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Peschereibung Meßwertumformer Die Erfindung betrifft einen Meßwertumformer,
der einen Einangsmagnetfluß in einen proportionalen Ausgangsstrom umformt und einen
magnetischen Kreis mit Sättigungseigenschaften aufweist, auf dem eine Wechselstromerregerwicklung
und eine Ausgangswicklung, der ein von der Größe des Ausgangsmagnetflusses abhängiger
Ausgangswechselstrom entnehmbar sind, aufgebracht sind, und wobei zusätzlich eine
Gegenkopplung vorgesehen ist.
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Ein derartiger Meßwertumformer, der einen Eingangsmagnetfluß in einen
proportionalen Ausgangsstrom umformt, ist bekannt.
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Bei diesem bekannten Mel3wertumformer wird zur Erzeugung der Gegenkopplung
ein in dem Luftspalt des magnetischen Kreises vorgesehener Permanentmagnet verwendet,
der in diesem Luftspalt drehbar gelagert ist und zum Verdrehen mit einem Induktionsmotor
in
Verbindung steht, dessen einer Feldwicklung eine Bezugswechselspannung zugeleitet
wird, und dessen andere Feldwicklung mit der den von der Größe des Einangsmagnetflusses
abhängigen Ausgangswechselstrom liefernden Ausgangswicklung des Meßwertumformers
in Verbindung steht. Wenn bei dieser Anordnung eine EIngangsmagnetfluß in den magnetischen
Kreis eingeprägt wird und die Ausgangswicklung eine -Spannun£ liefert, fängt der
Motor zu drehen an, bis. der in den Luftspalt des magnetischen Kreises vorgesehene
Permanentmagnet. eine Stellung einnimmt, in der er in den magnetischen Kreis einem
dem EIngangsmagnetfluß entgegengerichteten Magnetfluß gleicher Größe induziert.
In diesem Fall ist der Eingang magnetfluß kompensiert, und der Induktionsmotor gelangt
zum Stillstand, da die Ausgangswicklung den Motor nicht mehr speist. Die Größe und
Richtung der durch den Induktionsmotor bewirkten Verdrehung des Permanentmagneten
stellt dann ein direktes Maß für die SWrke und Richtung des Eingangsmagnetflusses
dar.
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Bei diesen bekannten Merßwertunformer wird also ein Eingangsmagnetf.luß
in eine proportionale Minkeldrehung eines Teiles umgewandelt und aus dieser Winkeldrehung
auf die Größe und Richtung des Eingangsmagnetflusses geschlossen.
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Die Umwandlung des Eingangsmagnetflusses in einen Ausgangsgleichstrom,
dessen. Größe und Polarität der jeweiligen Stärke und Richtung des Eingangsmagnetflusses
entspricht, ist jedoch nicht möglich, Denn wüurde man den von der Ausgangswicklung
gelieferten
Ausgangswechselstrom gleicbrichten; würde dieser strom
unabhängig von der Richtung des Eingangsmagnetflusses immer im gleichem Sinne fließen.
Erst durch die Verwendung des Induktionsmotors wird bei dem bekannten Meßwertumformer
eine gerichtete Anzeige eeschaffen, die sich aber eben nur in einer Winkeldrehung
eines verdrehbaren Teiles in der einen or aiideren Richtung äußert und nicht durch
einen Ausgangsgloichstrom dargestellt wird, waas aber in vielen praktischen Fällen
von Vorteil sein kann, Außerdem ist es mit dem bekannten Meßwertumformer nicht nöglich,
-nur die Abweichung des Eingangsmagnetfiusses on einen bestimmten Sollwert anzuzeigen,
da nach im Falle, in dem der Sollwert in den magnetischen Kreis eininduziert wird,
dies eine entsprechende Winkelverdrehung des Fermanentmagneten zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die AUfgabe zugrunde, eine Meßwertumformer de
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der einen Eingangsmagnetfluß in einen proportionalen
Ausgangsgleichstrom umwandelt und mit dem es möglich ist, daß allein die Abweichung
des Eingangsmagnctflusses von einem vorgegebenen Sollwert erfaßt wird.
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Diese Aufgabe ist bei einem Meßwertumformer der eingangsbeschriebenen
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die bei diesem Meßwerteumformer vorgesehene
Gegenkopplung durch 'eine auf den magnetischen Kreis aufgewickelte Gegenkopplungswicklung
erzeugt ist, die an den Ausgang eines den Ausgangswechselstrom
in
einen Ausgangsgleichstrom umwandelnden phasenempfindlichen Gleichrichters angeschlossen
ist, und daß zum Schaffen eines dem SOllwert entsprechenden Bezugswertes ein Permanentmagnet
oder eine gleichstromgespeiste Zusatzwicklung vorgesehen ist, durch die in dem magnetischen
Kreis ein dem Eingangsmgnetfluß entgegengerichteter konstanter Magnetfluß erzeugt
wird.
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Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird erreicht, daß der in den
magnetischen Kreis eingeprägte Eingangsmagnetfluß bei einer bestimmten Größe genau
Null ist, so daß der von dem erfindungsgemäß vorgesehenen phasenempfindlichen Gleichrichter
gelieferte Ausgangsgleichstrom, dessen Polarität von der Richtung des in dem magnetischen
Kreis fließenden resultierenden Magnetflusses abhängt, allein die Abweichung des
eingeprägten Eingangsmagnetflusses von dem betreffenden Sollwert nach Betrag und
Vorzeichen repräsentiert.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer neichnungen
anzwei Ausfilhrungsbeispielen näher erläutert.
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Inden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Meßwertumformers gemäß der Erfindung zur Erläuterung seines Wirkungsprinzips, und
Pig.
2 den in Fig. 1 dargestellten Meßwertumformer bei einem bestimmten Anwendungsfall.
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Gemäß Xig. 1 ist der dargestellte Meßwertumformer insgesamt mit dem
Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dieser Meßwertumformer umfaßt einen magnetischen Kreis
mit einem sättìgungsfähigen Kernstück 11, an welches sich ein ringförmiger Teil
11a anschließt, auf dem eine Wechselstromerregerwicklung 12 aufgewickelt- ist. Von
dem sättigungsfähigen Kernstück 11 aus erstrecken sich zwei Polstücke 13 und 14
nach oben, die aus ferromagnetischem Ferrit oder einem anderen Material mit hoher
Permeabilität bestehen. Die Polstücke 13 und 14 sind mit einer Ausgangswicklung
17 versehen, die über Leitungen 18 und 19 mit dem Eingang eines phasenempfindlichen
Gleichrichters 20 verbunden ist, der in Porm einer Vierdioden-Brückenschaltung nach
Art einer Graetz-Schaltung ausgebildet sein kann. Die eine Ausgangsklemme des phasenempfindlichen
Gleichrichters 20 ist über eine Leitung 21 an eine Ende einer Gegenlropplungswicklung
23 angeschlossen, die gleichfalls auf den Polstücken 13 und 14 aufgewickelt ist.
Das andere Ende der Gegenkopplunjgswicklung 23 ist über eine eitung 22 mit dem Belastungsausga2lg
24 des Meßwertumformers 1Q verbunden, der wiederum über eine Leitung 25 an die andere
Ausgangsklemme des phasenempfindlichen Gleichrichters 20 angeschlossen ist. Die
Wechselstromerregerwicklung 12 ist mit einem Oszillator 27 als Speisespannungsquelle
verbunden, der über Leitungen 28 und 29 mit dem phasenemindlichen Gleichrichter
20 in Verbidung steht.
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Um die Wirkungsweise des Meßwertumformers von Fit,. 1 bei einem sich
ändernden Eingangsmagnetfluß erläutern zu können, ist zum Erzeugen eines derartigen
Magnetflusses ein Permanentmagnet 31 vorgesehen, der in den magnetischen Kreis den
Eingangsmagnetfluß einprägt und zum Verändern der Größe dieses Eingangsmagnetflusses
in dem Luftspalt des magnetischen Kreises zwischen den Polstücken 13 und 1" in senkrechter
Richtung verschiebbar ist. Der Permamentmagnet 31 ist gemäß Fig. 1 so epolt, daß
dessen Nordpol dem Polstück 13 und der Südpol dem Polstück 14 benachbart ist.
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Zum Bilden eines Stellungssollwertes als Bezugswert sind bei dem
Meßwertumformer gemäß Fig. 1 ferner zwei Permanentmagnete 3 und 33 vorgesehen, die
gegenüber dem Singabemagneten, 31 entgegengesetzt gepolt sind und demzufolge in
dem magnetischen Kreis einen FIagnetfluß erzeugen, der dem durch den Permanentmagneten
31 eingeprägten Magnetfluß entgegengesetzt gerichtet ist.
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Der Meßwertumformer 10 arbeitet nach dem Prinzip einer periodischen
änderung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises, die dadurch hervorgerufen
wird, daß das sättigungsfähige Kernstück 11, 11a periodisch über die Wechselstromerregerwicklung
12 gesättigt wird. Damit wird erreicht, daß sich der-magnetische Widerstand des
magnetischen Kreises im Takte er Prequenz des Oszillators 27 ändert, so daß in gleicher
Weise
die Größe des in dem magnetischen Kreis fließenden Magnetflusses geändert wird.
Dadurch kann, obwohl der von dem Eingabemagneten 31 in dem magnetischen Kreis eingeprägte
Magnetfluß an sich konstant ist, der Ausgangswicklung 17 eine Ausgagsspannung entnommen
erden, deren Frequenz doppelt so groß wie tiffie Frequenz des Oszillators 27 ist.
In Hinblickdarauf ist zwissien den Oszillator 27 und den phasenempfindlichen Gleichichüer
20 ein nicht näher gezeigter Frequenzverdoppler vorgegehen, danit diesen Gleichrichter
Spannungen gleicher Frequenz zugeführt werden. Alternativ dazu kann aber auch eine
Gleichrichtendiode mit der Wechselstromerregerwicklung 12 in Serie geschaltet sein,
was zur Folge hat, daß die Grundfrequenz der Ausgangsspannung der Ausgangswicklung
17 gleich derjenigen der Frequenn des Oszil lators 27 ist. -In diesem Fall braucht
die Frqquenzverdopplungsstue zwischen den Oszillator 27 und dem Gleichriclter 20
nicht vorgesehen zu sein.
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Ist der von dem Permagnentmagneten 31 eingeprägte Eingangsmangnetflus
gleich dem durch die Permamentmagnete 32 und 33 erzuegten, entgegengerichteten @@netflu@
kann der Ausgangswicklung 17 keine AUsgangsspannung entonommen werden.
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Wird der Permanentmagnet 31 hingegen verschoben, um die Größe dieses
dem Bezugswert entsprechenden Eingangsmagnetflusses zu Vercndern, tritt in dem magnetischen
Kreis ein resultierender
MagnetfluB auf, der eine Spannung in der
Ausgangswicklung 17 zur Folge hat. Diese Spannung, deren Phasenlage sich nach der
Richtung des in dem magnetischen Kreis fließenden resultierenden Magnetflusses richtet,
wird über die Leitungen 18 und 19 dem Eingang des phasenempfindlichen Gleichrichters
20 zugeleitet, und dabei mit der Phase der von dem Oszillator 27 erzeugten Spannung
verglichen. Am Ausgang des Gleichrichters 20 tritt dann eine Ausgangsgleichspannung
auf, deren Polarität von der Phasenlage des von der Ausgangswicklung 17 gelieferten
Wechselder Abweichung spannungasignales und damit von dem Vorzeichen/des Eingang
magnetflusses von dem Bezugswert abhängt und deren Größe in linearer Beziehung zu
der Größe dieser Eingangsmagnetflußabweichung steht. Die Ausgangsgleichspannung
des Gleichrichters 20 hat einen Ausgangsgleichstrom zur Folge, der über den z.B.
durch einen ohmschen Widerstand gebildeten Belastungsausgang 24 des Meßwertumformers
der Gegenkopplungswicklung 23 zugeführt wird, durch die in dem magnetischen Kreis
ein weiterer, dem Eingangsmagnetfluß entgegengerichteter Magnetfluß erzeugt wird,
dessen Größe direkt von der Stellung des Permanentmagneten 31 abhängt. Der von den
phasenempfindlichen Gleichrichter 20 gelieferte Ausgangsgleichstrom ist in wesentlichen
unabhängig von Änderungen des Belastungsausgangswiderstandes des ießwertumformers.
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Da bei dem ließwertumformer gemäß Fig.1 dr ringförinige Teil 11a
des magnetischen Kreises so angeordnet ist,
daß der von der Wechselstromerregerwicklung
12 erzeugte Magnetfluß rechtwinkelig zu dem von dem Eingabemagneten 31 in den magnetischen
Kreis eingeprägten Magnetfluß verläuft und den magnetischen Kreis zwischen den die
Ausgangs- und Gegenkopplungswicklung tragenden Polstücken durchsetzt, tritt keine
Kopplung zwischen diesen Wicklungen der Wechselstromerregerwicklung 12 auf.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Anwendungsfall wird ein Meßwertumformer
gemäß der Erfindung dazu verwendet, den durch eine Sammelschiene 180 fließenden
elektrischen Strom, die anstelle des in Fig. 1 gezeigten Permanentmagneten 31 die
Einrichtung zum Erzeugen ### des Eingangsmagnetflusses ist, genau auf seinen Sollwert
zu halten. Der Meßwertumformer ist dabei in gleicher Weise ausgebildet, wie es unter
Bezugnahme auf den in Pig. 1 dargestellten Meßwertumformer beschrieben wurde, abgesehen
davon, daß die Permanentmagnete 32 und 33 durch eine von einer einstellbaren Gleichstromquelle
183 gespeiste Zusatzwicklung 181 versetzt sind, und daß anstelle des stegförmigen
Kernstückes 11 mit dem Teil lla ein einziges ringförmiges Teil 11' vorgesehen ist,
auf auf dem sich diametral gegenüberliegend zwei in Serie geschaltete Einzelwicklungen
12a und 12b, die zusammen die Erregerwicklung 12 bilden, aufgewickelt sind.
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Gemäß Fig. 2 ist die Sammelschiene 180 so anordnet, daß sie sich
kurz oberhalb des Luftspaltes zwischen den beiden Polstücken 13 und 14 des magnetischen
Kreises erstreckt und im rechten Winkel zu den Polstücken verläuft. Dadurch hat
das Magnetfeld, welches von dem durch die Sammelschiene 180 hindurchfließenden Strom
erzeugt wird, eine Komponente, die ähnlich wie bei dem Permanentmagneten 31 von
Fig. 1 zwischen den beiden Polstücken 13 und 14 verläuft und dadurch in den magnetischen
Kreis den Eingangsmagnetfluß einragt, dem der von der Zusatzwicklung 181 ereugte
Magnetfluß entgegengerichtet ist.
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Um nun diesen die Sammelschiene 180 durchfließenden Strom auf einen
bestimmten Sollwert zu halten, dessen Größe durch den von der Zusatzwicklung 181
erzeugten Magnetfluß bestimmt wird, ist dem Widerstand 24 am Belastungsausgang des
phasenempfindlichen Gleichrichters 20 ein Gleichstromverstärker 184 parallel geschaltet,
dessem Eingang die über dem Widerstand 24 abfallende Gleichspannung, deren Größe
direkt proportional zu der Abweichung des von der Sammelschiene erzeugten Mangetflusses
von dem betreffenden Sollwert abhängt, zugeführt wird und an dessem Ausgang der
entsprechend verstärkte Gleichstrom abnehmbar ist.
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Dieser Gleichstrom wird-der nicht gezeigten Regeleinrichtung für den
gleichfalls nicht näher dargestellten, den Strom in der Sammelschiene 180 erzeugenden
Generator zugeführt, um denselben
so zu regeln, daß die gegebenenfalls
aufgetretene Abweichung wieder auf den Nullwert zurückgeregelt wird, bei dem die
beiden durch die Zusatzwicklung 181 und die Bammelschiene 180 in den magnetischen
zeins des Meßertumformers eingeprägten, entgegengerichteten Magnetfüsse in der Größe
gleich groß sind unu bei dem der Strom dadurch die Sammelschiene 180 eine dem Sollwert
entsprechende Stärke besitzt.
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Patentanspruch