DE1773793C3 - Schaltungsanordnung für einen elektromechanischen Meßumformer - Google Patents

Description

bung veränderbaren Luftspalt aufweisen. 35 E«eUt weraen κο . ^ Schaltungstechniker

zur Verfugung stehenden Möglichkeiten wird bei der

ErfindungJedoch gerade eine ^^⁰^^'

g ^^^^S

nip Frfindune bezieht sich auf eine Schaltungs- gegriffen,

anoidnun?m,tⁿe⁸inem Multivibrator zur Verwendung * ^^SSS^SS^ Anden Änfordebei einenΓ elektromechanischen! Meßumformer zur an die SchaItungsanora ^ ^ _zuver,_assige

Umformung von Wegen oder Verschiebungen meine rungen aut Beso ^ _{Verwcndung n}

elektrische Größe, bei der durch Änderung rninde- Weise erfum^ we _{irameoden Zwei}gen des

stens einer der zeitbestimmenden Komponenten die {j*™™^ "J_n, _ei„_e niederohinige Schaltung Ausgangsgröße des Multivibrators in übereinstim- 45 Mujtivuxa? jhSts wiederum die Voraussetzung mung mit dem abgetasteten Weg oder der abge- JJJSJ¹»^ ™£ für die als Schalter wirkenden tasten Verschiebung verändert wird äemente des Multivibrators billige Halbleiter-

Die der Erfindung zugrunde hegende Aufgabe gj3?_dJJ_|e5 _werden können. Die Induktivuabesteht darin, eine Schaltungsanordnung nach dem element:eing SchaUung mit Verhältnis-

Gattungsbegriff zu schaffen, die sich durch de 50 ^»»^0»,, Frequenzen zu betreiben, was Verwendung billiger funktionss.cherer Elemente ^mf'⁸ _e J^f_{t als de}r Betrieb mit hoher Frequenz auszeichnet und fähig ist, mit hoher Genauigkeit ein ^™™^^ _Aufbau des Multivibrators und analoges Signal zu liefern. Die Schaltungsanordnung Der synunetnscn _{ivUä in beiden zeit}

soll insbesondere auch gegen Temperatureinnüsse ?*™Sⁿf_weigen bewirken, daß symmetrisch und Verschmutzung unempfindlich und damit fur 55 ^SS^ehSÄ Tempentuiimig uiid Alieiuiig industrielle Anwendungen unter ungünstigen Um- *""** H_{inb|ick auf das} Meßsignal kompensieren, gebungsbedingungen geeignet sein und es soll auch sich ur· Hmbhck _{kei{ der Indu}ktivitäten

möglich sein, sie mit niedrigen Frequenzen zu be- Die &&™™^ _der Abhängigkeit des Austreiben, damit die ihr nachzuschaltenden Verstarker hat *™J:"¹^^Sl^⁸ _{zu messen}den Weg bzw. der u.dgl. einfach und mit billigen Bauelementen 60■ BWjg*j»_eS_{ebung Mr} Folge. Sphließlch realisierbar sind. Außerdem soll das von der Schal- ^¹JgJ_{18n als} vv_egaufnehmer wesefltllch tungsanordnung gelieferte Ausgangssignal in einer smd ™;^lvJ_n ^a _mutzungsempS_ndHch wie beispielsmöflichst weitgehenden linearen Beziehung zum wemge f«gj ^ _Po ^P _tentiometef, da sie gut gemessenen Weg oder der gemessenen Verschiebung ^«se Kap ^^ ^^

stehen. _,. ... _Aiif ^{6s 8} d£ _erfi_ndungsgemäße Schaltungsanordnung ist

Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Auf- Die «™g g ^_8ηη16η dektromecham-

gabe durch die Kombination folgender Merkmale J^egJ"»^ _{zum Umwa}„deln von Wegen und gelöst:

3 4

Verschiebungen in ein elektrisches Signal vorteilhaft, stimmten Wert erreicht hat, wird der andere Vcr-

bei denen variable, den Meßwert bestimmende, durch stärker leitend und sperrt seinerseits den ersten. Der

einen Meßfühler verstellbare Induktivitäten in eine* exponentielle Spannungsanstieg wird durch die

Brückenschaltung angeordnet sind, die durch eine Größe der Induktivitäten und der in Serie geschal-

Wechselspannung gespeist ist. Bei dieser Brücken- 5 toten Widerstände bestimmt, so daß innerhalb eines

schaltung sind die Induktivitäten Bestandteil eines bestimmten Bereiches das Tastverhältnis des Multi-

Differentialtransformators. Sie werden in einander vibrators annähernd gleich dem Verhältnis der induk-

entgegengesetztem Sinn variiert, um am Ausgang der tivitäten ist.

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

bekannten Wandler sind auf Grund ihres Aufbaues io Schaltungsanordnung nach F i g. 2.

insbesondere bei längeren Übertragungskanälen zum Der Kondensator Cl sowie der Widerstand Λ1

Anzeigeinstrument störanfällig. Überdies darf bei und die Zenerdiode 2 dienen zur Glättung und

ihnen das zu übertragende Signal einen bestimmten Stabilisierung der Versorgungsspannung,

verhältnismäßig großen Wert nicht unterschreiten, Die zeitbestimmenden Glieder des Multivibrators

wodurch sich verschiedene Anwendungen verbieten. 15 sind die InduktivitätenL1 und Ll sowie die Wider-

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen stände/? 18 und Ä19. 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 wehe Strecken sicher ao Die Bauteile Cl, CS, Rl, R 4, All, R VL, R13,

übertragen werden kann, wenn gemäß einem Aus- R 14 und K15 sowie die Transistoren 71, 74 und

.;estaltungsmerkma! der Erfindung das Meßsignal aus 75 ergeben den Schaltverstärker 6 aus Fig. 2.

Jem 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 C 3, C 6,

tuden keine Rolle spielt. Eventuell auftretende 35 A3, R6, R7, R9, R 16 und R 17 sowie den Tran-

Verzerrungen können durch Formung des Meßsignals sistorrn 72, 73 und 76.

m der Empfangsstelle ohne Schwierigkeiten wieder Die Widerstandene und AlO sind den beiden

eleminiert werden. Schaltverstärkern 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 Konden-

tivitäten 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 Fig. 3 sei angenommen, daß der Fig. 1 das Blockschaltbild eines astabilen Multi- der Transistor71 gerade leitend wurde und der vibrators, Transistor 76 gerade gesperrt hat. Die Spannung am F i g. 2 die Schaltungsanordnung in schematischer Teiler bestehend aus den Widerständen R 8 und R 10 Darstellung, ist in diesem Moment 0 Volt, da entsprechend dem Fig. 3 eine detaillierte Realisierung der Schal- «o Verhalten der InduktivitätL1 im Einschaltmoment üungsanordnungnach Fig. 2, und kein Strom fließt. Bestimmt durch die Zeitkonstante F i g. 4 eine Schaltung zur Auswertung des von der Serienschaltung von L1 und R 18 steigt der der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und 3 abge- Strom mit exponentiellem Verlauf an. Die Transigebenen Signals in schematischer Darstellung. stören 72, 73 und 76 sind so lange leitend, als die Die F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines 45 Spannung an der Serienschaltung von L1 und R 18 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 /710 gebildet wird. Ist die die wechselweise mit den Schaltverstärkern 4,5 ver- Spannung an der Basis von 72 so weit angestiegen, bundcn sind. daß sie geringfügig größer ist als die am Spannungs-Bei dem in F i g. 2 dargestellten Wandler enthalten 50 teiler von R 8 und R 10 auftretende, werden die die zeitbestimmenden Glieder, die in Fig. 1 mit den Transistoren 72, 73 und 76 leitend. Damit werden Bezugsziffern 1 und 2 bezeichnet sind, je einen die zeitbestimmenden Glieder L1 und R19 an die Widerstands bzw. 9 und eine Induktivität 10 bzw. Batteriespannung gelegt. Die Transistoren 74, 75 11. Die Induktivitäten 10,11 sind mittels eines den und 71 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 73 und 74 Die in Fig. 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 Wider- 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 Zettkonstanten gleich, ist das ab. Die Abgriffe des Spannungsteilers, dessen Span- 6s Tastverhältnis des Ausgangssignals 1. Wird durch nungsverlauf einer ex'ponentiellen Funktion folgt, Variieren der beiden Induktivitäten das Verhältnis dienen zur Ansteuerung des jeweils anderen Schalt- der Zeitkonstanten verändert, so ändert sich auch Verstärkers. Wenn die Spannung am Teiler einen be- das Tastverhältnis. Die beiden Induktivitäten L1

und Ll können beispielsweise durch Wicklungen realisiert werden, welche auf zwei E-Kcrnen 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 verschicblich 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 aus gewertet werden, die im Prinzip in Fig. 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 Ausgangsgleich spannung entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. a) als Multivibrator ist ein symmetrisch aufgebau-

   .. . ter astabiter Multivibrator mit zeitbestimmenden

   Patentansprüche: ZwAgL aus Widerständen und veränderbaren

   g
   1. Schaltungsanordnung mit einem Multivibra- ^l£^SSSSlSSS^a^ ^{sind in}

   ΪΑΐΑίίΤΑ ^{5 b)}iSS£S Zweigen des Multivibrators

   ^rZ^t^lt^^^^ c) SS»- sind gegensinnig veränderbar.

   zeitbestimmenden Komponenten die Ausgangs- allgemeinen Stand der Technik sind

   größe des Multivibrators in Übereinstimmung nut xo Nadhdan ■ggjjf^. _Kombination für sich dem abgetasteten Weg oder der abgetasteten die e.««J^*™^e beispielsweise beVerschiebung verändert wird, gekennzeich- mdrt mehr «B^·* Meßergebnisses einer net durch die Kombination folgender Merk- \^Z^^itcmpcm^b^₆,nM^ ^male: is wideband in den zeitbestimmenden

   a) als Multivibrator ist ein symmetrisch auf- Multivibrator zu J™^^ gebauter astabiler Multivibrator mit zeit- dieses Oszillators also ^ £ _Kreises lestimmenden Zweigen aus .Widerständen £™d«j«*» ^SSSS 003098).

   und veränderbaren Induktivitäten (10, 11) ™ £neianderen bekannten Schaltungsanordnung

   b) Sonderbaren Induktivitäten (10, U) " gjj-dj. ^^^^E^ugtg ^n sind in beiden zeitbestimmenden Zweigen Gliedernim MwBJJ^ _{der /u messenden} des Multivibrators vorhanden; . SSäfSSund"Ktdas Meßergebnis in die

   c) die Induktivitäten (10,11) sind gegen^nmg g^T^Sctringong verlagert (deutsche veränderbar. ^a5 ρ !^M _tschrift 1 012 850)
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ^gehört ^,™$££££3Ά& dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal aus ^riShSlren auch mt zeitbestimmenden Zweigen dem Tastverhältnis des astabilen Multivibrators Multiv^bratore^auchjnn ^^^ _aufgebaut

   2S " SSS