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Schaltungsanordnung zum Messen der Neigung eines Gegenstandes
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen der Neigung
eines Gegenstandes mit einem Oszillator mit einem Schwingkreis aus Kapazität und
Induktivität und einem aktiven Element, mit einer Rückkopplung und mit einem Regler.
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Auf vielen Gebieten stellt sich die Aufgabe, die Neigung eines Gegenstandes
in ein oder zwei Ebenen zu messen. Zum Beispiel soll festgestellt werden, ob sich
ein Kraftfahrzeug in einer Ruhe- oder Bezugslage oder in einer davon abweichenden
Lage befindet. Im zweiten Fall kann darauf geschlossen werden, daß in das Kraftfahrzeug
eingebrochen, daß ein Rad abmontiert wird oder irgendein Umstand eingetreten ist,
bei dem ein Alarm ausgelöst werden sollte. Hierzu ist ein Plattenkondensator (DE-GBM
8 405 208) bekannt, bei dem eine elektrisch nicht leitende und eine hohe Dielektrizitätskonstante
aufweisende Flüssigkeit das Dielektrikum bildet. Über eine Öffnung im Kondensatorgehäuse
kann die Flüssigkeit in einen benachbarten Raum ab-und wieder aus diesem zurückströmen.
Bei einem Neigen des Gegenstandes und damit des mit diesem verbundenen Plattenkondensators
strömt die Flüssigkeit von dessen Platten weg oder wieder zu diesen zurück. Damit
tauchen diese mehr oder weniger in die Flüssigkeit ein. Damit verändert sich die
Kapazität des Kondensators. Diese wird gemessen und ist ein Maß für die Neigung.
Wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, infolge Kapillarwirkung und aus ähnlichen
Gründen strömt die Flüssigkeit jedoch nicht vollständig proportional zu der Neigungsänderung
von den Platten weg bzw. zu diesen zurück. Deshalb ist
die Kapazität
nicht mehr direkt proportional zu der Neigung.
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Die gemessene Kapazität muß daher zum Anze.igen der wahren Neigung
mit elektronischen Mitteln korrigiert werden.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu entwickeln, bei der eine gemessene Spannung einer Neigung unmittelbar proportional
ist. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einer Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Gattung dadurch, daß die Induktivität eine nach Maßgabe der Neigung
unterschiedlich bedämpfte Spule ist, die Spannung am Schwingkreis gegenüber Masse
einem Regler zugeführt wird, dieser nachregelt und die Spannung auf eine konstante
Sollspannung zurückführt und die Regelspannung als Maß für die Neigung gemessen
wird. Anordnungen, bei denen eine Induktivität nach Maßgabe ihrer Lage oder Neigung
unterschiedlich bedämpft wird, sind bekannt. Im folgenden wird eine solche Anordnung
beschrieben. Mit einem Ansteigen der Bedämpfung der Induktivität erhöhen sich die
Verluste des Schwingkreises. Dessen Spannung fällt ab. Diese Spannung wird einem
Regler zugeführt. Dieser regelt auf eine konstante Sollspannung nach. Die hierzu
vom Regler erzeugte Regelspannung kann ohne weitere Bedämpfung des Schwingkreises
abgenommen werden.
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Sie wird daher abgenommen und stellt ein Maß für die Neigung der Induktivität
und damit der gesamten Anordnung dar. Zweckmäßig liegen eine Diode und ein Kondensator
am Eingang des Gleichrichters. Damit wird die vom Schwingkreis dem Regler zugeführte
Spannung gleichgerichtet und geglättet. Weiter wird der Regler hochohmig vom Schwingkreis
abgetrennt.
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Als Beispiel für eine Anordnung, bei der die Spule nach Maßgabe ihrer
Neigung bedämpft wird, sieht die Erfindung vor, daß die Wicklung der Spule in einem
Behälter angeordnet und dieser mit einer elektrisch leitenden oder einer in einem
elektromagnetischen Wechselfeld ihre dielektrischen Verluste ändernden Flüssigkeit
teilweise gefüllt ist. Die Leitfähigkeit der ersten elektrisch leitenden Flüssigkeit
ist so eingestellt, daß sie einen ohm'schen Parallelwiderstand darstellt und die
Spule
bedämpft, ohne diese unmittelbar kurzzuschließen. Bei der
zweiten, in einem elektromagnetischen Wechselfeld ihre dielektrischen Verluste ändernden
Flüssigkeit wird die Spule bei Betrieb der Schaltungsanordnung und damit des Oszillators
ebenfalls bedämpft. Dies hängt mit der Umorientierung der Dipole in der Flüssigkeit
durch das elektromagnetische Wechselfeld zusammen. Die Stärke der Dämpfung hängt
von der Lage oder Neigung des Behälters ab. Bei ansteigender Flüssigkeit bzw. stärker
in diese eintauchender Wicklung steigt die Dämpfung. Der Flüssigkeitsstand bzw.
die Eintauchtiefe hängen von der Neigung ab. Wie bei dem eingangs erläuterten Kondensator
strömt die Flüssigkeit bei stärkerer Neigung von der Wicklung weg oder auf diese
zu. Die sich daraus ergebende unterschiedliche Dämpfung wird, wie erläutert, gemessen
und ist ein Maß für die Neigung.
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Zweckmäßig ist die Flüssigkeit nicht hygroskopisch. Damit wird vermieden,
daß sie ihre Leitfähigkeit im Laufe der Zeit durch die Aufnahme von Wasser verändert
und damit die Genauigkeit der Anzeige sinkt.
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Zweckmäßig weist der Behälter Rechteckform mit einer Quer- und einer
Längsachse auf, wobei die Abmessung der Querachse nicht oder nur wenig über der
Querabmessung der Wicklung liegt, während die Abmessung der Längsachse wesentlich
über deren Längsabmessung liegt. Weiter sollte die Wicklung bis kurz über den Boden
des Behälters in diesen eintauchen und dieser bis auf etwa halbe Höhe mit Flüssigkeit
gefüllt sein. Damit wird sichergestellt, daß die Flüssigkeit bei einem Neigen des
Behälters maximal von der Wicklung weg bzw. auf diese zu strömt.
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Von der bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwandten Flüssigkeit
wird in dem einen Fall lediglich eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit verlangt.
Bei dem eingangs erläuterten bekannten Kondensator mußte die Flüssigkeit nicht-leitend
sein und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.
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Dies schränkt die Anzahl der verwendbaren Flüssigkeiten stark
ein.
Für die Erfindung läßt sich eine weitaus größere Anzahl von Flüssigkeiten verwenden.
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Zum Messen der Neigung eines Gegenstandes oder Kraftfahrzeugen in
zwei Ebenen werden zwei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen mit deren Behältern
unter einem Winkel von 900 zueinander angeordnet.
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Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird
die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist: Fig. 1 ein Blockschaltbild
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische
Darstellung des die Spule aufnehmenden Behälters bei hochgenommenem Deckel, Fig.
3 ein Längsschnitt durch den Behälter, Fig. 4 ein Querschnitt durch den Behälter,
Fig. 5 eine Aufsicht auf den Behälter und Fig. 6 ein Längsschnitt durch den Behälter
bei Schräglage.
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Fig. 1 zeigt einen Transistor Tr als aktives Element, den Schwingkreis
mit der Induktivität L1 und der Kapazität C1, den Rückkopplungskreis mit der Induktivität
L2, eine Diode D, eine Kapazität C2, den Regler R und die Buchsen an dessen Ausgang,
an denen die Regelspannung UR abgegriffen wird. Bei einer sich ändernden Bedämpfung
der Induktivität L1 ändert sich die Spannung, die über die Diode D der Kapazität
C2 zugeführt wird.
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Dies führt zu einer Nachregelung durch den Regler R, bis die am Schwingkreis
liegende Spannung wieder ihren alten Sollwert erreicht hat. Die hierzu rückgeführte
Regelspannung UR wird abgegriffen. Sie ist ein Maß für die Neigung.
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Die Figuren 2 bis 6 zeigen den Behälter 12. Er ist lang und schmal
und etwa bis auf halbe Höhe mit der Flüssigkeit 14 gefüllt. Eine Wicklung 16 taucht
bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ruhelage etwa zur Hälfte in die Flüssigkeit
14 ein.
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Sie ist an einem Deckel 18 befestigt. Dieser kann als Leiterplatte
ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt diesen Deckel 18 mit zahlreichen auf seiner Oberseite
angeordneten Bauelementen 20.
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Bei einer Schräglage ändert sich die von der Flüssigkeit 14 benetzte
Fläche der Wicklung 16. Fig. 6 zeigt eine Schräglage des Behälters 12, in der die
Flüssigkeit 14 die Wicklung 16 schon vollständig verlassen hat und diese frei liegt.
Dies bedeutet, daß bei einem Kippen oder Neigen des Behälters 12 aus der Lage von
Fig. 3 in die nach Fig. 6 die Dämpfung der Wicklung 16 von einem Maximum bis zu
einem Minimum abfällt und dann auf diesem verharrt. Diese Dämpfung wird, wie erläutert,
meßtechnisch erfaßt und kann als Neigung angezeigt werden. Bei einem Kippen oder
Neigen des Behälters 12 aus der Lage nach Fig. 3 in der anderen Richtung, das heißt
in Uhrzeigerrichtung, steigt die Dämpfung von einem Minimum bis zu einem Maximum
an und wird ebenfalls meßtechnisch erfaßt.
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Es kann der Fall eintreten, daß Neigungen über die Endwerte hinaus
gemessen werden sollen, die mit der eben erläuterten Ausführungsform erfaßt werden
können. In diesem Fall können zwei Behälter mit ihren an die Wicklungen angrenzenden
Stirnseiten aneinandergesetzt werden. Bei Neigen in der einen Richtung wird die
eine und bei Neigen in der anderen Richtung die andere Wicklung 16 in den Schwingkreis
eingeschaltet.