DE2106719B2 - Positionsmelder - Google Patents

Description

Schaltungsaufwand erkauft, um vor allem ungewollte In den Fig. 2,3 und 4 sind zugehörige Schalt-

Änderungen des Positionssignals infolge Kapazitäts- 65 kreise 22 bzw. 23 bzw. 24 gezeigt, mit denen sich aus

änderungen od. dgl. auszuschalten. dem vorausgehend beschriebenen Positionsmelder

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Posi- elektrische Ausgangssignale gewinnen lassen. Gestri-

Monsmelder der eingangs angegebenen Art so auszu- chelt eingerahmt erscheint jeweils das En;atzschalt-

bild für den Positionsmelder 10 nach Fig. I. In diesem ist das Glied 12 als unmittelbare bewegliche Abzapfung an dem Widerstand 20 wiedergegeben, während die tatsächlich vorhandene Kapazität zwischen dem Glied 12 und dem Widerstand 20 durch einen Festkondensator 25 dargestellt ist. Ebenfalls schemalisch sind Klemmen 26, 28 und 30 angedeutet, die irgendwelche geeigneten elektrischen Verbindungen mit den beiden Enden des Widerstandes 20 bzw. mit dem beweglichen Glied 12 bezeichnen.

Wie ersichtlich, ist über das bewegliche Glied 12 an L-ine bestimmte Stelle des Widerstandes 20 kapazitiv ein Ausgang eines Oszillators 32 angekoppelt, der ein Signal gleichbleibender Amplitude liefert. Dieses Signal wird von dem Widerstand 20 in einem Grade gedämpft, der von der jeweiligen Position des Gliedes 12 gegenüber diesem Widerstand abhängt. Das gedämpfte Osziilatorsignal liefert ein Signal, dessen Mittelwert der betreffenden Position entspricht. Durch Filtern dieses Signals wird ein Gleichstrom-Ausgangssignal erhalten, das unmittelbar zur Verwendung für Anzeige- oder Steuerzwecke geeignet ist.

Der in F i g. 2 gezeigte Schaltkreis 22 stellt einen Halbwellen-Schaltkreis dar, dessen Ausgangssignal die jeweilige Stellung des Gliedes 12 gegenüber dem Widerstand 20 repräsentiert. Der zugehörige Oszillator kann in jeder geeigneten Weise aufgebaut sein, wird jedoch zweckmäßigerweise ein Hochfrequenzsignal im Megahertz-Bereich liefern.

Der eine Ausgang des Oszillators ist über die Klemme 30, wie gesagt, mit dem beweglichen Glied 12 verbunden. Der andere Ausgang steht über Masse mit dem Widerstand 20 in Verbindung, genauer gesagt mit dessen Klemme 26 unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterdiode 34. Auf diese Weise besteht eine Serienschaltung des Oszillators 32 über die Klemme 30, das bewegliche Glied 12 mit der zugehörigen Kapazität in Gestalt des gezeigten Kondensators 25, einen Teil des Widerstandes 20 und die Diode 34. Das Oszillatorsignal wird entsprechend dem jeweils eingeschalteten Teil des Widerstandes 20 gedämpft, der wiederum von der relativen Position des Elements 12 abhängt. Mittels der Diode 34, die jeweils eine Halbwelle des Signals zur Masse hin ableitet, wird das gedämpfte Signal gleichgerichtet.

Mit der Klemme 26 und der Diode 34 steht ein Ausgangsschaltkrcis in Verbindung, der eine Klemme 36 und einen Belastungswiderstand 38 aufweist, an dem das für die Stellung des beweglictien Gliedes 12 bezeichnende Ausgangssignal abgegriffen wird. Der Widerstand 38 bewirkt, daß durch den Oszillator 32 und die obenerwähnte Serienschaltung in denjenigen Halbperioden ein Strom fließt, in denen die Diode 34 nichtleitend ist.

Der Mittelwert des an der Klemme 36 erscheinenden Ausgangssignals wird um so stärker negativ, je mehr sich das bewegliche Glied 12 in der Darstellung dem oberen Ende des Widerstandes 20 nähert. Genauer gesagt wird das über das Glied 12 kapazitiv auf den Widerstand 20 gegebene Oszillatorsignal während positiver Halbperioden über die Diode 34 zur Masse hin abgeleitet, während es im Verlaufe der negativen Halbperioden im wesentlichen über den Widerstand 38 in Serie mit dem eingeschalteten Abschnitt des Widerstandes 20 fließt. Diese beiden Widerstände wirken gleichsam als ein Spannungsteiler, an dem die Klemme 36 einen Abgriff darstellt.

Ist nur ein kleiner Abschnitt des Widerstandes 20 in den Schaltkreis einbezogen, so tritt an der Klemme 36 eine verhältnismäßig große negative Spannung auf. Umgekehrt ist die an der Klemme 36 erscheincnde negative Spannung geringer, wenn ein größerer Abschnitt des Widerstandes 20 eingeschaltet ist. So also erscheint an der Klemme 36 gegenüber Masse eine negative Spannung, deren Mittelwert sich entsprechend der Position des beweglichen Gliedes

ίο 12 ändert.

In Fig. 3 ist ein abgewandelter Schaltkreis 23 gezeigt, der eine Vollweggleichrichtung und damit ein symmetrisches und kräftigeres Ausgangssignal ergibt. Von dem hier auftretenden Oszillator 40 ist wiederum ein Ausgang über die Klemme 30 mit dem beweglichen Glied 12 verbunden, während der andere Ausgang über Masse und in diesem Falle zwei Gleichrichterdioden 42 ':nd 44 mit dem Widerstand 20 in Verbindung steht. Genauer gesagt, liegt wieder

ao der zweite Ausgang des Oszillators an Masse, ebenso wie die Anode der Diode 42 mit der Klemme 26 des Widerstandes und die Kathode der Diode mit Masse verbunden ist. Zusätzlich ist nun aber die Kathode der Diode 44 mit der Klemme 28 des Widerstandes und die Anode dieser Diode mit Masse verbunden. Der Ausgangsschaltkreis enthält in diesem Falle zwei gleiche Belastungswiderstände 46 und 48. deren Verbindungsstelle mit einer Ausgangsklemme 50 verbunden ist, während ihre anderen Enden ebenso wie die Dioden 42 und 44 an den Klemmen 26 und 28 des Widerstandes 20 liegen. An der Klemme 50 tritt wiederum ein Ausgangssignal auf. dessen Mittelwert von der jeweiligen Position des beweglichen Gliedes 12 bestimmt wird.

Die Arbeitsweise des Schaltkreises 23 ist ganz ähnlich derjenigen des Schaltkreises 22 aus F i g. 2, mit der Ausnahme, daß die Dämpfung sich nun auf beide Halbwellen des Oszillatorsignals auswirkt. Wiederum wird ein Osziilatorsignal konstanter Amplitude über das Glied 12 an einer Stelle auf den Widerstand 20 gegeben, die sich nach der jeweiligen Position des Gliedes 12 richtet. Der auf diese Weise dem Widerstand 20 mitgeteilte Strom teilt sich auf in zwei Anteile, deren einer über die Klemme 26 und deren anderer über die Klemme 28 fließt. Die beiden Dioden 42 und 44 liegen, wie gesagt, entgegengesetzt gepolt an Masse, so daß sie Signale bzw. Signalanteile beider Polaritäten nach Masse hin abzuleiten vermögen. Während positiver Halbperioden fließt einer der beiden Stromanteile über die Diode 42 zur Masse, während der zweite Stromanteil durch einen Spannungsteiler aus dem unteren Abschnitt des Widerstandes 20 und den Widerständen 48 und 46 zur Diode 42 und zur Masse gelangt. Während negativer Halbpcrioden leitet die Diode 44 einen Anteil des Stromes zur Masse hin, während der andere Stromanteil durch den oberen Abschnitt des Widerstandes 20, die Widerstände 46 und 48 und den Gleichrichter 44 abfließt. Die Spannung an der Klemme 50 wird um so negativer je weiter das bewegliche Glied 12 in der Darstellung nach oben wandert, wird jedoch positiv, wenn das Glied 12 sich über den Mittelpunkt des Widerstandes 20 hinaus nach unten bewegt.

An der Klemme 50 tritt ein Signal auf, das unmittelbar als Gleichstromsignal Verwendung finden kann. Die in dem Schaltkreis inhärent vorhandene Kapazität in bezug auf Masse ist in der Zeichnung durch einen gestrichelten Kondensator 52 dargestellt.

Die Frequenz des Oszillatorsignals ist entsprechend zillator 54 ist statt dessen mit den anderen Enden, dieser Kapazität so zu wählen, daß das an der d. h. den Klemmen 26 und 28, des Widerstandes 20. Klemme 50 erscheinende Ausgangssignal geglättet und zwar über zwei entgegengesetzt gepolte Dioden und gefiltert wird, um im wesentlichen ein Gleich- 56 und 58 verbunden. Die Klemmen 26 und 28 stcstromsignal zu bilden. Vorzugsweise findet, wie ge- 5 hen weiterhin, wie zuletzt, über zwei Widerstände 62 sagt, ein Hochfrequenzsignal Verwendung. In einem und 64 mit der Ausgangsklemme 60 in Verbindung, ausgeführten Beispiel hatte ein solches Signal eine Abgesehen von demjenigen Punkt, an dem die beiFrequenz von etwa 2MHz, wobei tatsächlich am den Zweige des Schaltkreises mit dem beweglichen Ausgang praktisch ein Gleichstromsignal erhalten Glied 12, den beiden Abschnitten des Widerstandes wurde. Die beschriebene Schaltung hat somit den io 20. den Dioden 56 und 58 und dem Oszillator 54 mit Vorteil, daß ihr Ausgangssignal unmittelbar, d. h. der Masse verbunden sind, entsprechen die Schaltohne äußere Filterung zu Anzeige- oder Steuerzwek- kreise nach den Fig. 3 und 4 einander im wesentliken verwendet werden kann. Eine ebensolche Filte- chen. In F i g. 4 ist indessen schematisch ein Filter 66 rung kann selbstverständlich auch in Verbindung mit angedeutet, das Verwendung finden kann, um auch den Schaltkreisen nach den F i g. 2 und 4 Anwendung 15 in dem Fall ein Gleichstrom-Ausgangssignal zu erfinden, halten, daß die inhärente Kapazität des Schaltkreises In F i g. 4 ist ein Beispiel dafür gezeigt, daß die Er- 24 nicht ausreichend ist, um das Ausgangssignal in findung auch dort Anwendung finden kann, wo es dem gewünschten Maße zu filtern. Das Filter 66 erwünscht ist, das bewegliche. Glied 12 an Masse zu kann aus einer RC-KcUc bestehen. Ebenso kann es legen. Bei dem hier gezeigten Schaltkreis 24 ist somit 20 jedoch auch von einem Niederfrequenz-Transistordie zu dem Glied 12 führende Klemme 30 unmittel- verstärker gebildet werden, der zu träge ist, um der bar mit Masse verbunden. Der hier auftretende Os- Oszillatorfrequenz zu folgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 bilden, daß bereits mit einem sehr geringen Schal-Patentansprüche: tungsaufwand unmittelbar verwertbare, präzise Positionssignale erhalten werden.

1. Positionsmelder zur Positionsanzeige von Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge-Meßgerätezeigern u. dgl. unter Verwendung eines 5 löst, daß der Oszillator ein Hochfrequenzoszillator aus einem Oszillator gespeisten, parallel zu der ist, dessen erster Ausgang unmittelbar mit dem elek Bewegungsebene des Zeigers angeordneten, lang- trisch leitenden Teil des Zeigers und dessen zweiter gestreckten elektrischen Flächenwiderstandes, an Ausgang über einen Gleichrichter mit einem festen dem ein elektrisch leitender Teil des Zeigers Punkt des Flächenwiderstandes verbunden ist, und einen kapazitiven Abgriff bildet, dadurch io daß '..em Gieichrichier eine Filtermittel enthaltende gekennzeichnet, daß der Oszillator (32, Ausgangsschaltung y>arallel geschaltet ist.

40, 54) ein Hochfrequenzoszillator ist, dessen er- In einer solchen Schaltung wird einfach das Oszil-

ster Ausgang unmittelbar mit dem elektrisch lei- latorsignal entsprechend dem jewels eingeschalteten

tenden Teil des Zeigers (12) und dessen zweiter Abschnitt des Flächenwiderstandes in verschiedenem

Ausgang über einen Gleichrichter (34; 42, 44; 15 Maße bedämpft. Das bedämpfte Signal, welches an

56, 58) mit einem festen Punkt (26, 28) des Flä- dem Gleichrichter abgegriffen wird, ist unmittelbar

chenwider'andes (20) verbunden ist, und daß als Gleichstromsignal verwertbar und bedarf allen

dem Gleichrichter ein Filtermittel (z. B. 66) ent- falls noch einer Filterung.

haltender Ausgangsschaltkreis (38; 46, 48; 62, Gemiß einer bevorzugten Ausfül.iungsform der

64, 66) parallel geschaltet ist. 20 Erfindung bildet die der Schaltung eigene Kapazität

2. Positionsmelder nach Anspruch 1, dadurch einen Bestandteil der Filtermittel, die sich auf einen gekennzeichnet, daß der zwei'e Ausgang des Os- oder mehrere hinzutretende Widerstände beschränzillators (40, 54) über zwei entgegengesetzt ge- ken können.

polte Gleichrichter (42, 44; 56, 58) mit beiden Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind

Enden (26, 28) des Flächenwiderstandes (20) 25 nachfolgend einige bevorzugte Ausführungsformen

verbunden ist und daß der Ausgangsschaltkreis an Hand der Figuren beschrieben.

zwei in Serie mit den beiden Enden des Flächen- Fig. 1 ist ein perspektuisches Schema der räumli-

widerstandc verbundene Widerstände (46, 48; chen Anordnung des Systems;

62, 64) aufweist, an deren ^'erbindungsstelle das Fig. 2, 3 und4 sind Schaltbilder geeigneter dazu-

Ausgangssignal abgegriffen wird. 30 gehöriger Schaltkreise.

3. Positionsmelder nach Vnspruch 1 oder2, Der in Fig. 1 dargestellte Positior.smelder 10 bedadurch gekennzeichnet, daß in den Filtermitteln sitzt rin bewegliches Glied 12, dessen Position abgedie der Schaltung eigene Kapazität (52) ausge- tastet werden soll. Im gezeigten Fall besteht das nutzt wird. Glied 12 aus einem Zeiger, der von einem Meßsy-

4. Positionsmelder nach einem der vorherge- 35 stern 14, wie etwa einem Galvanometer, her bewegt henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wird. Es versteht sich indessen, daß die Erfindung einer der beiden Ausgänge des Oszillators (32, auch in Verbindung mit anderen beweglichen GHe-40, 54) an Masse liegt. dem Anwendung finden kam., wie z. B. Schreibstiften bei selbstaufzeichnenden Meßgeräten.

40 Zur Erzeugung eines der jeweiligen Position des

Gliedes 12 entsprechenden Ausgangssignals ist in einem gewissen Abstand unterhalb des Gliedes 12 ein fester Träger 16 vorgesehen, dessen Oberfläche

Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionsmel- 18 parallel zu der Bewegungsebene des Gliedes 12

der zur Positionsanzeige von Meßgerätezeigern 45 verläuft. Auf dieser Oberfläche 18 befindet sich ein

u. dgl. unter Verwendung eines aus einem Oszillator langgestreckter, elektrischer Flac'.,enwiderstand 20,

gespeisten, parallel zu der Bewegungsebene des Zei- der von der Unterseite des Gliedes 12, unabhängig

gers angeordneten, langgestreckten elektrischen Flä- von dessen jeweiliger Position, stet« den gleichen Ab-

chenwiderstandes, an dem ein elektrisch leitender stand einnimmt. Das Glied 12 besteht entweder ganz

Teil des Zeigers einen kapazitiven Abgriff bildet. 50 oder aber zumindest in dem dem Widerstand 20 ge-

Eh derartiger Posuionsmelder ist aus der USA.- genübertretenden Bereich aus einem elektrisch leiten-

Patentschrift 3 340 536 bekannt. Gegenüber anderen den Material, so daß über den Luftspalt zwischen

bekannten Formen, bei denen der Zeiger od. dgl., dem Glied 12 und drm Widerstand 20 hinweg eine

beispielsweise auch der Schreibstift eines Blattschrei- kapazitive Kopplung besteht. Derjenige Bereich des

bers, an einem veränderlichen Widerstand einen 55 Widerstandes 20, der jeweils auf diese Weise mit

Kontaktabgriff bildet, werden damit Verfälschungen dem Glied 12 gekoppelt ist, hängt naturgemäß von

des Ausschlages durch Reibungseinflüsse vermieden. der jeweiligen Position des Gliedes ab. Ist das Glied

Ferner wird gegenüber solchen Ausführungen, bei 12, wie gezeigt, schwenkbar, so kann der Widerstand

denen eine Induktivität oder Kapazität selbst verän- 20 zur Verbesserung der Linearität auch (abwei-

derlich ist und die zu diesem Zweck besondere, mit 60 chend von der Darstellung) gekrümmt sein. Obgleich

dem Zeiger gekuppelte Teile, wie z. B. Flügel, auf- der Widerstand 20 normalerweise ein ohmscher

weisen, eine geringere Trägheit des Systems erreicht. Widerstand sein wird, kann er gegebenenfalls auch

Jedoch wird dieser Vorteil mit einem beträchtlichen aus einem induktiven Widerstand bestehen.