DE2202529C3 - Kompensationsschaltung zur Kompensation des Temperaturfehlers und der Maßstabveränderung bei einem Lagemeßtrasformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompensaticnsschalt_:ng zur Kompensation des Temperaturmeßfehlers und der Maßstabveränderung bei einem zwei relativ zueinander bewegbaren Transformatorenhälften aufweisenden Lagemeßtransformator mit einer wechselstromdurchflossenen Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, bei der die in ihr induzierte Spannung in Nullage der beiden Transformatorenhälften im wesentlichen Null ist und mit wachsender Auslenkung aus dieser Nullage im wesentlichen proportional anwächst und diese Spannung über einen temperaturabhängigen Widerstand den Ausgangsanschlüssen der Schaltung zugeführt wiri.

Mit solchen Lagen_;eßtransformatoren können sehr kleine winkelmäßige Veränderungen in der Relativlage der zueinander bewegbaren Transformatorenhälften gemessen werden. Die Ausgangsspannung eines solchen Lagemeßtransformators sollte hierbei von Änderungen der Umgebungstemperatur unbeeinflußt sein.

Um Änderungen des Maßstabfaktors mit der Temperatur ausgleichen zu können, ist es bekannt, zwischen der Sekundärwicklung und einem der Ausgangsanschlüsse einen temperaturabhängigen Widerstand zu schalten. Es ist auf diese Weise möglich, das Verhältnis der Differenz zwischen ien Amplituden des Ausgangssignals bei maximaler Auslenkung und Nullage zur maximalen Auslenkung temperaturunabhängig zu machen.

Diese Temperaturkompensation ist jedoch nicht geeignet. Änderungen der Amplitude des Ausgangssignals mit der Tem peratur bei unveränderter Auslenkung kompensieren zu können. Dies bedeutet also, daß bei den bekannten Kompensationsschaltungen sich bei unveränderter Auslenkung die Ausgangsamplitudc mit der Tcmper;itur verändert.

si) Fs besteht die Aufgabe, die Kompensationsschaltung so auszubilden, daß sowohl die Maßstabveränderungen als auch der vorgenannte Tempcraturfchler ausgeglichen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches I. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hs zeigt

Fig. I einen Schnitt längs der Längsachse eines

ftii Wendekreises mit einem Lagemeßtransformator,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. I zur Verdeutlichung des Aufbaus des Lagemcßtransformators des Wendekreisel,

Fig. 3 eine Kompensationsschaltung, die an den Wandler gemäß Fig. 2 angeschlossen ist, und

Fig. 4 eine weitere Kompensationsschaltung als Alternative zu der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.
Die Fig. I zeigt, daß das Traggestell 1 des Wende-

kreiseis drehbar in einem zylindrischen Gehäuse 2 angeordnet ist und sich winkelmäßig um die Längsachse 3 des Gehäuses 3 verdrehen kann. Das Traggestell 1 wird durch ein Lager 4 an einem Ende des Gehäuses 2 und durch ein Lager 5 und einen Tor- s sionsstab 6 am anderen Ende gelagert. Der Torsionsstab 6 setzt der winkelmäß'gen Bewegung des Traggestells 1 um die Achse 3 einen elastischen Widerstand entgegen. Der Lagemeßtransformator 7 umfaßt einen ferromagnetischen Stator 8, der durch das Ge- ίο häuse 2 getragen wird, sowie einen ferromagnetischen Rotor 9, der mit dem Traggestell 1 verbunden ist. Gespeist wird dieser Transformator mit Wechselstrom, so daß am Stator 8 ein Signal entsteht, welches von der winkelmäßigen Auslenkung des Traggestells 1 um is die Achse 3 abhängt.

Ein elektrisch angetriebener Rotor 10 des Wendekreisels wird vom Traggestell 1 gelagert. Dieser Rotor 10 befindet sich auf einer Stahlwelle 1, welche im Traggestell 1 gelagert ist, wobei die Stahlwelle 11 mit ihrer Achse 12 rechtwinkelig zur Achse 3 angeordnet ist. Der Rotor 10 dreht sich um die Achse 12. Winkelmäßige Bewegungen des Gehäuses 2 um eine Achse 12, weiche rechtwinkelig zu den beiden Achsen 3 und 12 verlaufen und die Eingangsachse des Wendekrcisels darstellt, bewirken Präzessionsbewegungen des Traggestells 1 um die Achse 3. Die Achse 3 stellt also die Präzessionsachse des Wendekreisels dar. Diesen Präzessionsbewegungen wird ein elastischer Widerstand entgegengesetzt durch die Torsionsstange 6, so daß die resultierende winkelmäßige Bewegung des Traggestells 1 um die Präzessionsachse 3 übereinstimmt mit der Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses 2 um die Eingangsachse 13. Der Transformator 7 gibt in Übereinstimmung mit der winkelmäßigen Auslenkung ein Wechselstromsignal ab. Dieses zwischen den Ausgangsanschlüssen 14 und 15 liegende Signal ist ein Maß für die zu messende Eingangsgröße. Die Ausgangsanschlus.se 14 und 15 befinden sich außen am Gehäuse *.

Die Fig. 2 zeigt einen ferromagnetischen Lamellenstator 8 mit zwölf nach innen gerichteten Polen 20. die im gleichen Abstand untereinander angeordnet sind. Diese Pole 20 tragen eine Primärwicklung 21 und eine Sekundärwicklung 22. Die Primärwicklung 4* 21 umfaßt die Pole 20 jeweils paarweise im Wicklungssinn (durch die Pfeile angedeutet), abwechselnd von einem Polpaar zum nächsten um den Stator 8 herum. Die Wicklung 22 ist in entsprechender Weise gewickelt, jedoch mit unterschiedlichen Polpaaren, so daß der Sinn bzw. die Richtung der induktiven Kopplung zwischen den beiden Wicklungen 21 und 22 zwischen aufeinanderfolgenden Polen 20 umgekehrt Verläuft. Der Rotor 9 des Wandlers 7 ist massiv oder geschichtet und besteht aus Weicheisen. Er weist sechs nach außen gerichtete Pole 23 auf. die abstandsglcich •ngeordnct sind. Diese Pole 23 dienen dazu, die I.uftspaltc zwischen den Polen 20 des Stators zu überbrükken. Ist der Rotor 9 mit seinen Polen 23 symmetrisch tu den Luftspalten angeordnet, dann ist die induktive wi Kopplung zwischen den Wicklungen 21 und 22 nominal Null. Die Kupplung verändert sich in der einen oder anderen Richtung gleich, wenn Auslenkungen gleicher Größe in der einen oder anderen Richtung vorliegen. Wenn ein Wechselstrom an die Anschlüsse (>5 24 und 25 der Primärwicklung 21 angelegt wird, ist das induzierte Signal in dii.ser Mittelstellung des Rotors, welches an den Anschlüssen 26 und 27 der Sckundärwicklung 22 erscheint, im wesentlichen Null. Eine winkelmäßige Auslenkung des Rotors 9 in bezug auf den Stator bringt jedoch ein Ungleichgewicht mit sich, so daß die Signalamplitude an den Anschlüssen 26 und 27 im wesentlichen linear mit der Auslenkung sich ändert. Die Phasenlage des Signals ist abhängig von der Richtung der Auslenkung von der symmetrischen Null-Stellung aus.

Der zuvor beschriebene Wendekreisel ist insofern bekannt. Er dient dazu, kleine winkelmäßige Auslenkungen um die Achse 13 zu erfassen. Schwierigkeiten haben sich ergeben bezüglich des Ausgangssignals an den Anschlüssen 14 und 15. Bei den bekannten Wendekreiseln wird die Beziehung zwischen dem Eingang (Verdrehung zwischen Stator und Rotor) und dem Ausgangssignal durch Veränderung der Umgebungstemperatur beeinflußt. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bezüglich der Stabilität des Null-Punktes, d. h. bezüg'iwh der Amplitude des Ausgangssignals, wenn die zu messende Eingangsgröß JuIl ist. Hierbei ist zu beachten, daß der Betriebsberei ·η beispielsweise einen Temperaturbereich von minus 55^J C bis plus 100° C umfaßt. Eine Möglichkeit der Temperaturstabilisierung des Null-Punktes besteht darin, das Kreiselgr-ät einem zyklischen Temperaturprozeß zu unterwerfen, der einen Temperaturbereich umfaßt, welcher etwas größer ist als der bei dem Verwendungszweck vorkommende Temperaturbereich. Auf diese Weise ist es möglich, in einem geringen Maße jene Veränderungen des Ausgangssignals bei einem Eingangssignal der Größe Null zu reduzieren, die permanenter Art sind und die als eine Folge der Temperaturänderung während des Betriebs des Kreisels auftreten.

Der zyklische TemperaJurprozeß resultiert jedoch üblicherweise in einer unerwünscht großen Amplitude des Ausgangssignals, wenn die Eingangsgröße Null ist. Um dieses große Ausgangssignal zu vermindern, ist es erforderlich, eine winkelmäßige Einstellung des Stators 8 des Wandlers innerhalb des Gehäuses 2 vorzunehmen. Der Stator 8 wird über Schrauben 28 im Gehäuse 2 gehalten. Eine dieser Schrauben 28 ist in Fig. 1 gezeigt. Bei dieser Justierung ist es erforderlich, zuerst den Stator 8 zu lösen, damit er leicht gegenüber dem Rotor 9 gedreht werden kann. Diese winkelmäßige Einstellung des Stators 8 wird vorgenommen, um eine annehmbare Signalamplitude bei der Eingangsgröße Null zu erhalten. Ist die Signalamplitude durch eine Verdrehung des Stators 8 ausreichend klein, werden die Schrauben 28 angezogen, um den Stator 8 im Gehäuse 2 zu befestigen. Dieses Einstellverfahren bringt jedoch unerwünschte temperaturabhängige Spannungen mit sich. Diese mechanischen Spannungen führen wiederum bei nachfolgenden Temperaturänderungen /ur \'t'.Schiebung des Ausganj\ssignals bei einer Eingangsgröße Null, so daß die zuvor beschriebene Temprraturbehandlung im wesentlichen wirkungslos ist.

Die Notwendigkeit einer mechanischen Justierung des Stators 8 mit ihren Nachteilen kann gemäß der Erfindung vermieden werden. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, dem Signal bei einer Null-Auslenkung ein Wechselstromsignal zu überlagern, welches als Teil des Speiscsignals für die Primärwicklung 21 des Wandlers 7 abgeleitet wird. Dieses Signal kann auch erzeugt werden durch Verwendung eines separaten Transformators, der mit dem gleichen Wechselstrom gespeist wird wie die Primärwicklung 21. Weiterhin

ist es möglich, dieses Wechselstromsigiiiil durch Verwendung einer /weiten Sekundärwicklung auf dem Stator 8 /u erzeugen. Wird dieser letztere Weg gewühlt, el. h. ist eine dritte Wicklung auf dem Stator 8 vorgesehen, so dient hierzu eine zweite Sekundär- wicklung 29, die gleich gewickelt ist wie die Primärwicklung 21. so daß das in dieser Wicklung 29 induzierte Signal, welches an den Anschlüssen 30 und 31 liegt, unabhängig ist von der Lage des Rotors 9.

Zusätzlich zu der vorbeschriehenen Änderung des ι» Aiisgiingssigiials hei einer Eingangsgröße des Wertes Null aufgrund voti Teniperaturüiulcrungcn. sind weitere temperaturabhängige Hinflüsse festzustellen. In erster Linie handelt es sich hierbei um von der Temperatur abhängige Veränderungen des Maßstabs, d. h. i> das Verhältnis der Differenz der Ausgangsamplitutlen /wischen ilen Signalen bei maximalen und minimalen Hingangswerten zum Wert beim maximalen Hin-

Die Hig. 3 zeigt einen Thermistor 32. der in Serie :n geschaltet ist mit der Sekundärwicklung 22 des Transformators 7. Hierdurch kann eine Kompensation der Veränderung des Maßstabs über ilen gesamten Temperaturbereich erreicht werden. Der Anschluß 26 der Sekundwiirwicklung22 ist über die parallelgeschalte- ;* ten Widerstände 32 und 33 mit dem Mittelabgriff 31 einer zweiten Sekundärwicklung 29 verbunden. Das in der Wicklung 29 von der Primärwicklung 21 induzierte Signal liegt an den Anschlüssen 30 und 34 und an zwei seriengeschalteten Widerständen 35 und 36. w Zwischen dem Mittelabgriff 31 und dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 35 und 36 liegt ein Signal, das entgegengerichtet demjenigen ist. welches über die Widerstände 32 und 33 zugeführt wird. Die resultierende Signaldifferen/ liegt über einem ;·< Wiileistand 37 an den Ausganasanschlüssen 14 und 15

Fiiiie Kompensation der Veränderung des Ausgangssignals in Null-Lage mit Veränderungen der Temperatur von einem Wert zum anderen wird er- -tu reicht durch das Signal, welches in der Wicklung 29 induziert wird. Ein Teil dieses Signals wird abeeerrffen und liegt an den beiden parallelgeschaltcten Widerständen 32 und 33. und zwar entgegengesetzt zum Signal der Wicklung 22. Hierbei ist ein Widerstand 38 zwischen dem Anschluß 30 der Wicklung 29 und dem Anschluß 26 der Wicklung 22 geschaltet. Der Widerstand 38 kann alternativ auch verbunden sein mit dem Anschluß 34. abhängig von der Phasenlage des Signals, welches erforderlich ist. um den Kompensationseffekt zu erreichen. Der Wert des Widerstandes 38 bestimmt die Amplitude des Signals zwischen dem Anschluß 26 und dem Mittelabgriff 31, und der Wert dieses Widerstandes 38 ist einstellbar während des Zusammenbaues und während des Prüfens des Kreisels.

Die Werte der Widerstände 35 und 36 sind so gewählt, daß der Ausgangswert an den Anschlüssen 14 und 15 bei einer /u messende Hingangsgröße des Wertes Null bei Nornialtemperatur (üblicherweise 20^c C) Null ist. Der Wert des Widerstandes 37 bestimmt andererseits ilen angewendeten Maßstab.

Die Ouerkomponente ('J(T-Phasenverschiebung) beim Null-Wert wird reduziert mittels eines Kondensators, der zwischen den Anschlüssen 34 und 27 liegt. Dieser Kondensator kann auch geschaltet sein zwischen den Anschlüssen 34 und 26. oder liegt einerseits am Anschluß 30 und andererseits entweder .1111 Anschluß 26 oder 27

Alle Mauteile der Schaltung nach (ig. 3 sind innerhalb des Ciehauses 2 des KteKels angeordnet. Hin /u \ei merkender Nachteil der Schaltung nach Fig. 3 besteht in der Notwendigkeit eines Mittelabgriffs 31 bei der Wicklung 29. Bei der Schaltung nach Fig. 4 kann ein derartiger Mittelabgriff vermieden werden.

»ei der Schaltung nach Fig. 4 ist ein "widerstand 40 für den Maßstab vorgesehen zwischen dem Anschluß 26 der Sekundärwicklung 22 und dem Anschluß 31 der /weiten Sekundärwicklung29. Der Anschluß 31 ist mit dem Anschluß 14 über einen I hemiistor 41 und einen dazu parallclgi schalteten Widerstand 42 verbunden, wobei der Thermistor zur Temperaturkompensation des Maßstabs des Ausgangssignals dient. Der andere Anschluß 30 der Wicklung V. ist mit dem Anschluß 26 über einen Widerstand 43 verbunden. Weiterhin ist ein Widerstand 40 zwischen den Anschlüssen 26 und 31 vorgesehen. Auf diese Weise kann c!as Signal bei einem Hingangswert der Größe Null (Null-Lage) bei Umgebungstemperatur ebenfalls auf Null gebracht werden. Ein weiterer Widerstand 44 liegt zwischen den Anschlüssen 30 und 14. so daß in Zusammenwirken mit den Widerständen 41 und 42 eine Kompensation des Ausgangswertes bei einem Eingangswert der Größe Null mit Veränderungen der Umgebungstemperatur von einem Wert zum anderen erreicht wird.

Unter bestimmten Umständen kann die Querkomponente des Null-Ausgangswertes in der Schaltung nach Fi e. 4 reduziert werden durch Verwendung eines Kondensators 45 zwischen den Anschlüssen 30 und 26. Dieser Kondensator ist in Fig. 4 gestrichelt dargestellt und liegt parallel zum Widerstand 43. Alternativ hierzu kann der Kondensator geschaltet sein zwischen den Anschlüssen 30 und 27. Unter bestimmten Umständen ist es wesentlich, die Zahl der verwendeten Bauteile zu reduzieren. In diesem Fall ist es möglich, den Widerstand 43 wegfallen zu lassen. Dieser Widerstand sollte jedoch, wenn möglich, vorhanden sein. Als zusätzliche Alternativmöglichkeit kann der den Maßstab bestimmende Widerstand 40 zwischen den Anschlüssen 14 und 15 geschaltet sein, anstelle der gezeigten Serienschaltnng. In diesem Fall sind die Anschlüsse 26 und 31 der beiden Wicklungen 22 und 29 direkt miteinander verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kompensationsschaltung zur Kompensation des Temperaturfehlers und der Maßstabveränderung bei einem zwei relativ zueinander bewegbaren Transformatorhälften aufweisenden Lagemeßtransformator mit einer wechselstromdurchflossenen Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, bei der die in ihr induzierte Spannung in Nullage der beiden Transformatorhälften im wesentlichen Null ist und mit wachsender Auslenkung aus dieser Nullage im wesentlichen proportional anwächst und diese Spannung über einen temperaturabhängigen Widerstand den Ausgangsanschlüssen der Schaltung zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale, daß

a) eine zweite Sekundärwicklung (29) vorgesehen isi. in welcher eine von der Relativlage der Transformatorenkerne (8, 9) unabhängige Spannung induziert wird.

b) diese unabhängige Spannung am temperaturabhängigen Widerstand (32 oder 41) anliegt,

c) diese unabhängige Spannung in Nullage der Transformatoren (8,9) entgegengesetzt ist zu derjenigen, die von der Sekundärspule (22) am temperaturabhängigen Widerstand (32 oder 41) anliegt, und

d) eine Amplitude aufweist, bei der in dieser Nullage die Spannung an den Ausgangsanschlüsstn (14, IS) Null ist.

2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß z. ischen die zweite Sekundärwicklung (29) und dem temperaturabhängige Widerstand (32 oder 41) einstellbarer Widerstand (38 oder 44) geschaltet ist.

3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Anschluß (26) der Sekundärwicklung (22) und ein Mittenabgriff (31) der zweiten Sekundärwicklung (29) über den temperaturabhängigen Widerstand (32).

b) dieser Anschluß (26) und ein Anschluß (30 oder 34) der zweiten Sekundärwicklung (29) über den einstellbaren Widerstand (38) und

c) die beiden Anschlüsse (30. 34) der zweiten Sekundärwicklung (29) und ein Ausgangssignal (14) über zwei parallele Widerstände (35. 36) miteinander verbunden sind.

4. Kompensationsschaltung nach Anspruch I Und 2. dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Ausgangsanschluß (14) und ein Anschluß (31) der zweiten Sekundärwicklung (29) über den tempcratiirabhängigen Widerstand (41) und

b) dieser Aiisgangsanschliißf 14) mit dem anderen Anschluß (30) der zweiten Sekundärwicklung (29) über den einstellbaren Widerstand (44) und

c) dieser eine Anschluß (31) und ein Anschluß (26) der Sekundärwicklung (22) über einen weiteren Widerstand (40) miteinander verbunden sind.

5. Kompensationsschaltung nach Anspruch } oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß /wischen den Heiden Aiisgangsanschlüssen (14, 15) ein weiterer

Widerstand (37) geschaltet ist.

6. Kompensationsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß (30) der zweiten Sekundärwicklung (29) und der Anschluß (26) der Sekundärwicklung (22) über einen Widerstand (43) miteinander verbunden sind.