beim Bewegen richtete Komponente der magnetischen Induktion in 50 des Meßelementes an den Stellen in dem System, an der Längsrichtung des Luftspaltes einen alternieren- denen bei Stillstand des Meßelementes eine maximale den z. B. impuls- oder sinusförmigen Verlauf hat und magnetische Induktion vorherrscht, und an den Stelin oder nahe dem Luftspalt mindestens zwei magne- len, an denen bei Stillstand des Meßelementes die tische Sonden angeordnet sind, wobei weiter in dem magnetische Induktion Null ist, magnetische Induk-Luftspalt ein wenigstens teilweise aus elektrisch lei- 55 tionen entstehen, deren Verhältnis ein Maß für die tendem Material bestehendes bewegliches Element Geschwindigkeit des sich bewegenden Elementes ist. angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. Die Vorrichtungen nach der Erfindung lassen sich aus der US-PS 3 018 395 bekannt. in verschiedener Weise flach oder zylindrisch aus-

Außerdem ist aus der DT-AS 1 147 787 eine An- bilden.

Ordnung zur Geschwindigkeitsmessung mittels Wirbel- 60 I_n diesen Ausführungsformen kann das bewegliche

strömen bekannt, die nach dem gleichen Prinzip Element, das wenigstens zu einem Teil, vorzugsweise

arbeitet. Dabei werden in einem bewegbaren, elek- dem dem Luftspalt zugewandten Teil, aus elektrisch

irisch leitenden Körper durch ein feststehendes ma- leitendem Material besteht, z. B. ganz aus Eisen oder

gnetisches Gleichfeld Wirbelströme erzeugt. Das aus magnetischem Material mit einer Oberflächen-

durch diese Wirbelströme bewirkte sekundäre Ma- 65 schicht aus elektrisch leitendem Material oder ganz

gnetfeld wird mittels einer fest angebrachten magne- aus elektrisch leitendem Material, z. B. in der zylin-

tischen Sonde ermittelt, wodurch sowohl lineare als drischen Ausführungsform aus einem dünnwandigen

auch Drehbewegungen gemessen werden können. Kupferzylinder, bestehen.