DE1548750A1

DE1548750A1 - Einrichtung zum elektronischen Abtasten von Bewegungen,insbesondere Drehbewegungen

Info

Publication number: DE1548750A1
Application number: DE19661548750
Authority: DE
Inventors: Eugen Hoch
Original assignee: Pollux GmbH
Current assignee: Pollux GmbH
Priority date: 1966-02-10
Filing date: 1966-02-10
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE1548750B2; NL6701238A; NL156820B; DE1548750C3

Description

Einrichtung zum elektronischen Abtasten von Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektronischen Abtasten von Bewegungen, insbesondere Drehbewegungen, wobei durch das Zusammenwirken eines Oszillators'mit einem Abtastorgan und nachgeschalteten elektronischen Elementen auf einfache Weise das Erkennen von Bewegungsstellungen, das Zählen von Bewegungsvorgängen, das Erkennen und Anzeigen von Bewegungsrichtungen ermbglicht wird.
Es sind Anordnungen beannt und zum Stand der Technik gehörig, bei denen Hochfrequenzoszillatoren dazu benutzt werden, die-Stellung eines Zeigers abzutasten, oder die Zahl der Umdrehungen von Wellen o. dgl. zu messen.
Ganz allgemein wird die Anordnung bei den bekannten Einrichtungen so getroffen, daß eine Steuerfahne aus Metall, die an dem Zeiger befestigt ist, oder eine Loch-ode Zahnscheibe aus Metall, die mit der abzutastenden Welle o. dgl. verbunden ist, in dem elektromagnetischen Feld der aufeinander koppelnden Spulen des Oszillators bewegt wird.
Ob der. Oszillator schwingt oder nicht schwingt, ist abhängig davon, ob die Rückkopplungsbedingung k V 21 erfülLt ist oder nicht. Befindet sich im Spulenfeld so wenig Metall, daß die Kopplung größer bleibt als-, 80 schwingt der Oszillator.
Befindet sich im Spulenfeld so viel Metall, da# die Kopplung kleiner wird als 1/V, so schwingt der Oszillator nicht.
Die Größe der Amplitude der Oszillatorschwingungen hängt von der freien Fläche des Spulenfeldes ab. Ist die freie Fläche des Spulenfeldes nur so groß, daß k V nur wenig größer als 1 ist, so erhält man nur kleine Schwingungen. Vergrößert man die freie Fläche soweit, daß k V sehr viel größer als 1 ist, so nimmt die GröBe der Amplitude der Schwingungen bis zu einem Grdßtmaß zu.
Das Verhalten eines solchen Oszillators ist äquivalent dem Verhalten eines Transistors, dem man einen mehr oder weniger großen Basisstrom zuführt, wodurch sich ein mehr oder weniger groBer Kollektorstrom einstellt.
Das Bestehen von Schwingungen oberhalb einer bestimmten, relativ großen Amplitude einerseits, und unterhalb einer bestimmten, relativ kleinen Amplitude andererseits, ist ein MaB für die Stellung des abzutastenden Zeigers bzw. der Lochscheibe ; die Zahl der Wechsel des Schwingungszustandes ist ein Ma# fur die Umdrehungszahl der Welle o. dgl.
Der Weg, den eine Steuerfahne oder eine Zahn-oder Lochscheibe zurücklegen muB, um den Oszillator vom einen in den anderen Zustand umzusteuern, ist gering. Taucht die Steuerfahne langsam in das Spulenfeld ein, so nehmen von einer bestimmten Lage an die Schwingungsamplituden ab ; zieht man sie langsam wieder heraus, so nehmen sie wieder zu.
Das kann bei Zeigerpendelungen zu mehrmaligem Schalten führen, wodurch etwa nachfolgende Bauelemente Schaden nehmen können ; um das zu vermeiden, geht man häufig so vor, daß man zwei Oszillatoren um eine bestimmte, oder einstellbare Strecke gegeneinander versetzt und z. B. mit Hilfe eines nachgeschalteten Relais den einen nur einschaltend und den anderen nur ausschaltend wirken läßt. Bei der IvIessung der Drehzahl können, insbesondere bei kleinen Drehzahlen oder bei Stillstand, leicht Fehlimpulse durch kleine Pendelungen der Welle o. dgl. entstehen. Dadurch können beispielsweise bei Flüssigkeits-und Gaszählern, bei denen ein durch den Mengenstrom angetriebenes Meßrad zur Bestimmung der Durchflußmenge eingesetzt ist, erhebliche Fehlanzeigen entstehen. Um diese Mängel zu beheben, wäre mit den herkömmlichen Mitteln ein großer Aufwand erforderlich.
Es ist ein für die genannten Zwecke vorteilhafter Oszillator bekannt geworden, bei dem eine Gleichstromrückkopplung vorgesehen ist, mit deren Hilfe eine Schalthysterese erzielt werden kann. Die Gleichstromrückkopplung wirkt derart, daß bei Freigabe eines Teiles des Spulenfeldes, der genügt, um die Schwingungen gerade anzufachen, die Verstärkung des Verstärkerelements des Oszillators und/oder die Kopplung der Spulen aufeinander sprunghaft erhöht wird. Dadurch schwingt der Oszillator sofort mit der maximalen Amplitude, und zur Aufrechterhaltung der Schwingungen reicht ein viel kleinerer Teil des Spulenfeldes aus. Mittels des genannten Oszillators mit Gleichstromriickkopplung und in Verbindung mit den üblichen Steuerfahnen, Loch-oder Zahnscheiben kann aber nur eine relativ kleine Schalthysterese erzielt werden, die für viele Zwecke nicht ausreicht.
Das Verhalten eines solchen Oszillators ist äquivalent dem Verhalten des unter der Bezeichnung"Schnitt-Trigger"bekannten monostabilen Multivibrators, bei dem man der Basis eines ersten Transistors eine Steuerspannung zuführt, die oberhalb einer bestimmten Größe diesen ersten Transistor von Sperrung auf Durchlaß schaltet, und unterhalb einer bestimmten, kleineren Größe den ersten Transistor von Durchlaß auf Sperrung schaltete Der Unterschied-dieser beiden kennzeichnenden Spannunssgrößen ist die Schalthysterese.
-Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oszillator und ein Abtastorgan-zu schaffen, mit denen eine beliebig große Schalthysterese möglich isto ErfindungsgemäB wird ein Oszillator in einer solchen AnordnuTnvorgesehen, daß sein jeweiliger Schwingungszustand von dem9Lbtastorgan zuletzt gegebenen Schaltbefehl abhängt und im Oszillator so lange aufrechterhalten bleibt, bis ein entgegengesetzter Schaltbefehl durch das Abtastorgan erfolgt.
Das Verhalten des erfindungsgemäßen Oszillators ist äquivalent dem Verhalten eines bistabilen Multivibrators, der durch einen positiven Impuls an eine Steuerelektrode in die eine, und durch einen negativen Steuerimpuls, an die gleiche Steuerelektrode, in die andere stabile Lage gekippt wird.
Dieses bistabile Verhalten des Oszillators wird dadurch erreicht, daß eine Gleichstromrückkopplung vorgesehen wird, und daß Kopplung und Verstärkung des Oszillators erfindungsgemäß so bemessen sind, daß, wenn nur das normalerweise im Spulenfeld befindliche Medium-z. B. Luft-vorhanden ist, ohne Wirkung der Gleichstromrückkopplung der Oszillator nicht schwingt, bei Wirkung der Gleichstromrückkopplung dagegen mit seiner vollen Amplitude schwingt.
Das Abtastorgan, das den Oszillator vom nicht schwingenden Zustand in den schwingenden Zustand umsteuert (und umgekehrt), ist erfindungsgemäß mit drei verschiedenen Zonen, nämlich einer einschaltenden Zone, einer aueschaltenden Zone und einer haltenden Zone, ausgestattet. Die einschaltende Zone verursacht eine Kopplung, die so viel größer ist als die Kopplung über die haltende Zone, daB der Oszillator vom nicht schwingenden in den schwingenden Zustand gesteuert wird. Die ausschaltende Zone vermindert die Uber die haltende Zone gegebene Kopplung-soweit, daß die Schwingungen aussetzen. Die zwischen einschaltender und ausschaltender Zone ngeordnete haltende Zone beeinfluBt den Oszillator so, daB der jeweils vorhandene Einschalt-bzw. Ausschaltzustand erhalten bleibt. l.'Iird der Oszillator durch die einschaltende Zone zum Schwingen gebracht, so bleiben die Schwingungen auch dann bestehen, wenn nur noch die haltende Zone im Spulenfeld anwesend ist. Die Schwingungen setzen erst dann aus, wenn die die Kopplungsverminderung verursachende ausschaltende Zone in das Spulenfeld gebracht wird. Die Schwingungen kehren auch dann nicht wieder, wenn die haltende Zone in das Spulenfeld eintritt. Zum erneuten Einsetzen der Schwingungen ist wieder die Anwesenheit der einschaltenden Zone im Spulenfeld erforderlich.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung eines Abtastorgans wird als einschaltende Zone z. B. ein weichmagnetischer Ferrit und als ausschaltende Zone eine Metallscheibe verwendet. Als haltende Zone wirkt die im Spulenfeld vorhandene Luft und/oder Flüssigkeit und gegebenenfalls ein Isolierstoff.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführung eines Abtastorgans besteht aus einem kupferkaschierten Isolierstoffstreifen, bei dem ein vom Kupfer freigelegter Teil einschaltend und ein von Kupfer vollständig bedeckter Teil ausschaltend wirkt. Der iibrige Teil des Streifens ist dadurch halbdurchlässig für das Spulenfeld gemacht, daß das Kupfer den Isolierstreifen in einem feinen Muster etwa wie ein Zaun, ein Raster oder ein Maschengewebe Uberzieht ; dieser Teil des Streifens entspricht der haltenden Zone.
Zur Erläuterung der Erfindung dient das nachstehend beschriebene und in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel.
EinSchwingkreis L im Kollektorkreis eines Transistors T1 ist auf den Schwingkreis L2C2 im Basiskreis eines Transistors gekoppelt. Statt des einen der beiden Schwingkreise kann auch eine Rückkopplungsspule verwendet werden. Die Widerstände Ri und R ? bilden einen Spannungsteiler, mit dem die Basisvorspannung eingestellt wird. Mit dem Kondensator C5 wird die Hochfrequenzspannung, die sonst im schwingenden Zustand am kalten Ende von L2C2 auftreten würde, kurzgeschlossen. Der Widerstand R3 und der Kondensator C4 dienen zur Stabilisierung von 1 gegen Temperatureinflüsse. Die Spulen L. und L ? sind auf stiftförmiges Hochfrequenzeisen gewickelt, um das Spulenfeld zu konzentrieren.
Die Kopplung der Spulen Li und L2 aufeinander und die Verstärkung sind so bemessen, da# keine Oszillatorschwingungen entstehen, also k#V<1 ist. Bringt man nun in das Feld zwischen den Spulen einen an dem Abtastorgan A angebrachten Koppelstift K aus Hochfrequenzeisen ein, der z. B. einen ähnlichen Querschnitt hat wie die Kerne der Spulen L1 und der und eine solche Lage einnimmt, da# er bei Annäherung an L und L2 mit deren Hochfrequenzeisenkernen fluchtet, so wird durch die Verringerung des Widerstandes für die Feldlinien der Spulen im -Kopplungsweg die Kopplung so stark erhöht, da# k"V>1 wirdo Der Oszillator schwingt also.
Enthält der Oszillator keine weiteren Schaltelemente als die bisher beschriebenen, so setzen die Schwingungen wieder aus, wenn man den Koppelstift K aus dem Spulenfeld entfernt. Da aber der Oszillator mit einer Gleichstromrückkopplung ausgestattet ist, wird nunmehr dessen Verstärkung und Kopplung viel größer ; denn die Schrvingspannung wird über C3 aus dem Kollektorkreis von Tj ausgekoppelt und dem Transistor T2 zugeführt. T2 wird leitend.
Dadurch wird der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke von T2 viel kleiner als der Widerstand R1. Der Basis von T1 wird viel mehr Strom zugeführt und der Kollektorstrom von T. und die Verstärkung von T. @ werden grö#er. Ferner ist dem Schwingkreis L1C1 ein Widerstand R5 vorgeschaltet. Dieser übt ohne das Vorhandensein von Tp eine stark dampfende Wirkung auf den Schwingkreis L 1 c1 aus. Aber dadurch, da. beim Einsetzen der Schwingungen T2 nur noch einen sehr kleinen Widerstand hat, und daB der Kollektor von T2 am kalten Ende des Schwingkreises Li und mit seinem Emitter an dem Kondensator C5 liegt, wird das kalte Ende von L1C1 gegen den Kondensator C5 kurzgeschlossen. Der Widerstand R5 wirkt jetzt nur noch wie ein Widerstand für Gleichstrom und der Schwingkreis L1C1 wird entdämpft. Das wirkt sich wie eine erhebliche Erhöhung der Kopplung der beiden Schwingkreise aus. Der ganze Vorgang vollzi@ht sich schlagartig, genau wie das Umkippen einer @@ppschaltung, wobei stets. die maximale Grolle des Stromes von T1 und die maximale Größe der Amplitude der Schwingungen erreicht werden. Nimmt man jetzt den Koppelstift fort, so bleiben Schwingungszustand und Strom der Anordnung unverändert.
Zum Auslöschen der Schwingungen benötigt man die an dem Abtastorgan A angebrachte metallische Dämpfungsscheibe S. Bringt man die Dämpfungsscheibe S, die zweckmäßig senkrecht auf der Achse durch die Spulen L1 und L 2 steht, in die Nähe der Spulenachse, so reicht trotz des Zustandes großer Kopplung und Verstärkung des Oszillators durch die Wirkung von Top die verbleibende Kopplung nicht mehr aus, um die Schwingungen aufrecht zu erhalten. Sie reißen, weil T2 jetzt wieder gesperrt wird, schlagartig ab. Es bestehen nun wieder die gleichen Verstärkungs-und Kopplungsverhältnisse, wie sie sich ohne T2 ergeben. Der Oszillator bleibt auch dann im schwingungslosen Zustand, wenn man die Dämpfungsscheibe wieder entfernt.
Man erkennt, da# der erfindungsgemäße Oszillator die Eigenschaft hat, den zuletzt gegebenen Schaltbefehl bis zum Eintreffen eines gegenteiligen Schaltbefehls zu speichern. Dadurch ergeben sich beim Einsatz eines Oszillators nach der Erfindung völlig neuartige und wesentlich einfachere, bessere und billigere Tösungen für die Anordnungen zur Abtastung von Zeigerstellungen oder Drehbewegungen gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Oszillators.
Bei der Drehzahlmessung wird häufig die Aufgabe gestellt, die Drehrichtung zu unterscheiden. Ein Beispiel hierfür sind Flüssigkeitszähler, die im Betrieb einmal in der einen und einmal in der anderen Richtung durchflossen werden. Die klassische Methode-und das ist nach dem Stand der Technik die einzige angewandte Methode-sieht zur Lösung dieser Aufgabe zwei Oszillatoren vor, die räumlich um 90° einer Schaltperiode (von 360°) gegeneinander versetzt sind, und die bei Drehung des Abtastorgans, der jeden Oszillator in einer Periode 180 lang einschaltet und 180° lang aussclialtet, zwei in der Phase um 90° versetzte Ströme liefern. (siehe Fig. 2). Bei Rechtslauf liefert beispielsweise der 1. Oszillator zuerst Strom, bei Linkslauf der zweite.
Die Oszillatorströme werden dann allgemein in rechteckförmig verlaufende Ströme umgeformt und die Richtungsunterscheidung wird in bekannten Und-Gattern u. dergleichen vorgenommen.
Der Aufwand bei dieser Anordnung ist groß. Man benötigt zwei Oszillatoren, vier Ubertragungsleitungen und die elektrische Schaltung zur Richtungsunterscheidung.
Mit dem erfindungsgemäßen Oszillator ist dagegen die Anordnung zur Unterscheidung der Drehrichtung äußerst einfach. Hierzu ist es erfindungsgemäß nur erforderlich, das Abtastorgan unsymmetrisch auszubilden. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Koppelstifte und Dampfungsscheiben sind so angeordnet, daß sich z. B. bei Rechtsdrehung pro Schaltperiode (360°) jeweils 270 schwingender und 90° nicht schwingender Zustand des Oszillators ergeben. Bei Linksdrehung ist dann automatisch der schwingende Zustand 90° und der nicht schwingende 270° pro Schaltperiode. Ist z. B. der Oszillatorstrom im schwingenden Zustand 10mal so groß wie im nicht schwingenden Zustand, und setzt man den Strom im schwingenden Zustand = 100-, G, so erhält man einen durchschnittlichen Strom über eine Schaltperiode von 77, 5 bei Rechtsdrehung und 27, 5 % bei Linksdrehung. Fico 4 zeigt den Verlauf des Stromes bei beiden Drexlrichtungen. Die Unterscheidung der Drehrichtung nimmt also der erfindungsgemäße Oszillator selbst vor, wobei nur ein einziger Oszillator und natürlich auch nur zwei Übertragungsleitungen erforderlich sind. Die Anzeige der Drehrichtung und die Weiterverarbeitung in eine drehrichtungsabhängige Anzeige oder Zählung kann mit einfachsten Mitteln vorgenommen werden.
Wird allein die Anzeige der Drehrichtung benötigt, so wird erfindungsgemäß ein Relais oder ein Drehspulmeßgerät in den Oszillatorstromkreis eingeschaltet. Ist der mittlere Strom bei Rechtsdrehung z. B. 7, 75 mA und bei Linksdrehung 2, 75 mA, so werden im Relais-2 entsprechende Amperewindungszahlen wirksam. Zweckmäßig wird man das Relais mit einer zweiten Wicklung versehen, die man mit einem konstanten Strom von solcher Größe speist, da# sich eine Durchflutung ergibt, die von gleicher Größe, jedoch von entgegengesetzter Richtung ist, wie die von den 2, 75 mA erzeugte Durchflutung. Das Relais ist dann bei Linksdrehung entregt bzw. abgefallen, und bei Rechtsdrehung erregt bzw. angezogen.
Um ein Arbeiten des Relais ohne Flattern auch bei niedrigen Drehzahlen und entsprechend niedrigen Impulsfrequenzen sicherzustellen, muS das Relais entweder eine Dämpfüngawicklung erhalten, oder es muB der durch die Oszillatorströme erregter Spule ein Kondensator parallel geschaltet werden.
Bei der Verwendung eines Drehspulmeßgerätes als Drehrichtungsanzeiger muB ebenfalls für eine genügend große Me#werksdämpfung gesorgt werden, damit eine ruhige Lage des Zeigers bei den beiden Drehrichtungen gewährleistet ist.
Soll eine drehrichtungsabhängige Anzeige der Drehzahl und/oder eine drehrichtungsabhängige Zählung der Umdrehungen erfolgen, so wird man die Unterscheidung der Drehrichtung zweckmäßig hinter dem eingangsseitigen Impulsformer vornehmen. Fig. 5 zeif-t ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung hierfür. Die Transistoren T3, T4 mit den Widerständen R7 ... R12 und dem Kondensator C7 stellen einen normalen Schmitt-Trigger dar. An dem Widerstand R6 fällt die vom Schwingungszustand des Oszillators abhängige Spannung ab, die den Schmitt-Trigger über den Widerstand R7 steuert. Am Kollektor des Transistors T4 herrscht, wenn der Oszillator schwingt und T3 leitend ist, eine Spannung von 12 V, und wenn der Oszillator nicht schwingt und T4 leite-rd ist, eine Spannung von 2 V. Bleibt man bei dem eingangs gewahlten Beispiel, bei dem für Rechtsdrehung ein Impulsverhältnis von 3 : 1 und für Linksdrehung von 1 : 3 angenommen wurde (s. Fig. 3t Fig. 4), so erhält man am Kollektor von T4 eine mittlere Spannung von 9,5 V bei Rechtsdrehung und von 4,5 5 V bei Linksdrehung. Auf diese mittlere Spannung wird sich ein Kondensator 0. aufladen, dem man die Kollektorspannung von T 4 liber einen Widerstand R13 zuführt.
An den Kondensator C8 ist über den Widerstand R14 ein Transistor T5 angeschlossen, dessen Emitter an eine Spannung etwa vom @ littelwert der beiden richtungsabhängigen Ladespannungen des Kondensators C8 gelegt ist (ca. 7 V). Dies kann über einen Spannungsteiler R17/R18 oder auch über zwei in Serie geschaltete Zenerdioden D/D geschehen, die gleichzeitig zur Stabilisierung der Betriebsspannung dienen können. Im Fall der Ladung des Kondensators auf 9, 5 V (Recntsdrehung), ist dann der Transistor Te leitend, im Fall der Ladung auf 4, 5 V (Linksdrehung) ist er gesperrt.
Ein im Kollektorkreis von T5 oder weiteren von T5 gesteuerten Transistoren liegendes Relais mit entsprechenden Kontaktfedersätsen kann dann die Schaltfunktionen ausführen, die zur drehrichtungsabhängigen Anzeige der. Drehzahl und/oder zur drehrichtun@sabhängigen Zählung notwendigj sind. Diese Schaltfunk-Zone1 können erfindungsgemäß auch auf rein elektronischem Weg gewonnen werden, indem man die drehrichtungsabhängige Spannung an C bsw. den Zustand von T5 zur Steuerung von entsprechenden, @n sich bekannten, mit Halbleitern bestückten Gattern heranzieht. Hierbei kann es vorteilhaft sein, anstelle des in Fig.5 gezeigten positiven Bezugspotentials für die Kollektorspannung von Tc ein negatives Bezugspotential zu haben. Erfindungsgemä# wird hierzu finir Tc ein pnp-Transistor vorgesehen, dessen Kollektor dann am negativen Pol der Speisespannung liegt. Im übrigen bleibt die Anordnung nach Fig. 5 erhalten.
Bei der Abtastung von Zeigerstellungen bietet der erfindungsgemäße Oszillator ähnliche Vorteile. Bei einer nach dem Stand der Technik ausgebildeten Abtasteinrichtung mit Zeigerfahne und Oszillator, die bei einer bestimmten Zeigerstellung einen Steuer-oder Regelbefehl geben soll, werden durch Zeigerpendelungen mehrere solcher Befehle verursacht. Dadurch können die nachfolgenden Bauelemente-z. B. Schütze, Motoren usw-beschädigt, oder die ordnungsgemäBe Wirkung iiberhaupt in Frage gestellt werden. Man schafft bei diesen Einrichtungen dadurch Abhilfe, daß man zwei Oszillatoren vorsieht, die um einen Winkel bzw. eine Strecke versetzt sind größer als die zu erwartende Pendelung, und die über : eitere Schaltelemente mit bistabilem Verhalten derart verknüpft sind, da# der eine einschaltend und der andere ausschaltend wirkt. Das ist ein großerufwand.
In Fig.'6 ist ein Abtastorgan dargestellt, das in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Oszillator eine technisch gleichwertige, billigere Lösung derselben Aufgabe gestattet. Erfindungsgpmäß wird ein gleichwertiges Verhalten mit einem einzigen Oszillator nach der Erfindung und ohne weitere Schaltelemente dadurch erreicht, daß die Zeigerfahne etwa nach Fig. 6 ausgebildet wird. Das Abtastorgan besteht dabei aus einer dünnen Isolierstoffplatte (1), die ein kleines Metallplättchen (2) und eir. Koppelstift (3) trägtt Der Abstand (a) zwischen dem Koppelstift und dem Metallplättchen entspricht der zu unterdrückenden Pendelung. Befindet sich das Abtastorgan rechts von dem erfindungsgemäßen Oszillator, so besteht der Zustand maximaler Schwingungsamplituden und maximaler Gleichstromaufnahme. Bewegt sich der Zeiger nebst Abtastorgan nach links', so tritt zunächst der Koppelstift (3) zwischen die beiden Spulen. Dadurch ändert sich am Schwingungszustand des Oszillators nichts. Erst wenn das Metallplättchen (2) so weit in das Koppelfeld der Spulen tritt, daß die Kopplung nicht mehr genügt, um die Schwingungen aufrecht zu erhalten, reißen sie schlagartig ab, und es flieBt nur noch der minimale Gleichstrom.
Wie bereits beschrieben, kann dieser Zustand nur durch den Eintritt des Koppelstiftes (3) in das Spulenfeld in den schwingenden Zustand mit maximaler Gleichstromaufnahme umgewandelt werden. Die Pendelungen dürfen also fast so groß sein wie der Abstand (a) zwischen Metallplättohen und Koppelstift, ohne daß der Oszillator reagiert.
Die Anordnung nach der Erfindung hat noch weitere Vorteile. Bei den Abtasteinrichtungen nach dem Stand der Technik kann der Oszillator nur unterscheiden, ob sich die Steuerfahne zwischen den Spulen befindet oder nicht. Hierzu ein Beispiel : Soll die Steuerfahne bei 50 % des Skalenwertes bei steigendem Meßwert einen Regelbefehl auslösen, der bewirken soll, daB der MeBwert wieder abnimmt, so wird dieser Befehl wieder aufgehoben, wenn der MeBwert um mehr als die Breite der Steuerfahne über 50 % steigt. Das mu# natürlich verhindert werden. Hierzu sind zwei Methoden üblich.
Bei der ersten Methode wird der Zeiger"gefesselt", dh., der Oszillator tr#gt einen Zeigeranschlag, der den Zeiger daran hindert, den Meßwert zu überschreiten. Das hat den Nachteil, daß der tatsächliche Meßwert nicht mehr abgelesen werden kann.
Bei der zweiten Methode wird eine lange Zeigerfahne verwendet, die, wenn es I10glich sein soll, beliebige Werte von 0..., 100 % vom Meßwert als Schaltpunkt einzustellen, 100 olo der Skalenldnge bzw. den vollen Winkel für den Zeigerausschlag von 0 ... 100 % lang sein muß. Eine so lange Zeigerfahne macht aber konstruktive Schwierigkeiten.
Eine Abtasteinrichtung mit erfindungsgemäß ausgeführtem Abtastorgan unf Oszillator zeigt ohne weiteres das richtige Verhalten mit einem beliebig kurzen Abtastorgan und ohne Zeigerfesselung, weil der letzte Schaltbefehl im Oszillator gespeichert wird.
Soll also nach dem Beispiel bei 50 % des Skalenwertes und steigendem Meßwert geschaltet werden, so bleibt der Schaltbefehl auch dann erhalten, wenn der Meßwert zoom. auf 100 % steigt und der Zeiger sich auf den Skalenwert 100 0 einstellt.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mit einem einzigen Oszillator zwei getrennte Schaltpunkte zu erhalten. Hierzu muß die Zeigerfahne nach. Fig. 6 nur so ausgebildet werden, daß Metallplättchen (2) und Koppelstift (3) in einem solchen Abstand (a) voneinander angebracht werden, daß sich die gewtinschte Schaltdifferenz ergibt.
Will man eine solche Anordnung mit bekannten Mitteln verwirklichen, so benötigt man zwei Oszillatoren, eine lange oder gefesselte Steuerfahne, und mit den beiden Oszillatoren verknüpfte weitere Bauelemente, die das bistabile Verhalten der Gesamtanordnung bewirken.
Der erfindungsgemäße Oszillator hat zwar ein"Gedächtnis','aber er kann, wenn er gerade eingeschaltet wird, nicht unterscheiden, ob sich die Steuerfahne oberhalb oder unterhalb seines Oi. nalbreichs befindet. Dieser Mik#stand ist leicht zu beheben, wenn mai-.. die nach dem Stand der Technik übliche Zeigerfessellng oder lange Zeigerfahne anwendet.
Gemä# der weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens kann jedoch auf die Zeigerfesselung oder die lange Zeigerfahne verzichtet werden. Nach einem einzigen Schaltspiel befindet sich ein Oszillator oder auch mehrere Oszillatoren im Tritt. Es ist also nur erforderlich, den Zeiger bzwo die Steuerfahne einmal über den Meßbereich zu bewegen. Das kann bei einem elektrischen Meßinstrument mit Abtasteinrichtung nach der Erfindung. leicht dadurch geschehen, daß man das Meßwerk von dem Meßstrom abtrennt, einen Hilfsstrom anlegt, der Vollausschlag ergibt und dann wieder den Meßstrom anlegt. Der oder die Oszillatoren sind dann richtig eingestellt.
Erfindungsgemäß kann jedoch eine Einstellung der Oszillatoren auf schwingenden oder nicht schwingenden Zustand auch dadurch erfolgen, da# man ihnen die Betriebsspannung beim Einschalten entweder schlagartig oder saris. ansteigend zuführt.
Legt man die volle Spannung über einen Schalter an, so schffingen die Oszillatoren. Sorgt man dafür, daß der Spannungsanstieg z. B. kleiner als 0, 1 V/ms ist, so schwingen sie nicht. Der letztere Effekt ist leicht zu verstehen ; denn erfindungsgemaß sind Kopplung und Verstärkung der Oszillatoren so bemessen, daß, wenn der Koppelstift sich nicht im Kopplungsweg befindet, ohne das Vorhandensein der Gleichstromrückkopplung keine Schwingung bestehen kann. Die Gleichstromrückkopplung wird erst dann wirksam, wenn vorher die Kopplung durch den Koppelstift auf die zum Entstehen der Schwingung erforderliche GröBe gebracht worden ist. Das einsetzen von Schwingungen beim direkten Anlegen der vollen Betriebsspannung ist darauf zurückzuführen, daß tiber den (Fig. 1) Kondensator C3 der Spannungsimpuls zur Basis von T ? gelangt ; dadurch wird die Gleichstromrückkopplung wirksam.
Diese Betrachtungen gelten selbstverständlich nur für den Fall, daß sich weder Koppelstift noch Dämpfungsscheibe im Spulenfeld befindenc Die'. Virkunp ; von Koppelstift und Dämpfungsscheibe hebt die Wirkung der sanft oder-plötzlich zugeführten Betriebsspannung auf.

Claims

Patentansprüche.

1o Einrichtung zum elektronischen Abtasten beweglicher, insbesondere drehbeweglicher, fester Körper, sowie flüssiger und gasförmiger lIedien, bestehend aus einem Hochfrequenzoszillator, der mit einer Gleichstromrückkopplung ausgestattet ist, mit deren Hilfe die Kopplung und/oder Verstärkung des Oszillators im schwingenden Zustand gegenüber der Kopplung und/oder Verstärkung im nicht schwingenden Zustand sprunghaft stark erhöht wird, und einem Abtastorgan, das den Schwingungszustand dieses Oszillators beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß Kopplung und Verstärkung des Oszillators so eingestellt sind, daß der Oszillator ohne Wirkung der Gleichstromrückkopplung nicht schwingt und d mit Wirkung der Meichstrcmrückkopplung mit seiner vollen Amplitude schwingt, so daß der Oszillator für sich allein als Informationsspeicher dient, und durch Zusammenwirken des Oszillators mit einem Abtastorgan eine beliebig große Schalthysterese entsteht und mit nachgeschalteten elektronischen oder elektromechanischen Elementen das Anzeigen von Bewegungsstellungen und/oder das Anzeigen und/oder Zählen von Bewegungsvorgängen, das Erkennen und/oder Anzeigen von Bewegungsrichtungen ermöglicht wird.
2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da# ? auf dem relativ zum Oszillator beweglichen Abtastorgan drei Zonen vorgesehen sind, nämlich eine einschaltende Zone, welche die Kopplung des Oszillators so beeinflußt, daß er schlagartig mit voller Amplitude schwingt, eine ausschaltende Zone, welche die Kopplung des Oszillators so beeinflußt, daß die Schwingungen schlagartig aussetzen und eine zwischen Einschalt-und Ausschaltzone angeordnete haltende Zone, welche den Oszillator so beeinflu#t daßder jeweils vorhandene Einschalt-bzw. Ausschaltzustand erhalten bleibt.
3. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das normalerweise im Spulenfeld befindliche Medium Luft, eine Flüssigkeit oder ein etwa gleichwertiger Isolierstoff ist, als einschaltende Zone ein weichmagnetischer Ferritkbrper geeigneter Form vorgesehen ist, als haltende Zone der z. T. mit Isolierstoff ausgefiillte"Luftspalt", und als ausschaltende Zone eine Dämpfungsscheibe aus einem elektr. Leiter.
4. Abtastorgan nach Anspruch 1., 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer leitenden Schicht überzogener Körper aus Isolierstoff, z. B. kupferkaschiertes Glashartgewebe weiterverarbeitet wird wie eine geätzte Schaltung, wobei als einschaltende Zone ein von leitender Schicht freier Teil als haltende Zone ein mit einem feinen Muser aus leitender Schicht, etwa in Form eines Gitters, Kammes, Rasters oder Maschengewebes versehener Teil, und als ausschaltende Zone ein vollständig mit leitender Schicht bedeckter Teil dient.
5. Abtastcrgan nach Anspruch 1, 2, daRurch gekenl. zelchnet, daB aus einem z-nächst gleichmaßigen Gitter oder Kamm aus Metall an den als einschaltende Zone dienenden Stellen das Gitter bzw. die Kammzähne entfernt worden sind, während an den alsausschaltende Zone dienenden Stellen das Gitter bzw. der Kamm beispielsweise durch Verlöten verdichtet ist, und als haltende Zone dieæ chenteile dienen, an denen das Gitter bzw. der Kamm in seiner ursprünglichen Gestalt erhalten geblieben ist.
6. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ausschaltende Zone ein Dämpfungsring aus einem elektrischen Leiter vorgesehen ist, vorzugsweise in Kreis-oder Rechteckform, der die Wirkung einer Kurzachlußwindung hat.
7. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Zonen durch einen oder mehrere Ferritkörper gebildet sind, die derart geformt bzw. angeordnet sind, daß sie im Spulenfeld je nach der Stellung des beweglichen Abtastorgars verschieden groBe"Luftspalte", die auch durch wliissikeit oder Isolierstoff gebildet sein können, aufweisen.
8. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2, dadurchgekennzeichnet,daß alle drei Zonen durch einen oder mehrere Ferritkorper gebildet sind, die derart geformt bzw. angeordnet sind, daß ihr im Spulenfeld wirksamer Querschnitt je nach der Stellung des beweglichen Abtastorgans verschieden ist.
9. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Zonen durch Ferritkörper verschiedener Permeabilität gebildet werden
10. Abtastorgan nach Anspruch 1, 2 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ferritkerne mit verschieden großen"Luftspalten", verschiedenen wirksamen Querschnitten und/oder verschiedener Permeabilität kombiniert sind.
11. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 oder 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit in eine rotierende Scheibe oder in die Wand eines rotierenden Hohlzylinders aus Isolierstoff eingelassen ist und die beiden feststehenden Spulen ungefähr miteinander fluchtend zu beiden Seiten dieser Scheibe oder Wand so angeordnet sind, daß der Ferrit bei bestimmten Rotationsphasen den Luftspalt zwischen den beiden Spulen zum Teil überbrückt.
12. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3 oder 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit in einen rotierenden Vollzylinder aus Isolierstoff so eingesetzt ist, daß er diesen Vollzylinder quer durchdringt, und daß die beiden feststehenden Spulen zu beiden Seiten des Vollzylinders senkrecht zur Rotationsachse des Vollzylinders angeordnet sind.
13.Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden feststehenden Spulen nebeneinander entweder Parallel oder unter beliebigem Winkel zueinander angeordnet sind, und da# der Ferrit auf dem Rotationskörper aus Isolierstoff so angeordnet ist, daß er bei bestimmten Rotationsphasen den Luftspalt zwischen den beiden Spulen zum Teil überbrückte
14. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, 2 bis 13J dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Drehrichtung des umlaufenden Teils die einschaltenden und ausschaltenden Zonen am Abtastorgan so angebracht sind, daß der Winkel oder die Strecke von der ausschaltenden zur einschaltenden Zone und der Kinkel oder die Strecke von der einschaltenden zur ausschaltenden Zone abwechselnd verschieden groß sind.
15. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Drehrichtung und/oder zur Unschaltung der Zählrichtung und/oder drehrichtungsabhängigen Drehzahlanzeige der für die beiden Drehrichtungen unterschiedliche Mittelwert des Oszillatorstromes oder der Spannung an einem von dem Oszillatorstrom durchflossenen Widerstand weitere, an sich bekannte, verstärkende und/oder schaltende elektronische oder elektromechanische Elemente beeinflußt, die die besagten Umschaltangen vornehmen.
16. Abtasteinrichtung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daB der Oszillatorstrom ohne oder mit dazwischengeschalteter Verstärkung über eine Relaisspule geführt wird, und da# das Relais bei dem größeren der beiden drehrichtungsabhängigen Ströme anzieht und bei dem kleineren der beiden Ströme abfällt, wobei mit den Relaiskontakten bekannte optische und/oder akustische Signaleinrichtungen gesteuert werden.
17. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais mit zwei Wicklungen eingesetzt wird, dessen erste Wicklung vom Oszillatorstrom durchflossen wird, und dessen zweite Wicklung von einem konstanten Strom solcher Größe durchflossen wird, daß sich für den einen drehrichtungsabhängigen Strom vollständige oder nahezu vollständige Entregung des Relais ergibt.
18. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Oszillatorstrom durchflossenen Relaisspule ein Kondensator paralleligeschaltet wird, der das Flattern der Relais bei niedrigen Drehzahlen bzw. niedrigen Impulsfrequenzen verhindert.
19. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais eine Dämpfungswicklung oder Dämpfungsscheibe erhält, die das Flattern des Relais bei niedrigen Drehzahlen bzw. niedrigen Impulsfrequenzen verhindert.
20. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorstrom über eine Drehspule geleitet wird, die zwei von der Drehrichtung des Abtastorgans abhängige Lagen einnehmen kann.
21. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 16 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daS niedrige Drehzahlen bzw. Impulsfrequenzen auftreten kbnnen, der Drehspule ein Kondensator parallelgeschaltet wird.
22. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung nach Anspruch 1 bis 16 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß niedrige Drehzahlen bzw. Impulsfrequenzen auftreten können, die Drehspule durch einen Parallelwiderstand, eine Wirbelstromd-impfung usw. bedämpft wird.
23. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung und/oder Umschaltung der Zählrichtung und/oder drehrichtungsabhängigen Drehzahlanzeige nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorstrom an einem Widerstand einen Spannungsabfall verursacht, mit dem ein Schmitt-Trigger gesteuert wird, und daß die im Schalttakt kippende Spannung am Kollektor des einen Transistors des Schmitt-Triggers einem Kondensator zugeführt wird, der sich auf eine von zwei mittleren, drehrichtungsabhängigen Spannungen auflädt.
24. Anordnung zur Anzeige der Drehrichtung und/oder Umschaltung der Zählrichtung und/oder drehrichtungsabhängigen Drehzahlanzeige nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem auf eine mittlere drehrichtungsabhängige Spannung aufgeladenen Kondensator ein Transistor oder ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet ist, deren Emitterpotential ungefähr auf dem arithmetischen Mittelwert der beiden drehrichtungsabhängigen Spannungen festgehalten wird.
25. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator dadurch in den schwingenden oder nicht schwingenden Zustand gebracht wird, daß die Betriebsspannung steil ansteigend oder liber ein RC-Glied oder eine Induktivität langsam ansteigend zugeführt wird.
26. Anordnung nach Anspruch 1 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreiehen des gewUns¢hten Einschalt-oder Aussehaltzustandes des Oszillators der Kondensator abgetrennt bzw. die Induktivität kurzgeschlossen wird.
27. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da# zur Mengenzählung das Abtastorgan direkt oder indirekt mit einem durch einen Flüssigkeits- oder Gasstrom angetriebenen Turbinenrad verbunden ist, Während die Schaltelemente des Oszillators vorteilhafter-eise durch eine Kunststoff-Vergußnasse zu einer kompakten Einheit zusammen Vergossen sind.

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