DE2443886B2 - Von einer Wechselspannungsquelle gespeister, kontaktloser Stellungsgeber - Google Patents

Description

2. Stellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D 1, D 2) durch mit Vorwiderständen (RV) versehene Basis-Emitter-Strecken von Transistoren (Ti, Tl) entgegengesetzter Leitfähigkeit ersetzt sind, deren Kollektorelektroden an eine den Transistoren (Ti, T2) angemessene Betriebsspannung gelegt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen von einer Wechselspannungsquelle gespeisten, kontaktlosen Stellungsgeber mit in zwei getrennten Zweigen einer Brückenschaltung liegenden zwei veränderlichen Kondensatoren, wobei

a) die zwei Kondensatoren Teilkapazitäten eines Differentialkondensators bilden, dessen beweglicher Elektrodensatz geerdet ist;

b) die beiden restlichen Brückenzweige von untereinander gleich großen ohmschen Widerständen gebildet sind;

c) an der Meßdiagonale der Brückenschaltung eine der Stellung des Differentialkondensators proportionale Gleichspannung entnehmbar ist.

Eine derartige Schaltung ist dem Buch »Moderne Meßmethoden der Physik« Band I von Eder (1952), Seiten 37/38, insbesondere Abbildung 19, zu entnehmen. Die bekannte Schaltungsanordnung dient der kapazitiven Längenmessung.

In der deutschen Auslegeschrift 11 84 859 ist eine Meßschaltung mit einem registrierenden Meßinstrument beschrieben, bei der ein derartiger Stellungsgeber dazu benutzt wird, die jeweilige Stellung des beweglichen Organs eines Meßwerkes in einen elektrischen Wert umzusetzen, der einem Verstärker zugeführt wird, an dessen Ausgangsklemmen das Meßwerk liegt und dessen Eingang vom Meßwert beaufschlagt ist. Bei der bekannten Schaltung ist der Differentialkondensator Bestandteil einer Kondensatorbrückenschaltung, die mit ihrer Speisediagonalen an einer Trägerfrequenzspannung liegt. An der anderen Diagonalen wird die Brückenverstimmung ebenfalls als eine trägerfrequente Spannung abgenommen und dem Verstärker zugeführt. Der Verstärker muß deshalb tunlich ein Trägerfrequenzverstärker sein. Die Ausgangsspannung des Verstärkers ist dann mit Hilfe eines phasenempfindlichen Gleichrichters gleichzurichten. 1st der Verstärker kein Trägerfrequenzverstärker, so muß die Ausgangsspannung der Kondensatorbrückenschaltung vorher phasenempfindlich gleichgerichtet werden. Eine phasenempfindliche Gleichrichtung ist also in jedem Falle erforderlich.

In der deutschen Offenlegungsschrift 19 51 942 ist ein

ίο Meßgrößenformer, insbesondere für kapazitiv wirksame Geber, beschrieben. In einem Ausführur.gsbeispiel dieses Meßgrößenformers werden Kondensatoren in einer brückenartigen Schaltung über Transistoren mit einer Wechselspannung gespeist. Dies macht zusätzliehe Gleichrichteranordnungen in zwei Brückenzweigen notwendig, an denen eine den Meßwert darstellende Gleichspannung abgenommen werden kann.

Aus Grave »Elektrische Messungen nicht elektrischer Größen« 1962, Seite 129 ist eine Trägerfrequenzbrücke

mit einem Differemialkonoertsator bekannt. Die festen Beläge des Differentialkondensators liegen in zwei benachbarten Brückenzweigen; die beiden anderen Brückenzweige sind durch Kondensatoren gebildet. Eine Speisewechselspannung wird über den beweglichen Belag des Differentialkondensators und über den Verbindungspunkt der beiden anderen Kondensatoren zugeführt Diese bekannte Schaltung ist nicht als Stellungsgeber gedacht.

Dem Bekannten gegenüber soll die Erfindung einen Stellungsgeber unter Verwendung eines Differentialkondensators ergeben, der insofern einfacher ist, als weder eine phasenempfindliche Gleichrichterschaltung noch andere Gleichrichter auf der Ausgangssignalseite notwendig sind.

Bei einem eingangs genannten Stellungsgeber wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Beim vorliegenden Stellungsgeber wird die Abhängigkeit des Mittelwertes der Gleichspannung bei einer Einweggleichrichtung mit Ladekondensaytor von der Entladezeitkonstanten ausgenutzt. Diese Abhängigkeit verläuft verhältnismäßig linear mit der Veränderung der Kapazität des Ladekondensators.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Dioden ersetzt durch mit Vorwiderständen versehene Basis-Emitter-Strecken von Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeit, deren Kollektorelektroden an eine den Transistoren angemessene Betriebsspannung gelegt sind.

Der Erfindung wird anhand zweier Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.

F i g. 1 zeigt dabei teilweise als Blockschaltbild auch die Anwendung eines Stellungsgebers bei einem Registriergerät nach dem Kompensationsprinzip. In F i g. 2 ist die bei einem Stellungsgeber angewendete Grundschaltung dargestellt für den Fall, daß eine nur schwache Wechselspannungsquelle zur Verfugung steht.

In F i g. 1 ist mit M ein Meßwerk dargestellt, dessen Drehspule D an die Ausgangsklemmen eines Verstärkers V angeschlossen ist. Das Meßwerk M weist keine mechanische Rückstelleinrichtung auf. An die Stelle einer mechanischen Rückstelleinrichtung tritt eine elektrische Spannung, die der jeweiligen Stellung des Zeigers des Meßwerkes M entspricht und die dem Verstärker Vin kompensierendem Sinne zusammen mit einer zu messenden Spannung Um an den Eingangsklemmen des Verstärkers Kzugeführt ist.

Der Stellungsgeber, der die jeweilige Stellung des Zeigers des Meßwerkes M in einer elektrischen Spannung abbildet, besteht aus zwei gegenüber einem Wechselspannungsgenerator WG parallelgeschalteten Serienkombinationen jeweils einer Diode D1 bzw. D 2 und einer der beiden gegenläufig veränderlichen Kapazitäten Cl bzw. C2 eines Differentialkondensators. Die beiden Dioden D1 und D 2 sind entgegengesetzt gepolt. Der bewegliche Plattensatz des Differentialkondensators ist geerdet und mechanisch mit dem beweglichen Organ des Meßwerkes M gekuppelt. Die ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Verbindungspunkte der Diode Di mit der Kapazität Cl und der Diode D 2 mit der Kapazität C2 sind über zwei gleich große Widerstände RL miteinander verbunden. An einem zwischen den beiden Widerständen liegenden Abgriff und an dem beweglichen Plattensatz des Differentialkondensators wird die Kompensationsspannung Uo abgenommen, die dem Eingang des Verstärkers ^zugeführt ist.

Wenn die beiden gegenläufig veränderlichen Kapazitäten Cl und C2 des Differentialkondensators gleich groß sind, so sind auch die Beträge der Spannungsabfälle an den beiden Widerständen RL gleich groß, damit ist die Kompensationsspannung Uo gleich Null. Sind dagegen die beiden Kapazitäten Cl und C 2 nicht gleich, so ergibt die Kompensationsspannung Uo vorzeichenrichtig ein Maß für die Differenz AC der Kapazitäten Cl und C2. Die Linearität der Beziehung Uo = f (AC) liegt bei 0,5%, wenn das Produkt ω · C ■ RL auf maximalen Proportionalitätsfaktor eingestellt ist. Der Abgleich ist dabei nicht kritisch, ω ist dabei die Kreisfreqeunz der Wechselspannung, C ist die Kapazität der Einzelkapazitäten des Differentialkondensators bei symmetrischem Stand des beweglichen Plattensatzes.

Bei genügend hoher Wechselspannungsfrequenz kann die Änderungsgeschwindigkeit der Differenzkapazität AC bis in den Kilohertz-Bereich ausgedehnt werden. Der Stellungsgeber ist also nicht nur für langsame Positionsmeldungen, sondern auch für schnell-ο schreibende Registriersysteme geeignet.

In der Fig.2 ist der wesentliche Teil eines Stellungsgebers dargestellt für den Fall, daß nur eine wenig ergiebige Wechselspannungsquelle zur Verfügung steht Die Dioden Di und Dl sind dabei durch Transistoren 7Ί und T2 ersetzt, und zwar durch deren Basis-Emitter-Strecken. Die Transistoren Ti und T2 sind von verschiedenem Leitfähigkeitstypus. Den beiden Basiselektroden der Transistoren Ti und T2 wird die Wechselspannung über zwei Widerstände RV zugeführt. An die Kollektorelektroden ist eine nicht dargestellte Betriebsspannungsquelle mit ihrer negativen bzw. positiven Klemme angeschlossen. Im übrigen entspricht die Schaltung nach der F i g. 2 der Schaltung nach Fig. 1. Zur Unterdrückung von Wechselspannungsresten ist an die Verbindungsklemme der beiden Widerstände RL ein Tiefpaß TP angeschlossen. Der Ausgangsklemme des Tiefpasses TP ist die Kompensa-•ionsspannung Uo zu entnehmen, die, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, einem in Fig. 2 nicht dargestellten Verstärker für ein Meß'verk aufgegeben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Von einer Wechselspannungsquelle gespeister, kontaktloser Stellungsgeber mit in zwei getrennten Zweigen einer Brückenschaltung liegenden zwei veränderlichen Kondensatoren, wobei

a) die zwei Kondensatoren Teilkapazitäten eines Differentialkondensators bilden, dessen beweglicher Elektrodensatz geerdet ist,

b) die beiden restlichen Brückenzweige von untereinander gleich großen ohmschen Widerständen gebildet sind,

c) an der Meßdiagonalen der Brückenschaltung eine der Stellung des Differentialkondensators proportionale Gleichspannung entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Speisequelle (WG) über jeweils entgegengesetzt gepolte Dioden (Dl₁ D 2) an die Speisediagonale der Brückenschaltung gelegt ist.