DE1791391U - Fuehlereinrichtung fuer die abtastung der zeigerstellung von messwerken. - Google Patents

Description

• Fühlereinrichtung für die Abtastung der Zeigerstellung von Meßwerken Für die Überwachung und Regelung von Größen, die von Meßgeräten mit geringem Arbeitsvermögen gemessen werden, sind Fühlereinrichtungen bekannt, die von einer am Zeiger des Meßgerätes angebrachten Steuerfahne gesteuert werden. Dabei beeinflußt die Steuerfahne die Beleuchtung einer Photozelle bzw. eines Photowiderstandes oder die Schwingamplitude eines Röhrenoszillators durch Änderung der Güte des benutzten Schwingkreises oder des Kopplungsgrades zwischen Oszillatorspule und Rückkopplungsspule des Oszillators.
• Bei Geräten zur Regelung oder Überwachung von Größen werden von den Fühlereinrichtungen direkt oder über Verstärker Stellglieder oder Signaleinrichtunjen gesteuert. Weiterhin werden diese Fühler auch zur Steuerung von Gleichspannungsverstärkern benutzt, die als Lindeck-Rothe-Kompensatoren arbeiten, und als Steuerelemente für elektromechanische Meßwert-bzw. Meßgrößenwandler, die nach dem. Verfahren der Kraft-oder Drehmomentkompensation arbeiten. Die bekannten photoelektrischen Fühler benötigen als Lichtquelle eine Glühlampe, ein Bauelement mit begrenzter Lebensdauer, die 'zugänglich sein muß, damit sie ausgetauscht werden kann. Ein weiterer Nachteil der Glühlampe besteht in ihrer Wärmeentwicklung in unmittelbarer Nähe des Meßwerkes. Hierdurch werden Luftströmungen erzeugt, welche die Meßgenauigkeit hochempfindlicher Meßwerke stark beeinträchtigen können.
• An Fühlern, bei denen die Schwingfähigkeit eines Röhrenoszillators beeinflußt wird, ist im allgemeinen nur das von der Steuerfahne zu beeinflussende Bauelement in unmittelbarer Nähe des Meßwerkes angebracht. Die Verbindung zwischen diesem Fühlerelement und dem Oszillator wird durch eine bewegliche Zuleitung hergestellt, die einen Teil der Schwingschaltung bildet und in ihrer Länge und räumlichen Lage festgelegt werden muß. Bei Änderung von Länge und Lage der Zuleitungen würden sich ihre elektrischen Werte ändern und dadurch die Funktion des Fühlers gestört werden. Außerdem ist. eine Abschirmung dieser Zuleitungen erforderlich, damit die Abstrahlung von Hochfrequenz-Energie vermieden wird. Beide Einrichtungen haben noch den Nachteil, daß ihre wesentlichen Bauteile wie Elektronenröhren und Glühlampen große

  Leistungen aufnehmen und Übertemperaturen entwickeln.

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  Der Gegenstand der Erfindung ist ein Fühler zur rüclwirkungsfreien Abtastung der Zeigerstellung von Meßwerken oder Galvanometern zum Zwecke der Grenzwertüberwachung oder Regelung von Meßgrößen, zur Aussteuerung von Gleichspannungskompensatoren oder mit Kraft-bzw. Drehmomentkompensation arbeitenden Meßgrößenwandlern, der ohne Bauteile mit begrenzter Lebensdauer arbeitet, nur geringe Leistungen aufnimmt, kleine Abmessungen. besitzt und keine Hochfrequenz führenden Zuleitungen benötigt.
• Durch geeignete Dimensionierung. des Fühlers kann der Leistungsbedarf so klein gehalten werden, daß die Sicherheitsvorschriften über eigensichere Geräte in explosionsgefährdeten Räumen erfüllt werden.
• Die erfindungsgemäße Fühlereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Transistoroszillator, der so dimensioniert ist, daß eine vom Zeiger des Meßwerkes getragene Metallfahne beim Eintauchen in das elektromagnetische Feld der Oszillatorspule die Schwingung dämpft oder unterdrückt. Die am Schwingkreis des Oszillators auftretende Hochfrequenz-Spannung ist abhängig von der Stellung des Meßwerkzeigers. Sie wird induktiv ausgekoppelt, gleichgerichtet und dient je nach Aufgabe zur Steuerung eines Schalttransistors, der ein Relais oder ein ähnliches Schaltglied betätigt, oder zur Aussteuerung eines Verstärkers mit Transistoren, der in einer Kompensationseinrichtung benutzt

  wird. Anstelle der ausgekoppelten Oszillatorspannung kann auch,

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  die von der Schwingamplitude abhängige Stromaufnahme des Oszil-

  lators zur Aussteuerung der nachfolgenden Schaltglieder dienen.

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  Die kleinen Abmessungen und die geringe Leistungsaufnahme der für den Aufbau des Fühlerelementes gemäß der Erfindung notwendigen Bauelemente gestatten die Anordnung aller Bauelemente des Oszillators, des Gleichrichters und der Verstärkerstufe in unmittelbarer Nähe des Ießwerkes, so daß nur die zur Stromversorgung dienenden und die nach dem zu betätigenden Schaltglied führenden Zuleitungen zum Fühler zu führen sind. Diese Leitungen führen Gleichströme und beeinflussen daher die Funktion des Fühlers nicht, wenn sich ihre elektrischen Daten ändern.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß alle Bauteile des Fühlers bis auf die Abtastspulen in einen Kunststoff eingelagert werden können und so gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit und aggressiven Dämpfen geschützt werden.
• Die geringen Abmessungen der Transistoren lassen es zu, außer dem Oszillator auch den Gleichrichter und den Verstärkerteil gemeinsam in Kunststoff einzulagern. Dadurch erhält man ein.
• Bauelement, welches diese Teile zu einem Block ausammenfaßt.
• Durch die geringen Abmessungen und den kompakten Aufbau des Fühlers ist es außerdem möglich, die ganze Fühlereinrichtung metallisch zu kapseln und so eine Abstrahlung von Hochfrequenzenergie zu vermeiden.
• Die Ansprechgenauigkeit der Fühler ist im wesentlichen bestimmt durch die mögliche Bündelung des elektromagnetischen Feldes zwischen den beiden Spulen, von denen die Schwingfähigkeit des Oszillators bestimmt wird ; das sind bei induktiver Rückkopplung Oszillator und Rückkopplungsspule, bei Oszillatoren in Dreipunktschaltung ist es die Oszillatorspule, deren Güte durch die in ihr magnetisches Feld eintauchende Steuerfahne vermindert wird. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, für die Konzentration dieses magnetischen Feldes Spulen mit ferromagnetischem Kern zu verwenden, die in Form von U-oder E-Kernen mit sehr kleiner Kerndicke ausgeführt werden und zweckmäßig so angeordnet sind, daß die Arbeitskante der Steuerfahne beim Eintauchen gleichzeitig in den Luftspalt aller Schenkel eintritt. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in den Abbildungen 1 bis 3 dargestellt.
• Abb. 1 zeigt die Schaltung eines für die Überwachung von Grenzwerten geeigneten Fühlers. Die Widerstände 1,2,3 und 4 dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes des Schwingtransistors 5. Der Oszillator arbeitet mit induktiver Rückkopplung ; seine Frequenz wird bestimmt vom Schwingkreis mit Spule 7 und Kondensator9. Die Kopplung zwischen der Spule 7 und der Rückkopplungsspule 6 wird durch die nicht dargestellte Steuerfahne am Zeiger des Meßwerkes so geändert, daß die Oszillatorschwingung bei eingehauchter Steuerfahne abreißt. Die Wicklung 8 ist fest mit der Oszillatorspule 7 gekoppelt und dient zur Auskopplung der Hochfrequenzspannung. Diese wird vom Gleichrichter 10 gleichgerichtet und mit dem Kondensator 11 geglättet. Über den Widerstand 12 wird die gleichgerichtete Hochfrequenzspannung dem Schalttransistor 13 zugeführt, der das außerhalb des Fühlers angeordnete Relais 14 steuert. Der Anschluß der vollständigen Fühlereinrichtung und des Relais 14 an die Spannungsquelle 15 erfolgt über die drei an die Klemmen 16,17 und 18 angeschlossenen Zuleitungen.
• Der Aufbau einer Fühlereinrichtung nach der Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt. Die Bauelemente der Fühlereinrichtung sind durch Einlagerung in eine Vergießung aus Kunststoff im Block 19 vereint, aus dem die Spulen 6,7 und 8 des Oszillators herausragen. Der Block ist auf dem Einstellarm 20 befestigt ; entlang dem Einstellarm 20 sind die elektrischen Zuleitungen zu den drei Anschlußklemmen 16,17 und 18. verlegt. Am Eihstellarm 20 befindet sich der Einstellzeiger 21. Der Einstellarm 20 mit den Bauelementen 6,7,8 und 19 der Fühlereinrichtung ist um den Punkt 22 in Richtung des Pfeiles 23 drehbar gelagert. Konzentrisch zum Drehpunkt 22 des Einstellarmes befindet sich die Drehachse 24 eines nicht dargestellten Meßwerkes, dessen Zeigerstellung. abgetastet werden soll. An der Skala 27 kann die Stellung des Meßwerkzeigers 25 und des Einstellzeigers 21 abgelesen werden. Der Zeiger 25 des Meßwerkes besitzt eine Steuerfahne 26, die bei Überschreitung des am Einstellarm 20 mit Hilfe des Einstellzeigers 21 eingestellten Wertes in den Raum zwischen die Oszillatorspulen 6 und 7 eintritt. Hierdurch wird die Kopplung zwischen der Spule 7 und der Rückkopplungsspule 6 geändert, die Oszillatorschwingung unterdrückt und damit ein an den Klemmen 16 und 17 angeschlossenes Relais zum Ansprechen gebracht. Der Anschluß an die Spannungsquelle erfolgt über die Klemmen 16 und 18.
• Abb. 3 zeigt eine Fühlereinrichtung nach der Erfindung, bei der die Oszillatorspule mit einem ferromagnetischen Kern versehen ist. In gleicher Weise wie bei der Fühlereinrichtung nach Abb. 2 sind auch bei-dieser Anordnung die Bauelemente des Fühlers in Kunststoff eingegossen und auf einem verstellbaren Einstellarm 20. unterhalb des Meßwerkzeigers 25 angebracht.
• Auf dem Block 19 befindet sich der ferromagnetische E-Kern 28 mit der Wicklung 29 der Oszillatorspule. Das magnetische Feld des Kernes wird über den Luftspalt 30 durch das Joch 31 geschlossen. Die Steuerfahne 26 taucht mit ihrer Arbeitskante gleichtzeitig in den Luftspalt aller Schenkel des E-Kernes ein. Da Kern 28 und Joch 31 in der Bewegungsrichtung der Steuerfahne nur eine geringe Ausdehnung besitzen, ist eine stark dämpfende Wirkung mit-einer sehr kleinen Eintauchtiefe der Steuerfahne zu erzielen. Bei zwei miteinander gekoppelten Spulen kann das Joch 31 durch einen zweiten E-Kern ersetzt werden, der die zweite, über den Luftspalt angekoppelte Spule trägt.

Claims (7)

1. /,/-- . f', . y. f-f. A. '. ''- '-' '' . 1-,-f''co fi",-, J". Schutzansprüche 1. Rückwirkungsfreie Fühlereinrichtung, insbesondere zur Ab- tastung der Zeigerstellung von Meßwerken, bei der eine an D abzutastenden Zeiger angebrachte Metallfahne die Schwingfähigkeit eines Oszillators beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenztransistor als Verstärkerglied des Oszillators benutzt wird.
2. 2. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente des Oszillators unmittelbar am Fühlerelement angeordnet sind.
3. 3. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorspannung, deren Größe von der Lage der Steuerfahne abhängig ist, unmittelbar am Fühler gleichgerichtet wird.
4. 4. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Schwingamplitude des Oszillators abhängige Stromaufnahme der Schaltung als Steuergröße für nachfolgende Schaltglieder benutzt wird.
5. 5. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für die weitere Verstärkung des vom Oszillator gesteuerten Stromes notwendige Verstärkereinrichtung als Transistorverstärker ausgeführt ist und räumlich mit dem Oszillator vereinigt wird.
6. 6. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente in einem Schaltblock vereinigt sind und durch Einlagerung in einem Kunststoff gegen Feuchtigkeit und chemische Angriffe geschützt sind.
7. 7. Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine die Bauteile des Oszillators umschließende Metallabschirmung eine Abstrahlung von Hochfrequenz-Energie vermieden wird. 80 Fühlereinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das von der metallischen Steuerfahne des Meßwerkes zu beeinflussende magnetische Feld durch Verwendung von Spulen mit geeignet geformten ferromagnetischen Kernen gebildet v/ird, die so bemessen sind, daß der Luftspalt, in dem die Steuerfahne eintaucht, in Bewegungsrichtung dieser Fahne nur sehr geringe Abmessungen besitzt, so daß die zur Steuerung des Oszillators notwendige Bewegung der Steuerfahne klein gegenüber dem Gesamtausschlag des Meßwerkzeigers ist. S&ts. re GM 1-7"91 391 noufamun. g) » zur Ab-taW-t=g 4-Ar Z0iger$te : LlUng Vol't bet der -eine am Zeiger anst » ebrachte eie oiuw beeinflußt u ;-rk. lt*e-e ,-$ ! ; i keunzeielmet, da13 die, Bau-el=ente dim un. mi'btolbar wi PMIOzelexemt =geerdn-et, Sind. : aaoi-z-Azepi-U0h 1,-dadurch geL-ei=zeiüh- ne-#, t daa die deren Greße vion-der za, zg> ab117anßig i-e-tt umm : eelbar am Wil.- i-ell Wtrd U-Ud daz rije für dffe we--tere VO=t'drlz=& deo vom coßlllator gesteuert-en an v : z-oh bekamee esa tmad. t&ss- aahleyelaen i ebenta14t, UM4t-telbar ist. na-oh-d-en Ansprüchen 1 und 2e~ da-duroh -daß dio In'Fozm einee, -nip-h bel,"a=te-u mit Kumtatoff =tgegassenens, r-it aKIyeean asgeFa--s-iaä* . mit- : reiemut mgee : caaet-eindu