DE2833915A1 - Servo-beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

Sundstrand Data Control* Inc., Redmond

Servo-Beschleunigungsmesser

Die Erfindung betrifft einen Servo-Beschleunigungsmesser mit insbesondere Dauermagneten als Teil eines Rückstellers.

Bei herkömmlichen Servo-Beschleunigungsmessern, die Dauermagneten zum Erzeugen eines Magnetfeldes verwenden, das in Wechselwirkung mit einer Rückstellspule ist, die an einer tragen Masse befestigt ist, um diese in eine Null- oder Ausgangslage zurückzustellen, können Änderungen des Magnetflusses des Dauermagneten aufgrund von Temperaturänderungen einen merklichen Einfluß auf die Genauigkeit des Beschleunigungsmessers haben. In Instrumenten mit geschlossenem Wirkungskreis (Regelkreis), wie z. B. in Servo-Beschleunigungsmessern, ist die Rückkopplungs- oder Rückstellkraft im allgemeinen proportional zum Produkt aus dem Strom in der Rückstellspule mit dem Betrag des die Spule durchsetzenden Magnetflusses vom Dauermagneten. Der Strom- oder Spannungs-Skalenfaktor eines derartigen Servo-Instruments ist

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insbesondere umgekehrt proportional zum Betrag des die Spule durchsetzenden Magnetflusses. Der Magnetfluß der meisten Dauermagneten, wie z. B. Alnico, ändert sich leicht mit der Temperatur. Da sich der Skalenfaktor, nämlich das Verhältnis des Rückstellspulenstromes zur Beschleunigungskraft, der insbesondere in A/g ausgedrückt wird, leicht mit dem Magnetfluß-Ausgangssignal der Dauermagneten ändert, muß eine bestimmte Kompensation für die Temperatureffekte auf die Magneten vorgesehen werden. Eine dieser Kompensationsmöglichkeiten besteht darin, den Servo-Beschleunigungsmesser über einem Temperaturbereich zu kalibrieren und dann bestimmte Mittel vorzusehen, um die Temperatur des Beschleunigungsmessers während Normalbetriebs zu messen und den Skalenfaktor als Funktion der Temperatur zu kompensieren. Eine andere Möglichkeit verwendet eine innere Kompensationsanordnung, wobei den Temperatureffekten auf den Dauermagneten oder auf die Dauermagneten andere Temperatureffekte auf den Beschleunigungsmesser einschließlich Änderungen in den Abmessungen der magnetischen Luftspalte und Änderungen im Widerstandswert verschiedener elektrischer Bauelemente im Beschleunigungsmesser entgegengesetzt werden.

Zusätzlich zu weiterem Aufwand und größerer Kompliziertheit der Beschleunigungsmesser sind die oben angedeuteten Kompensationsmöglichkeiten bei schnellen Temperaturänderungen oft ungeeignet. Dies beruht darauf, daß bei einer raschen Temperaturänderung die Temperaturgradienten im Beschleunigungsmesser leicht die Kompensation aufheben. Z. B. dehnt sich das den Magnetkreis bildende Material mit der Temperatur viel stärker aus als die Dauermagneten, wodurch der magnetische Spalt mit unterschiedlichem Betrag als der Magnetfluß von den Dauermagneten beeinflußt wird. Zusätzlich zu höherem Aufwand und größerer Kompliziertheit verlieren daher die herkömmlichen Temperatur-Kompensationsmöglichkeiten also auch ihre Wirksamkeit in Umgebungen mit sich

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rasch ändernder Temperatur.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Servo-Beschleunigungsmesser anzugeben, der eine träge Masse, einen Fühler zum Erfassen der Ablenkung oder Auslenkung der trägen Masse abhängig von der Beschleunigung und einen Rücksteiler einschließlich einer an der trägen Masse befestigten Spule aufweist, die mit einem Dauermagneten zusammenwirkt, der ein Magnetfluß-Ausgangssignal hat, das sich im wesentlichen mit der Temperatur nicht ändert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gegeben.

Um also die Veränderungen des Beschleunigungsmesser-Skalenfaktors mit der Temperatur zu verringern, ist der Rücksteiler mit einem Magneten aus Kobalt und Samarium ausgestattet, wobei das Samarium mit einem vorbestimmten Prozentsatz an Gadolinium dotiert ist, der zwischen 20 und 55 % liegt.

Die Temperaturstabilität des erfindungsgemäßen Servo-Beschleunigungsmessers mit einer trägen Masse, einem Fühler zum Messen der Ablenkung der trägen Masse und einem Rücksteiler einschließlich einer mit einem Dauermagneten zusammenwirkenden Spule zum Rückstellen der trägen Masse in eine Nulloder Ausgangslage ist wesentlich durch Dauermagneten aus einem Material einschließlich der Elemente Kobalt, Gadolinium und Samarium verbessert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Querschnitt eines Servo-Beschleunigungsmessers, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Servo-Beschleunigungsmesser-Fühlerschaltung.

In Fig. 1 ist etwas vereinfacht ein Servo-Beschleunigungsmesser dargestellt (vgl. US-PS 3 702 073). Ein den Beschleunigungsmesser umgebender und ein Gehäuse bildender Erregerring 10 besteht aus einer oberen Hälfte 12 und einer unteren Hälfte 14 und dient auch als Magnetkreis. An den Erregerringen 12 und 14 sind zwei Dauermagneten 16 und 18 befestigt. Am einen Ende jedes Magneten 16 und 18 sind Polstücke 20 und 22 angebracht, die gewöhnlich aus Weicheisen bestehen und das von dem Dauermagneten 16 und 18 erzeugte Magnetfeld in die gewünschten Richtungen leiten. Zwischen den Innenteilen der Erregerringe ist eine träge Masse 24 aufgehängt, die auf einem Biegeglied 25 gelagert ist. An jeder Seite der trägen Masse 24 sind zwei Spulenrückhalte-Spulenkörper 26 und 28 befestigt, und um die Spulenkörper 26 und 28 sind zwei Rückstellspulen 30 und 32 gewickelt. Gegenüber jeder Seite der trägen Masse 24 auf den Innenteilen der Erregerringe 12 und 14 sind Elektroden 34 und 36 vorgesehen. Die träge Masse 24 bildet zusammen mit den Elektroden 34 und 36 zwei Kondensatoren, die als Fühler dienen. Durch Messen der Kapazitätsdifferenz wird die Auslenkung der trägen Masse aus einer vorbestimmten oder Null-Lage zwischen den Erregerringen bestimmt, die ihrerseits eine Rückstellkraft erzeugt, die ein Maß für die Beschleunigung liefert. Die Erregerringe 12 und 14 sind durch einen Trägerring 38 beabstandet.

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Der Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Servo-Beschleunigungsmessers wird anhand des in Fig. 2 dargestellten Schaltbildes näher erläutert. Die Auslenkung der trägen Masse 24 abhängig von einer Beschleunigung wird durch die Kapazitätsdifferenz der durch die träge Masse 24 und die Elektroden 34 und 36 gebildeten Kondensatoren gemessen. Signale, die die Kapazxtätsdifferenz anzeigen, werden über Leitungen 40 und 42 zu einem Servo-Verstärker 44 gespeist. Um die träge Masse 24 in eine Null-Lage zurückzustellen, in der die Kapazitäten 34 und 36 gleich sind, erzeugt der Servo-Verstärker 44 ein Signal oder einen Strom auf einer Leitung 46 zu den Spulen 30 und 32. Das Magnetfeld, das durch den durch die Spulen 30 und 32 fließenden Strom erzeugt ist, wirkt mit den durch die Dauermagneten 16 und 18 erzeugten Magnetfeldern zusammen, um die träge Masse 24 in die Null-Lage zurückzustellen. Der Betrag des durch eine Leitung 46 fließenden Stromes ist dann direkt proportional zu der Kraft, die zum Rückstellen der trägen Masse bzw. des Pendels 24 in die Null-Lage erforderlich ist. Der sich von der Spule 30 ergebende Strom fließt dann über eine Leitung 48 und über einen Meßwiderstand 50 nach Erde. Die sich am Widerstand 50 ergebende und an Anschlüssen 52 und 54 gemessene Spannung gibt ein Maß für die Beschleunigungskraft, die gemessen wird. Der Servo-Verstärker ist auch über Anschlüsse 56 und 58 mit einer Spannungsquelle verbunden.

Da der zum Rückstellen der trägen Masse 24 in die Null-Lage erforderliche Kraftbetrag direkt proportional zum Betrag des durch die Leitung 48 fließenden Stromes ist, ist der Skalenfaktor oder das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal und dem Betrag der gemessenen Kraft direkt proportional zum Widerstandswert des Widerstandes 50. Da jedoch die Dauermagneten 16 und 18, die bisher gewöhnlich aus einem Material wie z. B.

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Alnico 9 bestehen, leicht ihr Magnetfluß-Ausgangssignal mit der Temperatur ändern, ändert sich auch leicht der Skalenfaktor oder das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers mit der Temperatur. Um Änderungen des Skalenfaktors aufgrund Änderungen des Magnetfluß-Ausgangssignales der Dauermagneten 16 und 18 zu verhindern, werden Magneten aus bestimmten Seltenen Erden verwendet, um ein über einem weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstantes Magnetfluß-Ausgangssignal zu erzeugen. Insbesondere liefern Magneten aus Kobalt und Samarium, dotiert mit Gadolinium, in der Beziehung

eine besonders günstige Temperaturkennlinie des Magnetflusses. Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung der Magneten ergibt sich, wenn der durch χ dargestellte Dotierbereich zwischen 0,20 und 0,55 liegt.

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Leerseite

Claims (2)

Ansprüche

1. Servo-Beschleunigungsmesser, mit

einer auf eine Beschleunigungskraft ansprechenden trägen Masse,

einem Fühler zum Messen der Auslenkung der trägen Masse aus einer vorbestimmten Null-Lage, und

einem Rücksteller einschließlich wenigstens einer an der trägen Masse befestigten Spule, einer auf den Fühler ansprechenden Stromquelle und wenigstens eines mit der Spule zusammenwirkenden Dauermagneten zum Rückstellen der trägen Masse in die Null-Lage,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Dauermagnet (16, 18) aus Co₁-(Gd Sm. ) besteht, mit χ = 0,2 bis 0,55.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rücksteiler zwei Dauermagneten (16, 18) mit jeweils im wesentlichen gleichem x-Wert aufweist.

572-(B00999)-KoE

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