DE1773793B2 - Schaltungsanordnung fuer einen elektromechanischen messumformer - Google Patents

Description

oder Verschiebungen in eine elektrische Größe, vorhanden;

bei der durch Änderung mindestens einer der c) die Induktivitäten sind gegensinnig veränderbar, zeitbestimmenden Komponenten die Ausgangsgröße des Multivibrators in Übereinstimmung mit xo Nach dem allgemeinen Stand der Technik sind dem abgetasteten Weg oder der abgetasteten die einzelnen Merkmale der Kombination für sich Verschiebung verändert wird, gekennzeicb.- nicht mehr erfinderisch. So ist es beispielsweise benet durch die Kombination folgender Merk- kannt, zur Übertragung des Meßergebnisses einer male: Temperaturmessung den temperaturabhängigen Meß-

15 widerstand in den zeitbestimmenden RC-Kreis eines

a) als Multivibrator ist ein symmetrisch auf- Multivibrators zu transformieren, die Frequenz gebauter astabiler Multivibrator mit zeit- dieses Oszillators also druch temperaturabhängige bestimmenden Zweigen aus Widerständen Veränderung des Widerstandes dieses Kreises zu und veränderbaren Induktivitäten (10, 11) varieren (deutsche Patentschrift 1003 098).
vorgesehen; so Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung

b) die veränderbaren Induktivitäten (10, 11) werden die Kapazitäten von zeitbestimmenden RC-sind in beiden zeitbestimmenden Zweigen Gliedern in Schwingungskreisen zur Erzeugung von des Multivibrators vorhanden; Kippschwingungen entsprechend der zu messenden

c) die Induktivitäten (10,11) sind gegensinnig Größe verändert und damit das Meßergebnis in die veränderbar. 25 Frequenz der Kippschwingung verlagert (deutsche

Patentschrift 1 012 850).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, Es gehört auch zum allgemeinen Fachwissen auf dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal aus dem Gebiet der Hochfrequenztechnik, daß astabile dem Tastverhältnis des astabilen Multivibrators Multivibratoren auch mit zeitbestimmenden Zweigen abgeleitet ist. 30 aus Widerständen und Induktivitäten aufgebaut

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 werden können und die Frequenz durch Ändern der oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induk- Induktivität veränderbar ist und daß durch symmetivitäten (10,11) einen durch die Meßfühler (12) irischen Schaltungsaufbau durch Temperatur und für die Abtastung des Weges oder der Verschie- Alterung der Bauelemente bedingte Fehler herabbung veränderbaren Luftspalt aufweisen. 35 gesetzt werden können.

Aus der Vielzahl von dem Schaltungstechniker

zur Verfugung stehenden Möglichkeiten wird bei der

Erfindung jedoch gerade eine Kombination heraus-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- gegriffen, bei der die einzelnen Elemente funktions-

anordnung mit einem Multivibrator zur Verwendung 40 mäßig so zusammenwirken, daß die oben genannten,

bei einem elektromechanischen! Meßumformer zur an die Schaltungsanordnung zu stellenden Anforde-

Umformung von Wegen oder Verschiebungen in 'eüle ' rangen auf besonders einfache und zuverlässige

elektrische Größe, bei der durch Änderung minde- Weise erfüllt werden. Durch die Verwendung von

stens einer der zeitbestimmenden Komponenten die Induktivitäten in den zeitbestimmenden Zweigen des

Ausgangsgröße des Multivibrators in Übereinstim- 45 Multivibrators wird eine niederohmige Schaltung

mung mit dem abgetasteten Weg oder der abge- erreicht, die ihrerseits wiederum die Voraussetzung

tasten Verschiebung verändert wird. dafür schafft, daß für die als Schalter wirkenden

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe Elemente des Multivibrators billige Halbleiterbesteht darin, eine Schaltungsanordnung nach dem,.,, elemente eingesetzt werden können. Die Induktivitä-Gattungsbegriff zu schaffen, die sich durch die 50 ten gestatten es auch, die Schaltung mit Verhältnis-Verwendung billiger funktionssicherer Elemente mäßig niedrigen Frequenzen zu betreiben, was auszeichnet und fähig ist, mit hoher Genauigkeit ein problemloser ist als der Betrieb mit hoher Frequenz, analoges Signal zu liefern. Die Schaltungsanordnung Der symmetrische Aufbau des Multivibrators und soll insbesondere auch gegen Temperatureinflüsse die Verwendung der Induktivitäten in beiden zeit- und Verschmutzung unempfindlich und damit für 55 bestimmenden Zweigen bewirken, daß symmetrisch industrielle Anwendungen unter ungünstigen Um- auftretende Fehler wie Temperaturgang und Alterung gebungsbedingungen geeignet sein, und es soll auch sich im Hinblick auf das Meßsignal kompensieren, möglich sein, sie mit niedrigen Frequenzen zu be- Die gegensinnige Veränderbarkeit der Induktivitäten treiben, damit die ihr nachzuschaltenden Verstärker hat eine Linearisierung der Abhängigkeit des Ausu. dgl. einfach und mit billigen Bauelementen 60 gangssignals von dem zu messenden Weg bzw. der realisierbar sind. Außerdem soll das von der Schal- zu messenden Verschiebung zur Folge. Schließlich tungsanordnung gelieferte Ausgangssignal in einer sind Induktivitäten als Wegaufnehmer wesentlich möglichst weitgehenden linearen Beziehung zum weniger verschmutzungsempfindlich wie beispielsgemessenen Weg oder der gemessenen Verschiebung weise Kapazitäten oder Potentiometer, da sie gut stehen. 65 gekapselt ausgeführt werden können.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Auf- Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist

gäbe durch die Kombination folgender Merkmale auch gegenüber anderen bekannten elektromechani-

gelöst: sehen Wandlern zum Umwandeln von Wegen und

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Verschiebungen in ein elektrisches Signal vorteilhaft, stimmten Wert erreicht hat, wird der andere Verbei denen variable, den Meßwert bestimmende, durch stärker leitend und spent seinerseits den ersten. Der einen Meßfühler verstellbare Induktivitäten in einer exponentiell Spannungsanstieg wird durch die Brückenschaltung angeordnet sind, die durch eine Größe der Induktivitäten und der in Serie gebchal-WechseLspannung gespeist ist. Bei dieser Brücken- 5 teten Widerstände bestimmt, so daß innerhalb eines schaltung sind die Induktivitätea Bestandteil eines bestimmten Bereiches das Tastverhältnis des MuM-Pifierentialtransfonnators. Sie werden in einander vibrators annähernd gleich dem Verhältnis der Indukentgegengesetztem Sinn variiert, um am Ausgang der tivitäten ist

Schaltungsanordnung das Meßsignal zu liefern. Diese Die Fi g. 3 zeigt eine praktische Ausführung einer

bekannten Wandler sind auf Grund ihres Aufbaues 10 Schaltungsanordnung nach Fig. 2.
insbesondere bei längeren Übertragungskanälen zum Der Kondensator Cl sowie der Widerstand Al

Anzngeinstrument störanfällig. Überdies darf bei und die Zenerdiode2 dienen zur Glättung und ihaen das zu übertragende Signal einen bestimmten Stabilisierung der Versorgungsspannung,
verhältnismäßig großen Wert nicht unterschieden, Die zeitbestimmenden Glieder des Multivibrators

wodurch sich verschiedene Anwendungen verbieten. ₁₅ sind die Induktivitäten L1 und L 2 sowie die Wider-

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen stände i? 18 und R13. Diese Bauteile entsprechen Schaltungsanordnung das Meßergebnis im Tastver- den Elementen 10 und 11 sowie 8 und 9 aus Fig. 2. hältnis des Ausgangssignals enthalten, so daß auch Die übrigen Bauteile bilden die Schaltverstärker 6 ein verhältnismäßig kleines Ausgangssignal von der und 7 aus F i g. 2.

Schaltungsanordnung weg über weite Strecken sicher 20 Die Bauteile Cl, CS, Rl, A4, All, Ä12, #13, übertragen werden kann, wenn gemäß einem Aus- R14 und RlS sowie die TransistorenT1, 74 und gestaltungsmerkmal der Erfindung das Meßsignal aus TS ergeben den Schaltverstärker 6 aus F i g. 2.
dein Tastverhältnis des astabilen Multivibrators ab- Der Schaltverstärker7 aus Fig. 2 besteht bei der

geleitet ist, weil dann eine Schwächung der Ampli- praktischen Ausführung aus den Bauteilen C3, C6, tuden keine Rolle spielt. Eventuell auftretende 25 R 3, R 6, R 7, R 9, R16 und R17 sowie den Tran-Verzerrungen können durch Formung des Meßsignals sistoren Tl, T3 und Γ6.

an der Empfangsstelle ohne Schwierigkeiten wieder Die WiderständeR8 und RIO sind den beiden

eleminiert werden. Schaltverstärkem gemeinsam zugeordnet und dienen

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal zu deren Vorspannung. Der ebenfalls für beide der Erfindung sieht schließlich noch vor, daß Induk- 30 Schaltverstärker gemeinsam vorgesehene Kondentivitäten benutzt werden, die einen durch die Meß- satorC4 hat die Aufgabe, diese Vorspannung zu fühler für die Abtastung des Weges oder der Ver- glätten. Das Ausgangssignal wird über den in F i g. 3 Schiebung veränderbaren Luftspalt aufweisen. unten zu sehenden Transformator ausgekoppelt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Zur Erklärung der Funktionsweise der Schaltungs-

Erfindung dargestellt. Es zeigt 35 anordnung nach F i g. 3 sei angenommen, daß der

Fig. 1 das Blockschaltbild eines astabilen Multi- der Transistor Π gerade leitend wurde und der vibrators, Transistor Γ 6 gerade gesperrt hat. Die Spannung am

F i g. 2 die Schaltungsanordnung in schematischer Teiler bestehend aus den Widerständen R 8 und R10 Darstellung, ist in diesem Moment 0 Volt, da entsprechend dem

Fig. 3 eine detaillierte Realisierung der Schal- 40 Verhalten der InduktivitätL1 im Einschaltmoment tungsanordnung nach F i g. 2, und kein Strom fließt. Bestimmt durch die Zeitkonstante

Fig. 4 eine Schaltung zur Auswertung des von der Serienschaltung von Ll und RlS steigt der der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und 3 abge- Strom mit exponentiellem Verlauf an. Die Transigebenen Signals in schematischer Darstellung. stören Tl, T3 und T6 sind so lange leitend, als die

Die Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines 45 Spannung an der Serienschaltung von Ll und RlS astabilen Multivibrators, der aus zwei Schaltverstär- niedriger ist als die Spannung, welche durch den kern 4,5 und zeitbestimmenden Gliedern 1,2 besteht, Spannungsteiler R 8 und R10 gebildet wird. Ist die die wechselweise mit den Schaltverstärkem 4,5 ver- Spannung an der Basis von Γ 2 so weit angestiegen, bunden sind. daß sie geringfügig größer ist als die am Spannungs-

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Wandler enthalten 5° teiler von R 8 und R10 auftretende, werden die die zeitbestimmenden Glieder, die in Fig. 1 mit den Transistoren Γ2, T3 und T6 leitend. Damit werden Bezugsziffern 1 und 2 bezeichnet sind, je einen die zeitbestimmenden Glieder L 2 und Λ19 an die Widerstand 8 bzw. 9 und eine Induktivität 10 bzw. Batteriespannung gelegt. Die Transistoren Γ 4, Γ 5 11. Die Induktivitäten 10,11 sind mittels eines den und 7*1 sperren. Damit wiederholt sich der oben Weg oder die Verschiebung abtastenden Meßfühlers 55 beschriebene Vorgang im zweiten Schaltverstärker gegensinnig veränderbar. Sie weisen hierzu jeweils des Multivibrators. Es wird also im periodischen einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Verlauf zeitweise der eine oder der andere Schalt-Luftspalt auf, und diese Luftspalte werden von dem verstärker abwechselnd durchgeschaltet sein.
Meßfühler im Gegensinn vergrößert bzw. verkleinert. An den Kollektoren der Transistoren T 3 und Γ 4

Die in F i g. 2 mit den Bezugszahlen 6 und 7 be- 60 entsteht eine Rechteckwechselspannung, welche über zeichneten Schaltverstärker schalten eine feste Span- den Transformator ausgekoppelt wird. Das Tastnung an die Serienschaltung des ohmschen Widei- verhältnis dieser Rechteckspannung ist abhängig von Standes 8 bzw. 9 und der Induktivität 10 bzw. 11 an der Zeitkonstanten der beiden zeitbestimmenden oder trennen diese Spannung von der Serienschaltung Glieder. Sind beide Zeitkonstanten gleich, ist das ab. Die Abgriffe des Spannungsteilers, dessen Span- 65 Tastverhältnis des Ausgangssignals 1. Wird durch nungsverlauf einer exponentiellen Funktion folgt, Variieren der beiden Induktivitäten das Verhältnis dienen zur Ansteuerung des jeweils anderen Schalt- der Zeitkonstanten verändert, so ändert su;li auc
Verstärkers. Wenn die Spannung am Teiler einen bc- das Tastverhältnis. Die beiden Induktivitäten υ

und L 2 können beispielsweise durch Wicklungen realisiert werden, welche auf zwei Ε-Kernen angeordnet sind. Diese beiden Ε-Kerne sind hierbei in einem gabelförmigen Gebilde derart montiert, daß ihre öffnungen einander zugewendet sind. Eine ferrittische Scheibe, welche in dem Spalt dieser Gabel verschieblich angeordnet ist, beeinflußt den magnetischen Fluß durch die beiden Spulen und damit deren Induktivität. Durch Verschieben dieser Scheibe ändert sich das Tastverhältnis des Multivibrators.

Das von der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und 3 gelieferte Ausgangssignal, in dem das mit der Größe des gemessenen Weges oder der gemessenen Verschiebung veränderbare Tastverhältnis des Multivibrators enthalten ist, kann in einer Schaltung ausgewertet werden, die im Prinzip in F i g. 4 dargestellt ist. Diese Schaltung liefert eine dem Tastverhältnis des Multivibrators und damit dem gemessenen Weg oder der gemessenen Verschiebung entsprechende Ausgangsgleichspannung, die mittels eines Instruments 14 angezeigt oder auch registriert werden kann. Die Schaltung besteht aus einem Tiefpaß 15 und einer Schaltstufe 13. Die Schaltstufe 13 ist von dem von der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und 3

ίο gelieferten Ausgangssignal gesteuert und schaltet entsprechend dem Tastverhältnis eine konstante Gleichspannung an den Tiefpaß 15 an bzw. von diesem ab, wodurch ausgangseitig vom Tiefpaß die dem Tastverhältnis entsprechende Ausgangsgleichspannung entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι 2 a) als Multivibrator ist ein symmetrisch aufgebau- Patentansprüche: ter astabiler Multivibrator mit zeitbestimmenden Zweigen aus Widerständen und veränderbaren

1. Schaltungsanordnung mit einem Multivibra- Induktivitäten vorgesehen;

tor zur Verwendung bei einem elektromechani- 5 b) die veränderbaren Induktivitäten sind in beiden sehen Meßumformer zur Umformung von Wegen zeitbestimmenden Zweigen des Multivibrators