DE2325752B2 - Einrichtung zur Umformung eines Wegs in eine elektrische Größe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umformung eines Weges in eine elektrische Größe mit einem magnetischen Kreis, im wesentlichen bestehend aus einem zwei längere und zwei kürzere Schenkel aufweisenden geschlossenen Rahmenkern, einer Wechselstromgespcisten Primärwicklung und einer die elektrische Größe liefernden Sekundärwicklung auf verschiedenen Schenkeln, sowie einem den magnetisehen Fluß im Sinne einer differentiellen Durchflulung der Sekundärwicklung wegabhängig beeinflussenden beweglichen Glied.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 006 996 ist eine derartige Einrichtung bekannt, bei der die Pritnärwicklung auf einem längeren Schenkel angeordnet ist, während die Sekundärwicklung aus zwei auf den kürzeren Schenkeln angebrachten Spulen besteht, die zur Gewinnung eines Differenzsignals gegeneinander geschaltet sind. Das bewegliche Glied besteht hier aus einer als magnetischer Nebenschluß wirkender Kurzschlußwindung, die einen oder beide der längeren Schenkel umfaßt und parallel zu diesen beweglich ist. Diese Einrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, insbesondere des geschlossenen Rahmenkerns und durch einen guten Wirkungsgrad aus, da der in der Primärwicklung erzeugte magnetische Fluß die Sekundärwicklung vollständig durchfließt, sie weist jedoch folgenden prinzipiellen Nachteil auf: An der Stelle des magnetischen Kreises, den die Kurzschlußwindunggerade einnimmt, tritt ein virtueller Luftspalt auf (siehe Fig. 6 der angegebenen Offenlegungsschrift), wodurch, wie auch bei einem reellen Luftspalt, ein außerhalb des geschlossenen Rahmenkerns wirkendes Streufeld erzeugt wird. Dieses Streufeld kann in der Nähe angeordnete andere elektrische Bauteile in unzulässiger Weise beeinflussen, insbesondere kann bei der eng benachbarten Anordnung •mehrerer derartiger Einrichtungen eine gegenseitige Beeinflussung auftreten, welche zu erheblichen Meßfehlern führen kann.

Es besteht deshalb die Aufgabe, einen Wegumfermer zu schaffen, der diesen Nachteil nicht aufweist.

Als Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung der eingangs genannten Art angesehen, die unter Beibehaltung des bekannten konstruktiven Aufbaus ein anderes Funktionsprinzip verwendet und die dadurch gekennzeichnet ist, daß das bewegliche Glied ein stabförmiger Permanentmagnet aus einem Material sehr kleiner Permeabilität (μτ ~ 1) ist, der mit seiner magnetischen Achse senkrecht zu den längeren Schenkeln des Rahmenkerns aus weichmagnetischem Material (μτ > 1) und zwischen ihm beweglich angeordnet ist und daß die aus auf gegenüberliegenden Schenkeln angeordneten Spulen bestehende Sekundärwicklung an einen Gleichrichter und einen Differenzbildner angeschlossen ist, an dessen Ausgang eine dem vorn Permanentmagneten zurückgelegten Weg entsprechende Differenzspannung abnehmbar ist.

Durch die stark unterschiedlichen relativen Permeabilitäten von Rahmenkern und Permanentmagnet tritt keine virtuelle Luftspaltbildung und demnach auch kein Streufeld auf.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 121343 ist zwar ein Meßwertumformer bekannt, dessen bewegliches Glied ein Permanentmagnet ist, er arbeitet dort jedoch in einem luftspaltbe'-afteten Magnetkreis und ist nur zur Umformung kleiner Wege geeignet.

Infolge der Überlagerung des von der Primärwicklung erzeugten Wechselflusses mit dem von dem Permanentmagneten erzeugten Gleichfluß tritt ein insgesamt höherer Fluß im magnetischen Kreis auf. was als weiterer Vorteil eine Erhöhung des am Ausgang verfügbaren Signalniveaus mit sich bringt. Umgekehrt kann bei an sich ausreichendem Signalniveau ein weniger hochwertiges magnetisches Material für den Aufbau des Rahmenkerns verwendet werden.

Der elektrisch abzubildende Weg kann geradlinig oder bei entsprechender Ausbildung des Rahmenkerns auch gekrümmt sein, so daß mit dem Wegumformer sowohl eine geradlinige Bewegung wie auch ein Drchwinkel abgebildet werden kann. Darüber hinaus kann durch zweckentsprechende Schaltungen des Gleichrichters bzw. des Diffcrenzbildners erreicht werden, daß der funktionell Zusammenhang von Weg und Ausgangsspannung je nach Bedarf linear oder nicht linear ist.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Rahmenkern 1 langgestreckter rechteckiger Form mit zwei längeren Schenkeln 2 und 2' und zwei kürzeren Schenkeln 3, 3'. Auf dem längeren Schenkel 2 des Rahmenkerns 1 ist die Primärwicklung 4 in Form einer einlagigen Spule aufgebracht, sie wird von konstantem Speisewechselstrom

hn gespeist und erzeugt in dem Magnetkreis den Wechselfluß f_Sp, Auf den kürzeren Schenkeln 3 und 3| ist die Sekundärwicklung in Form zweier Spulen 5, S'aufgebracht, deren Ausgänge einem Gleichrichter 6 und einem Differenzbildner 7 zugeführt werden.

Mit dem hier nicht gezeichneten Organ, dessen Weg in eine elektrische Größe abgebildet werden soll, ist der stabförmige Permanentmagnet 8 verbunden, der mit seiner magnetischen Achse senkrecht zu den längeren Schenkeln 2, 2' des Rahmenkerns 1 und zwisehen ihnen über die Strecke s beweglich angeordnet ist und dem Gleichfluß <f_m im Magnetkreis erzeugt, der vorzugsweise kleiner ist als der Momentanwert ^von $sp- ^Def jeweiligen Stellung des Permanentmagneten 8 entsprechend tritt eine differentielle Durch- '5 flutung der Spulen 5 und 5' auf, so daß die Ausgangsspannung U₄ des Differenzbildners 7 eine Funktion der Stellung des Permanentmagneten 8 auf der Strecke s und somit auch eine Funktion des zurückgelegten Wegs ist. Der Gleichrichter 6 kann als Vollweggleichrichter aufgebaut sein mit einer Phasendrehung von 180°, d.h. die bei der negativen Halbwelle des Speisewechselstroms I_Sp im Sekundärkreis auftretenden Signalspannungen sind um 1<SO'^; zu drehen.

Bei Verwendung eines Einweggleichriehters verringert sich der Schaltungsaufwand durch Wegfall der Umkehrstufe.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, bei der die Grundausführung nach Fig. 1 noch einen Rückkopplungskreis aufweist, welcher aus zwei identischen, ebenfalls auf den kürzeren Schenkeln 3 und 3' ungeordneten Spulen 9 und 9' sowie einem steuernden Schalter, hiereiner Diode 10, besieht. Mit Hilfe dieses Rückkopplungskreises werden die ungeraden Harmonischen unterdrückt, so daß die Meßeinrichtung von Netzspannungsschwankungen unabhängiger wird. Die Primärwicklung 4 wird zwar von einem Konstantstrom l_Sp gespeist, dessen Frequenz jedoch von der Netzspannung abhängig ist. Frequenzschwankungen des Speisestroms würden jedoch in die Ausgangsspannung l)_A eingehen.

Außerdem tritt Linearisierungseffekt auf und eine weitere Verbesserung der Einrichtung durch Vereinfachung der Gleichrichter- und Differenzbildnerschaltung ist erzielbar. Es werden zwei Einweggleichrichter 6 verwendet, die Differenzbildung wird durch Gegeneinanderschalten ihrer Ausgänge vorgenommen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Einrichtungist bei nach dem Kompensationi.prinzip arbeitenden Meßgeräten, wo sie als Stellungsgeber des Vergleiehsspanii'jngsabgriffs eingesetzt werden kann, an Stelle des bisher üblichen Potent) .neters mit dem störenden zeit- und umgebungsbediivn veränderliehen Übergangswiderstand seines Schleifers. Der Permanentmagnet 8 wird mittels eines aus einem Differenzverstärker gespeisten Meßmotors so lange verstellt, bis die Ausgangsspannung V_A gleich einer inii ihr auf die Eingänge des Differenzverstärkers gelegten Meßspannung ist. Mit dem Permanentmagneten 8 ist dabei ein über eine Skala der Weglänge λ spielender Zeiger und oder eine Schreiheinrichluns: \erbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I Einrichtung zur Umformung eines Weges in eine elektrische Größe mit einem magnetischen Kreis, im wesentlichen bestehend aus einem zwei längere und zwei kürzere Schenkel aufweisenden geschlossenen Rahmenkern, einer wechselstromgespeisten Primärwicklung und einer die elektrische Größe liefernden Sekundärwicklung auf verschiedenen Schenkeln, sowie einem den magnetischen Fluß im Sinne einer differentiellen Durchflutung der Sekundärwicklung wegabhängig beeinflussenden beweglichen Glied, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Glitd ein stabförmiger Permanentmagnet (8) aus einem Material sehr kleiner Permeabilität (μτ ~ 1) ist, der mit seiner magnetischen Achse senkrecht zu den längeren Schenkeln (2, 2') des Rahmenkerns (1) aus weichmagnetischem Material (μτ > Ij und zwischen ihm beweglich angeordnet ist, und daß die aus auf gegenüberliegenden Schenkeln (3. 3') angeordneten Spulen (5, 5') bestehende Sekundärwicklung an einen Gleichrichter (6) und einen Differenzbildner (7) angeschlossen ist, an dessen Ausgang eine den vom Permanentmagnet (8) zurückgelegten Weg (s) entsprechende Differenzspannung (U₄) abnehmbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen aus zwei weiteren hintereinandergeschalteten Spulen (9. 9') auf gegenüberliegenden Schenkeln (3, 3') des Rahmenkerns (1) und einem Gleichrichter (10) uestehenden Rückkopplungskreis.
3. 3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung als Stellungsgeber in kompensierenden Meß- und/oder Registriergeräten.