DE2335085C2

DE2335085C2 - Signalwandler zur Umwandlung von magnetischem FIuB in elektrischen Strom

Info

Publication number: DE2335085C2
Application number: DE19732335085
Authority: DE
Inventors: Gabor Bertalan; Dezsoe Danyi; Laszlo Mathe; Sandor Mucsi; Sandor Olah
Original assignee: GAMMA MUEVEK BUDAPEST
Current assignee: GAMMA MUEVEK BUDAPEST
Priority date: 1973-07-10
Filing date: 1973-07-10
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2335085B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Signalwandler zur Umwandlung von magnetischem Fluß in elek- 4«· trischen Strom, der einen Ferromagnetkreis für den magnetischen Fluß, einen Verstärker und in den Ferromagnetkreis eingegliedert eine Kompensationswicklung enthält, die mit einer Lastimpedanz in Reihe geschaltet an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Signalwandler, der für Meß- und/oder Regelungszwecke einen dem magnetischen Fluß mit großer Genauigkeit proportionalen Gleichstrom erzeugt.

In der Regelungstechnik werden verbreitet Ferngeber verwendet, die die technologische Kenngröße, welche gemessen oder geregelt werden soll (Druck, Niveau, Temperatur), zuerst in eine dieser Größe proportionale mechanische Verstellung umwandeln, einen dieser Verstellung proportionalen magnetischen Fluß erzeugen und mit Hilfe des magnetischen Flusses das elektrische Ausgangssignal bilden. Von den Ferngebern dieses Systems sind diejenigen die genauesten Geräte, welche nach dem in der Meßtechnik allgemein bekannten Kompensationsprinzip arbeiten,' da in diesem Fall äußere Störgrößen, wie z. B. eine Belastungsänderung, die Genauigkeit der Umwandlung nur wenig beeinflussen. Ein derartiger, nach dem Flußkompensationsprinzip arbeitender Ferngeber ist z.B. in der ungarischen Patentschrift 152 391 beschrieben.

Ein Beispiel für die Anwendung des Flußkom-085

peasatioESV-erfahrens geben die Autoren.F. C. Fmchen, F. P. Schweig und W. H. Tucker in ihrer Publikation »A New Standard for Direct Cur-S« {Transactions AIEE, Vol. 73. S. 655 bis 658,

Januar 1954). .

Die meisten Schwierigkeiten bei der Anwendung des Flußkompensationsverfahrens entstehen durch die Anfälligkeit des magneto-elektrischen Wandlers. Bei einem Teil der industriell gefertigten Lösungen werden auf dem Hall-Effekt beruhende Halbleiter verwendet, deren thermische Stabilität nicht befriedigend ist Über größere Genauigkeit verfugende Twen sind teuer und erfordern eine verhältnismäßig hohe Energie im Betrieb. Ein anderer gebräuchlicher magneto-elektrischer Wandler ist das Magnetometer, dessen Arbeitsweise darauf beruht, daß sich die reversible Permeabilität weichmagnetischer Stoffe unter der Wirkung einer Vormagnetisierung ändert. Diese Geräte sind zwar thermisch stabil, gegen äußere mechanische Einwirkung jedoch sehr empfindlich. Außerdem erfordert ihr Betrieb hohe Energie. Ähnliche nachteilige Eigenschaften hat eine bekannte Ausführungsform eines magnetischen Unterbrechers, welche z. B. in dem Universitätslehrbuch »Regelungseinrichiungen« von D. Dänyi und Z. T e I k e s beschrieben ist.

Zur Steigerung der Genauigkeit eines nach dem Flußkompensationsverfahrens arbeitenden Ferngebers ist ein magneto-elektrischer Wandler notwendig, der bei einem magnetischen Fluß nahe Null so empfindlich wie möglich ist. Hierfür muß das bei einem magnetischen Fluß Null am Ausgang des Wandlers verbleibende Störsignal (offset) so klein wie möglich sein. Eine weitere Forderung besteht darin, daß der Wandler im Betrieb nur geringe Energie beanspruchen darf, weil der Signalwandler nur in diesem Falle in für die Benutzer vorteilhaften und daher international verbreiteten Ferngeber mit Doppelleitersystem verwendet werden kann. Bei diesen Ferngebern erfolgt die Energieversorgung von einer auf der Empfangsseite eingeschalteten Stromquelle über die Doppelleitung, wobei ein Teil der Energie des Ausgangssignals verwendet wird. Das Gerät ist daher verhältnismäßig klein.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Magnetfluß-Strom-Wandlers, für dessen Betrieb eine so geringe Energie erforderlich ist, daß der Signalwandler auch im Doppelleitersystem angewendet werden kann, und bei dem im Falle eines magnetischen Flusses Null das verbleibende Störsignal kleiner ist als bei bekannten Lösungen.

Dieses Ziel wird mit einem Signalwandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Ferromagnetkreis ganz oder zum Teil aus einer geraden Anzahl von im Inneren einer Abnehmerwicklumg befindlichen, voneinander isolierten, parallel zueinander angeordneten, aus weichmagnetischem Material gefertigten bandförmigen Leitern gebildet wird, die derart in Reihe geschaltet sind, daß die Stromrichtung innerhalb eines Paares jeweils entgegengesetzt ist und daß die Endpunkte der Reihenschaltung an einen an sich bekannten, aus nach Länge und Größe unterschiedlichen positiven und negativen Teilen bestehende periodische Stromirnpulse erzeugenden Generator angeschlossen sind, und die Abnehmerwicklung an den Eingang des Verstärkers angeschlossen ist. Zweckmäßig ist der Signalwandler so aufgebaut, daß im Innern der Abnehmer-

. e,ne gerade Anzahl von aus einem einzigen geändert. Ist im Inneren der Abnehmerwicklung 6 .-^n^nden Stack weichmagneüschen Ma- die Resultierende der Flüsse Φ, und Φ, ungleich

Ztm Ϊ2ΑΪ 'π «.ν ^Nul1* ^M «*"» » ^der *"«**™8 durch die wirkung der

y,e ««-»-£ schrift also einen Fluß-Kompen- sich periodisch ändernden magnetischen Leitfähigkeit ^«-Signalwandler rar Umwandlung von magne- 5 eine Spannung induziert, die nach im Verstärker 7 erösdiem Ruß in emen proportional stark-* Strom, der folgter Verstärkung und Gleichrichtung einen Strom enen !^magnetkreis, emen Verstarker und eme solcher Größe durch die Kompensationswicklung 3 I₀ den Ferromagnetkreis eingegliederte Kompensa- fließen läßt, daß der Fluß Φ, und der Fluß Φ₆ eine rionswicklung enthalt, wobei in den Ausgangsstrom- Resultierende Null ergeben. Auf diese Weise stehen be* des Verstärkers ein Lastwiderstand in Reihe ic der durch die Lastimpedanz 8 fließende Strom und hierzu die Kompensation geschaltet sind und dt ssen der Fluß (die Winkeldrehung) des Permanentmagneden magnetron Fluß einschließender Ferromagnet- ten 1 in eindeutigem Zusammenhang miteinander, kreis ganz oder zum Teil aus einer geraden Anzahl Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

von nach Möglichkeit aus einem weichmagnetischen in Fig. 2 gezeigt. Wird der Permanentmagnet 1 in Stoff hoher Ausgangspermeabihtat gefertigten Bän- 15 Richtung einer aus unmagnetischem Material geferdern gebildet wird. Die Bander sind parallel zuein- tigten Achse 10 aus der symmetrischen Lage gebracht, »,der und im Inneren einer Abnehmerwicklung von- so ruft der im gemeinsamen Abschnitt der in einem einander isoliert angebracht und so in Reihe geschal- Abschnitt von gemeinsamen Magnetkreisen einen der ,et, daß ihre Wirkstromnchtung innerhalb eines Verstellung entsprechenden Fluß hervor. Der gemein-Paares jeweils entgegengesetzt ist. Die Endpunkte der 20 same Abschnitt der Magnetkreise 9 wird durch zwei in Reihe geschalteten Bänder smd an einen Genera- aus ferromagnetischem Material hoher Permeabilität tor angeschlossen, welcher Stromimpulse liefert, gefertigte Bänder 4 gebildet. Die Bänder 4 sind durch deren positive und negative Teile unterschiedlich lang Zusammenfalten aus einem Stück gefertigt und an und unterschiedlich groß sind. Die Enden der Ab- den Längsseiten voneinander isoliert. Die Enden des nehmerwicklung sind an die Klemmen des Verstär- 25 Bandpaares sind an den Generator 5 angeschlossen, kereinganges angeschlossen. der einen aus in beiden Richtungen asymmetrischen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Stromimpulsen bestehenden periodischen Strom erZeichnung dargestellt und werden im folgenden näher zeugt. Die Abnehmerwicklung 6 umschließt die Bänbeschrieben. der 4 und ist mit dem Eingang des Verstärkers 7 verInder Zeichnung zeigt 30 bunden. Der Ausgang des Verstärkers ist über die

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Signalv,and- Lastinipedan/ 8 mit der Kompensationswicklung 3 lers, und verbunden, deren Wicklungsrichtung so gewählt wird,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform eines Signal- daß die Richtung des magnetischen Flusses der Wickwandlers, lung der Richtung des durch den Permanentmagne-

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. 35 ten I hervorgerufenen Flusses entgegengesetzt ist. Mit der Winkeldrehung eines Permanentmagneten 1 Die Arbeitsweise der in F i g. 2 gezeigten Ausfüh-

entsteht in einem Ferromagnetkreis 2 ein Fluß Φ,,. rungsform der Erfindung ist mit der der in F i g. 1 ge-Ein in einer Kompensationswicklung 3 fließender zeigten identisch. Der durch die Lastimpedanz 8 Gleichstrom l_k erzeugt im Magnetkreis einen Fluß Φ₄, fließende Strom steht also mit dem Fluß (der linearen dessen Richtung der Richtung des Flusses Φ,, ent- 40 Verstellung) des Permanentmagneten 1 in eindeutigegengesetzt ist. In dem Magnetkreis sind einander gern Zusammenhang.

parallel vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Es ist ersichtlich, daß für den Betrieb des erfin-

Matenal hoher Permeabilität angefertigte Bänder 4 dungsgemäßen Signalwandlers eine wesentlich gerin-

eingegliedert. Im abgebildeten Fall werden zwei gere Energie notwendig ist als bei bekannten Lösun-

gleichgroßc und voneinander isolierte Bänder be- 45 gen, da die Energie, die zum Sättigen eines Teiles des

nutzt. Die Bänder 4 sind so in Reihe geschaltet, daß Magnetkreises gebraucht wird, geringer ist. Diese

ihre Wirkstromnchtung einander entgegengesetzt ist. Wirkung wird bei der erfindungsgemäßen Lösung da-

Ein Generator 5 läßt durch die Bänder 4 in beiden durch erreicht, daß dieser Teil des Magnetkreises aus Richtungen einen aus asymmetrischen Impulsen be- dünnen Bändern gebildet wird, wobei die Sättigung

stehenden periodischen Strom fließen. Eine Abneh- 50 unmittelbar mittels des durch die Bänder fließenden merwicklung 6 umschließt die Bänder 4 und ist an Stromes erreicht wird, und der die Säitigung erzeu-

den Eingang eines Verstärkers 7 angeschlossen. Der gende Strom aus asymmetrischen Stromimpulsen be-

Ausgangsstrom des Verstärkers 7 fließt durch die steht, deren Durchschnittswert gering ist. Die erfin-

Kompensationswicklung 3 und eine Lastimpedanz 8. dungsgemäße Lösung ist weiterhin deshalb vorteil-

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform der 55 haft, weil die Rauschspannung, die zum Fluß Null

Erfindung arbeitet auf folgende Weise: gehört, klein ist und infolgedessen dij Empfindlich-

Die äußeren Magnetfelder der in den Bändern 4 keit des Gerätes groß ist, da das resultierende magne-

fließenden Ströme kompensieren sich vermöge ihrer tische Streufeld des mittels des über die Bandpaare

Schaltung paarweise. Wenn die Asymmetrie des von \erteilten und in den Bandpaaren fließenden Stromes

dem Generator S ausgehenden periodischen Stromes 60 gesättigten magnetischen Abschnittes wesentlich klei-

sÄsjö beiden Stromrichtungen ausreichend groß ist, so ner ist als das bekannter Lösungen. Ein weiterer Vor-

S*%erden während der Zeitdauer der einen Strom- teil des erfindungsgemäßen Signalwandlers besteht

richtung der Periode die Bänder 4 durch den Strom darin, daß die Frequenz der von der Äbnehmerwick-

;gesättigt, wodurch ihre Permeabilität sinkt, während lung abgenommenen Spannung mit der Frequenz des

i tier Zeitdauer der entgegengesetzten Stromrichtung 65 Generators 5 übereinstimmt und in den Stromkreis

c hindert sich die Permeabilität jedoch kaum. Auf diese eines Generators keine Reihendiode, die bedeutende

K%eise wird die magnetische Leitfähigkeit des Ferro- Energieverluste verursachen würde, eingeschaltet ist.

S&ägnetkreises 2 durch den Generator 5 periodisch Durch die identische Frequenz wird die im Verstär-

kei; 7 befindliche Gleichrichterstufe (Demodulator) sehr vereinfacht.

Kurz umrissen umfaßt die Erfindung einen Signalwandler, der für Meß- und/oder Regelungszwecke einen dem magnetischen Fluß mit großer Genauigkeit proportionalen Gleichstrom erzeugt. Der Signalwandler enthält einen Ferromagnetkreis und eine Verstärkerstufe, im Äusgangsstfomkreis der Verstärkerstufe befindet sich eine mit der in dem Ferromagnetkreis eingegliederten Kompensationswicklung in Reihe geschaltete Lastimpedanz. Ein Teil des Ferromagnetkreises besteht aus einer geraden Anzahl von im Inneren einer Abnehmerwicklung befindlichen, dünnen, aus weichmagnetischem Material gefertigten Bändern, durch welche von dem Impulsgenerator asymmetrische Stromimpulse geschickt werden. Die Abnehmerwicklung ist an den Eingang der Verstärkerstufe angeschlossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

2 Patentansprüche:

1. Signalwandler zur Umwandlung von magnetischem Fluß in elektrischen Strom, der einen S Ferromagnetkreis für den magnetischen Fluß, einen Verstärker und in den Ferromagnetkreis eingegliedert eine Kompensationswicklung enthält, die mit einer Lastimpedanz in Reihe geschaltet an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferromagnetkreis (2) ganz oder zum Teil aus einer geraden Anzahl von im Inneren einer Abnehmerwicklung (6) befindlichen, voneinander isolierten, parallel zueinander angeordneten, aus weich- i& magnetischem Material gefertigten bandförmigen Leitern (4) gebildet wird, die derart in Reihe geschaltet sind, daß die Stromnchtung innerhalb eines Paares jeweils entgegengesetzt ist und daß die Endpunkte der Reihenschaltung an einen an *> sich bekannten, aus nach Länge und Größe unterschiedlichen positiven und negativen Teilen bestehende periodische Stromimpulse erzeugenden Generator (5) angeschlossen sind, und die Abuehmerwicklung (6) an den Eingang des Verstär- as kers (7) angeschlossen ist.

2. Signalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Leiter aus einer geraden Anzahl von aus einem einzigen zusammenhängenden Stück weichmagnetischen Materials gefalteten Bändern (4) bestehen.