DE1591953C - Messwertumformer. Ausscheidung aus: 1272569 - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertumformer, der einen Eingangsmagnetfluß 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 ist, aufgebracht sind, und wobei zusätzlich eine Gegenkopplung vorgesehen ist."

Bei einem bekannten Meßwertumformer. dieser . Gattung (USA^Patentschrift 2 053 154) 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 Eingangsmagnetflusses abhängigen Ausgangswechselstrom liefernden Ausgangswicklung des Meßwertumformers in Verbindung steht. Wenn bei dieser Anordnung ein Eingangsmagnetfluß in den magnetischen Kreis eingeprägt wird und die Ausgangswicklung eine Spannung liefert, fängt der Motor zu drehen an, bis der in dem Luftspalt des magnetischen Kreises vorgesehene Permanentmagnet eine Stellung einnimmt, in der er in den magnetischen Kreis einen dem Eingangsmagnetfluß entgegengerichteten Magnetfluß gleicher Größe induziert. In diesem Fall ist der Eingangsmagnetfluß 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 Stärke und Richtung des Eingangsmagnetflusses dar.

Bei diesem bekannten Meßwertumformer wird also ein Eingangsmagnetfluß in eine proportionale Winkeldrehung eines Teiles umgewandelt und aus dieser Winkeldrehung auf die Größe und Richtung des Eingangsmagnetflusses geschlossen. Die Umwandlung des Eingangsmagnetflusses in einen Ausgangsgleichstrom, dessen Größe und Polarität der jeweiligen Stärke und Richtung des Eingangsmagnetflusses entspricht, ist jedoch' nicht möglich. Denn würde man den von der Ausgangswicklung gelieferten AusgangsweGhselstrom gleichrichten, würde dieser-Strom unabhängig von der Richtung des Eingangsmagnetflusses immer im gleichen Sinne fließen. Erst durch die Verwendung des Induktionsmotors wird bei dem bekannten Meßwertumformer eine gerichtete Anzeige geschaffen, die sich aber eben nur in einer Winkeldrehung eines verdrehbaren Teiles in der einen oder anderen Richtung äußert und nicht durch einen Ausgangsgleichstrom dargestellt wird, was aber in vielen praktischen Fällen von Vorteil sein kann. Außerdem ist es mit dem bekannten Meßwertumformer nicht möglich, nur die Abweichung des Eingangsmagnetflusses von einem bestimmten Sollwert anzuzeigen, da auch im Falle, in dem der Sollwert in den magnetischen Kreis eininduziert wird, dies eine entsprechende Winkelverdrehung des Permanentmagneten zur Folge hat.

Bei einem Brücken-Magnetometer ist es ferner bekannt (deutsche Patentschrift 1015 918), zusätzlich zu den beiden in den Brückenzweigen liegenden Meßspulen eine gemeinsame. Kompensationswicklung vorzusehen, die mit einem derart großen Gleichstrom gespeist wird, daß jeweils wieder Brückengleichgewicht besteht. Die Größe dieses Gleichstromes ist ein unmittelbares Maß für die Magnetfeldkomponente relativ zu der magnetischen Achse.der Kerne der beiden Meßspulen. Der das Kompensationsfeld erzeugende Gleichstrom wird, bei dieser bekannten Anordnung selbsttätig über das in der Brückendiagonale angeordnete Galvanometer erzeugt, das. unmittelbar einen entsprechenden Gleichstromgenerator steuert. Dieses bekannte Magnetometer zur Bestimmung irgendeiner Komponente eines Magnetfeldes ermöglicht ebenfalls nicht die Anzeige der Abweichung des Eingangsmagnetflusses von einem bestimmten Sollwert.

■ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertumformer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der einen Eingangsmagnetfluß in einen proportionalen Ausgangsgleichstrom umwandelt und mit dem es möglich ist, daß allein die Abweichung des Eingangsmagnetflusses von einem vorgegebenen Sollwert erfaßt wird.

Diese Aufgabe ist bei einem Meßwertumformer der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die bei diesem Meßwertumformer 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 Eingangsmagnetfluß entgegengerichteter konstanter Magnetfluß erzeugt wird.

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.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Meßwertumformers gemäß der Erfindung zur Erläuterung seines Wirkungsprinzips und

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Meßwertumformer bei einem bestimmten Anwendungsfall.

Gemäß F i g. 1 ist der dargestellte Meßwertumformer insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dieser Meßwertumformer umfaßt einen magnetischen Kreis mit einem sättigungsfähigen 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 Form einer Vierdioden-Brückenschaltung nach Art einer Graetz-Schaltung ausgebildet sein kann. Die eine Ausgangsklemme des phasenempfindlichen Gleichrichters 20 ist über eine Leitung 21 an ein Ende einer Gegenkopplungswicklung 23 angeschlossen, die gleichfalls auf den Polstücken 13 und 14 aufgewickelt ist. Das andere Ende der Gegenkopplungswicklung 23 ist über eine Leitung 22 mit dem Belastungsausgang 24 des Meßwertumformers 10 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 phasenempfindlichen Gleichrichter 20 in Verbindung steht.

Um die Wirkungsweise des Meßwertumformers von F i g. 1 bei einem sich ändernden Eingangsmagnetfluß erläutern zu können, ist zum Erzeugen eines derartigen Magnetflusses ein Permanentmagnet 3ί 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 14 in senkrechter Richtung verschiebbar ist. Der Permanentmagnet 31 ist gemäß Fig. 1 so gepolt, daß dessen Nordpol dem Polstück 13 und der Südpol dem Polstück 14 benachbart ist.

Zum Bilden eines Stellungssollwertes als Bezugswert sind bei dem Meßwertumformer gemäß Fig. 1 ferner zwei Permanentmagnete 32 und 33 vorgesehen, die gegenüber dem Eingabemagneten 31 entgegengesetzt gepolt sind und demzufolge in den magnetischen Kreis einen Magnetfluß erzeugen, der dem durch den Permanentmagneten 31 eingeprägten Magnetfluß entgegengesetzt gerichtet ist

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 der Frequenz 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 Ausgangsspannung entnommen werden, deren Frequenz doppelt so groß wie die Frequenz des Oszillators 27 ist. In Hinblick darauf ist zwischen dem Oszillator 27 und dem phasenempfindlichen Gleichrichter 20 ein nicht näher gezeigter Frequenzverdoppler vorgesehen, damit diesem Gleichrichter Spannungen gleicher Frequenz zugeführt werden. Alternativ dazu kann aber auch eine Gleichrichterdiode mit der Wechselstromerregerwicklung 12 in Serie geschaltet sein, was zur Folge hat, daß die Grundfrequenz der Ausgangsspannung der Ausgangswicklung 17 gleich derjenigen der Frequenz des Oszillators 27 ist. In diesem Fall braucht die Frequenzverdopplungsstufe zwischen dem Oszillator 27 und dem Gleichrichter 20 nicht vorgesehen zu sein. Ist der von dem Permanentmagneten 31 eingeprägte Eingangsmagnetfluß gleich dem durch die Permanentmagnete 32 und 33 erzeugten, entgegengerichteten Magnetfluß, kann der Ausgangswicklung 17 keine Ausgangsspannung entnommen werden.
Wird der Permanentmagnet 31 hingegen verschoben, tun die Größe dieses dem Bezugswert entsprechenden Eingangsmagnetflusses zu verändern, tritt in dem magnetischen Kreis ein resultierender Magnetfluß 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 Wechselspannungssignals und damit von dem Vorzeichen der Abweichung des Eingangsmagnetflusses 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 dem phasenempfindlichen Gleichrichter 20 gelieferte Ausgangsgleichstrom ist im wesentlichen unabhängig von Änderungen des Belastungsausgangswiderstandes des Meßwertumformers.

Da bei dem Meßwertumformer gemäß Fig. 1 der ringförmige Teil 11 α 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.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Anwendungsfall wird ein Meßwertumformer gemäß der Erfindung dazu verwendet, den durch eine Sammelschiene 180 fließenden elektrischen Strom, die an Stelle des in Fig. 1 gezeigten Permanentmagneten 31 die Einrichtung zum Erzeugen des EingangsmagnetfTusses ist, genau auf seinen Sollwert zu halten. Der Meßwertumformer ist dabei in gleicher Weise ausgebildet, wie es unter Bezugnahme auf den in Fig. 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 an Stelle des stegförmigen Kernstückes 11 mit dem Teil 11 α ein einziges ringförmiges Teil U' vorgesehen ist, auf dem sich diametral gegenüberliegend zwei in Serie geschaltete Einzelwicklungen 12 α und 12 b, die zusammen die Erregerwicklung 12 bilden, aufgewickelt sind.

Gemäß Fig. 2 ist die Sammelschiene 180 so angeordnet, 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 einprägt, dem der von der Zusatzwicklung 181 erzeugte Magnetfluß entgegengerichtet ist.

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 Magnetflusses von dem betreffenden Sollwert abhängt, zugeführt wird, und an dessem Ausgang der entsprechend verstärkte Gleichstrom abnehmbar ist. 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 regem, daß die gegebenenfalls aufgetretene Abweichung wieder auf den Nullwert zurückgeregelt wird, bei dem die beiden durch die Zusatzwicklung 181 und die Sammelschiene 180 in den magnetischen Kreis des Meßwertumformers eingeprägten, entgegengerichteten Magnetflüsse in der Größe gleich groß sind und bei dem der Strom durch die Sammelschiene 180 eine dem Sollwert entsprechende Stärke besitzt.

Hierzu !BlattZeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Meßwertumformer, der einen Eingangsmagnetfluß in einen proportionalen Ausgangsstrom umformt, mit einem magnetischen Kreis mit Sättigungseigenschaften, auf dem eine Wechselstromerregerwicklung und eine Ausgangswicklung,der ein von der Größe des Eingangsmagnetflusses abhängiger Ausgangswechselstrom entnehmbar ist, aufgebracht sind, wobei eine Gegenkopplung vorgesehen ist, "dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung durch eine auf den magnetischen Kreis aufgewickelte Gegenkopplungswicklung (23) erzeugt ist, die an den Ausgang eines den Ausgangswechs,elstrom in einen Ausgangsgleichstrom umwandelnden phasenempfindlichen Gleichrichters (20) angeschlossen ist, und daß als Bezugswert ein Permanentmagnet (32, 33) oder eine gleichstromgespeiste Zusatzwicklung vorgesehen ist, durch die zum ao Schaffen des Bezugswertes in den magnetischen Kreis ein dem Eingangsmaghetfluß entgegengerichteter konstanter Magnetfluß erzeugt wird.