DE2014454C - Meßumformer zur Messung des Be trags und der Richtung der Relativge schwindigkeit zwischen zwei beweglichen Anordnungen - Google Patents
Meßumformer zur Messung des Be trags und der Richtung der Relativge schwindigkeit zwischen zwei beweglichen AnordnungenInfo
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Description
Die Erfindung betrilft einen Meßumformer zur Messung des Betrags und der Richtung der Relativgeschwindigkeit
zwischen zwei beweglichen Anordnungen, mit einem ferromagnetische!! Kern und einem
Joch, die jeweils an einer der beiden Anordnungen befestigt sind, wobei der Kern abwechselnd in gleichem
Abstand zueinander angeordnete magnetische Unstetigkeitsstellen hat und das Joch zwei magnctfeldabhängige
Widerstände aufweist, die an die Anschlüsse einer Gleichstromquell·.· und an den Hmu;:im
eine·; elektronischen Gerätes angeschlossen sinil.
Bereits bekannte verschiedene Potentiometer- oder
Differentialverschiebungs-Meßumformer sind nur für kleine Verschiebungen einsetzbar, die im günstigsten
Fall höchstens lü cm betragen können, und für ziem- !ich begrenzte Relativgeschwindigkeiten.
Es ist bereits ein Meßumformer der eirgangs genannten
Art bekanntgeworden (vgl. deutsche Auslegeschrifi 1 278 121), mit dem aber nur der Betrag
von Relativgeschwindigkeiten meßbar ist. Im einzelnen handelt es sich dabei um einen Drehzahl- oder
Umlaufzähler mit magnetfeldabhängigen Halbleiterkörpern, die im Luftspalt zwischen Stator und Rotor
eines Permanentmagnetkreises angeordnet sind, wobei der Stator ein Permanentmagnet mit angesetzten
Polschuhen ist, die als Längsabschnitte eines Hohlzylinders ausgebildet sind, während der Rotor aus
mindestens einem weichmagnetischen Zahnrad bestellt, das in den hohlzylindrischen Raum zwischen
den Polschuhen um die Hohlzylinderachse drehbar eingepaßt ist, und wobei auf mindestens einen der
Polschuhe pro ZahnniJ je ein magnetfeldabhängiger Widerstand fest aufgesetzt ist, ferner die (bezüglich
der Hohlzylinderform) azimutale Breite dieses PoI-schuhs etwa ebenso groß ist wie die Breite des aufgesetzten
magnetfeldabhängigen Widerstands und schließlich dieser Widerstand in einen elektrischen
Kreis mit einem Zählwerk eingeschaltet ist.
Ein dazu ähnlicher bekannter Meßumformer (vgl. deutsche Auslegeüchrift 1 268 399) gestattet ebenfalls
nur. die Relativwinkelgeschwindigkeit zu messen, nicht jedoch deren Richtung. Dabei ist ein Topfmagnet
\orgesebcn, dessen ortsfester Mantel über seinen drehbaren Deckel vorgezogen ist. Der Topfmagnet
hat einen permanenten Mittelschcnkel. während der Deckel an seinem Umfang Zähne besitzt, die
also als magnetische Unstetigkeitsstellen wirken und bei der Drehung des Deckels eine pulsierende Span
nung in einem Hallgenerator erzeugen, der in dem Luftspalt zwischen dem Deckel und dem Mantel des
Topfmagneten am Mantel befestigt ist.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Meßumformer der eingangs genannten Art zu schaffen,
mit dem einerseits sowohl der Betrag als auch die Richtung der Relativgeschwindigkeit meßbar sind
und andererseits diese Messungen sowohl für Translations- als auch für Winkelrelativgeschwindigkeiten
durchführbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände
auf mindestens einem Magnet mit vorgebbarem Abstand voneinander in Relativbewegungsrichtung
angeordnet sind.
Demgegenüber ist bisher lediglich eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl und der Drehrichtung
bzw. der Winkellage eines Drehkörpers bekanntgeworden (vgl. deutsche Auslcgcschrift 1234 074),
die wenigstens zwei Abtaster hat, die an je einen Modulator angeschlossen sind und den Modulatoren um
90 gegeneinander phasenverschobene erste Spannimgcn liefern mit einer Frequenz, die der Drehzahl
des Drehkörpers proportional ist, wobei die beiden Modulatoren durch eine Wechselspannungsquelle mit
je einer weiteren zweiten Wechselspannung gespeist werden, die ebenfalls um 90 ' gegeneinander ph äsenverschoben
sind, und wobei die Ausgänge der beiden Modulatoren zur Bildung eines die Drehung und
Drelirichtung bzw. Winkellage anzeigenden Signals miteinander verbunden sind. Diese bekannte Vorrieh-
tang vorwendet jedoch keine magnett'eldahhängigen
Widerstände.
Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, daß nur eine Gleichstromquelle und nur ein elektronisches
Gerät vorgesehen sind.
F.s ist allerdings nicht mehr neu (vul. deutsche
■Xuslegesehrift 1 291)341), daß ein kontaktloser Meßumformer
mit einer magnetfeldabhängigen HaIbieiteisonde.
auf die ein konstantes Magnetfeld und .in von der örtlichen Lage eines oder mehrerer
magnetischer Körper he-rührendes Magnetfeld einwirkt,
bei dem im einzelnen zwei den gleichen ' irundwiderstand besitzende, inagnetfeldabhängige
Halbleiteranteilc der Sonde in eine Widerstandsmelibrikke
eingeschaltet und in zwei Luftspalte eines Permanentmagnetkreises derart eingesetzt sind, daß
.iiif die beiden Halbleiteranteile gegensinnige Magnet-■■ider
gleicher absoluter Cjröße einwirken, so daß ;cr Diagonalstrom der Brückt; als Mab für die temrcraturunabhängige
Differenz der Widerstände der neiden Halbleiteranteile dient. Es ist also ersichtlich,
-laß dort an Stelle nur eines magnetfeldabhängigen Widerstands zwei derartige Widerstände allein desegen
verwendet werden, um den gesamten Meßumformer temperaturunabhängig zu machen.
Die Erfindung wird dadurch weiter ausgestaltet, kill der Kern durch einen Stab mit Bunden und Ringnuten
gebildet ist. oder dadurch, daß der Kern ein Gewindestab ist.
Eine besonders platzsparende weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßumformers besteht
darin, daß der Kern ein llexibles Bunl ist. das mit
einer Reihe von Löchern versehen ist.
Es ist auch unmittelbar ersichtlich, daß so ausgestaltete erfin.dung.igemüße Meßumformer eine
Messung der Relativgeschwindigkeit auch dann erlauben, wenn die zugrunde liegenden Relativ, erschiebungen
zwischen den beider, beweglichen Anordnungen verhältnismäßig groß sind, z. B. einige
Nieter betragen.
Zur Messung von Relativgescliv.'iudigkeiten empfiehlt
es sich, daß der Kern eine Drehscheibe ist, die an ihrem Umfang gleichmäßig getrennte Einschnitte
hat.
Schließlich win! eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßumformers dadurch erzielt,
daß der Kern ein flexibles Band ist, das zwei Reihen Löcher aufweist, und daß je /.wei benachbarte
Löcher der beiden verschiedenen Reihen gegeneinander versetzt sind und daß die beiden Widerstände
auf der gleichen Linie senkrecht zur Relativbewegungsrichtung jeweils auf eine Reihe von Löchern
des Kerns zeigend angeordnet sind.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 mti Längsschnitt in Relativgeschwindigkeitsrichtung
ein Ausgestaltungsbeispiel des erfindungsgemäßen Meßumformers,
F i g. 2 das Schaltbild einer Stromversorgung von magnctfeldabnangigen Widerständen des Meßumformers
von Fig. 1;
F i g. 3 das Blockschaltbild eines zum Meßumformer gehörenden elektronischen Geräts,
Fi g. 4 den zei'.'.khcn Verlauf der vom Meßumformer
für eine Rclativgeschwindigkeitsrichtung abgegebenen Signale,
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der gleichen Signale
für die andere Relativgeschwindigkeitsrichtung, F i g. Ci bis 8 abgewandelte Ausgestiiltungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Meßumformers und
F i g. ° ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen
Meßumformers.
In F i g. 1 ist ein erstes Ausgesialtungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Meßumformers abgebildet, der zur Messung des Betrags und der Richtung der Relativgeschwindigkeit
zwischen zwei beweglichen Anordnungen dient.
ίο Dieser Meßumformer hat in der Hauptsache einen
Kern 1 und ein Joch 2, die an einer ersten bzw. zweiten Anordnung (nicht abgebildet) befestigt sind, die
gegeneinander beweglich sind und deren Relativgeschwindigkeit gemessen werden soll.
Der Kern 1 und das Joch 2 können an einer bewe'rV;ehen
oder einer ortsfesten Anordnung befestigt sein. Die beiden Anordnungen können auch gleichzeitig,
jedoch mit unterseil.,.-dlichen Geschwindigkeiten
beweglich sein.
so Der Kern 1, der aus einem Magnetwerkstoff besteht,
hat die Form eines starren Stabs, der aufeiranderl'olgend
Bunde 3 und Ringnuten 4 trägt, die jquidistant zueinander augeordnet sind, wobei der
Abstand /wischen zwei Bunden oder zwei Ringnuten gleich ρ ist. (Die gleiche Funktion würde auch mit
einem Gewindestab der Ganghöhe ρ erreicht werden.) Die Größe des Abstands ρ hängt von der /u erreichenden
Meßgenauigkeit ab. Sie kann etwa 1 bis 2 mm betragen, wenn eine große Genauigkeit
notwendig ist, sie kann jedoch auch einen wesentlich größeren Wert für sehr große Relativgeschwindigkeiten
ausmachen, die weniger genaue Messungen benötigen.
Der Stab 1 ist in einer Aussparung 5 des Jochs 2 hin- und herschiebbar. Im Joch 2 ist ein Magnet 6
eingebettet, dessen Kraftlinien senkrecht zum Kern 1 verlaufen, und auf dem Magnet 6 sind zwei magnetfeldabhängige
Widerstände 7 und 8 angeklebt, deren Abstand, gemessen in Richtung ihrer Achsen, entlang
der Relativgeschwindigkeitsrichtung gleich 3 p/4 ist. (Allgemein ausgedrückt, der Abstand zwischen den
beiden magnetfeldabhängigen Widerständen kann gleich einem beliebigen ungeradzahligen Vielfachen
des vierten Teils des Abstands sein.) Es ist ersichtlich, daß die magnetfeldabhängigen
Widerstände einem variablen Magnetfeld entsprechend der Relativstellung ausgesetzt sind, die sie
gegenüber dem Kern 1 einnehmen. Einer eier magnetieldabhängigen
Widerstände befindet sich in einem
maximalen Magnetfeld, wenn seine Achse mit der Mitte eines der Bunde 3 zusammenfällt und in einem
minimalen Magnetfeld, wenn seine Achse mit der Mitte einer der Ringnuten 4 zusammenfällt. Nun
weiß mar ferner, daß der (ohmsehe) Widerslandswert von magnetfeldabhängigen Widerständen von
dem Magnetfeld abhängt, in dem sie sich befinden. Wenn man also parallel die beiden magnetfeldabhängigen
Widerstände durch eine Gleichstromquelle- versorgt, entsteht an den Anschlüssen der
beiden Wiucrstände eine Potcntialdiffcrenz, die von
der Lage des Kerns 1 im Joch 2 abhängt.
Zu diesem Zweck sind, wie Fig. 2 zeigt, die
magnetfeldabhängigen Widerstände 7 und 8 in Serie mit Widerständen 10 bzw. U geschaltet und parallel
durch eine Gleichstromquelle 9 versorgt.
Wenn der Kern 1 im Innern des Jochs 2 verschoben wird, werden die beiden magnetfeldabhängigen
Widerstünde um l)0' phasenverschobenen Schwan-
klingen des Magnetfelds unterworfen, und die Span- eine ungerade Anzahl von einem Vk1IcI des Ab-
nungeu an den Anschlüssen s,. .s, der magnetfeld- stands />
getrennt, z. IJ. (2 k > l)/>/4.
abhängigen Widerstände variieren ebenfalls um 90" Die magnetfeldabhängig!! Widerstände 16 und 17
phasenverschoben mit einer Periode entsprechend werden in gleicher Weise wie die magnetfcldabhän-
dem Abstand/'. Hs genügt jetzt, diese Spannungen S gigen Widerstände 7 und 8 des Meßumformers von
in ein angeschlossenes elektronisches Gerät ein- I·'i g. I mit Strom versorgt.
Zuspeisen und sie geeignet zu verarbeiten, um die In F ig. 7 ist ein anderes Ausfiihrungsbeispiel des
Relativgeschwindigkeit hinsichtlich Beirag und Rieh- Meßumformers mit einem Band abgebildet. In die-
tung oder Vorzeichen zwischen den beiden gegen- scm Fall hat ein Band 20 zwei Lochreihen 21 und
einander beweglichen Anordnungen zu bestimmen. io 22, wobei die Löcher jeder Reihe um einen Ab-
Ein Ausfiihrungsbeispiel des elektronischen Geräts stand ρ voneinander getrennt sind. Außerdem ist ein
ist in Fig. 3 abgebildet. Loch 21 gegen ein Loch 22 um eine ungerade Zahl
Das Gerät hat zwei identische Kanäle, die an die von einem Viertel des Abstands versetzt. Magnet-
Ausgangsanschlüsse .V1, .V2 des Meßumformers ange- feldabhängige Widerstände 23 und 24 befinden sich
schlossen sind und jeweils einen Rcgencrativvcrstär- 15 also auf der gleichen Querlinic, auf der sie wirksam
ker A1 bzw. A2 und eine bistabile Schaltung B1 bzw. Schwankungen des Magnetfeldes um 90" phascn-
B2 mit zwei Eingängen haben. Der Ausgang des Vcr- verschoben ausgesetzt sind.
stärkers Ax ist direkt an einen Hingang der Schal- In Fi g. 8 ist ein anderes Ausgestaltungsbeispiel des
tungB, angeschlossen, während der Ausgang des crfindungsgemäßen Meßumformers gezeigt, wobei
Verstärkers A3 direkt mit einem Hingang der bi- ao der Kern durch eine Drehscheibe 25 gebildet ist, die
stabilen Schaltung B2 verbunden ist. Differentiations- gleichmäßig um einen Winkel r getrennte Einschnitte
schaltungen C1 bzw. C2 sind zwischen die Ausgänge 26 hat. Die Drehscheibe dreht sich vor einem Joch
der Schaltungen A, bzw" A., und die anderen Hingänge 27, das mit zwei magnetfeldabhängigen Widerständen
der bistabilen Schaltungen B2 bzw. B1 geschaltet. 28 und 29 versehen ist, die an Magneten 30 bzw. 31
Die Ausgänge der bistabilen Schaltungen B, und 25 befestigt sind, deren Achsen durch die Mitte der
ß„ sind an die Eingänge eines Mischdiskriminators D Drehscheibe 25 laufen und zwischen sich einen Win-
angeschlosscn, dessen Ausgang 5 mit den Anschlüs- kel von 3 r/4 bilden,
sen eines Registriergalvanometers G verbunden ist. Der zuletzt beschriebene Meßumformer kann un-
Dic zeitliche Entwicklung der Signale iiii clek- abhängig tut Messung einer Winkelrelativgcschwin-
tronischen Gerät entsprechend der Relativgcschwin- 30 digkcit oder einer Translationsrclativgeschwindigkcit
digkeitsrichtung ist in Fig. 4 bzw. 5 zu sehen. dienen. Es versteht sich, daß die Einschnitte durch
Signale ax und a.„ die im wesentlichen sinusförmig eine Reihe von gleichmäßig getrennten Löchern auf
sind, werden von den magnctfcldabhängigen Wider- dem gleichen Umfang der Drehscheibe ersetzt werden
ständen 7 und 8 abgegeben und durchlaufen zuerst können, wobei die magnctfcldabhängigen Wider-
dic beiden parallelen Kanäle, wo sie von den Rcgene- 35 stände sich jetzt senkrecht zur Drehscheibe befinden,
rativverstärkcrn Ax. A2 verstärkt und dann rcgene- also gegenüber den Löchern.
ricrt werden, um in Rcchtccksignale λ, bzw. <v., um- Für alle Ausführungsbeispicle des Meßumformers
gesetzt zu werden. ist das elektronische Gerät zur Verarbeitung der Si-
Dic Signale ^1 und-v., werden durch die Diffcrcn- gnale das gleiche wie das für das erste Ausführungs-
tiationsschaltungen C1 und C2 in Signale λ,' und <\.,' 40 beispiel beschriebene.
umgesetzt, wonach die Signafc \,, i\.,' einerseits und In Fig. 9 ist ein Anwendungsbeispiel des erfin-
<v,. λ,' andererseits die beiden bistabilen Schaltungen diingsgcmäßen Meßumformers gezeigt. Hs handcll
B1 und B2 ansteuern, die so geschallet sind, daß für sich dabei um einen Schleuderstoßversuch eines
eine Rclätivgcschwindigkeitsrichtung nur eine der Kraftfahrzeugs. Ein derartiger Versuch dient dazu
bistabilen Schaltungen, z. B. die Schaltung B2. ein 45 das Verhalten eines Kraftfahrzeugs und seiner In
Signal b„ am Ausgang abgibt, während für die an- sassen während eines Unfalls zu untersuchen. Zi
dere Rcialivgeschwindigkeitsrichtung allein die an- diesem Zweck ist eine Testpuppe/1 am \ latz de;
dere bistabile Schaltung, z.B. die Schaltung B,, am Fahrzeuglcnkcrs in einem Fahrzeug V angebracht
Ausgang ein Signal ö, abgibt. das durch irgendeine bekannte Einrichtung gegen eii
Das Signal b\ oder b., wird dann in den Misch- 50 festes Hindernis geschleudert wird,
diskriminator D eingespeist, der die Erzeugung von Es ist nun notwendig, sehr genau einerseits dii
Impulsen Sx bzw. 5., entsprechend der Relativ- Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei Anzeige des Zeit
geschwindigkeitsrichtung gestattet. Die so erzeugten punkts der Richtungsumkehr nach dem Aufprall un<
Impulse unterscheiden sich in ihrer Amplitude und andererseits die Rclativverschiebungcn gewisser Ab
können direkt das Registriergalvanometer G an- 55 schnitte der Testpuppe relativ zum Fahrzeug oder be
steuern. stimmler Punkte des Fahrzeugs relativ zu den an
In Fig. 6 ist eine Abwandlung des Ausführungs- deren zu kennen. Zu diesem Zweck benutzt mai
beispiels gezeigt, bei der der Kern durch ein flexibles mehrere Meßumformer.
Band 12 aus Stahl gebildet ist, das einen Bereich von Ein Meßumformer 32 wird zur Messung der Vei
Löchern 13 aufweist, die gleichmäßig um einen Ab- 60 Schiebung des ganzen Fahrzeugs verwendet. In die
stand ρ getrennt sind. scm Fall ist das Band am Erdboden befestigt, wall
Das Band 12 durchläuft ein Joch 14 über eine rend das Joch am Fahrzeug befestigt ist. Ein MeC
Öffnung 15, wobei sich im Innern gegenüber der umformer 33 dient dazu, die Verschiebungen de
Reihe von Löchern 13 zwei magnetfeldabhängige Kopfes der Testpuppe relativ zum Fahrzeug ζ
Widerslände 16 und 17 befinden, die auf Magneten 65 messen: ein Meßumformer 34 mißt die Verschicbui
18 und 19 aufgeklebt sind. gen des Brustkorbs relativ zum Armaturenbrett; un
Die Achsen dei magnelfcldabhängigen Wider- ein Meßumformer 35 mißt das Eindringen der Lcnl
stände sind wie beim ν οι hergehenden Beispiel um säule.
I licrzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Meßumformer zur Messung des Betrags und der Richtung der Relativgeschwindigkeit zwischen
zwei beweglichen Anordnungen, mit einem ferromagnetisclien Kern und einem Joch, die jeweils
an einer der beiden Anordnungen befestigt sind, wobei der Kern abwechselnd in gleichem Abstand
zueinander angeordnete magnetische Unstetigkeitsstellen
hat und das Joch zwei magnetfeldabhängige Widerstände aufweist, die an die
Anschlüsse einor Gleichstromquelle und an den
Hingang eines elektronischen Gerätes angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände (7, 8) auf »:i ndestens einem Magnet (6) mit vorgebbarem
Abstand voneinander in Reluthbewegungsrichtung
angeordnet sind.
2. Meßumformer nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß nur .'ine Gleichstromquelle
und nur ein elektronisches Gerät vorgesehen sind.
3. Meßumformer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) durch einen
Stab mit Bunden (3) und Ringnuten (4) gebildet ist.
4. Meßurr.fc.rmer nach Anspruch 1. dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern (1) ein Gewindestab ist.
5. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein flexibles Band
(12) ist. das mit einer Reihe von Löchern (13) versehen ist.
Ct. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Drehscheibe
(25) ist. die an ihrem Umfang gleichmäßig getrennte Einschnitte (26) hat.
7. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Drehscheibe
ist, die eine Reihe von Lüchern aufweist, die gleichmäßig auf einem K-eis angeordnet sind,
dessen Mitte mit der Achse der Drehscheibe zusammenfällt.
8. Abwandlung des Meßumformers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern
(20) ein flexibles Band ist. das zwei Reihen Löcher (21, 22) aufweist, und daß je zwei benachbarte
Löcher der beiden verschiedenen Reihen gegeneinander versetzt sind und daß die beiden
Widerstände (23, 24) auf der gleichen Linie senkrecht z.ur Relativbcwegimgsrichtung jeweils
auf eine Reihe von Löchern (21, 22) des Kerns (20) zeigend angeoidnet sind.
Applications Claiming Priority (2)
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FR6910218 | 1969-04-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2014454A1 DE2014454A1 (de) | 1970-10-08 |
DE2014454B2 DE2014454B2 (de) | 1972-11-09 |
DE2014454C true DE2014454C (de) | 1973-05-30 |
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