DE3232302A1

DE3232302A1 - Electrical measuring element

Info

Publication number: DE3232302A1
Application number: DE19823232302
Authority: DE
Inventors: Michael Y. Taipei Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1984-03-15

Abstract

The proposed electrical measuring element (10) has a pointer (22) which is moved by a follow-up magnet (20) which is set corresponding to a magnetic field-strength vector which results from the superimposition of the reference field strength on a permanent magnet ring (16) and the field strength of a measuring winding (14) to which current is applied in proportion to the measured variable. In order to permit adjustment changes, especially in order to take into account non-uniformities in the magnetic properties of the permanent magnet ring (16), the latter is mounted on a reference magnetic-field adjusting device (15) whose effect on the follow-up magnet (20) is variable by adjusting the air gap between them by means of an adjusting screw (26). <IMAGE>

Description

Elektrisches Meßwerk Electric measuring mechanism

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Meßwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an electrical measuring mechanism according to the preamble of claim 1.

Ein solches Meßwerk kann unmittelbar zur Messung von Spannungen und Strömen dienen, und es kann auch zusammen mit Meßköpfen verwendet werden, welche auf andere Meßgrößen, z. B. eine Temperatur ansprechen und diese in analoge elektrische Signale umsetzen, die dann vom Keßwerk gemessen werden, dessen Skala dann in Temperaturgraden geeicht ist.Such a measuring mechanism can be used directly to measure voltages and Serve currents, and it can also be used together with measuring heads, which to other measured variables, e.g. B. address a temperature and convert this into analog electrical Convert signals, which are then measured by the Keßwerk, its scale then in temperature degrees is calibrated.

Bei dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzen bekannten Meßwerk ist die Einrichtung zur Erzeugung des Referenzmagnetfeldes eine um 900 gegenüber der Meßwicklung versetzte Referenzfeldwicklung, die bei der Durchführung der Messungen von einem konstanten Strom durchflossen wird. Fig. 4 der beigegebenen Zeichnungen zeigt eine solche Anordnung; die über Anschlüsse 41 und 44 gespeiste Referenzfeldwicklung 45 erzeugt einen nach Größe und Richtung konstanten Referenzfeldvektor 47, und die Meßwicklung 46 erzeugt einen um 900 gedreht gerichteten Meßfeldvektor 48, dessen GröBe von dem in der Meßwicklung 46 fließenden Strom und damit von der Meßgröße abhängt.In the known in the preamble of claim 1 presupposed The measuring mechanism is the device for generating the reference magnetic field one by 900 opposite The reference field winding offset from the measuring winding, which was used when the measurements were carried out a constant current flows through it. Figure 4 of the accompanying drawings shows such an arrangement; the reference field winding fed via connections 41 and 44 45 generates a reference field vector 47 which is constant in terms of size and direction, and the Measuring winding 46 generates a measuring field vector 48 rotated by 900, its The magnitude of the current flowing in the measuring winding 46 and thus of the measured variable depends.

Fig. 8 zeigt, wie sich die Felder 47 und 48 zu einem resultierenden Feld überlagern, dessen Vektor für verschiedene Stärken des Meßfeldvektors 48 gestrichelt gezeigt ist. Der den Zeiger bewegende Folgemagnet des Meßwerks stellt sich au2 den resultierenden Vektor ein.Fig. 8 shows how fields 47 and 48 become a resulting Overlay field whose vector for different strengths of the measuring field vector 48 is dashed is shown. The slave magnet of the measuring mechanism that moves the pointer is positioned on top of it resulting vector.

Ein Nachteil dieser bekannten Ausbildung ergibt sich daraus, daß gleiche Inkremente des Meßfeldvektors 48 unterschiedliche, und zwar abnehmende Inkremente des k'inkels zwischen dem Referenzfeldvektor und dem resultierenden Vektor, d. h. des Ausschlagwinkels des Zeigers des Instruments bewirken. Dies ist aus Fig. 8 ohne weiteres ersichtlich und in Fig. 10. nochmals in der Weise gezeigt, daß am Anfang der Skala ein bestimmter Meßwert einen großen Zeigerausschlag um den Winkel bewirkt, ein weiteres Ansteigen des Meßwertes um den gleichen Betrag jedoch nur noch einen geringeren weiteren Ausschlag um den Winkel 02 bewirkt und schließlich am Ende der Skala ein Anstieg des Meßwerts um wieder den gleichen Betrag nur einen sehr kleinen weiteren Ausschlag um °n bewirkt. Fig. 9 zeigt diese Abhängigkeit in Form eines Diagramms: Die Abhängigkeit des Ausschlagwinkels @ von der Meßgröße und damit vom in der Meßwicklung fließenden Strom i verläuft nicht linear, sondern mit abnehmender Tendenz.A disadvantage of this known design arises from the fact that the same Increments of the measuring field vector 48 different, namely decreasing increments the k'angle between the reference field vector and the resulting vector, d. H. of the deflection angle of the pointer of the instrument. This is from Fig. 8 without further visible and shown again in Fig. 10 in such a way that at the beginning a certain measured value on the scale causes a large pointer deflection around the angle, a further increase in the measured value by the same amount, however, only one causes a smaller further deflection around the angle 02 and finally at the end of the Scale an increase in the measured value by the same amount again only a very small one causes further deflection by ° n. Fig. 9 shows this dependency in the form of a Diagram: The dependence of the deflection angle @ on the measured variable and thus from the current i flowing in the measuring winding is not linear, but decreases with a decrease Tendency.

Es sind auch Ausbildungen bekannt, bei denen das Referenzmagnetfeld durch einen Dauermagneten erzeugt wird, wobei jedoch nachteilig ist, daß die Stärke des Referenzmagnetfeldes von der Qualität des Materials des Dauermagneten, von dessen Flußdichte, seiner Remanenz und von anderen Faktoren abhängt, die alle nur schwer innerhalb enger Grenzen gehalten werden können, insbesondere unter den Bedingungen einer Massenfertigung. Das Referenzmagnetfeld weicht oft unzulässig stark von den Sollwerten ab, was zu erheblich fehlerhaften Anzeigen führt, die nicht nur das Gerät geringwertig oder unbrauchbar machen, sondern auch noch unkorrigierbar sind. Aus diesen Gründen wird für die Herstellung von Präzisionsgeräten die eingangs beschriebene Ausbildung vorgezogen, bei der das Referenzmagnetfeld durch eine elektrische Wicklung unter 900 zur Meßwicklung erzeugt wird.There are also known designs in which the reference magnetic field is generated by a permanent magnet, but it is disadvantageous that the strength of the reference magnetic field on the quality of the material of the permanent magnet, of its Flux density, its remanence and other factors depends, all with difficulty can be kept within narrow limits, especially under the conditions a mass production. The reference magnetic field often deviates from the Setpoints, which leads to significantly erroneous displays that not only affect the device make inferior or unusable, but are also still uncorrectable. the end For these reasons, the method described at the beginning is used for the manufacture of precision devices Training preferred, in which the reference magnetic field through an electrical winding is generated under 900 for measuring winding.

Weitere Nachteile dieser Kreuzspulenausbildung sind jedoch, daß nach einer Messung der Zeiger nicht genau zu seinem Ausgangspunkt zurückkehrt, sondern Abweichungen von der Ausgangslage verbleiben können, die bis zu 7 0 des bei der Messung aufgetretenen Ausschlags betragen.Further disadvantages of this cross-coil training are, however, that after of a measurement, the pointer does not return exactly to its starting point, but Deviations from the initial situation can remain up to 7 0 des at the Measurement that has occurred.

Außerdem benötigen diese Ausbildungen mehr Wickelkupfer und sind damit teurer. Sie sind auch schwerer und voluminöser, was erhöhte Transportkosten verursacht.In addition, these trainings require more winding copper and are therefore more expensive. They are also heavier and bulkier, which increases transportation costs.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung der beschriebenen Nachteile und die Schaffung eines elektrischen Präzisionsmeßwerks, bei dem die Abhängigkeit des Zeigerausschlags annähernd linear von der Meßgröße abhängt und mit dem eine einfache Justierung sowie Umstellung des Meßbereichs möglich sein soll. Weiterhin gehört es zu den Aufgaben der Erfindung, daß der Zeiger nach einem Meßvorgang genau in seine Ausgangslage zurückkehrt.The object of the invention is to avoid the disadvantages described and the creation of an electrical precision measuring mechanism in which the dependency of the pointer deflection depends approximately linearly on the measured variable and with one simple adjustment and conversion of the measuring range should be possible. Farther It is one of the objects of the invention that the pointer is accurate after a measuring process returns to its original position.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die in den Patentansprüchen definierte Ausbildung des Meßwerk, mit der trotz Erzeugung des Referenzmagnetfeldes durch einen Dauermagneten dieses leicht auf einen bestimmten Sollwert eingestellt oder auch in seiner Wirkung auf den Bolgemagneten geändert werden kann, z. B. zum Zusarnmenwirken des Geräts mit verschiedenen Gebern.This problem is solved by what is stated in the claims defined training of the measuring mechanism, with the despite generation of the reference magnetic field by means of a permanent magnet, this can be easily adjusted to a certain setpoint value or can be changed in its effect on the bolt magnet, z. B. to Interaction of the device with various donors.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines in den beigegebenen Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispiels sowie anhand der weiteren Fig. 5 bis 7 näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des vorgeschlagenen Meßwerk; Fig. 2 eine Ansicht ron der Stirnseite her; Fig. 3 den Schnitt nach Linie A-A in Fig. 2; Fig. 4 schematisch die Stirnseitenansicht der vorausgesetzten bekannten Ausbildung; Fig. 5 die Schaltung des Meßwerks; Fig. 6 die Veränderung des resultierenden Vektors und damit des Zeigerausschlagwinkels durch Zunehmen des Meßwerts bei der erfindungsgemäßen Ausbildung; Fig. 7 die Geräteskala bei der erfindungsgemäßen Ausbildung; Fig. 8 die Veränderung des resultierenden Vektors und damit des Zeigerausschlagwinkels durch Zunehmen des Meßwerts bei der bekannten Ausbildung; Fig. 9 die Abhängigkeit des Zeigerausschlagwinkels vom Meßstrom bei der bekannten Ausbildung; Fig. 10 die Geräteska]a bei der bekannten Ausbildung.The invention is illustrated below by the description of one shown in FIG 1 to 3 shown exemplary embodiment as well as on the basis of the other Fig. 5 to 7 explained in more detail. In detail, Fig. 1 shows a perspective view of the proposed measuring mechanism; Fig. 2 is a view of the end face; Fig. 3 shows the section along line A-A in FIG. 2; 4 schematically shows the end view the required known training; 5 shows the circuit of the measuring mechanism; Fig. 6 the change in the resulting vector and thus the pointer deflection angle by increasing the measured value in the embodiment according to the invention; Fig. 7 shows the device scale in the training according to the invention; Fig. 8 shows the change in the resulting Vector and thus the pointer deflection angle by increasing the measured value at the well-known training; 9 shows the dependence of the pointer deflection angle on the measuring current in the known training; Fig. 10 the device map in the known training.

Das Meßwerk 10 hat einen drehbar gelagerten Folgemagneten 20, dessen Welle 19 an einem ihrer Enden einen Zeiger 22 trägt, der sich vor einer Geräteskala bewegt. Der Folgemagnet ist dicht in einem runden Gehäuse 23 gekapselt, dessen Deckel 12 einen Ansatz 13 aufweist, in dem die Welle 19 verläuft. Das andere Ende der Welle 19 sitzt in einem Lagerloch 2q im Boden des Gehäuses 23.The measuring mechanism 10 has a rotatably mounted follower magnet 20, whose Shaft 19 carries a pointer 22 at one of its ends, which is located in front of a device scale emotional. The slave magnet is tightly encapsulated in a round housing 23, the cover of which 12 has an approach 13 in which the shaft 19 extends. The other end of the wave 19 sits in a bearing hole 2q in the bottom of the housing 23.

Das Gehäuse 23 ist zwischen den Enden von vier Säulen 11 gehalten, welche ein Gerüst des Meßwerks darstellen. Zwischen den anderen Enden der Säulen ist eine Platte 18 gehalten, die außer einer gedruckten Schaltung auch noch zentral eine Einstellschraube 26 trägt, die an ihrem inneren Ende ein Sackloch 27 aufweist, in das ein Stützzapfen 25 des Gehäuses 23 greift. Die Lage und Ausrichtung der Einstellschraube 26 ist gewährleistet durch einen sich auf die Schaltungsplatte 18 stützenden Ringflansch 28.The housing 23 is held between the ends of four columns 11, which represent a framework of the measuring mechanism. Between the other ends of the pillars a plate 18 is held, which in addition to a printed circuit also still central carries an adjusting screw 26 which has a blind hole 27 at its inner end, in which a support pin 25 of the housing 23 engages. The location and orientation of the adjustment screw 26 is ensured by an annular flange which is supported on the circuit board 18 28.

Die Säulen 11 besitzen Anschlußstifte 21, 31 und 35. An den Stiften 21 und 31 ist eine auf das Gehäuse 23 aufgebrachte Meßwicklung 14 angeschlossen, durch die der zu messende Strom bzw. ein der Meßgröße proportionaler Strom fließt. A;n Anschlußstift 31 ist außerdem ein Widerstand 32 angeschlossen, der in aus Fig. 5 ersichtlicher Weise mit einer Diode 34 und einem Ableitwiderstand 33 zusammengeschaltet ist, welche auf der Schaltungsplatte 1'8 sitzen und die eine Spannungsstabilisierungs schaltung darstellen.The pillars 11 have connecting pins 21, 31 and 35. On the pins 21 and 31 a measuring winding 14 applied to the housing 23 is connected, through which the current to be measured or a current proportional to the measured variable flows. A; n connection pin 31 is also connected a resistor 32, which is shown in FIG. 5 connected together with a diode 34 and a bleeder resistor 33 as can be seen is, which sit on the circuit board 1'8 and which a voltage stabilizer represent circuit.

Zwischen dem Gehäuse 20 und der Schaltungsplatte 18 sitzt zwischen den Säulen 11 eine einstellbare Referenzmlgnetfeldvorrichtung 15, und zwar so, daß das Gewinde der Einstellschraube 26 mit einer Gewindebohrung 30 der Referenzmagnetfeldeinstellvorrichtung 1 5 zusammenwirkt.Between the housing 20 and the circuit board 18 sits between the columns 11 an adjustable reference magnetic field device 15, in such a way that the thread of the adjustment screw 26 with a threaded hole 30 of the reference magnetic field adjustment device 1 5 cooperates.

Zu dieser gehört ein ringförmiger Dauermagnet 16. Wenn die Einstellschraube 26 gedreht wird, etwa mit Hilfe eines in ihren Schlitz 29 eingesetzten Schraubenziehers, wird die Referenzmagnetfeldvorrichtung 15 zum Gehäuse 23 und damit zum Folgemagneten 20 hin bzw. von diesem weg bewegt, so daß der Luftspalt zwischen diesen und damit die Wirkung des Referenzmagnetfeldes auf den Folgemagneten sich ändert.This includes an annular permanent magnet 16. When the adjusting screw 26 is rotated, for example with the help of a screwdriver inserted into its slot 29, the reference magnetic field device 15 becomes the housing 23 and thus a slave magnet 20 moved towards or away from this, so that the air gap between these and thus the effect of the reference magnetic field on the slave magnet changes.

Während der Montage des bleSwerk.s kann der Magnetring 16 in einer bestininiten Jage in der Einstellvorrichtung 15 r.1agletflußleitend ei igestellt und befestigt werden, ins- besondere so, daß der Folgemagnet 20 bei stromloser Wicklung einen bestimmten Winkel von 30, 45 oder 600 mit der Waagerechten einschließt, der davon abhängt, welcher Sektor der Zeiger beim Gebrauch des Gerätes bestreichen soll, was wieder von der Einsatzart abhängen kann, z. 3. als Spannungs- oder Strommeßgerät, als Tachometer oder als hydraulisches Anzeigegerät.During the assembly of the bleSwerk.s, the magnetic ring 16 can be in a Bestininiten hunt in the setting device 15 r.1agletflussleitend ei igosed and attached, especially special so that the following magnet 20 with de-energized winding a certain angle of 30, 45 or 600 with the horizontal which depends on the sector of the pointer when using the device should be coated, which again may depend on the type of use, z. 3. as tension or ammeter, as a tachometer or as a hydraulic display device.

Die Einstellung ist dabei so, daß zwischen der Richtung des vom Blagnetring 16 erzeugten Referenzmagnetfeldes und dem von der Wicklung 14 erzeugten Meßmagnetfeld ein stumpfer Winkel vorhanden ist, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist, in der der Refereazmagnetfeldvektor mit 36 und der Meßmagnetfeldvektor mit 37 bezeichnet ist. Mit xfachsender Größe des Meßwertes wird die Größe des Meßmagnetfeldvektors 37 zunehmen, was in Pig. 37 durch vier hintereinander gezeichnete Abschnitte des Meßfeldvektors angedeutet ist. Die vektorielle Addition ergibt ersichtlicherweise für gleiche Inkremente des Meßfeldvektors etwa gleiche Inkremente des Winkels zwischen l'Resultierender und Referenzfeldveiftor und damit des Ausschlagwinkels des Zeigers. Wegen dieser nahezu linearen Abhängigkeit des Ausschlagwinkels @ von der Meßgr3ße kann die Skala des Meßgerätes also, wie in Fig. 7 snhematisch gezeigt, ziemlich gleichmäßig uiftereilt sein.The setting is such that between the direction of the Blagnetring 16 generated reference magnetic field and the measuring magnetic field generated by the winding 14 an obtuse angle is present, as can be seen from Fig. 6, in which the Reference magnetic field vector is denoted by 36 and the measuring magnetic field vector is denoted by 37. With x-axis size of the measured value, the size of the measuring magnetic field vector 37 will increase, what in Pig. 37 by four successively drawn sections of the measuring field vector is indicated. It can be seen that the vectorial addition results for the same increments of the measuring field vector approximately equal increments of the angle between the resulting and reference field vector and thus the deflection angle of the pointer. Because of these almost linear dependence of the deflection angle @ on the measured variable the scale of the measuring device, as shown schematically in FIG. 7, is fairly even be hasty.

Es empfiehlt sich, das Meßwerk so auszulegen, daß ein voller Zeigerausschlag bei einem Me3wicklungsstrom erreicht wird, der das 0,8-fache des maxiaal zulässigen Meßwicklungestrom beträgt. Diese Einstellung kann leicht durch Betätigung der Referenzmagnetfelieinstellvorrichtung 15 vorgenommen werden. Wenn die Meßwicklung zwangsweise mit genau dem 0,8-fachen des zulässigen Stroms beaufschlagt wird, kann durch Drehen der Einstelischraube 26 erreicht werden, daß der Zeiger 22 genau uf das Ende der Skala zeigt, d. h. voll ausschlägt.It is advisable to design the measuring mechanism in such a way that a full pointer deflection at a winding current that is 0.8 times the maximum permissible Measuring winding current is. This adjustment can easily be made by operating the reference magnetic field adjustment device 15 can be made. If the measuring winding is compulsory with exactly 0.8 times of the permissible current is applied by turning the adjusting screw 26 it can be achieved that the pointer 22 points exactly to the end of the scale, i. H. fully turns out to be.

Selbstverständlich können die 1eßbereiche des Meßwerks in der üblichen Weise ums haltbar gemacht werden; in der Schaltung gemäß Fig. v dient der Ableitwiderstand 33 als Bypass für einen Teil des Meßstroms, wodurch die Belastung der Meßwic'dung 1 1 verringert wird bzw. der Meßbereich erweitert wird. Selbstverständlich ist es bei der Benutzung von Meβköpfzn auch möglich, diese auszutauschen, so daß von diesen immer der maximal vom Neßwerk verarbeitbare Strom geliefert wird, wenn die obere Grenze des vom Meßkopf erfaβbaren Meßwertes vorliegt.Of course, the measuring ranges of the measuring mechanism can be used in the usual Way to be made durable; In the circuit according to FIG. v, the bleeder resistor is used 33 as a bypass for part of the measuring current, whereby the load on the measuring circuit 1 1 is reduced or the measuring range is expanded. Of course it is When using measuring heads it is also possible to exchange them so that from these are always supplied with the maximum current that can be processed by the Neßwerk if the the upper limit of the measured value that can be recorded by the measuring head is present.

Damit der Zeiger 22 im Rulezustand, also beim Fehlen eines Meßwertes, zuverlässig auf die Nullmarke zeigt, ist im Gehäuse 23 ein Anschlag 39 vorgesehen, der mit einer Nase 38 des Folgemagneten 20 zusammenwirkt. Der Zeiger 22 kann von der Welle 19 abgezogen werden, z. B. mit zwei Fingern, und kann in der Mullstellung des Folgemagneten 20 wieder so aufgesetzt werden, daß er genau auf die Nullmarke der Skala zeigt.So that the pointer 22 is in the rule state, i.e. in the absence of a measured value, reliably points to the zero mark, a stop 39 is provided in the housing 23, which cooperates with a nose 38 of the slave magnet 20. The pointer 22 can from the shaft 19 are withdrawn, for. B. with two fingers, and can in the gauze position of the follower magnet 20 are placed back so that it exactly on the zero mark the scale shows.

Auf die beschriebene Weise kann das vorgeschlagene eßwerk trotz der VerwendungX von in ihren Eigenschaften nicht exakt einheitlich und gleichmäßig vorhandenen Dauermagneten leicht und einfach eingestellt und justiert werden und als Präzisionsmeßwerk Verwendung finden.In the manner described, the proposed dining system can in spite of the UseX of those that are not exactly uniform and uniform in their properties Permanent magnets can be set and adjusted easily and simply and as a precision measuring mechanism Find use.

Claims

PATENT CLAIMS 0 Electric measuring mechanism with a pointer moving Follower magnets (20) in a housing (23), around one winding that carries the measuring current is arranged, as well as with a device for generating a reference magnetic field, which runs at an angle to the magnetic field generated by the MeS winding, thereby characterized in that the device for generating the reference magnetic field is a Reference magnetic field setting device (15) with a permanent magnet (16) whose Distance from the iolgemagneten (20) to change the application of the same with the reference magnetic field is adjustable.

2. Electrical measuring mechanism according to claim 1, characterized in that that the angle between the reference magnetic field (36) and the measuring winding magnetic field (37) is a blunt one.

3. Electrical measuring mechanism according to claims 1 and / or 2, characterized in that that the permanent magnet is a magnetic ring (16).

4. Electrical measuring mechanism according to one or more of claims 1 to 3, characterized by an adjusting screw (26) with a threaded hole (30 of the reference magnetic field setting device (15) for their distance adjustment works together.

5. Electrical measuring mechanism according to one or more of claims 1 to 4, characterized by a plurality of pillars (11) between one end of which the housing (23) is held and at its other end a circuit board (18) is attached, in which the adjusting screw (26) is rotatably arranged, which the The reference magnetic field adjustment device (15) moves in the axial direction as it rotates.

6. Electrical measuring mechanism according to one or more of the previous ones Claims, characterized in that the circuit board (18) is a voltage stabilizing circuit wearing.

7. Electrical measuring mechanism according to one or more of the preceding Claims, characterized by a nose (38) on the follower magnet (20), which with a Stop (9) of the housing (23) cooperates.