DE3410955A1

DE3410955A1 - Wandler

Info

Publication number: DE3410955A1
Application number: DE19843410955
Authority: DE
Inventors: Roland Nigel Clarke; John Samuel West Bromwich West Midlands Hatton; Raj Kumar Walsall West Midlands Saini
Original assignee: W&T Avery Ltd
Current assignee: Avery Weigh Tronix Ltd
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1985-09-26

Description

W & T AVERY LIMITED, Warley, West Midlands, England

Wandler

Die Erfindung betrifft einen Wandler, der einen Kondensator aufweist, welcher zwei Sätze starrer, elektrisch leitfähiger Platten enthält, wobei die Platten jedes Satzes in Abständen voneinander ange-5 ordnet sind und die Plattenflächen einander gegenüberliegen, so daß ein durch eine über dem Kondensator angelegte Wechselspannung erzeugtes Ausgangssignal von der relativen Lage der beiden Plattensätze zueinander abhängt. Der Wandler liefert also ein Ausgangssignal, welches von der relativen Lage zweier Körper zueinander abhängt.

Bekannte Wandler dieser Art, bei denen die Relativbewegung zweier Körper den Plattenabstand variiert, wodurch ein Ausgangssignal hervorgerufen wird, haben allerdings den Nachteil, daß die Kondensatorkapazität sich umgekehrt proportional zum Plattenabstand verhält, so daß das Ausgangssignal sich nicht linear proportional mit der Verschiebung ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in anderer Weise ausgebildeten Wandler anzugeben, bei dem dieser Nachteil vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Wandler, auf den im folgenden Bezug genommen wird, weist zwei starre, elektrisch leitfähige, einander gegenüberliegende Platten mit Abständen zwischen diesen auf, so daß ein durch eine über dem Kondensator anliegende Wechselspannung erzeugtes Ausgangssignal von der relativen Lage der beiden Plattensätze zueinander abhängt. Dabei ist der Wandler dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Plattensätze derart zueinander beweglich sind, daß ihr Abstand im wesentlichen konstantgehalten wird, und die Lage

und/oder die Verschiebung der Platten so ist, daß ein von einer dazwischenliegenden Platte abgenommenes Signal für den Fall, daß über dem Kondensator eine Wechselspannung anliegt, sich proportional zu Änderungen der relativen Lage der beiden Plattensätze zueinander ändert.

Im Betrieb sind die beiden Plattensätze so angeordnet, daß sie auf zwei relativ zueinander bewegliche Körper entweder montiert oder anders mit diesen verbunden werden, wobei die Montage oder Verbindung so beschaffen ist, daß die Plattensätze sich gezwungenermaßen relativ zueinander so bewegen, daß ein stetig konstanter Abstand zwischen ihnen aufrechterhalten wird. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Anordnung so ausgelegt werden kann, daß sie ein Ausgangssignal liefert, welches im wesentlichen linear proportional von Verschiebungen abhängt, im Gegensatz zu bekannten kapazitiven Verschiebungswandlern, bei denen der Plattenabstand variiert. Darüber hinaus kann durch Befestigen eines Plattensatzes an einer Art Feder ein Wandler mit den Merkmalen der Erfindung als Kraftwandler benutzt werden.

Die Platten sind vorzugsweise eben, wobei die Relativbewegung entlang der Plattenebenen ausgeführt wird. Es kann sich dabei um eine lineare Bewegung oder auch um eine Drehbewegung mit einer senkrecht zu den Plattenflächen liegenden Drehachse handeln.

Die Plattensätze können für einige Anwendungen auch bogenförmige Gestalt aufweisen, die koaxial zueinander angeordnet werden, wobei ein Plattenpaar relativ zum anderen um eine gemeinsame Achse drehbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Ausgangssignal des Wandlers von der Verschiebung linear proportional abhängt und nicht durch eine Änderung des Plattenabstands hervorgerufen wird, der eine umgekehrte Proportionalität zur Kapazität des Kondensators aufweist. Der Plattenab-

— O-

stand bleibt vielmehr bei Verschiebungen der Platten konstant, und die elektrischen Verbindungen zu den Platten werden bei Verschiebungen nicht bewegt. Die kapazitive Plattenanordnung hat einen einfachen Aufbau, und ihre Herstellung ist mit keinen signifikanten Fehlern in der Fertigung behaftet. Eine quer zur Verschiebung gerichtete Bewegung der Platten hat lediglich einen geringen Effekt auf das Ausgangssignal. Nichtlineare Komponenten des elektrischen Feldes nahe den gegenüberliegenden Plattenkanten sind weitgehend störungsfrei und Temperatureinflüsse spielen nur eine untergeordnete Rolle.

Die Erfindung wird an Hand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

F I G . 1 das Prinzip der Erfindung,

F I G . 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen, bei denen das Prinzip der Erfindung angewandt ist,

F I G . 5 eine schematische Darstellung einer Wägevorrichtung, auf die das Prinzip der Erfindung angewandt ist.

FIG. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wandlers, der fünf elektrisch leitfähige Platten A, B, C, D und E aufweist, die jeweils mit Zwischenräumen zueinander angeordnet sind. Die zweite und vierte Platte B und D sind elektrisch miteinander verbunden und sind im Betrieb entweder geerdet oder werden dadurch auf demselben Potential gehalten, daß sie z.B. an die Mittelanzapfung eines Transformators oder an eine Drossel, die mit einer Wechselspannungsversorgung verbunden ist, angeschlossen sind. Diese Platten B und D sind auf einer ersten Konstruktion montiert, die schematisch durch die gestrichelte Linie 1 angedeutet wird, wobei diese gegen eine zweite durch die gestrichelte Linie 2 angedeutete Konstruktion bewegt werden kann, welche die Platten A, C und D trägt. Dabei findet diese Bewegung,

angedeutet durch die Pfeile F, parallel zu den Plattenebenen statt, so daß der Plattenabstand im wesentlichen und stetig konstant gehalten wird.

Die beweglichen Platten B und D sind in Bewegungsrichtung gegeneinander versetzt, so daß, wenn der Teil der Platte B, der zwischen den Platten A und C liegt, zunimmt, entsprechend der Teil der Platte D, der zwischen den Platten C und E liegt, abnimmt, und umgekehrt.

Die drei Platten A, C und E sind elektrisch gegeneinander und gegenüber der tragenden Konstruktion isoliert. Im Betrieb werden den beiden äußeren Platten A und E Wechselspannungssignale V>| und Vp zugeführt, wobei diese Signale gleiche Frequenz aber entgegengesetzte Phase haben. Wie in 0 angedeutet,wird ein Ausgangssignal von der Platte C abgenommen, so daß bei einer Relativbewegung der Platten B und D gegenüber den Platten A, C und E die Platten B und D eine Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen den Platten A und C und zwischen den Platten C und E bewirken und das Ausgangssignal sich als Folge hiervon um einen Betrag ändert, der vom Ausmaß der Bewegung der Platten B und D abhängt. Dieses Signal kann einer Meßoder Kontrollvorrichtung zugeführt werden, entweder um das Ausmaß der Bewegung des Körpers, auf den die Platten B und D montiert sind, anzuzeigen, und/oder zum Erzeugen eines Warnsignals, wenn das Signal einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Dabei hat eine quergerichtete Bewegung der Platten B und D senkrecht zu den Plattenebenen nur einen geringen Effekt auf das Ausgangssignal, da ein möglicher Kontakt mit den anderen Platten verhindert wird. Die elektrischen Verbindungen zu den Platten werden bei der im Betrieb auftretenden Verschiebung nicht bewegt, und das Ausgangssignal ist linear proportional von der Verschiebung abhängig. Die nichtlineare Korn-

ponente des elektrischen Feldes nahe den gegenüberliegenden Plattenkanten ist weitgehend ohne Störung. Außerdem ergab sich, daß Temperatureinflüsse nur eine untergeordnete Rolle spielen. Darüber hinaus hat die kapazitive Plattenanordnung einen einfachen Aufbau, und ihre Herstellung ist mit keinen auffälligen Fehlern in der Herstellung behaftet. In der Praxis kann die erste tragende Struktur mit einer Art Feder verbunden werden, so daß der Apparat dann als Kraftwandler arbeitet, weleher z.B. als Wägevorrichtung Einsatz finden kann, wobei das Signal eine Funktion der gegen den Federdruck auf die Platten B und D wirkenden Kraft ist.

Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, einen Wandler mit den Merkmalen der Erfindung für praktische Anwendungen auszustatten. Eine solche Anordnung ist in FIG. 2 dargestellt.

Dabei, sind die Platten A, C und E in Form starrer Metallstreifen an ihren Enden in isolierende Trägerblöcke 3 eingelassen. Die Platten B und D, die eine rechtwinklige Form aufweisen, haben im Vergleich zu den Streifen A, C und E größere Ausmaße und werden entlang ihrer Längskanten durch leitende Distanzstücke 4 aneinander befestigt.

In beiden Platten B und D sind rechtwinklige Aussparungen 5 und 6 ausgebildet, wobei diese eine in bezug auf die Streifen A, C und E parallele Ausdehnung aufweisen, jedoch gegeneinander so versetzt sind, daß ihre gegenüberliegenden Längskanten 7 und 8 sich auf einer Höhe befinden. Die durch die Platten B und D gebildete Anordnung ist wiederum in der durch die Pfeile F angedeuteten Richtung relativ zu den Streifen A, C und E verschiebbar, so daß beim Anlegen elektrischer Wechselspannungssignale gleicher Frequenz aber entgegengesetzter Phase an die äußeren Streifen A und E ein am zentralen Streifen C abgenommenes Signal sich mit dem Ausmaß der Verschiebung der Platten B und D

relativ zu den Streifen A, C und E ändert, wie im Fall der in FIG. 1 dargestellten Anordnung.

Die Platten B und D müssen sich nicht notwendigerweise linear bewegen, sie können auch um eine geeignete Achse X rotieren, die, wie schematisch in FIG. 3 angedeutet ist, senkrecht zu den Platten liegt.

Eine weitere Anordnung, bei der die Platten B und D für eine Drehbewegung ausgelegt sind, wird in FIG. 4 dargestellt. In diesem Fall weisen die Platten eine gekrümmte Fläche auf und werden koaxial gegen die äußeren Platten A und E und die mittlere Platte C verschoben, wobei diese durch isolierende Befestigungen getragen werden. Die Platten B und D sind elektrisch miteinander verbunden und für die Drehung an einer gemeinsamen Drehachse befestigt. Sie weisen wiederum versetzte Aussparungen 5 und 6 auf, so daß ein von der Platte C abgenommenes Ausgangssignal beim Anlegen von Wechselspannungssignalen gleicher Frequenz aber entgegengesetzter Phase an die äußeren Platten A und E von der Drehwinkellage der Platten B und D abhängt.

Weitere Anordnungen sind ohne weiteres möglich. FIG. 5 stellt in schematischer Form die Anwendung der Erfindung auf eine Wägevorrichtung dar. Der Wandler entspricht dabei dem aus FIG. 2, die Platten A, C und E sind durch Träger 10 auf einer Auflage 9 befestigt. Die Anordnung der Platten B und D, die von einer Waagschale 11 getragen wird, ist in Führungen 12 in bezug auf die Auflage 9 verschiebbar und wird durch eine Druckfeder 13 nach oben gedrückt. Dabei gewährleisten die Führungen, daß der Abstand zwischen den beiden Plattensätzen stetig konstantgehalten wird.

Wechselstromsignale werden, wie bereits beschrieben, den äußeren Platten A und E zugeführt, und ein Ausgangssignal wird von der Platte C auf eine Anzeigeeinheit 14 gegeben, wo es durch geeignete Vorrichtungen in ein sichtbares Signal umgewandelt wird, welches die Bewegungen der Platten B und D wiedergibt und geeicht,

ein auf die Waagschale 11 angelegtes Gewicht angibt.

- Leerseite -

Claims

PaisnfoBv/älio -

Reichol u. Eoichci

Pck,ira'V 10 3410955

6GC0 Frankfurt a. M. 1

¥ & T AVERY LIMITED, Warley, West Midlands, England

Patentansprüche

/1,) Wandler, der einen Kondensator aufweist, welcher zwei Sätze starrer, elektrisch leitfähiger Platten enthält, wobei die Platten jedes Satzes in Abständen voneinander angeordnet sind und die Plattenflächen einander gegenüberliegen, so daß ein durch eine über dem Kondensator angelegte Wechselspannung erzeugtes Ausgangssignal von der relativen Lage der beiden Plattensätze zueinander abhängt,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Plattensätze (A, C, E; B, D) relativ zueinander in einer Richtung bewegbar sind, so daß ihre Abstände im wesentlichen konstant gehalten werden, und daß die Gestalt und/oder die Verschiebung der Platten so ist, daß ein von einer mittleren Platte (C) abgenommenes Signal beim Anlegen einer Wechselspannung an den Kondensator mit Änderungen der relativen Lage der beiden Plattensätze zueinander variiert.
2. Wandler nach Anspruch 1, bei dem die Platten auf zwei relativ zueinander beweglichen Körpern entweder montiert sind oder mit diesen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung oder Verbindung so beschaffen ist, daß die Plattensätze (A, C, E; B, D) sich gezwungenermaßen so bewegen, daß die im wesentlichen konstanten

Abstände zwischen ihnen aufrechterhalten werden, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Ausgangssignale anspricht, indem sie eine Anzeige der relativen Verschiebung der Körper liefert.
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3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Relativbewegung der beiden Plattensätze (A, C, E; B, D) eine Federvorrichtung entgegenwirkt.
4. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (A, B, C, D, E) eben sind und daß die Relativbewegung so vor sich geht, daß sie entlang der Plattenebenen stattfindet.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Plattensätze (A, C, E; B, D), die eine

gekrümmte Form aufweisen, koaxial zueinander angeordnet

sind, wobei ein Plattensatz in bezug auf den anderen drehbar um ihre gemeinsame Achse (X) ist.
6. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (A, B, C, D, E) zueinander einen einheitlichen Abstand aufweisen.
7. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er fünf elektrisch leitfähige Platten (A, B, C, D, E) aufweist, wobei die erste, dritte und fünfte Platte (A, C, E) einen Satz und die zweite und vierte Platte (B, D) einen anderen Satz bilden, wobei die beiden Platten dieses anderen Satzes (B, D) miteinander mechanisch und elektrisch verbunden sind und relativ zum ersten Satz beweglich sind, aber gegeneinander in der Bewegungsrichtung versetzt angeordnet sind, wobei die drei Platten des ersten Satzes (A, C, E) elektrisch voneinander isoliert sind und wobei diese Anordnung so beschaffen ist, daß beim Anlegen von Wechselspannungs-

Signalen (V₁, V₂) gleicher Frequenz aber entgegengesetzter Phase an die erste und fünfte Platte (A, E) ein Ausgangssignal, das von der dritten Platte (C) abgenommen wird, sich um einen solchen Wert ändert, wie es dem Ausmaß der Bewegung des erwähnten anderen Plattensatzes entspricht.
8. Wägevorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.