DE2335109A1

DE2335109A1 - Verbesserungen bei drehspulinstrumenten

Info

Publication number: DE2335109A1
Application number: DE19732335109
Authority: DE
Inventors: Peter Guy Howard
Original assignee: George Kent Ltd
Current assignee: Elster Metering Holdings Ltd
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-10
Publication date: 1974-01-24
Also published as: JPS4945777A; GB1398437A

Description

Anwaltsakte 24 125

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George Kent Limited Luton, Bedfordshire/Groß-Britannien

Verbesserungen bei Drehspulxns trumen ten

Die Erfindung betrifft Drehspulinstrumente und insbesondere ein verbessertes Drehspulindtrument zur Verwendung in einem Schreiber, bei dem die Drehspule mit dem Schreibstift verbunden ist.

Die Erfindung schafft ein Drehspulinstrument mit einem Permanotfmagneten, der ein Paar Poisnuhe oder Polstücke aufweist, deren Stirnflächen so gekrümmt sind, daß sie jeweils auf einem Teil der Joan te If lache ein und desselben gedachten Zylinders liegen, mit einem im wesent-

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liclxen zylindrischen Stator, dessen Achse mit der Achse des gedachten Zylinders zusammenfällt, mit einer elektrisch leitenden Spule auf einem Spulenkörper, die um die Krümmungsachse drehbar ist, und die sich in dem Spalt zwischen dem Stator und den Polstücken oder Polschuhen dreht, mit einem Kondensator mit veränderbarer Kapazität mit einer festen und einer beweglichen Platte, deren Bewegung von der Drehung der Spule abhängig ist, und mit einer Peststell- oder Fühleinrichtung, die mit dem veränderbaren Kondensator verbunden ist, um die Stellung der beweglichen Platte zu bestimmen. Die bewegliche und auch die feste Platte des veränderbaren Kondensators sind dabei im Spalt zwischen dem Stator und den Polschuhen vorgesehen. Die Feststell- oder Fühleinrichtung gibt im Betrieb des Instruments ein Ausgangssignal ab, das eine Funktion der Auslenkung der Spule oder der Verdrehung aus einer vorbestimmten Lage ist.

Vorteilhaft bilden die bewegliche Platte des Kondensators und der Spulenkörper eine Einheit.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der veränderbare Kondensator ein Differentialkondensator.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten 309884/1215

Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt Teile eines Drehspulinstruments gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des in Fig. 1 gezeigten Instruments.

Fig. 3 zeigt einen. Teilschnitt des in Fig. .1 gezeigten Instruments und die dazugehörige elektrische Schaltung.

Fig. 1 zeigt ein Drehspulinstrument gemäß der Erfindung, das in einem Schreiber verwendet wird, und das eine zugehörige automatische Kompensationsschaltung aufweist. Das Instrument weist einen Permanentmagneten mit zwei gegenüberliegenden Polschuhen 12 und 13 auf. Die Stirnflächen der Polschuhe oder Polstücke sind so. gekrümmt, daß sie jeweils auf einem Teil der Mantelfläche ein und desselben gedachten Zylinders liegen. Zwischen den beiden Polschuhen 12 und 13 ist ein zylindrischer Stator 14 vorgesehen, dessen Achse mit der Achse des gedachten Zylinders zusammenfällt. Um diese Achse ist eine rechteckige Spule auf einem Spulenkörper 15 aus Metall drehbar. Die Spule ist mit dem

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Schreibstift des Schreibers gekoppelt oder verbunden. Datei verlaufen die längeren Seiten der rechteckigen Spule in dem ringfäzmigen Spalt zwischen den Polschuhen und dem Stator.

Gemäß der Erfindung ist der metallische Spulenkörper geerdet und dient »is die bewegliche Platte eines veränderbaren Kondensators. Bei dem Kondensator handelt es sich um einen Differenzialkondensator, dessen feste Platte in vier Segnente 16, IT» 18 und 19 aufgeteilt ist. Die Plattensegmente weisen die gleiche Krümmung entlang dem !feil eines Hanteis eines gedachten Zylinders wie die Stirnflächen der Polsehuhe auf. Auf den Polschuhen 12 und 13 sind die Plattensegmente 16 und 17 bzw. 18 und 19 befestigt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Zwischen den vier Segmenten und den Polstücken ist eine Isolationsschicht 20 vorgesehen. In Fig. 2 ist gezeigt, daß jeweils die beiden Plattensegmente auf einem Polstück zusammen eine rechteckige Form ergeben, die entlang einer Diagonalen des Rechtecks voneinander getrennt ist. Die Segmente auf dem gegenüberliegenden Polschuh sind entlang der entgegengesetzten Diagonalen voneinander getrennt. Jeweils zwei der Segmente sind elektrisch miteinander verbunden, so das Segment 16 mit dem Segment 19 und das Segment 17 mit dem Segment 18. Die vier Plattensegmente bilden zusammen mit dem

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Spulenkörper 15 einen Differentialkondensator, durch den die Winkellage der Spule und damit die Auslenkung des Instruments festgestellt werden Jcann. Bei der gezeigten Ausführungsform liegt zwischen dem Magnet 11 "und dem Stator 14 eine Ifechselspannung iron 30 Isis 50 v" "bei einer Frequenz ^ran 1 MHz an. Yon jedem Segmentpaar führen Leitungen zu fi±aem Detektor in dem der kapazitive Strom zwischen dem Stator 14 Tand dem jeweiligen Segmentpaar entsprechend der wechselnden Spannung zwischen dem Magneten und dem Stator festgestellt wird. Dadurch entsteht ein ^eichspannungs-Ausgangssignal, das der Differenz der "beiden Ströme proportional ist. Selbstverständlich ist der Strom zwischen dem Stator und dem jeweiligen Segmentpaar abhängig von dem Grad der Abdeckung des Stromweges durch den Spulenkörper 15, da dieser Spulenkörper, die bewegliche Kondensatorplatte, sich zwischen dem Stator und den Segmenten bewegt.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besteht eine geeignete Feststellschaltung aus einem p-n-p-Transistor 22, dessen Emitter mit den Segmenten 16 und 19 verbunden ist, und einem n-p-n-Transistor 23, dessen Emitter mit den Segmenten 17 und 18 verbunden ist. Die Kollektoren der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 24 und

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eines Kondensators 25 geerdet. Der Verbindungspunkt der Kollektoren ist der Ausgang des Detektors. Die Basis-Emitter-Strecke der Transistoren 22 und 23 ist jeweils über eine Diode 26 bzw. 27 kurzgeschlossen. Die Dioden dienen als KLemmdioden, wobei die Anode der Diode 26 mit der Basis des Transistors 22 und die Kathode der Diode 27 mit der Basis des Transistors 23 verbunden ist.

Bn Arbeitszustand liegt an der Basis des Transistors eine positive Vorspannung und an der Basis des Transistors 23 eine negative Vorspannung an. Jeder Transistor ist dadurch so geschaltet, daß er die Ströme zwischen den Segmenten, mit denen er verbunden ist, und dem Stator feststellt. An der Schaltung liegt daher ein Ausgangssignal an, das der Differenz der Ausgänge der Transistoren entspricht.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Spulenkörpers 15» in der er symmetrisch in Bezug auf die Polschuhe 12 und 13 steht, fließen im Kondensator zwischen den beiden Plattensegmentpaaren und dem Stator 14 die gleichen Ströme. Die Ausgänge der beiden Transistoren sind gleich und entgegengesetzt, so daß die Ausgangsspannung des Detektors Null ist. Bewegt sich die Spule entsprechend einem anliegenden Eingangssignal, überdeckt

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der Spulenkörper mehr Fläche des einen und weniger Fläche des anderen Segmentpaares auf dem jeweiligen Polstück- Dadurch wird die Symmetrie der Ströme gestört und am Ausgang des Detektors liegt eine Gleichspannung an, die dem Drehwinkel der Spule direkt proportional ist.

Selbstverständlich ist festzuhalten, daß der metallische Spulenkörper, der als Platte des Differentialverstärkers dient, in einem üblichen Drehspulinstrument vorhanden ist. Bei einer Anwendung der Erfindung wird daher dem Instrument nichts hinzugefügt, was das Trägheitsmoment der beweglichen Spule verändert oder was die Spaltbreite wesentlich verändert. Darüberhinaus bewirkt der Vergleich der Ströme, daß die Kapazität der Kondensatorenplatten gegenüber Erde auf das System einei vernachlässigbaren Einfluß zeigt. Außerdem ist das System weitgehend unabhängig von mechanischen Toleranzen und vom Spiel der Spulenlagerung.

- Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

(!.Drehspulinstrument, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten (11), der zwei Polschuhe (12, 13) aufweist, deren teilzylindrische Stirnflächen eine gemeinsame Krümmungsachse aufweisen, durch einen im wesentlichen zylindrischen Stator (14), dessen Achse mit der Krümmungsachse zusammenfällt, durch eine elektrisch leitende Spule auf einem Spulenkörper (15), die um die gleiche Krümmungsachse drehbar ist, wobei sich die Spule im Spalt zwischen dem Stator und den Polschuhen dreht, durch einen veränderbaren Kondensator mit einer festen und einer beweglichen Platte, wobei die Bewegung der letzteren von der Auslenkung der Spule abhangt, und durch eine Fühloder Feststelleinrichtung, die mit dem veränderbaren Kondensator verbunden ist, um die Stellung der beweglichen Platte zu registrieren, wobei sowohl die bewegliche Platte wie auch die feste Platte des veränderbaren Kondensators in dem Spalt zwischen dem Stator und den Polschuhen vorgesehen ist, und wobei die Fühl- oder Feststelleinrichtung im Arbeitszustand des Instruments ein Ausgangssignal abgibt, das eine Funktion der Auslenkung der Spule ist.
2. Drehspulinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Platte des veränderbaren Kondensators und der Spulenkörper eine Einheit bilden.

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3. Drehspulinstrument nach Anspruch 2, άαάμΓοΙι gekennzeichnet, daß es sich bei dem veränderbaren Kondensator um einen Differentialkondensator handelt.
4. Drehspulinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Kondensatorplatte in zwei Hälften aufgeteilt ist, die jeweils auf den Polschuhen vorgesehen sind.
5. Drehspulinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühl- oder Feststelleinrichtung mit den Hälften der festen Kondensatorplatte verbunden ist, und daß der Stator (14) und der Magnet (11) mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, so daß im Arbeitszustand zwischen Stator und Magnet ein wechselndes Feld aufgebaut wird, wobei im Betrieb am Ausgang der Fühl- oder Feststelleinrichtung ein Ausgangssignal anliegt, das dem Strom zwischen dem Stator und den Hälften der festen Kondensatorplatte gemäß dem wechselnden Feld entspricht.
6. Drehspulinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Hälften der festen Kondensatorplatte in zwei Segmente (16, 17 bzw. lö, 19) geteilt ist, wobei jeweils ein Platten segment auf dem einen Polschuh mit dem entsprechenden Segment

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auf dem anderen Polschuh, verbunden ist, und wobei die Segemente so angebracht und geformt sind, daß das Ausgangssignal der Fühl- oder Feststelleinrichtung der Auslenkung der Spule direkt proportional ist.

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