DE2246927A1

DE2246927A1 - Vorrichtung zum messen des widerstandes eines in einem rotierenden koerper befindlichen variablen widerstandselementes

Info

Publication number: DE2246927A1
Application number: DE19722246927
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ametani; Shozo Ogawa; Kenro Samejima
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1972-09-25
Publication date: 1974-04-18
Also published as: DE2246927B2; DE2246927C3

Description

Vorrichtung zum Messen des Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widergtandselementes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen aes Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Messen oder Steuern der Temperatur eines rotierenden Körpers, die in dem rotierenden Körper ein temperaturempfindliches Widerstandselement vorsieht, und die die Temperatur des rotierenden Körpers von einer Ruhelage aus im kontaktlosen Zustand mit hoher Genauigkeit hoher Zuverlässigkeit und der Nöglichkeit des Auswechselns mißt oder steuert.
Es besteht bei verschiedenen Industriezweigen oftmals die Notwendigkeit, eine Zustandsgröße, wie die Temperatur, die Verformung, den Druck, die chemische Zusammensetzung etc. an einem rotierenden Körper genau zu messern oder zu steuern. Gewöhnlich wird der Widerstandswert eines variablen Widerstandselementes in Beziehung zu der Zustandsgröße gesetzt, um diese Zustandsgröße zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung kann in den oben aufgeführten Fällen mit Vorteil angewandt werden. Die Erläuterung der Erfindung wird Jedoch rür den Pall der Messung oder Steuerung der Temperatur einer Heißwalze gegeben, wodurch dio Erfindung Jedoch nicht begrenzt sein soll.
"ine Vorrichtung mit dieser Wirkungsweise ist insbesondere bei einer beim Spinnen, Verstrecken und Heißfixieren in der Kungtstoffaserindustrie verwendeten Heißwalze erforderlich.
Bei der in der Kunststoffaserindustrie verwendeten üblichen Vorrichtung ist die Heißwalze auf Jeder Spindel einer Maschine vorgesehen, und die Temperaturdifferenz der Heißwalze unter den Spindeln beeinflußt die Garnqualität. Aus diesen GruM Bussen zusätzlich zu einen hohen Grad an Genauigkeit die folgenden B*-dingungen für ein Temperaturmeßgerät berücksichtigt werden: a) die Messung ist reproduzierbar b) die Messung erlaubt ein Auswechseln c) die Genauigkeit der Messung bleibt unabhängig von der Zeit konstant d) es ist eine zentrale Steuerung der Temperatur möglich e) die Wartung der Vorrichtung ist leicht durchführbar f) die Anzahl der elektronischen Teile im Drehkörper sollte auf ein Minimum begrenzt sein g) der Einfluß der Umgebungstemperatur sollte vernachläßigbar sein h) die Vorrichtung sollte billig zu fertigen sein.
Eine bekannte für diesen Zweck verwendete Vorrichtung ist zum Beispiel in der US-PS 3 457 495 der Firma General Electric Ooipany beschrieben. Diese Vorrichtung genügt Jedoch nicht den Forderungen a), b), c), d) und g) und ist deshalb für die Kunstfaserindustrie nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen oder Steuern der Temperatur einer Eeißwalze zu schaffen, die die obigen Forderungen erfüllt. Der Temperaturwert der Heißwalze soll genau erfaßt und gesteuert werden können. Die Messung soll mittels eine temperaturempfindlichen Widerstandselementes, das an der Heißwalze vorgesehen wird, unabhängig von der Streuimpedanz eines verwendeten Drehtransformators, unabhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur im Drehtransformator oder einer Veränderung in der Länge des Verbindungskabels, welches die stationäre Wicklung des Drehtransformators mit oiner Meßbrücke verbindet, durchgeführt werden können. Ferner soll eine Temperatursteuerung der Heißwalze bei verbessertem Drehtransformator, verbesserter Brückenschaltung und verbesserter Meßeinrichtung möglich sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch 1. eine Reihenschaltung aus den Widerstandselement, aus einen Kondensator und einer stationären Wicklung eines Drehtransformators, dessen Drehwicklung parallel zu dem variablen Widerstandselement geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des variablen Widerstandselementes in Beziehung zu einer Zustandsgröße an dem Rotationskörper steht 2. ein Einrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspannung, di. in Phase mit der an die Reihenschaltung angelegte Wechselspannung ist 3. eine Meßeinrichtung zum Vergleichen der Größe der Bezugsspannung mit der Größe der Vektorsumme aus den Spannungsfall an Widerstandselement und der Bezugsspannung, wobei die Meßeinrichtung ein Signal zur Anzeige oder Steuerung des Zustandes erzeugt und 4. einen Wechselspannungsanschluß zum Angelen der Wechselspannung an die Reihenschaltung.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 12 t1-guren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezichung zwischen einer Heißwalze und einem Drehtransformator Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Drehtransformatorteils Fig. 3 eine abgsänderte Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Drehtransformatorteils Big, 4 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Temperatursteuerung der Heißwalze Fig. 5 eine weitere Ausfürungsform einer Vorrichtung zur Temperatursteuerung der Heißwalze Fig. 6A und 6B Äquivalenzschaltungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung Fig. 6C ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 6B dargestellten Schaltung Fig. 7 eine Ausführugsform einer Vorrichtung zur Steuerung einer Vielzahl von Heißwalzen Fig. 8 eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung Fig. 9A bis 9C eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Fig.10A und 10B eine abgesänderte Ausführungsform der in den Fig.
9a bis 9C dargestellten Vorrichtung Fig. 11 ein Beispiel einer fUr die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Meßeinrichtung Fig. 12 ein weiteres Beispiel einer für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Meßeinrichtung.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind eine Heißwalze 1 und ein Drehtransformator 2 auf derselben Achse 9 befestigt, die durch einen, in der Fig. nicht dargestellten, Antriebsmechanismus godreht wird. Ein variables Widerstandselement 3, dessen Widerstand von der Temperatur der Heißwalze 1 abhängig ist, besteht au Platinwiderstandsmaterial oder aus einen Thermistor zur Messung der Temperatur, von denen das erste vom Gesichspunkt der Austauschbarkeit geeigneter ist. Das variable Widerstandselement 3 ist mittels einer Verbindungsleitung 4 in Beihe mit einer Drehwicklung 7 des Drehtransformators 2 geschaltet. Die stationäre Wicklung 8 des Drehtransformators ist über eine Anschlußdose 11 mit Ausgangsklemmen 10 verbunden. Die Ausgangsklemmen 10 sind über eine Brückenschaltung 30 an eine Heizvorrichtung 33 angeschlossen, die die Heißwalze 1 aufheist. Ein in Fig. 2 dargestelltes charakteristisches Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß der stationären Wicklung 8 als Widerstandselement ein Kompensationselement 14 mit einer bifilaren Wicklung überlagert ist.
dessen Drähte aus den gleichen Material wie die W9icklung 7 und 8 bestehen, und das den gleichen Widerstand aufweist, wie der Streuwiderstand des Drehtransformators 2. Einer der Anschlüsse der stationären Wicklung 8 und des Kompensationselementes 14 sind miteinander verbunden. Drei Verbindungsleitungen führen, wie Fig.
2 zeigt, über die Anschlußdose 11 zur Gruppe der Ausgangsklemmen 10. Die Anschlußdose 11 ist ar der stationären Wicklung 8 des Drehtransformators 2 vorgesehen und enthältnis einen Kondensator 12 und ein Hilfswiderstandselement 13. Bin Anschluß des Kondensators 12 ist mit einen Anschluß der stationären Wicklung 8 verbunden und der zweite Anschluß des Kondensators 12 an eine Ausgangsklemme 15 geführt. Ein Anschluß des Hilfswiderstandselementes 13 ist über das Kompensationselement 14 mit dem zweiten Anschluß der stationären Wicklung 8 verbunden und der zweite Anschluß des Hilfswiderstandselementes 13 an eine Ausgangsklemme 17 geführt. Vorzugsweise ist die Kapazität des Kondensators 12 so ausgewählt, daß sie nahezu gleich der Streureaktanz des s Drehtransformators 2 ist. Zur genauen Bestimmung des Kapazitätswertes des Eondensators 12 wird der Eingangsscheinwiderstand an den Klemmen 15 und 16 so gewählt, daß er einen reinen Widerstandswert ergibt, wenn das variable Widerstands element 3 auf einen Mittelwert seines Meßbereiche eingestellt ist.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist der Wert des variablen Widerstandselementes 3 veränderbar ausgebildet und der Kondensator 12 zwischen einen Anschluß der stationären Wicklung 8 und der Ausgangsklemme 15 geschaltet. Ein Kondensator 18a verbindet die Ausgangsklemmen 15 und 16,und eine Kapazität 18 ist zwischen die Klemmen 15 und 16 geschaltet. Die Eingangsimpedanz Z zwischen den Klemmen 15 und 16 wird unter Verwendung einer Brückenschaltung gemessen. Wenn der Wert C1 des Kondensators 12 und die Summe der Werte C0 des Kondensators 18a und der Kapazität 18 geeignet gewählt werden, wird der Wert der Reaktanzkomponente der Impedanz Z zu einen Minimum und zu einen konstanten Wert bei einer Änderung des Wertes des Widerstandselementes 3.
Somit wird die reelle Komponente der Impedanz Z exakt proportional zum Widerstand des variablen Widerstandselementes 3. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Verfahren sollten entsprechend der verwendeten Brückenschaltung ausgewählt werden. Die Auswirkung wird weiter unten im einzelnen erläutert. Is wird nun die Punktion des Kompensationselementes 14erläutert.
Da der Drehtransformator 2 in der Mähe der Heißwalze 1 verwendet wird, steigt die Temperatur der Wicklungen 7 und 8 des Drehtransformators 2 an. lis Folge hiervon verändert sich der Wicklungswiderstand dieser Wicklungen 7 und 8, und der Meßwert der Temperatur der Heißwalze 1 nimmt anscheinend zu. Um diese unerwünschte Erscheinung zu eliminieren, ist das Kompensationselement 14 vorgesehen, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur die gleiche Änderung aufweist, wie der Äquivalente Rehenwiderstand des Drehtransformators 2. Diurch Verwendung eines derartigen Drehtransformatorsystems b.i der weiter unten beschriebenen Brückenschaltung kann der Einfluß einer Ände rung der Umgebungstemperatur auf den Drehtransformator 2 völlig eliminiert werden.
Das Hilfswiderstandselement 13 dient dazu, eine Auswechselbarkeit des Drehtransformators 2 zu ermöglichen. Wenn nehrere Drehtransformatoren 2 vorgesehen sind, deren Drehwicklungen 7 jeweils quer su den Widerstandselementen 3 geschaltet sind und der Wert des jeweiligen Widerstandselementes auf die Mitte des Meßbereichs eingestellt ist, dann sollten die Werte der einzelnen Eingangswiderstände, gemesen an den Klemmen 15 und 16, jeweils einander gleich sein. In Wirklichkeit ist dies Jedoch nicht der Fall. Die Ursache ist in einer Verschiedenheit der Länge der Wicklung 7 bzw. 8 bei den Drehtransiormaeoren 2 zu sehen, d.h. in einer Ungleichheit der äquivalenten Reihenwiderstände bei den Drehtransformatoren 2.
Zur Kompensation dieser Erscheinung ist, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, das Hilfswiderstandselement 13 3 eingefügt, so daß die erwähnten Widerstände einander gleich werden.
Fig. 4 stellt ein Verfahren zur Temperatursteuerung der Heißwalze 1 unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Drehtransformators 2 dar. Der Drehtransformator 2 und eine Brückenschaltung 30 sind mittels eines Kabels 26 miteinander verbunden. Quer zu den Leitungen 15 und 16 bzw. 16 und 17 sind Kapazitäten 18 bzw. 19 angeordnet. Die Summe der Werte der Kapazität 18 und des Kondensators 18a entspricht der in Fig. 3 angegebenen Kaazität C0. Die Speisespannung für die Brückenschaltung 30 wird über einen Transformator 24 aus einer 5 bis 15 kHz Wechselspannungsquelle 23 zugeführt. Die Sekundärspannung des Transformators 24 wird durch einen Abgriff 25 in Spannungen Q2 und e3 geteilt. Ein Anschluß der Sekundärspule des Transformators 24 ist über einen veränderbaren Widerstand 21, einen Kondensator 20, die Leitung 15 und den Kondensator 12 mit einen Anschluß der stationären Wicklung 8 des Drehtransformators 2 verbunden. Eier bildet di. Kombination sus dem Widerstand 21, den Kondensatoren 20 und 12, den kapazitiven Elementen 18 und 18 a und der stationären Wicklung 8 einen Zweig der Brückenschaltung 30. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 24 ist über einen Widerstand 2, die Leitung 17, du Hilfswiderstandselement 13 und das Kompensationelement 14 mit der Verbindungsstelle zwischen der Leitung 16 und dem zweiten Anschluß der stationären Wicklung 8 des Drehtransformators 2 verbunden. Hier bildet die Kombination aus dem Widerstand 22, den Elementen 13 und 14 und der Kapazität 19 einen weiterejn Zweig der Brückenschaltung 30. Wenn zusätzlich zur Einstellung der Werte der Kapazität 18 und des Kondensators 18a (vgl.
Fig. 3) der Wert des Kondensators 20 geeignet gewählt wird, d.h.
so daß die Eingangsimpedanz, gemessen an der Verbindungsstelle zwischen den Kondensator 20 und da Widerstand 21 und an der Leitung 16 nach links, unabhängig vom Wert des variablen Widerstandselenentes 3, zu einen reinen Widerstand wird, wenn ferner die Summe der Widerstände der Elemente 13 und 14 ausreichend klein, verglichen zu der durch die Kapazität 19 bedingten Reaktanz ist, dann bildet die Brückenschaltung 30 eine reine Widerstandsbrücke und die Brückenspannung e1 zwischen da anschluß 16a und den Abgriff 25 wird bei einem bestimmten Wert des variablen Widerstandselementes 3 zu Null.
Die Brückenspannung e1 wird einer Meßeinrichtung zugeführt, in der sie durch einen Verstärker 31 verstärkt und durch ein Phasenmeßgerät 34 erfaßt wird. Die Ausgangsgröße des Phasemeßgerätes 34 wird einen Thyristorsteuergerät 32 sugoffihtt, durch das die an die Heizvorrichtung 33 zum Aufheizen der Heißwalze 1 gelieferte Energie gesteuert wird. Die Heißwalze 1 wiederum erhitzt das variable Widerstandselement 3 zum Messen der Temperatur der Heißwalze 1. Es kann somit eine Schleife zur selbsttäigen Regelung der Temperatur der Heißwalze 1 gebildet werden. Bei einer anderen Meßeinrichtung kann die lingangsgröße für das Thyristorsteuergerät 32 durch Vergleich der Größe des Spannungsfalls an eines Brückenzweig mit der Größe des Spannungsfalls anderen Brückenzweig gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt die folgenden Vorteile: a) Da die durch einen anstieg der Umgebungstemperatur bedingte Änderung des Wicklungstandes in dem Drehtransformator 2 keinen Einfluß auf den Abgleichzustand der Brückenschaltung 30 hat, kann eine genaue Temperatursteuerung der Heißwalze 1 durchgeführt werden.
b) Da die Brückenschaltung 30 als reine Widerstandsbrücke wirkt; können ihre Schaltung und ihre Funktion vereinfacht werden.
c) Die Brückenschaltung 30 kann durch Verwendung eines Kabels 26 weit vol Drehtransformator 2 entfernt angeordnet werden.
d) Da di. Summe der Widerstandswerte des Widerstands 21 und des variablen Widerstandselementes 3 konstant bleifen, bleibt auch die Empfindlichkeit der Brückenschaltung 30 konstant, und damit ist die Empfindlichkeit der nicht dargestelltten Alarmvorrichtung konstant, di. eine Abweichung in der Temperatur der Heißwalze 1 erfaßt und durch einen Alarm anzeigt.
Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung tar. Es handelt sich hierbei um eine Temperatursteuerung der Heißwalze 1 unter Verwendung des in Fig. 2 dasgestellten Drehtransformators. Der Aufbau der Brückenschaltung 30a der Vorrichtung nach Fig. 5 ist der gleiche wie im Fall der Fig.
4. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden jedoch die Bezugsspannung e2 zwischen dem Abgriff 25 und einem Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 24 sowie die Bezungsspannung e1 zwischen dem Abgriff 25 und der Leitung 16a dadurch Gleichrichter 35 nd 35a jeweils gleichgerichtet. Hier besteht die Spannung e1 aus der Vektorsumme zwischen der Bezugsspannung e2 und dem Spannungsfall am Widerstandselement 22, dem Hilfswiderstandselement 13 und dem Kompensationselement 14. Die gleichgerichteten Ausgangsgrößen der Gleichrichter 35 und 35a werden jeweils den Differenzeingägen eines PID-Regels 36 zugeführt. Die Gleichrichter 35 und 35a und der PID-Regler 36 bilden eine Meßeinrichtung.
Die Ausgangsgröße des PID-REglers 36 wird über das Thyristorsteuergerät 32 der Heizvorrichtung 33 zugeführt. Wenn der Widerstandswert @@@eblen Widerstandselementes 3 einen vorgegebenen Betrag erreicht hat, wird das Eingangssignal des PID-Reglers 36 im abgeglichenen Zustand zu Null. Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung ist kein@rei@ Widerstansbrücke, da die Eingangimpedanz an den Anschlüsse 15a und 16a des Kabels 26 nach links gesehen eine Widerstandskomponents und eine Reaktanzkomponente enthält.
Die Spannung e1 wird deshalb selbst dann nicht zu Null, wenn der Wert des variablen Widerstandselementes 3 genau eingestellt wird.
Außerden verändert sich die Reaktanzkomponente der Impedanz abhängig vom Wert des variablen Widerstandselementes 3. Im vorliegenden Fall kann die in Fig. 5 dargestellte Schaltung nur den Wert der Widerstandskomponente der Impedanz unabhängig von der Reaktanzkomponente dieser Impedanz einfach messen.
Es wird nun das Prinzip der erfindugsgemäßen Brückenschaltung erläutert.
Fig. 6A zeigt das Ersatzdiagram der in Fig. 5 dargestellten Schaltung. In Fig. 6B sind das variable Widerstandselement 3, der Drehtransformator 2 und der Widerstand 21 durch eine Reihenschaltung aus einen Widerstand 3a und einer Induktivität 40, ferner das Widerstandselement 22, das Hilfswiderstandselement 13 und das Kompensationselement 14 durch einen Widerstand 22a ersetzt. Fig. 6C ist ein Zeigerdiagram zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 6B dargestellten Brückenschaltung.
In lig. 6C entsprechen die Punkte A, B, 0, D und P den Punkten A, B, C, D und F in Fig. 6B, und der Zeiger e6 stelt den Spannungsfall an der Induktivität 40 dar. Die Zeiger e4 und e5 entsprechen den Spannungsfällen an den Widerständen 22a und 3a, und diese Zeiger verlaufen, rechtwinklig zum Zeiger e6. ßomit liegt der Punkt D auf dem Kreis mit dem Durchmesser AB, dessen Mittpunkt 0 dem Mittelpunkt von AB entspricht. Wenn der Wert des Widerstandes 3a gleich den Wert des Widerstandes 22a wird, wird der Punkt C zum Mittelpunkt von AD. Mit dem von der Strecke AD bestimmten Mittelpunkt 0 wird das Dreieck ACO zu einem rechtwinkligen Dreieck. Falls F dem Mittelpunkt von AO entspricht, sind FC und AF einander gleich, d.h. |e1| = |e2|. D.h. wenn entweder der Widerstand 3a oder 22a so eingestellt wird, daß |e1| = |e2|, wird der Wert des Widerstandes 3a gleich dem Wert des Widerstandes 22a.
Wenn die Kapazität des Kondensators 12 die Streureaktanz des Drehtransformators 2 oder die Frequenz der Wechselspannungsquelle 23 so gewählt ist, daß angenähert ein Resonanzzustand vorliegt, dann gelangt der Punkt C in Fig. 6C in die Mähe des Punktes 0, und als Folge hiervon wird die Epfindlichkeit der Brückenschaltung 30a zu einem Maximum.
Falls der Wert des Widerstandes 22a konstant gehalten wird, und der Wert des variablen Widerstandselementes 3 sich durch Erhitzen der Heißwalze 1 ändert, so daß |e1| gleich |e2| wird, dann wird der Widerstand 3a gleich den Wert des Widerstandes 22. und somit ist der Abgeich gegeben. Wird somit der Wert des Widerstandes 21 (Fig. 6k) vergrößert, dann wird die Brücke bei einer Abnahme des Wertes des variablen Widerstandselementes 3 abgeglichen. Hierbei wird unabhängig von der Temperaturänderung der Heißwalze 1 die Empfindlichkeit der Brückenschaltung 30a konstant gehalten. Der Vorteil der in Fig. 5 dargestelten Brücken schaltung 30a besteht darin, daß der Wert des variablen Viderstandselementes 3 ohne Fehler, unabhängig von einer Änderung der Induktivität 40 gemessen werden kann , d.h. unabhängig von mangelnder Gleichmäßigkeit in der Reaktanz des Drehtransformators 2, des Kondensators 12 und Kapazität 18. Ein weiterer Vorteil dieser Brüchenschaltung besteht darin, daß zum Zweck einer Temperatursteuerung an mehreren Stellen eine gemeinsame Temperatur festgesetzt werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird in einer Brückenschaltung an zwei Drehtransformatoren 2-1, 2-2 und an zwei variable Widerstandselemente 3-1, 3-2 eine gemeinsame Spannung e angelegt.
Die Elemente 3-1 und 3-2 werden dann so eingestellt, daß eine durch den Drehtransformator 2-1 erzeugte Spannung |e1-1| und eine durch den Drehtransformator 2-2 erzeugte Spannung |e1-2| gleich der gemeinsamen Spannung |e2| werden. Als Folge hiervon wird die Steuerung so ausgeführt, daß beide Widerstände der variablen Widerstandselemente 3-1 und 3-2 denselben Wert haben.
Diese Beziehung kann auch auf einen Fall mit mehr als zwei Heißwalzen erweitert werden.
Fig. 8 stellt eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung dar.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 sind das Hilfswiderstandselement 13, das Kompensationselement 14 und die Leitung 17 weggelassen, und es ist ein Anschluß das Widerstands 22 mit der Leitung 16a verbunden. Diese Vorrichtung kann verwendet werden, wenn der Einfluß einer Änderung der Umgebungstemperatur auf den Drehtransformator 2 oder die mangelnde Gleichmäüigkeit in den äquivalenten Reihenwiderständen unter den Drehtransformatoren 2 klein sind.
Die Fig. 9A, 9B und 9C zeigen eine abgeänderte Ausführungsform, nämlich den Leitwerttyp der Fig. 4. Bei der in Fig. 9A dargestellten Vorrichtung sind eine Widerstandsbrücke 30b und der Drehtransformator 2 jeweils durch die Leitungen 15 und 1 miteinander verbunden. Wenn die Kapazitäten 12, 18a und 20 zwischen dem Drehtransformator 2 und der Widerstandsbrücke 30b (vgl. 9A) in geeigneter Weise vorgesehen sind, wird die Eingangsimpedanz an den Leitungen 15 und 16, nach links gesehen, zu einen reinen Widerstand. Fig. 9B stellt die Ersatzschaltung der Fig. 9A dar.
Der Kapazitätswert 18 ändert sich hierbei in Abhängigkeit von der Läge des Kabels. Wenn für den Widerstand 22, im Vergleich zu den Widerstand 3a, ein sehr kleiner Wert gewählt wird, und die Reaktans der Kapazität 18, d.h. die Spannung e4 am Widerstand 22, vergleichen zur Spanung e7, sehr klein ist, stelt sich die Beziehung zwischen den Zeigern i1, i2 und i3 entsprechend Fig.
9C dar. Wenn wir den Zeiger i3 = i/2 betrachten, dann folgt aus Fig. 9C, daß i1 = i3 sein muß, wenn die Bezeichung |i3 - i/2|= i/2 sein soll. Wenn die Werte des Widerstandes 22 und des Widerstandselementes 56 ausreichend klein gewählt sind und der halbe Widerstandswert des Widerstandselementes 56 gleich dem Wert des Widerstandes 22 gewählt ist, dann ist die Spannung e4 proportional zu i/2, die Spannung e2 ist porportional zu i3 und die Spannung e1 iost proportional zu i3 - i/2 (vgl. Fig. 9B). Dann wird der Wert des Widerstandselementes 55 so engestellt, daß die Beziehung |e1| = |e4| gehalten wird, und die Brücke 30b ist abgeglichen, wenn der Wert des Widerstandes 3a gleich den Wert des Widerstandselement es 55 wird. Der Wert des Widerstandes 3a wird somit durch den Wert des Widerstandselementes 55 abgelesen. Die in Fig. 9A dargestellte Brückenschaltung wird bei der obengenannten Bedingung, unabhängig von einer Änderung in Wert der Kapazität 18 abgeglichen so daß sie ftlr die Fälle geeignet ist, in denen ein langes Kabel benutzt wird.
Die Fig. 10A und 10B zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der un den Fig. 9A bis 9C dargestellten Vorrichtung. Bei der Ausführungsforn nach Fig. 10A sind ein Kompensationselement 14 und ein Hilfswiderstandselement 13 au des Widerstandselement 55 in Reihe geschaltet, und hierdurch wird ein durch eine Änderung der Umgebungstemperatur in Drehtransformator 2 hervorgerufener Meßfehler eliminiert. Zusatzlich zu den Leitungen 15, 16 und 17 ist eine Leitung 57 vorgesehen. Ein Ende der Leitung 57 endet offen, das andere Ende ist mit der Verbindungstelle zwischen den Widerstandselement 55 und 56 verbunden. Die Kapazität und der Ableitwiderstand zwischen den Leitungen 57 und 17 sind entsprechend der Kapazität und dem Ableitwiderstand zwischen den Leitungen 15 und 16 gewählt und parallel zum Widerstandaelement 55 eingefügt.
In Fig. 10B ist die Ersatzschaltung der Vorichtung nach Fig. 10A dargestellt. Wenn der Widerstand 22 gleich dem Widerstandselement 56 ist, wird die Spannung ee1 zu Null. So kann der Wert des Widerstands q3a mit der üblicher Wechselstrombrücke, wie sie in Fig.
10A dargestellt ist, erfäßt werden, und es kann auch der Abgleichzustand lediglich Einstellen des Widerstandselementes 55 erhalten werden, so daß diese Vorrichtung vereinfacht ist.
Es wird nun das Verfahren zum Erfassen der ausgangsgröße der Brückenschaltung 30a bzw. 30b erläutert. Wie bereits beschrieben, wird durch das Meßverfahren entschieden, ob die Größen der beiden Wechselspannungen (deren Frequenzen identisch sind) e1 und e2 einander gleich oder nicht gleich sind. Um dies festzustellen, genügt es, die beiden durch Gleichrichten der entsprechenden Wechselspannungen e1 und e2 mittels Dioden enthaltenen Gleichstromsignale miteinander zu vergleichen. Werden die gleichgerichteten Spannungen miteinander vergleichen, dann wird jedoch die Drift der Gleichstromverstärker zu einem Probelm. Insbesondere, wenn die Spannungen e2 und e1 sehr klein sind wie dies bei der in Fig. 10A dargestellten Drücke der Fall ist, bedingt eine Differenz in der Verstärkung der beiden Verstärker, die diese kleinen Spannungen e2 und e1 vor der Gleichrichtung verstärken, einen ernsthaften Fehler. Um dieses Problem zu überwinden, wird gewöhnlich ein Zerhackerverstärker verwendet. Dieser ist jedoch sehr teuer. Gemäß dieser Erfindung werden diese Mängel auf die folgende Weise beseitigt.
In Fig. 11 ist ein Beispiel einer Meßeinrichtung dargestellt.
Diese enthält eine Einrichtung 41 zur Bildung einer Differenz zwischen e1 und e2 und eine Einrichtung 42 zur Bildung der Summe aus e1 und e2. Die Ausgangsgrößen der Einrichtungen 41 und 42 werden einen Phasendetektor 43 zugeführt, um das skalare Produkt aus (e1 - e2) und (e1 + e2) zu bilden. Das skalare Produkt aus (e1 - e2) und (e1 + e2) stellt sih der als: Ist das skalare Produkt (e1 - e2).(e1 + e2) = 0, dann ist |e1| = |e2|. Der Vorteil der in Pig. 11 dargestellten Meßeinrichtung besteht darin, daß sie stabiler und billiger als ein Meßverfahren unter Verwendung eines Zerhackerverstärkers ist, da e1 - e2 auf den gewünschten Pegel eines Wechselstroms verstärkt werden kann.
In Fig. 12 ist ein weiteres Meßverfahren dargestellt. Hier werden die Eigangsspannungen e1 bzw. e2 den Torschaltungen 45 bzw. 46 zugeführt, die abwechselnd synchron zur Wechselspannungsquelle 44 geschaltet werden und in aufeinanderfolgenden Wellen für eine vorgegebene Zeitdauer Wechsewlspannungen e1 und e2 bilden. Die Ausgangsgrößen der Torschaltungen 45 und 46 werden über einen Verstärker 47 einem Detektor 48 für die Umhüllende zugeführt, um die Umhüllende der obengenannten aufeinanderfolgenden Wellen zu erzeugen. Die Ausngangsgröße des Detektors 48 wird durch einen selektiven Verstärker 49 verstärkt, der auf die Frequenz der Wechselspannungsquelle 44 abgestimmt ist und dann durch einen mit der Wechselspannungsquelle 44 synchronisierten Phasendetektor 50 gemessen. Die Ausgangsgröße 51 stellt dann die Differenz zwischen e1 und e2 dar. Der Vorteil dar in Fig. 12 dargestellten Detektoreinrichtung besteht darin, daß sie keine Drift aufweist und eine größe Zuverlässigkeit besitzt, weil kein Gleichstromverstärker benutzt wird. Die Schaltung ist deshalb in besonderer Weise für die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Verwendung einer Brückenschaltung geeignet.
13 Ansprüche 12 Figuren

Claims

Patentansprüche 1* Vorrichtung zum Messen des Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes, gekennzeichnet durch 1. eine Reihenschaltung aus einem Widerstandselement (14), aus einem Kondensator (12) und einer stationären Wicklung (8) eines Drehtransformators (2), dessen Drehwicklung (7) parallel zu dem variablen Widerstandselement geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des variablen Widerstandselementes in Beziehung zu einer Zustandsgröße an den Botationskörper (1) steht 2. eine Einrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspannung (e2)* die in Phase mit der an die Reihenschaltung angelegten Wechselspannung (E) ist 3. eine Meßeinrichtung (30) zum Vergleichen der Größe der Bezugsspannung (e2) mit der Größe der Vektorsumme aus dem Spannungsfall (e4) am Widerstandselement (14) und der Bezugsspannung, wobei die Meßeinrichtung ein Signal zur Anzeige oder Steuerung der Zustandsgröße erzeugt und 4. eine WEchselspannungsquelle (23) zum Anlagen der Wechselspannungs an die Reihenschaltung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, b a du r c h g e k e n n -s e i c h n e t , daß anstelle des Widerstandselementes (14) gemäß Merkmal 1 zusätzlihc ein Schaltungsteil vorgesehen ist, der ein Hilfwiderstandselement (13) ru Ausgleich der äquivalenten Reiwhenwiderstände der Drehtransformatoren bei Vorhandensein mehrerer Drehtransformatoren und/oder ein Kompensationselement (14) enthält, das nahezu den gleichen Widerstandstemperaturkoeffizienten wie der äquivalente Reihenwiderstand des betreffenden Drehtransformators enthält und daß das Kompansationselement in der Nähe des Drehtransformators angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder r 2, d a a u r e h g e -k e n n t e i c h n e t , daß die Kapazität des Kondensators, die Streureaktanz des Drehtransformators und/oder die Frequenz der Wechselspannung so gewählt sind, daß wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Kompensationselement eine induktionslose Wicklung aus Drähten aufweist, die aus dem gleichen Material bestehen wie die Drähte der Drehwicklung (7) des Drehtransformators.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß parallel zur Reihenschaltung aus Kondensator (12) und stationärer Wicklung (8) des Drehtransformators (2) ein zweiter Kondensator (18, 18a) geschaltet ist oder daß ein zweiter Kondensator (18, 18a) und ein dritter Kondensator (20) vorgesehen sind, wobei der zweite Kondensator parallel zur Reihenschaltung aus dem ersten Kondensator (12) und der stationären Wicklung (8) des Drehtransformators (2) geschaltet und der dritte Kondensator (20) mit der Verbindungsstelle zwischen dem ersten und den zweiten Kondensator verbunden ist, so daß der r erste, der zweite und der dritte Kondensator ein T-Schaltung bilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Reaktanz der Kolbination aus dem ersten Kondensator und den zweiten Kondensator oder die Reaktanz der Kombination aus den ersten, da zweiten und den dritten Kondensator und/oder die Streureaktanz des Drehtransfornators so gewählt sind, daß wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt.
7. Vorrichtung zum Massen des Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h 1. eine Brückenschaltung enthaltend a) entweder einen Zweig, der einen zweiten Kondensator (18, 18a) umfaßt, welcher parallel zur Reihenschaltung aus einen ersten Kondensator (12) und einer stationären Wicklung (8) eines Drehtransdormators (2) geschaltet ist, dessen Drehwicklung (7) parallel zu dem variablen Widerstandselement (3) liegt, wobei der Widerstandswert des variablen Widerstandselementes in Beziehung zu einer Zustandsgröße an dem Rotationskörper (1) steht oder einen Zweig, der eine Reihenschaltung aus einen zweiten und einen dritten Kondensator (18, 20) umfaßt, wobei der zweite Kondensator (18) parallel zur Reihenschaltung aus den ersten Kondensator (12) und der stationären Wicklung (8) des Drehtransformators (2) geschaltet und der erste Kondensator (12) mit der Verbindungsstelle zwischen dem dritten Kondensator (20) und dem zweiten Kondensator (18) verbunden ist, so daß die Kombination aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kondensator eine T-Schaltung .rgLbt und b) einen anderen Zweig, der ein Hilfswiderstandselement (13) zur Kompensation der Ungleichmäßigkeit der äquivalenten Reihenwiderstände der Drehtransformatoren bei Vorhandensein mehrerer Drehtransformatoren und/oder ein Kompensationselement (14) umfaßt, das nahezu den gleichen Widerstandstemperaturkoeffizienten wie der äquivalente Reihenwiderstand des betreffenden Drehtransformators enthält 2. eine Meßeinrichtung zum Erzeugen eines Signals, durch das der Zustand angezeigt oder gesteuert wird und 3. eine Wechselspannungsquelle (23) zu Anlegen der Wechselspannung an die Reihenschaltung.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d z d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , das die Reaktanz der Kombination aus den ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator oder die Reaktanz der Kombination aus dem ersten, des zweiten und dem dritten Kondensator und/oder die Streureaktanz des Drehtransformators so gewählt sind, daß wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt.
9. Vorrichtung nach Ansprucht 8, d a d u r c h g e k e n n -s e i c h n e t , das die Kapazität des Kondensators, die Streureaktanz des Drehtransformators und/oder die Frequenz der Wechselspannung so gewählt sind, daß wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt.
10. Vorrichtung zum Messen des Widerstandes eines in einen rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes g e k e n n z e i c h n e t d u r c h 1. einen Schaltungsteil enthaltend a) eine stationäre Wicklung eines Drehtransformators, dessen Drehwicklung an ein variables Widerstandselement angeschlossen ist, wobei der Widerstand des variablen Widerstandselementes in Beziehung zu einer Zustandgröße an da Rotationskörper steht b) eine Kombination von mit der stationären Wicklung verbundenen Kondensatoren, wobei die Reaktanz dieser Konbination so gewählt ist, daß wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt c) ein Kapazitives Element, das an diese Kombination von Kondensatoren angeschlossen ist und d) ein Widerstandselement, das an einer der stationären Wicklung und der Kombination von Kondensatoren aufgedr(Lckten Wechselspannung liegt und 2. eine Meßeinrichtung zum Vergleichen der Größe des durch das Widerstandselement fließenden Stromes mit der Größe der Vektorsumme aus dem durch den Drehtransformator fliessenden Strom und dem durch das kapazitive Element fließenden Strom, wobei die Meßeinrichtung ein Signal sur Anzeige oder Steuerung des Zustandes des Rotationskörpers erzeugt.
11. Vorrichtung zum Messen des Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen Widerstandselementes, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h 1. eine Brückenschaltung enthaltend A) einen ersten Zweigt mit a) einer stationären Wicklung eines Drehtransformators, dessen Drehwicklung mit einem variablen Widerstandselement verbunden ist, wobei der Widerstand des variablen Widerstandselementes in Beziehung zu einer Zustandsgröße an dem Rotationskörper steht b) einer Kombination von Kondensatoren, die an die stationäre Wicklung angeschlossen sind, wobei die Reaktanz dieser Kombination so gewählt ist, daB wenigstens angenähert ein Resonanzzustand vorliegt c) einem kapazitiven Element, du an dieser tonbina-- tion von Kondensatoren angeschlossen ist B) einen zweiten Zweig mit a) einer Reihenschaltung aus einem Widerstandselement und einer Kompensationsschaltung, welche ein Hilfswiderstandselement und/oder ein Kompensationselement anfaßt, wobei ein Ende der Kompensationsschaltung mit der Verbindungsstelle zwischen der Kombination der Kondensatoren und des kapazitiven Elemente vberbunden ist und das Hilfswiderstandselement zum Ausgleich der Ungleichmäßigkeit im äquivalenten Reihenwiderstand der Drehtransformatoren bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Drehtransformatoren dient und ferner das Kompensationselement nahezu den gleichen Widerstandstemperaturkoeffizienten wie der äquivalente Reihenwiderstand des betreffenden Drehtransformators aufweist und das Kompensationselement in der Nähe des Drehtransformators angeordnet ist, ferner b) einer Leitung, deren eines Ende offen ist und deren anderes Ende mit der Verbindungsstelle des zweiten Zweiges und einem weiteren Zweig der Brückenschaltung verbunden ist, wobei die Kapazität dieser Leitung und der Kompensationsschaltung nahezu den gleichen Wert wie das kapazitive Element haben a) einen dritten Zweig mit einem Widerstandselement und D) einen vierten Zweig mit einem Widerstandselement 2. eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Spannung zwischen der Verbindungsstelle des ersten und des Srttten Zweiges und der Verbindungsstelle des zweiten und des vierten Zweiges, wobei die Meßeinrichtung ein Signal zur Anzeige oder zur Steuerung des Zustandes an dem Rotationselement erzeugt und 3. eine Wechselsapannungsquelle für die Brückenschaltung.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Meßeinrichtung eine Einrichtung (45, 46) zum Abwechselnden Bereitstellen der Bezugsspannung und der Vektorsumme während einer vorgegebenen Zeitdauer in aufeinanderfolgenden Wellen enthält, ferner eine Einrichtung (48) zur Erseugung der Umhüllenden dieser aufeinanderfolgenden Wellen, einen selekiven Verstärker (49), um die erfaßte Umhüllende zu verstärken und einem Phasenedetektor (50), um die Ausgangsgröße des selektiven Verstärkers zu messen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r e h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Meßeinrichtung eine erste Einrichtung (41) zum Erzeugen der Differenz zwischen der Bezugsspannung und der Vektorsumme und eine zweite Einrichtung (42) zum Erzeugen der Summe aus der Bezugsspannung und der Vektorsumme enthält, ferner eine dritte Einrichtung (43) zur Erzeugung des skalaren Produkts aus den Ausgangsgrößen der ersten und der zweiten Einrichtung.