DE1673966A1

DE1673966A1 - Elektromagnetischer Geber zur Lageanzeige

Info

Publication number: DE1673966A1
Application number: DE19681673966
Authority: DE
Inventors: Stigmark Karl Adolf Lennart
Original assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Current assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Priority date: 1967-02-20
Filing date: 1968-02-19
Publication date: 1971-10-07
Also published as: DK118645B; US3488578A; GB1169155A; SE327287B; NL6802294A

Description

KOGKUMS MEXANISKA VERKSTADS AKTIEBOLAG. Stora Varvagatan 8, MALMÖ C, _% '

(Schweden).

A. Orfoeety Dt.-lng. H. Ki.iteld-·/ Dr.-Ing. W. Stocks ;<r t Manch* »2. Maxtmllionilr

ELEKTROMAGNETISCHER &EBER 2UR LAGEANZEIGE

Die Erfindung betrifft induktive Geber und insbesondere elektromagnetische Geber zur Lageanzeige.

Eine elegante Konstruktion zum Hessen grosser Lageänderungen mit grosser Genauigkeit ist der periodische Differentialtransformator, welcher aus einer Spul· ait ein«? Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen a<Mfie einen» in der Spule verschiebbaren Kern beeteht, der Partien aus magnetisch leitend«! Material abwechselnd rait Partien aus magnetisch nicht-leitendem Material aufweist. Die Primärwicklung eines solchen Differentialtrans formators wird mit einem Wechselstrom einer geeigneten Frequenz und Spannung gespeist, und die beiden Seirunaärwickluagen 3ind in der Weise ver~

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bunden, dass die darin induktiv erzeugten Spannungen um 18O zueinander phasenverschoben sind. Bei Verschiebung des Kerns im Transformator erhält man nach einem phasenempfindlichen Detektor eine Ausgangsspann ung, die mit der Verschiebung sinusförmig variiert.

Die Erfindung ist entwickelt worden, um das Ausnützen der vom Differentialtransformator erhaltenen Ausgangsspannung für eine visuelle Lageanzeige zu erleichtern, derart, d.ass bei Verschiebung .des Kerns durch die Spule etwaige Fehler infoige von Ungenauigkeiten im Kern oder in den Spulen uährend der fortlaufenden Verschiebung des Kerns über lange Strecken nicht addiert werden.

Laut der Erfindung wird ein elektromagnetischer Geber zur Lageanzeige vorgeschlagen. Dieser Geber zeichnet sich durch die Kombination zweier Differentialtransformatoren der oben geschilderten Art aus, welche koaxial angeordnet sind und von einem ihnen gemeinsamen Kern aus abwechselnd magnetisch leitendem und magnet iech nicht-leitendem Iiaterial ^% durchlaufen sind sowie untereinander axial versetzt sind, damit eine 90°-ige Phasenverschiebung zwischen den von den beiden Differentialtransformatoren abgenommenen Signalverlaufe erhalten wird. Diese Signalverläufe können dabei zusammengesetzt werden, uw ein Dre.ifsld zu crscu^er., < aa unter Anwendung b#* inntar

ft η η / ) i (j 3 4 4 BAD

Glieder einen Apparat zur visuellen Anzeige betätigt.

Zur näheren Erläuterung soll eine Ausführungsform der Erfindung im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen elektromagnetischen Geber mit daran angeschlossenem Anzeigeapparat ,

Fig. 2 ein Diagramm, üas die von den beiden 'Differentialtransfomatoren nach phasenempfindliehen Detektoren abgenommenen Signalverlaufe veranschaulicht, und

Fig. 3 und k Vektordiagramme, die das vom Geber erhaltene Drehfeld veranschaulichen.

Der in Fig. 1 gezeigte elektromagnetische Geber umfasst zwei Differentialtransformatoren 10 und 20 einer an sich bekannten Ausführung. Jeder Differentialtransformator besitzt eine Spule 11 bzw. 21 mit drei Wicklungen, und sswar eine Primärwicklung 12 bzw. 22, die mit Wechselstrom geeigneter Spannung und Frequenz von einer und derselben Stromquelle beaufschlagt wird, und zwei auf beiden Seiten davon angeordnete Sekundärwicklungen 13, I^ bzw. 23, 24, die reihengeschaltet sind, derart, dass durch Induktion darin erzeugte Sekundärspannungen u:a 130*" zueinander piia.'ienvez'scno'jeri sind, i-ie uiffjerentialtransfosjpiafcoren

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geben ihre Ausgangsspannung an einem Signalausgang 15 bzw. 25 ab, und diese Ausgänge sind an je einen phasenempfindlichen Detektor 16 bzw. 26 angeschlossen.

Die beiden Differentialtransformatoren 10 und 20 sind koaxial miteinander angeordnet und sind um eine Strecke d axial voneinander getrennt sowie von einem ihnen gemeinsamen Kern 30 durchlaufen, welcher abwechselnd aus Partien 31 magnetisch leitenden Materials und Partien 32 magnetisch nicht-leitenden Materials besteht. Dieser Kern kann ein magnetisch nicht-leitendes Rohr sein, *in welchem die Partien bildende Körper aus Magnetmaterial untergebracht sind, welche durch die leeren Partien 32 axial voneinander getrennt sind. Bei axialer Verschiebung des Kerns durch die beiden Differentialtransformatoren werden die von den Sekundärwicklungen der^Transformatoren an den Ausgängen 15 und 25 abgenommenen und nach Detektion in den phasenempfiridlichen Detektoren 16 und 26 erhaltenen Signale sinusförmig variieren. Laut der Erfindung ist nun der Abstand d zwischen derw & beiden Differentialtransformatoren so b«a«ssen, dass die beiden Ausgangsignale um 90° oder (90° + 2n I80 ) zueinander phasenverschoben sind, worin η = 1, 2, 3* ist (aus praktischen Gründen muss vielleicht η i 0 sein, damit eine Kupplung zwischen den beiden Differentialtransformatoren vermieden wird).

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Die Ausgangssignale von den Detektoren 16 und 26 sind in Fig. 2 veranschaulicht, wo die obere Sinuskurve 17 das Signal vom Detektor 16 und die untere Sinuskurve 27 das Signal vom Detektor 26 bei Verschiebung des Kerns 30 im einen Sinne repräsentiert. Die Kurve 27 liegt 90° vor der Kurve 17. Diese beiden KurVen werden nun im folgenden näher studiert.

Angenommen, dass die Spannung.vom Detektor 16 den Momentanwert U, hat und die Spannung vom Detek-

tor 26 den Moraentanwert U~ hat, so lassen sich diese Momentanwerte ausdrücken als

= U

UL = Ij sin (OC + -Ii—) =3 cos 2 ₂

wo o<, zwischen O und 2 It für eine periodische Ver-Schiebung des Kerne 30 variiert und U der Spitzenwert der Ausgangsspannung iet, welcher für beide Differenz tialtransformatoren als der gleich« angenommen wird, _% indem vorausgesetzt wird, dass diese Transformatoren identisch gleich sind und mit einem und demselben Wechselstrom über die Primärwicklung 12 bzw. 22 gespeist werden. Die Ausgangsspannungen U₁ und U₂ werden nun je für'sich in einem Gleichspannungsverstärker bav/. 28 verstärkt und je einer zweier in Querphase

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angeordneter gleicher Hagnetwioklungen 18 und 28 aufgedrückt, in denen sie Magnetflüsse erzeugen, die als

0— ~[f TT

- ^k · ^Ü2

definiert werden können, wo k eine Konstante ist, die vom Verstärker und von der Konstruktion der Magnetwicklung ahhängig ist. Unter Anwendung der oben angegebenen Ausdrücke für die "Spannungen ü, und U₂ erhält man nun

= k - U 3in

ÖL· = k · δ cos ⁰^ . φ

Diese beiden Magnetflüsse vereinigen sich zu einem resultierenden Magnetfluss 0_res» wi« in Pis· 3 veraaschaulicht ist, und für das dort geseigte Vektordiagramm gelten die folgenden Ausdrücke:

i₁ = 0 . sin

1 res

· cos

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Wenn man das Vektordiagramm laut Pig. 3 für verschiedene Punkte a-h auf den Kurven 17 und zeichnet, erhält man einen Vektor Φ , der in den verschiedenen Punkten die in Pig. 4 dargestellten Richtungen hat. Sei Verschiebung des Kerns 30 in dem angenommenen Sinn dreht sich der Vektor 0 so-

. res

.mit entgegen dem Uhrzeigersinn, und diesen sich drehenden Magnetfluss kann man in bekannter Weise auf einen Magneten, z.B. ein Polrad, einwirken lassen, welcher direkt oder unter Zwischenschaltung einer Übersetzung an einen Zeiger 33 gekuppelt ist, der auf einer Skala die Lage des Kerns 30 und somit des an diesen gekuppelten beweglichen Organs direkt anzeigen kann. Bei Verschiebung des Kerns 30 im entgegengesetzten Sinn ist die Umlaufrichtung des Zeigers üie entgegengesetzte. Etwaige Fehler in der erhaltenen Lageanzeige, beispielsweise dadurch, dass die beiden Different ialt rans f ο rraat oren nicht genau gleich sind, beschränkt sich dabei auf jeden Quadranten, da die Querphasenlagen völlig bestimmt sind. Eine Addition vorkommender Fehler kann deshalb nicht stattfinden, und die Anzeige wird infolgedessen gleich genau unabhängig von der Grosse der Strecken, über die die Anzeige erfolgen soll.

Das an axe Di ffert-nti^itrans format oren angeschlossene elektrische System lässt selbstver-

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Btändlieh im Rahmen der Erfindung Abänderungen zu und ist nicht auf die eben hier gezeigte und beschriebene Ausführung beschränkt. Der erhaltene Magnetfluss kann beispielsweise zur Betätigung eines Regel- oder Einstellgliedes an Sfelle eines Zeigers dienen, um einen Verlauf in Abhängigkeit von der Bewegung des Kerns 30 zu steuern. Das wesentliehe Merkmal der

Erfindung ist darin zu sehen, dass zwei um 90 zueinander versetzte Ausgangssignale erzeugt werden, die eine genaue Anzeige der Lage des die Differentialtransformatoren durchlaufenden Kerns ermöglichen.

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Claims

PATEN TANSPRÜCHE

X. Elektromagnetischer Geber zur Lageanzeige, gekennzeichnet durch die Korabination zweier
an sich bekannter periodischer Differentialtransformatoren (10, 20), die koaxial miteinander angeordnet sind und von einem ihnen gemeinsamen Kern aus abwechselnd magnetisch leitendem und magnetisch nichtleitendem Material (31 bzw. 32} durchlaufen sind sowie axial (um die Strecke d) zueinander versetzt sind, damit eine 90°-ige Phasenverschiebung zwischen den
von den beiden Differentialtransformatoren abgenommenen SignalVerläufe (U, , U₂) erhalten wird.
2. Slektormagnetischer Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Differentialtransformatoren (10, 20) über je einen phasenempfindlichen Detektor (16*, 2b) an je eine zweier in
Querphase angeordneter Hagnetwicklungeii (19, 29) angeschlossen sind, um ein bei der Verschiebung des
Kerns (30) sich drehendes Magnetfeld zu erzeugen. ^%

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