DE2757142C2 - Meßwertgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber yum Erzeugen eines dem Winkel zwischen der Richtung eines homogenen magnetischen Gleichfeldes und einer Bezugsrichtung eindeutig zugeordneten elektrischen Meßsignals, der einen Ringkern aus weichmagnetischem Material enthält, auf dem mindestens drei Wicklungen angeordnet sind, mittels denen der dem homogenen magnetischen Gleichfeld ausgesetzte Ringkern periodisch ummagnetisiert und ein entsprechendes elektrisches Meßsignal erzeugt wird.

Aus der US-PS 38 99 834 ist bereits ein Meßwertgeber der vorgenannten Ait bekannt, bei dem tine Wicklung mit Erregungswechselstrom beaufschlagt wird, während von den beiden anderen Wicklungen eine Meßspannung abgegriffen wird, aus der mit Hilfe einer Recheneinrichtung der entsprechende Winkelwert ermittelt wird. Zur Weiterverarbeitung der anfallenden Meßspannung ist somit ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertgeber der eingangs genannten Art mit einfachem Aufbau zu schaffen, der über den vollen Meßbereich von 360° eindeutige elektrische Meßsignale liefert, die in einfacher Weise, insbesondere durch Anwendung handelsüblicher Bauteile der Drehmelder- bzw. Synchro- oder Funktionsgeber- bzw. Resolverwinkelübertragungsiechnik, weiterverarbeitet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Meßwertgeber der eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß

ίο dadurch gekennzeichnet ist, daß in Reihe zu jeder der auf dem Ringkern angeordneten Wicklungen jeweils ein V/iderstand geschaltet ist, die verbleibenden Zuleitungen der Wicklungen an einem gemeinsamen Verbindungspunkt und die verbleibenden Zuleitungen der V/iderstände ebenfalls an einem gemeinsamen Verbindungspunkt elektrisch miteinander verbunden sind, zwischen diesen beiden Verbindungspunkten eine einphasige Erregungswechselspannung anliegt und als elektrisches Meßsignal Ausgangsspannungen zwischen den jeweils eine Wicklung mit einem Widerstand verbindenden Verbindungsleitungen abgegriffen werden.

Beim Meßwertgeber nach der Erfindung ist über den vollen Meßbereich von 360° eine eindeutige Abhängigkeit der Ausgangsspannungen vom gemessenen winkel gewährleistet, wobei die Ausgangsspannungen unter Verwendung handelsüblicher Bauteile der Synchro- oder Resolverwinkelübertragungstechnik verarbeitet werden können. Der Meßwertgeber nach der Erfindung kann also direkt an handelsübliche Synchro- oder Resolverwinkelempfänger angeschlossen werden.

Zweckmäßigerweise sind die Wicklungen auf Spulenkörpern gewickelt, die auf dem Ringkern in Umfangsrichtung verschiebbar angeordnet sind. Dadurch können die Wicklungen in einfacher Weise so gegeneinander einjustiert werden, daß der Winkelmeßfehler möglichst gering ist bzw. unter einem vorgegebenen Höchstwert liegt.
Der Meßwertgeber nach der Erfindung wird vorzugsweise als sogenannter Magnetfeld-Winkelgeber zur Messung und Fernübertragung der Azimutwinkelstellung des Magnetsystems eines Magnetkompasses eingesetzt. Die als Meßfühler wirkende Ringkernanordnung des Meßwertgebers wird dabei in dem vom Kompaßmagnetsystem ausgehenden Magnetfeld angeordnet.

Die Erfindung wird nun näher anhand der Zeichnung erläutert, die eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemä-Ben Meßwertgebers zeigt.

Der in der Zeichnung dargestellte Meßwertgeber enthält als Meßwertfühler eine Ringkernanordnung 1, die einen geschlossenen und daher Iuftspaltfreien Ringkern 2 aufweist, der aus weichmagnetischem Material mit hoher Permeabilität und annähernd rechteckförmiger, schmaler Hystereseschleife besteht. Der Ringkern 2 kann beispielsweise aus einem mehrlagig gewickelten Band aus weitmagnetischem Material oder aus einem oder mehreren axial übereinandergeschichteten, scheibenförmigen Ringen aus weichmagnetischem Material bestehen. Auf dem Ringkern 2 sind drei gleiche Spulenkörper 3, 4 und 5 angeordnet, wobei der Spulenkörper 3 mit einer Wicklung 6, der Spulenkörper 4 mit einer Wicklung 7 und der Spulenkörper 5 mit einer Wicklung 8 bewickelt ist. Die drei Wicklungen 6, 7 und 8 weisen jeweils die gleiche Anzahl von Windungen auf.

Die Spulenkörper 3,4 und 5 sind auf dem Ringkern 2

vorzugsweise verschiebbar angeordnet, so daß die Wicklungen 6, 7 und 8 auf dem Umfang des Ringkernes 2 genau zueinander einjustiert werden können, um maximale Meßgenauigkeit zu gewährleistei;. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind die Spulenkörper 3, 4 und 5 auf dem Umfang des RingkerneE um jeweils 120° versetzt angeordnet. Der Meßwertgeber weist neben der Ringkernanordnung 1 auch noch eine Widerstandanordnung 9 auf, die drei Wirkwiderstände 10, 11 und 12 mit jeweils gleichem Widerstandswert umfaßt Der Widerstand 10 ist über die Verbindungsleitung 13 mit der Wicklung 6 in Reihe geschaltet Der Widerstand 11 ist über die Verbindungsleitung 14 mit der Wicklung 7 in Reihe geschaltet und der Widerstand 12 ist über die Verbindungsleitung 15 mit der Wicklung 8 in Reihe geschaltet Die verbleibenden Zuleitungen 16,17 und 18 der Wicklungen 6,7 und 8 sind zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt 19 geführt und dort elektrisch miteinander verbanden. Die verbleibenden Zuleitungen 20,21 und 22 der Widerstände 10, 11 und 12 sind ebenfalls zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt 23 zusammengeführt und elektrisch miteinander verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt 19 steht mit der Eingangsklemme 24 und der gemeinsame Verbindungspunkt 23 mit der Eingangsklemme 25 in Verbindung. Zwischen die Eingangsklemmen 24 und 25 wird als Erregungsspannung eine einphasige Wechselspannung angelegt Durch die beschriebene Verschaltung der Wicklungen 6, 7 und 8 mit den Widerständen 10,11 und 12 wird dafür gesorgt, daß bei Anlegen einer einphasigen Erregungswechselspannung an die Eingangsklemmen 24 und 25 durch die Wicklungen Ströme fließen, die im Ringkern 2 gleichsinnig gerichtete magnetische Flüsse in Ringkernumfangsrichtung hervorrufen.

Der Meßwertgeber weist drei Ausgangsklemmen 26, 27 und 28 auf, wobei die Ausgangsklemme 26 an die Verbindungsleitung 13 zwischen Wicklung 6 und Widerstand 10, die Ausgangsklemme 27 an die Verbindungsleitung 14 zwischen Wicklung 7 und Widerstand 11 und die Ausgangsklemme 28 an die Verbindungsleitung 15 zwischen Wicklung 8 und Widerstand 12 angeschlossen ist

Die über die Eingangsklemme 24 und 25 zugeführte einphasige Erregungswechselspannung wird so bemessen, daß die Hysteresekurve des Ringkernmaterials bis über den Sättigungsknick hinaus durchfahren wird. Falls auf den Ringkern von außen kein magnetisches Fremdfeld einwirkt, sind die Ausgangsspannungen zwischen den Ausgangsklemmen 26,27 und 28 aufgrund des symmetrischen Schaltungsaufbaues Null. Zum Erfassen der Richtung eines homogenen magnetischen Gleichfeldes in bezug auf eine Bezugsrichlung wird der Ringkern in einer parallel zu den Kraftlinien des homogenen magnetischen Gleichfeldes liegenden Ebene angeordnet, so daß das homogene magnetische Gleichfeld in einer Richtung parallel zur Ringkernebene einwirkt. Dadurch ergeben sich zwischen den Ausgangsklemmen 26, 27 und 28 Ausgangswechselspannungen, deren erste Oberwelle die doppelte Frequenz der Erregungswechselspannung aufweist. Aufgrund des von der Erregungswechselspannung in den Wicklungen hervorgerufenen Wechselstroms wird der magnetische Leitwert bzw. die relative Permeabilität periodisch während jeder Stromhalbwelle von einem relativ hohen Wert auf annähernd Null und wieder zurück verändert, wodurch das von außen einwirkende magnetische Gleichfeld periodisch in das Ringkernmaterial hineingezogen wird und dadurch in den Wicklungen sogenannte Urspannungen induziert werden. Wird der Magnetfeld-Winkelgeber bei sonst gleichbleibenden Bedingungen um eine durch den Ringkemmittelpunkt und senkrecht zur Ringkernebene verlaufende Drehachse um den zu messenden Winkel χ verdreht, dann ändern sich der Betrag und die Richtung der in den drei Wicklungen induzierten Urspannungen, aufgrund drr räumlichen Anordnung der Wicklungen um 120° gegeneinander

ίο phasenverschoben, mit dem Sinus des Winkels et. Die drei induzierten Urspannungen sind symmetrisch mit den drei Widerständen 10,11 und 12 belastet, mit denen jeweils noch der Wirkwiderstand der Wicklungen 6, 7 und 8 in Reihe liegt Zwischen den Ausgangsklemmen 26,27 und 28 treten somit als Ausgangsspannungen drei verkettete, aus den Urspannungen gebildete Spannungen auf, deren Betrag und Richtung in gleicher Weise wie bei den Urspannungen sinusförmig vom Winkel α abhängen. Bei der Bildung der verketteten Ausgangsspannungen wirken die Widerstände der Wicklungen 6, 7 und 8 und die Widerstände 10, 11 und 12 als Spannungsteiler. Die zwischen den Ausgangsklemmen 26 und 27, 27 und 28 sowie 28 und 26 anliegenden drei Ausgangsspannungen sind bezüglich ihrer Abhängigkeit vom gemessenen Winkel α vergleichbar mit den drei Ausgangsspannungen eines Drehmelder- bzw. Synchrogebers, d. h, zur Verarbeitung der drei Ausgangsspannungen können handelsübliche Drehmelderempfänger bzw. Synchroempfänger eingesetzt werden.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Meßwertgebers nach der Erfindung unterscheidet sich von der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Wicklungen 6 und 8 einander gegenüberliegen, d. h. um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind, während die Wicklung 7 in der Mitte zwischen den beiden Wicklungen 6 und 8 angeordnet ist Bei dieser Wicklungsanordnung treten zwischen den Ausgangsklemmen 26 und 27 sowie 27 und 28 zwei Ausgangsspannungen auf, die bezüglich ihrer sinusförmigen Abhängigkeit von dem zu messenden Winkel α um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und somit mit den Ausgangsspannungen eines Funktions- bzw. Resolvergebers vergleichbar sind. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform können also zur Weiterverarbeitung der beiden Ausgangsspannungen handelsübliche Empfänger eines Resolverübertragungssystems verwendet werden.

Es besteht weiterhin auch die Möglichkeit, mehr als drei Wicklungen und Widerstände vorzusehen. Durch

so eine entsprechende Anzahl von Wicklungen und Widerständen sowie durch entsprechende räumliche Versetzung bzw. Anordnung der Wicklungen auf dem Ringkern kann die Anzahl der A-jsgangsspannungen und deren gegenseitige Phasenverschiebung bezüglich ihrer sinusförmigen Abhängigkeit vom gemessenen Winkel α beliebig variiert werden.

Die Wicklungen könnne auch ohne Verwendung von Spulenkörpern auf den Ringkern gewickelt werden, wobei die Länge der Wicklungen gegebenenfalls soweit vergrößert werden kann, daß sich die Wicklungen ohne Zwischenräume aneinanderreihen.

Bei einer Ringkernanordnung mit in Ringkernumfangsrichtung verschiebbaren Spulenkörpern besteht die Möglichkeit, die endgültige Fixierung der einzelnen Wicklungen im Rahmen eines Justierverfahrens vorzunehmen. Bei diesem Justierverfahren wird die Position der einzelnen Wicklungen durch Verschieben der die Wicklungen tragenden Spulenkörper in Ringkernum-

fangsrichtung solange geändert, bis der während des Justierverfahrens gemessene Meßfehler innerhalb des geforderten Toleranzbereiches liegt.

Beim Meßwertgeber nach der Erfindung kann die Widerstandsanordnung 9 mit der Ringkernanorunurig i zu einer Baueinheit integriert werden. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Widerstandsanordnung 9 als eine von der Ringkernanordnung 1 getrennte Baueinheit auszuführen, die dann mit der Ringkernanordnung über die Verbindungsleitungen 13,14 und 15 zu

verbinden ist.

Die elektrischen Widerstände 10, 11 und 12 der Widerstandsanordnung 9 brauchen keine reinen Wirkwiderstände zu sein, sondern können auch gegebenenfalls reine Blindwiderstände oder komplexe Widerstände sein. Gegebenenfalls können anstelle der Widerstände auch Transformatoreingangswicklungen vorgesehen werden, wobei dann die Ausgangsspannungen an den Transformatorausgangswicklungen abgegriffen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßwertgeber zum Erzeugen eines den Winkel zwischen der Richtung eines homogenen magnetischen Gleichfeldes und einer Bezugsrichtung eindeutig zugeordneten elektrischen Meßsignals, der einen Ringkern aus weichmagnetischem Material enthält, auf dem mindestens drei Wicklungen angeordnet sind, mittels denen der dem homogenen magnetischen Gleichfeld ausgesetzte Ringkern periodisch ummagnetisiert und ein entsprechendes elektrisches Meßsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den auf dem Ringkern (2) angeordneten Wicklungen (6, 7, 8) jeweils ein Widerstand (10 bzw. 11 bzw. 12) geschähet ist, die verbleibenden Zuleitungen (16,17, 18) der Wicklungen (6, 7, 8) an einem gemeinsamen Verbindungspunkt (19) und die verbleibenden Zuleitungen (20, 21, 22) der Widerstände (10,11,. 12) ebenfalls an einem gemeinsamen Verbindungspunkt (23) elektrisch miteinander verbunden sind, zwischen diesen beiden Verbindungspunkten (19, 23) eine einphasige Erregungswechselspannung anliegt und als elektrisches Meßsigna] Ausgangsspannungen zwischen den jeweils eine Wicklung mit einem Widerstand verbindenden Verbindungsleitungen (13,14,15) abgegriffen werden.

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (6, 7, S) auf Spulenkörper (3, 4, 5) gewickelt sind, die auf dem Ringkern (2) in Umfangsrichtung verschiebbar angeordnet sind.

3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (10, 11, 12) in einer von der Ringkernanordnung (1) getrennten Baueinheit (2) angeordnet oder in die Ringkernanordnung integriert sind.

4. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (10, 11, 12) durch die Eingangswicklungen eines Transformators ersetzbar sind, von dessen Ausgangswicklungen die Ausgangsspannungen abgegriffen werden.