DE2833349A1 - Wind speed indicator - has electrode, whose rotation angle determines analogue voltage tapped between it and fixed electrode - Google Patents
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Abstract
Description
Elektrischer Drehwinkelgeber, insbesondere Electric rotary encoder, in particular
Windrichtungsmessgeber Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drehwinkelgeber, insbesondere Windrichtungsmessgeber,mit mit mindestens einem drehbaren Element, das in Verbindung mit einem ihm gegenüber ortsfesten Element eine vom Drehwinkel abhängige elektrische Grösse, insbesondere eine Spannung oder einen Strom erzeugt. Wind direction measuring transducer The invention relates to an electrical one Rotary angle sensor, in particular wind direction sensor, with at least one rotatable Element that, in conjunction with an element that is stationary opposite it, has one of the angle of rotation dependent electrical variable, in particular a voltage or a current generated.
Bei derartigen bekannten Windrichtungsmessgebern ist ein Permanentmagnet gegenüber einem ortsfest angeordneten Hallelement drehbar. Je nach dem Abstand bzw. der Winkelstellung des Permanentmagneten zu dem Hallelement wird dessen Innenwiderstand durch den Magnetismus verändert. Die Hallspannung ist somit ein Maß für die Winkelstellung des Permanentmagneten bzw. für die Windrichtung, die durch eine mit dem Permanentmagneten gekuppelte Windfahne erfasst wird.In such known wind direction sensors there is a permanent magnet rotatable with respect to a stationary Hall element. Depending on the distance or the angular position of the permanent magnet to the Hall element becomes its internal resistance changed by magnetism. The Hall voltage is therefore a measure of the angular position of the permanent magnet or for the wind direction, which is determined by a with the permanent magnet coupled wind vane is detected.
Bei diesem bekannten Windrichtungsmessgeber ist nachteilig, dass das Hallelement stark Drift-behaftet ist, so dass die Hall spannung in vielen Fällen keine eindeutige Aussage über die Windrichtung bzw. die Drehwinkelstellung ermöglichst. Deswegen musste bisher ein verhältnismässig grosser Anteil von Hallelementen als Ausschuss in Kauf genommen werden.The disadvantage of this known wind direction sensor is that the Hall element is strongly drift-prone, so that the Hall voltage in many cases not a clear one Statement about the wind direction or the angle of rotation make possible. For this reason, a relatively large proportion of Hall elements had to be used up to now be accepted as a committee.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten elektrischen Drehwinkelgeber, insbesondere Windrichtungsmessgeber, einen solchen Messgeber derart weiterzubilden, dass er in möglichst wenig aufwendiger und unkomplizierter Weise eine elektrische Grösse erzeugt, die eine genügend genaue Aussage über den Drehwinkel bzw. die Windrichtung erlaubt.The present invention is therefore based on the object Avoidance of the disadvantages of the known electrical rotary encoder, in particular Wind direction measuring transducer to develop such a measuring transducer in such a way that it can be used in Generates an electrical quantity in as little time and effort as possible, which allows a sufficiently precise statement about the angle of rotation or the wind direction.
Diese Aufgabe wird für einen elektrischen Drehwinkelgeber, insbesondere Windrichtungsmessgeber der eingangs genann ten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst dass in einem mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllten Raum, die einen Wirk- und/oder Blindwiderstand bildet, eine drehj,r lel -trode angeordnet ist, die bezüglich ihrer Drehwachse exzentrisch geformt ist und dass in einem Abstand zu einem von dem äussersten Punkt der Elektrode beschriew benen Kreis wenigstens eine annähernd punktiörmige Elek= trode ortsfest angeordnet ist, so dass zwischen der drehbaren und der ortsfesten Elektrode ein drehwinkelabhängiger Spannungsabfall abgreifbar ist.This task is for an electrical rotary encoder, in particular Wind direction measuring transducers of the type mentioned at the beginning according to the invention solved that in a space filled with a dielectric liquid, the one Active and / or reactance forms, a Drehj, R lel -trode is arranged, which is shaped eccentrically with respect to their rotational waxes and that at a distance from at least one circle described by the outermost point of the electrode approximately punctiform electrode = is arranged stationary, so that between the rotatable and the stationary electrode a rotation angle-dependent voltage drop can be tapped.
Dieser Drehwinkelgeber bzw. Windrichtungsniessgeber beruht also auf dein Prinzip, dass bei einer Änderung des wirksamen Abstands zweier Elektroden in einer Flüssigkeit der Widerstandswert zwischen diesen Elektroden ebenfalls geändert wird.This rotary encoder or wind direction indicator is based on your principle that if the effective distance between two electrodes changes in a liquid, the resistance value between these electrodes also changed will.
Unter Widerstandswert kann dabei sowohl ein Wirkwiderstand als auch ein Blindwiderstand, der gegebenenfalls zusätzlich zum Wirkwiderstand auftritt, verstanden werden. Wenn die Elektroden - über einen Vorwiderstand -mit einem Gleichstrom beaufschlagt werden, wird der Wirkwiderstand zwischen der drehbaren und der ortsfesten Elektrode gemessen. In diesem Fall wird eine elektrolytische Flüssigkeit verwendet, die einen Gleichstrom leitet, wenn auch in geringerem Maße als metallische Stromleiter. Wenn die Elektrodenmit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, wird als Flüssigkeit eine dielektrische Flüssigkeit verwendet, die einen Blindwiderstand erzeugt. In jedem Fall soll die Flüssigkeit und das Material,aus dem die Wandungen des Raums gebildet werden, so gewählt sein, dass die Flüssigkeit die Wandungen nicht angreift und dass die Leiteigenschaften der Flüssigkeit nicht verändert werden.Both an effective resistance and a a reactance, which if necessary in addition to the effective resistance occurs, to be understood. If the electrodes - via a series resistor - with a direct current are applied, the effective resistance between the rotatable and the stationary electrode. In this case it becomes an electrolytic Used liquid that conducts a direct current, albeit to a lesser extent as a metallic conductor. When an alternating voltage is applied to the electrodes a dielectric liquid is used as the liquid, which has a Reactance generated. In any case, the liquid and the material should be made of which the walls of the room are formed, be chosen so that the liquid does not attack the walls and that the conductivity properties of the liquid are not to be changed.
Durch die Formgebung und durch die Anordnung der drehbaren Elektrode zur ortsfesten Elektrode kann eine fast beliebige Kennlinie der Abhängigkeit des Spannungsabfalls zwischen diesen Elektroden von der Drehwinkelstellung der drehbaren Elektrode erzielt werden. Insbesondere kann gegebenenfalls mit weiteren ortsfesten Elektroden eine sinusförmige Kennlinie erzeugt werden.Due to the shape and the arrangement of the rotatable electrode Almost any characteristic curve of the dependency of the Voltage drop between these electrodes from the angular position of the rotatable Electrode can be achieved. In particular, it may be possible to use additional stationary ones Electrodes a sinusoidal characteristic can be generated.
Ein wesentlicher Vorteil des Drehwinkelgebers liegt, abgesehen von der Variationsmöglichkeit der Kennlinie, darin, dass der Aufwand zur Herstellung dieses Drehwinkelgebers im Vergleich zu einem mit einem Hall element aufgebauten Drehwinkelgeber gering ist und einen geringeren Ausschuss erwarten lässt. Drift-Erscheinungen in dem Ausmass wie bei Hallelementen treten nicht auf.A major advantage of the rotary encoder is, apart from the possibility of variation of the characteristic curve, in that the effort for production this rotary encoder compared to one built with a Hall element Rotary angle encoder is low and less rejects can be expected. Drift phenomena to the same extent as with Hall elements do not occur.
In einer zweckmässigen Ausbildung des elektrischen Drehwinkelgebers ist die drehbare Elektrode annähernd nockenförmig ausgebildet.In a practical design of the electrical rotary encoder the rotatable electrode is approximately cam-shaped.
Bei dieser einfachen Formgebung der drehbaren Elektrode wird, wenn die Nocke der ortsfesten Elektrode zugewandt ist, der Widerstand zwischen beiden Elektroden am niedrigsten sein, d.h. der geringste Spannungsabfall bei einem eingeprägten Strom auftreten oder bei einer konstanten anliegenden Spannung der grösste Strom gemessen werden können. Dementsprechend tritt das Minimum des Stroms bei einer zwischen den Elektroden anliegenden Konstantspannung dann aufs wenn die Nocke in eine zu der festen Elektrode abgewandte Stellung gedreht ist, bzw. bei eingeprägtem Strom ein maximaler Spannungsabfall.With this simple shape of the rotatable electrode, if the cam faces the stationary electrode, the resistance between the two Electrodes must be lowest, i.e. the lowest voltage drop for an impressed Current or the greatest current with a constant applied voltage can be measured. Accordingly, the minimum of the current occurs at one between constant voltage applied to the electrodes when the cam is in a closed position the position facing away from the fixed electrode is rotated, or with impressed current a maximum voltage drop.
Um aus einer symmetrischen Kennlinie, die mit einer drehbaren und einer ortsfesten Elektrode erzeugt wird, eine eindeutige Aussage über die Winkelstellung der drehbaren Elektrode zu erhalten, wird in Ausgestaltung des Drehwinkelgebers eine zweite ortsfeste, annähernd punktförmige Elektrode um 90° versetzt zu der ersten ortsfesten Elektrode, vorzugsweise im gleichen Abstand zu der Drehachse wie diese und in der gleichen axialen Ebene wie diese angeordnet.To get from a symmetrical characteristic curve, which is with a rotatable and a stationary electrode is generated, a clear statement about the angular position to obtain the rotatable electrode, is in the embodiment of the rotary encoder a second stationary, approximately punctiform electrode offset by 90 ° to the first stationary electrode, preferably at the same distance from the axis of rotation as this and arranged in the same axial plane as this.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Drehwinkelgeber mit den Merkmalen ausgestaltet, dass in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Raum auf der Drehachse in axialem Abstand zu der drehbaren Elektrode eine kreisscheibenförmige Elektrode innerhalb einer zu ihr konzentrisch angeordneten ortsfesten Ringelektrode befestigt ist und dass Anschlüsse zur Zuführung der Spannung bzw. des Stroms an der Ringelektrode und der festen Elektrode bzw.In a preferred embodiment, the electrical rotary encoder is designed with the features that in the space filled with the liquid the axis of rotation at an axial distance from the rotatable electrode a circular disk Electrode within a stationary ring electrode arranged concentrically to it is attached and that connections for supplying the voltage or current the ring electrode and the fixed electrode or
den festen Elektroden vorgesehen sind.the fixed electrodes are provided.
Bei dieser Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise auf Schleifer zur Strom- bzw. Spannungszuführung zu der drehbaren Elektrode verzichtet werden. Diese AusfUhrungsform ist daher besonders robust und auch bei längerem Einsatz zuverlässig. Durch die Ringelektrode und die zweite drehbare Elektrode wird die Kennlinie der Steuerspannung, die zwischen der Ringelektrode und der ortsfesten Elektrode durch einen über die kreisscheibenförmige Elektrode und die drehbare Elektrode fliessenden Strom erzeugte Steuerspannung durch eine Streuspannung beeinflusst, die durch einen Strom erzeugt wird, der direkt von der Ringelektrode und der kreisscheibenförmigen Elektrode zu der ortsfesten Elektrode fliesst.In this embodiment, grinder can be used in an advantageous manner for current or voltage supply to the rotatable electrode dispensed with will. This embodiment is therefore particularly robust and also with prolonged use Reliable. With the ring electrode and the second rotatable electrode, the Characteristic curve of the control voltage between the ring electrode and the stationary Electrode by one over the circular disk-shaped electrode and the rotatable electrode The control voltage generated by the flowing current is influenced by a stray voltage, which is generated by a current coming directly from the ring electrode and the circular disk-shaped Electrode flows to the stationary electrode.
Durch diese Streuspannung wird das Nullspannungspotential angehoben oder abgesenkt, und zwar in einem Maße, das durch die Wahl des Abstands zwischen der Ringelektrode und der ortsfesten Elektrode einstellbar ist. - Bei Wahl einer geeigneten Flüssigkeit innerhalb des Raums, der die Elektroden einschliesst, wird jedoch keine nennenswerte Drift erzeugt.This stray voltage increases the zero voltage potential or lowered, to an extent determined by the choice of the distance between the ring electrode and the stationary electrode is adjustable. - If you choose one suitable liquid within the space enclosing the electrodes however, no significant drift is generated.
In besonders vorteilhafter Weise hat der elektrische Drehwinkelgeber die Merkmale, dass die kreisscheibenförmige Elektrode als erster Dauermagnet ausgebildet ist, zu dem ausserhalb des Gehäuses ein zweiter Dauermagnet in einer parallelen Ebene angeordnet ist, dass der erste und der zweite Dauermagnet durch eine Wand des Gehäuses aus nicht-ferromagnetischem Material getrennt sind und dass mit dem zweiten Dauermagneten ein Drehantrieb, vorzugsweise eine Windfahne, verbunden ist.In a particularly advantageous manner, the electrical rotary encoder has the features that the circular disk-shaped electrode is designed as a first permanent magnet is, to the outside of the housing a second permanent magnet in a parallel Level is arranged that the first and the second permanent magnet through a wall of the housing made of non-ferromagnetic material are separated and that with the A rotary drive, preferably a wind vane, is connected to the second permanent magnet.
In dieser Ausführungsform wird durch den magnetischen Durchgriff zwischen den beiden Dauermagneten eine berührungsfreie magnetische Kupplung erzeugt. Probleme durch die Durchführung einer Welle in das Gehäuse treten somit nicht auf. Ferner kann diese magnetische Kupplung beson- ders vorteilhaft dazu beitragen dass die Drehbewegung des Drehantriebs gedämpft auf die drehbaren Elektroden in dem Gehäuse übertragen wirds so dass bei ruckartiger Bewegung des Drehantriebs ein verzögerter aber gleichmässiger Nachlauf der drehbaren Elektrode in dem Gehäuse erfolgt. Es kann deshalb auf Dämpfungsmassnahmen in der elektronischen Schaltungsanordnung, an die der Drehwinkelgeber angeschlossen ist, verzichtet werden.In this embodiment, the magnetic penetration between creates a contact-free magnetic coupling between the two permanent magnets. Problems through the implementation of a shaft in the housing thus do not occur. Further can this magnetic coupling which contribute positively to it that the rotary movement of the rotary drive is damped on the rotatable electrodes in the housing is transmitted so that in the event of a jerky movement of the rotary drive, a delayed but even after-run of the rotatable electrode in the housing he follows. It can therefore rely on damping measures in the electronic circuit arrangement, to which the rotary encoder is connected can be omitted.
Als derartige elektronische Schaltungsanordnungen zur Drehwinkel- bzw. Windrichtungsanzeige können die üblichen Schaltungsanordnungen mit geringfügigenp wenig aufwendigen Anpassungsmassnahmen verwendet werden.As such electronic circuit arrangements for angle of rotation or wind direction display can use the usual circuit arrangements with slight p less expensive adaptation measures can be used.
Deshalb lässt sich der vorliegende elektrische DrehwiAkelgeber leicht gegen den zum Stand der Technik gehörenden Drehwinkelgeber unter Verwendung der elektronischen Schaltungsanordnung austauschen.Therefore, the present rotary electric encoder can be easily against the rotary encoder belonging to the state of the art using the Replace electronic circuitry.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert9 wobei weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung genannt werden. Es zeigt: Fig. 1 einen indrichtungsmessgeber in einem senkrechten Schnitts Fig. 2 den Windrichtungsmessgeber nach Fig. 1 in einem ersten Querschnitt und Fig. 3 den Tindrichtungsmessgeber nach den Fig. n und 2 in einem zweiten Ouerschnitt.The invention is explained below with reference to a drawing with three figures explained9 whereby further advantageous features of the invention are mentioned. It FIG. 1 shows a directional encoder in a vertical section. FIG Wind direction sensor according to FIG. 1 in a first cross section and FIG. 3 shows the wind direction sensor according to FIGS. n and 2 in a second cross section.
In Fig. 1 ist mit 1 ein allseitig geschlossenes zylindri sches Gehäuse bezeichnet9 das oben durch einen Deckel 2 aus nicht-ferromagnetischem Material abgedeckt ist und das einen verschweissten Einfüllstutzen 3 für eine Flüssigkeit aufweist. Das Gehäuse ist mit einer dielektrischen Flüssigkeit 4 vollständig gefüllt, so dass keine Blasen bei einer Schwingungsbeanspruchung des Gehäuses auftreten.In Fig. 1, 1 is a closed on all sides cylindri cal housing 9 denotes the above by a cover 2 made of non-ferromagnetic Material is covered and a welded filler neck 3 for a liquid having. The housing is completely filled with a dielectric liquid 4, so that no bubbles occur when the housing is subjected to vibrations.
In dem Gehäuse ist eine Drehachse 5 drehbar gelagert.An axis of rotation 5 is rotatably mounted in the housing.
An der Drehachse ist in der Schnittebene CD (vgl. Fig.3) eine nockenähnliche Elektrode 6 exzentrisch befestigt.On the axis of rotation there is a cam-like one in the cutting plane CD (see FIG. 3) Electrode 6 attached eccentrically.
An der Innenwand des Gehäuses 1 sind zwei ortsfeste Elektroden 7, 8 gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert angebracht, und zwar in einem Winkel von 900 zueinander.On the inner wall of the housing 1 are two stationary electrodes 7, 8 attached to the housing in an electrically insulated manner, namely at an angle from 900 to each other.
Von den ortsfesten Elektroden 7, 8 sind elektrische Anschlüsse 9, 10 durch das Gehäuse geführt.Of the stationary electrodes 7, 8 are electrical connections 9, 10 passed through the housing.
Ein weiterer elektrischer Anschluss 11 ist zu einer ringförmigen Elektrode 12 geleitet, die in einer Ebene AB oberhalb der Elektroden 6, 7, 8 (vgl. Fig. 1 und 2) 13 angeordnet ist. Innerhalb der Ringelektrodetist zu dieser konzentrisch unter Bildung eines gleichförmigen Spalts 12a eine kreisscheibenförmige Elektrode 13 an der Drehachse 5 befestigt.Another electrical connection 11 is to an annular electrode 12, which are in a plane AB above the electrodes 6, 7, 8 (see. Fig. 1 and 2) 13 is arranged. Inside the ring electrode is concentric with it a circular disk-shaped electrode to form a uniform gap 12a 13 attached to the axis of rotation 5.
Ausserhalb des Gehäuses 1 ist ein zweiter Magnet 14 über eine Achse 15 mit einer Windfahne 16 verbunden. Der zweite Magnet 14 und die als Magnet ausgebildete kreisscheibenförmige Elektrode 13 sind - wie in der Zeichnung dargestellt - magnetisiert, so dass sie eine magnetische Kupplung bilden.Outside the housing 1 is a second magnet 14 over an axis 15 connected to a wind vane 16. The second magnet 14 and designed as a magnet circular disk-shaped electrodes 13 are - as shown in the drawing - magnetized, so that they form a magnetic coupling.
Der Windrichtungsmessgeber wird einerseits mit dem Anschluss 11 und andererseits mit den Anschlüssen 9, 10 mit einer nicht dargestellten elektronischen Schaltungsanordnung verbunden, die einen Stromfluss über die Ring- elektrode bzw. ringförmige Elektrode 11, die kreisscheibenförmige Elektrode 13, die elektrisch leitende Drehachse 5, die drehbare Elektrode 6 zu den ortsfesten Elektroden 7 und 8 herstellt. Zwischen den Anschlüssen 11 einerseits und 9, 10 wird eine Steuerspannung gebildet, die von der Drehstellung der drehbaren Elektrode 6 zu den ortsfesten Elektroden 7 und 8 abhängt.The wind direction sensor is on the one hand with the connection 11 and on the other hand with the connections 9, 10 with an electronic not shown Connected circuitry that allows a current to flow through the ring electrode or ring-shaped electrode 11, the circular disk-shaped electrode 13, the electrically conductive axis of rotation 5, the rotatable electrode 6 to the stationary electrodes 7 and 8 manufactures. Between the connections 11 on the one hand and 9, 10 is a control voltage formed by the rotational position of the rotatable electrode 6 to the stationary electrodes 7 and 8 depends.
Ausserdem tritt eine Streuspannung insbesondere zwischen der Ringelektrode 12 und den ortsfesten Elektroden 7 und 8 auf, deren Einfluss bei der Gestaltung der Steuerkennlinie in Rechnung gestellt werden kann.In addition, a stray voltage occurs in particular between the ring electrode 12 and the stationary electrodes 7 and 8, their influence on the design the tax characteristic can be charged.
Durch ein zu der nicht dargestellten elektronischen Steueranordnung gehörendes elektrisches Anzeigeinstrument kann die Drehstellung der Drehachse 5 bzw. die Windrichtung aufgrund der mit dem Windrichtungsmessgeber abgegebenen Steuerspannung eindeutig angezeigt werden.By means of an electronic control arrangement (not shown) The associated electrical display instrument can determine the rotational position of the axis of rotation 5 or the wind direction based on the control voltage output by the wind direction sensor clearly indicated.
Claims (5)
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| DE19782833349 DE2833349A1 (en) | 1978-07-29 | 1978-07-29 | Wind speed indicator - has electrode, whose rotation angle determines analogue voltage tapped between it and fixed electrode |
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Publications (1)
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| DE2833349A1 true DE2833349A1 (en) | 1980-02-14 |
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ID=6045716
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| DE19782833349 Withdrawn DE2833349A1 (en) | 1978-07-29 | 1978-07-29 | Wind speed indicator - has electrode, whose rotation angle determines analogue voltage tapped between it and fixed electrode |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE2833349A1 (en) |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |