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" Messgeber" Die Erfindung betrifft einen Meßgeber, also eine Meßdose,
mit deren Hilfe mechanische Größen in elektrische Größen umgwawdelt werden und als
solche dargestellt und/oder gemessen werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Meßgeber
so auszubilden, dass er eine möglichst hoch entwickelte Ecklastunempfindlichkeit
aufweist, wie dies z. B. insbesondere bei Meßgebern, die in Wiegeeinrichtungen eingesetzt
werden, von außerordentlicher Wichtigkeit ist. Hier ist es wichtig, dass eine Verlagerung
der zu wiegenden Objekte auf der Wiegeplattform keinen Einfluss auf das Meßergebnis
hat.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, den
Meßgeber als koaxiales System eines mechanischen Teiles, nämlich des Meßstempels,
der in ein Doppelmembransystem eingesetzt ist und des elektrischen Teiles in Gestalt
eines als induktives System
ausgebildeten Meßwandler zu gestalten.
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Vorzugsweise sind dabei die Kerne und Wicklungen des induktiven Meßwandlers
dreifach unter Einschluss je eines Winkels von 1200 oder vierfach unter Einschluss
je eines Winkels von 9o° um den Meßstempel angeordnet. Grundsätzlich genügen drei
Kerne, für besondere Aufgaben können aber auch mehr als vier Kerne vorgesehen sein.
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Des weiteren kann eine Dämpfung eingebaut sein, die in ihrer Wirkung
von d er der Geschwindigkeit der Meßstempelbewegung abhängig ist. Vorzugsweise ist
sie der Geschwindigkeit der Meßstempelbewegung proportional.
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Für den Anschluss der Wiegeplatte ist das freie Ende des Meßstempels
als Gewindestummel ausgebildet.
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Für die-Ausbildung des induktiven Meßwandlers bieten sich zwei Lösungen
an, nämlich jeweils EI-Wandersysteme, bei welchen entweder auf allen drei Schenkeln
des E-förmigen Kernes oder auf dessen beiden äußeren Schenkeln Wicklungen angeordnet
sind.
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Mit der erfindungsgemässen Meßgeberausführung wird die geforderte
optimale E cklastunempfindlichke it erreicht. Eine etwaige seitliche Verschiebung
des Meßstempels ist ohne Einfluss auf das Meßergebnis.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten
Zeichnungen beispielsweise und rein schematisch dargestellten Ausführungsform eines
Meßgebers und der beispielsweise
möglichen elektrischen Me ßs chaltungen.
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Fig. 1 zeigt den Meßgeber im Teilaxialschnitt, in Fig. 2 ist ein
Radialschnitt nach der Linie II-II in Fig.,l wiedergegeben, Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform
eines Kernes mit Spulenanordnung des induktiven Meßwandlers, in Fig. 4 ist eine
weitere Ausführungsform dargestellt, Fig. 5 gibt die Schaltung des induktiven Meßwandlers
nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3wieder, Fig. 6 ist die Schaltung des induktiven
Meßwandlers nach Fig. 4.
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Der mechanische Teil des Meßgebers besteht im wesentlichen aus einem
Meßstempel 1, welcher mittels zwei Membranen 2 und 3 in einem kreiszylindrischen
Gehäuse 4 gelagert ist. Diese -Membranen 2 und 3 stellen das mechanische Meßelement
dar. Durch diese Doppelmembran 2, 3 ergibt sich eine gute Führung des Meßstempels
1. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt die Durchbiegung bei Nennlast
o, 5 mm. Es ergibt sich bei Auflage der Nennlast eine minimale Einstellzeit von
34 Millisekunden. Bei geringerer Last wird die Anstiegszeit entsprechend kleiner.
Für den in den Membranen 2, 3 gelagerten Meßstempel 1 ist des weiteren eine der
Geschwindigkeit seiner Bewegung proportionale Dämpfung 5 eingebaut, die an sich
beliebig gestaltet sein kann und deren Gestaltung im einzelnen nicht
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist.
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Die Linearität des Gebers kann bis zur doppelten Nennlast im Rahmen
der geforderten Grenzen konstant gehalten werden.
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Das obere freie Ende des Meßstempels 1 ist als Gewindestummel 6 zum
Anschluss z. B. einer Wiegeplatte ausgebildet, wenn der Meßgeber in einer Waage
eingesetzt wird.
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Als elektrisches Teil des beispielsweise dargestellten Meßgebers
sind vier induktive EI-Meßwandler vorgesehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier E-förmige Kerne 7, 8, 9 und lo aufweisen, die jeweils unter Einschluss eines
Winkels von 900 koaxial zum Meßstempel 1 um diesen im Gehäuse 4 angeordnet sind,
und deren bewegliche Schenkel im Meßstempel angeordnet sind.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils die äußeren Schenkel
11 und 12 der E-förmigen Kerne mit Wicklungen 13 versehen.
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Die Schenkel im Meßstempel 1 gegenüber den Kernen 7 bis lo sind mit
14, 15, 16 und 17 bezeichnet.
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Durch die gewählte Anordnung des induktiven Meßwandlersystems haben
seitliche Verschiebungen des Meßstempels 1 keinen Einfluss auf das Meßergebnis.
Bei der in der Praxis einzusetzenden Ausführungsform beträgt die Ausgangsspannung
des Systems für die aufgelegte Nennlast ein Volt. Umwelteinflüsse haben praktisch
keinen Einfluss auf das Messergebnis. Bei der Montage wird der Geber so justiert,
dass die Ausgangsspannung gleich Null ist. Der Feinabgleich wird im Brückenteil
des noch zu beschreibenden Kompensators vorgenommen.
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Das Gehäuse 4 ist oben mit einem Deckel 18 mit einem Durchtritt 19
für den Gewinde stummel 6 des Meßstempels 1, unten mit einem Boden 20 verschlossen.
Das Gehäuse 4 ist des weiteren vorteilhafterweise an seinem unteren Ende mit einem
Flansch 21 ausgerüstet, dessen Durchmesser demjenigen des Bodens 20 entspricht.
Der elektrische Anschluss wird durch ein fest montiertes, nicht dargestelltes Kabel
gebildet. Der erfindungsgemässe Meßgeber stellt ein sehr schnelles Meßsystem dar,
so dass er z. B. neben dem direkten Wiegen auch zum Kontrollwiegen an Verpackungsmaschinen
eingesetzt werden kann. Dieser Aufgabenstellung wäre lediglich die vom Meßgeber
gesteuerte Elektronik anzupassen.
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Die Schaltung der Wicklungen 13 der Kerne des induktiven Systems,
z. 3. des Kernes 7, ist in Fig. 3 wiedergegeben. Die beiden Anschlüsse E der Wicklungen
13 liegen über Leitungen 31, 32 an den Anschlussklemmen 33, 34 eines Widerstandes
35 mit einem Abgleichsabgriff 36. An die beiden Klemmen 33, 34 ist des weiteren
über die Leitungen 37, 38 die Speisespannung Ub angelegt.
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Die beiden weiteren Anschlusspunkte A der beiden Wicklungen 13 liegen
über Leitungen 39, 40 bei 41 an Masse. Ebenfalls an Masse liegt die Leitung 42,
die zusammen mit der von dem Abgleichsabgriff 36 führenden Leitung 43 die Ausgangsspannung
AU U liefert.
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Mit x ist die Schenkelbreite der Schenkel 11 und 12 des Kernes 7
angegeben. Der Doppelpfeil 44 deutet den Weg des Meßstempels 1 und damit des beweglichen
I-Schenkels an, durch den die magnetischen Widerstände der seitlichen magnetischen
Kreise gesteuert werden. Die Induktivität der beiden seitlich angebrachten Wicklungen
ändert sich im
entgegengesetzten Sinne. Diese beiden Wicklungen
werden zu einer induktiven Halbbrücke zusammenge schlos sein.
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Es ergibt sich somit für die Ausgangsspannung
wobei K die Wandlerkonstante ist.
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Bei der Anordnung nach Fig. 5 sind nun in dem koaxialen Wandlersystem
4 Einstellsysteme der vorbeschriebenen Art vorgesehen, die als induktive Vollbrücke
geschaltet sind.- Damit wird eine doppelte Empfindlichkeit des Wandlersystems erreicht.
Es ergibt sich für die Ausgangsspannung
Damit wird vor allem die schon erwähnte Unempfindlichkeit des Wandlersystems gegenüber
seitlichen Verschiebungen erreicht.
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Der Wandler gibt also nur dann eine Ausgangsspannung ab, wenn die
Verschiebung des Meßstempels in Richtung der Systemachse erfolgt.
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Die Zusammenschåltung der Wicklungen der vier Kerne nach Fig. 3 ist
in Fig. 5 wiedergegeben. Die unteren Spulen 13 jedes Kernes 7, 8, 9, lo sind hier
mit U1, U2, U3 und U4 bezeichnet, die oberen Spulen 13 jedes Kernes 7, 8, 9, lo
mit 01> 02> 03> 04. Die Spulen U1, U2 sind unter sich und mit den Spulen
03> O4,in Serie geschaltet, ebenso die Spulen U3, U4 mit den Spulen 01> 02
Die Speisespannung Ub liegt in der Größenordnung von lo Volt und looo Hz. Sie wird
den Spulenanordnungen über Leitungen 51, 52 zugeführt und liegt weiter an den Klemmen
53, 54 der aus den Widerständen 35, 55 und 56 bestehenden Abgleichsbrücke. Die Ausgangsspannung
eEU kann z. B. über
Leitungen 57, 58 einerseits zu einem Analog-Digital-Wandler
und andererseits über einen Transformator 59 zum Eingang eines Meßverstärkers der
möglichen nachschaltbaren elektronischen vom Meßgeber gesteuerten Schalt - bzw.
Meßkreise geführt werden.
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Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch die Ausstattung der Kerne
z. B. des Kernes 7 (Fig. 4) mit je drei Wicklungen 13, so dass jeder Schenkel des
E-förmigen Kernes mit einer Wicklung ausgerüstet ist. Die Wicklung 13 des mittleren
Schenkels 45 liegt dann mit ihren Klemmen 46, 47 an der Speisespannung Ub. Die Klemmen
E der Wicklungen 13 der beiden Schenkel 11 und 12 sind über eine Leitung 48 kurzgeschlossen.
An den Klemmen A der Wicklungen 13 der Schenkel 11 und 12 kann über Leitungen 49,
50 die Ausgangs spannung U abgenommen werden.
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Für die Ausgangsspannung ergibt sich bei dieser Schaltung
wobei
ist.
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Sind wiederum (Fig. 6) vier Systeme zusammengeschaltet, wird auch
der Widerstand in den einzelnen magnetischen Kreisen
der Schenkel des E-förmigen Kernes durch die Verschiebung des I-Schenkels gesteuert.
Es ändert sich die Verteilung des magnetischen Flusses und auch die transformierte
Spannung. Die Brücke wird also bereits direkt im magnetischen Kreis gebildet. Dieser
Wandler hat sowohl einen asymmetrischen Eingang als auch einen asymmetrischen Ausgang.
Da die Speisespulen der vier Kerne parallel liegen, diese
sind jeweils
die Spulen der mittleren Schenkel, wird die Ausgangsspannung um den Faktor Vier
größer. Es ergibt. sodann für diese
Da der Ausgang. des Wandlers nicht wesentlich belastet wird, kann auch hier eine
Transformation der Sekundärspannung vorgenommen werden. Es können leicht Ausgangsspannungen
von 0, 5 Volt/o, 5 mm erzielt werden. Die Speisespannung liegt wiederum in der Größenordnung
von lo Volt. Die notwendige Leistung ist kleiner als loo mW. Das zuletzt beschriebene
Wandlersystems zeichnet sich vor allem durch den Vorteil eines kleinen Phasenfehlers
zwischen Eingang und Ausgang aus. Dies hat vor allem eine sehr kleine Temperaturempfindlichkeit
der Wandlerkonstanten zur Folge.