DE4137680A1 - Drehmagnet-quotientenmesswerk - Google Patents
Drehmagnet-quotientenmesswerkInfo
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R7/00—Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement
- G01R7/04—Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement for forming a quotient
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmagnet-Quo
tientenmeßwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Es ist bekannt, die beiden Magnetspulen mit einem
variablen Strom als Steuersignal zu beaufschlagen, der
sich wie der Sinus bzw. Kosinus des einzustellenden
Zeigerwinkels verhält (US-PS 36 36 447 und DE-OS 21 22 472).
Dabei muß für jeweils einen Zeigerwinkel von 90°
die Stromrichtung einer Magnetspule umgeschaltet werden.
Es ist ferner bekannt, eine der beiden Magnetspulen mit
einem jeweils konstanten, von 0 verschiedenen Strom als
Steuersignal zu beaufschlagen und die andere Magnetspule
mit einem variablen Strom zu versorgen, der sich wie der
Tangens des einzustellenden Zeigerwinkels verhält. Dabei
muß alle 45° die Stromrichtung einer Spule umgeschaltet
werden (EP-A-2 74 257).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehmagnet-
Quotientenmeßwerk der eingangs genannten Art zu schaffen,
das sich durch eine vereinfachte Ansteuerung auszeichnet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Da das Steuersignal für die zweite Spule von dem für die
erste Spule in definierter Weise abhängig ist, ist ledig
lich die Einstellung eines einzigen Steuersignals er
forderlich.
Es ist lediglich erforderlich, eines der beiden Meß
signale vorzugeben. Das andere Meßsignal kann daraus ohne
weiteres und beispielsweise auch unmittelbar am Ort der
zweiten Magnetspule generiert werden. Es ist ohne
weiteres zu erkennen, daß der Strom, der durch die zweite
Magnetspule fließt, in seiner Richtung abhängt von der
Größe des Steuersignals für die erste Magnetspule. Ist
dieses Steuersignal größer als der halbe mögliche Maxi
malwert, so ist die Differenz für das zweite Steuersignal
positiv. Umgekehrt ist bei einem Steuersignal für die
erste Spule, das kleiner als der halbe Maximalwert ist,
das Steuersignal für die zweite Magnetspule negativ. Da
durch ergibt sich, daß bei einem Steuersignal für die
erste Magnetspule, das gleich dem halben Maximalwert ist,
sich die Stromrichtung für die zweite Magnetspule um
kehrt.
Die Einstellungen der beiden Meßsignale kann gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe eines
pulsweitenmodulierten Signals erfolgen, dessen Tastver
hältnis vom Wert des Parameters abhängt. Ist das Tastver
hältnis, d. h. das Verhältnis Impuls zu Impulspause
gleich 1, so fließt im Mittel kein Strom durch die zweite
Magnetspule. Bei einem größeren, bzw. kleineren Tastver
hältnis fließt der mittlere Strom durch die zweite
Magnetspule in die jeweils andere Richtung. Dadurch läßt
sich durch Variation des Tastverhältnisses eine Änderung
der mittleren Stromstärke und auch der Stromrichtung für
die zweite Magnetspule erzeugen.
Der resultierende Stromvektor, der sich in den beiden
Magnetspulen einstellt, überstreicht bei dieser An
steuerung der beiden Magnetspulen einen Bereich von 135°.
Ein derartiger Winkelbereich für den Anzeiger, der sich
bei einer 1 : 1 Kopplung zwischen dem durch die beiden
Magnetspulen bewegten Drehmagnetteil und dem daran ange
ordneten Zeiger einstellt, reicht in aller Regel für
viele Anwendungen insbesondere bei einem Kraftfahrzeug
aus. Als Beispiel dient der Tankinhalt oder die Kühl
mitteltemperatur der Brennkraftmaschine.
Die Einstellung der Differenz für die Ansteuerung der
zweiten Magnetspule läßt sich auf besonders einfache
schaltungstechnische Weise durch Aufgabe der voneinander
zu subtrahierenden Meßsignale an den beiden Anschlüssen
der zweiten Magnetspule erreichen. Damit bildet sich die
Differenz von selbst aus.
Ist zusätzlich die erste Magnetspule an einem dieser An
schlüsse angeschlossen, so ergibt sich dadurch eine
weitere Vereinfachung des Verdrahtungsaufwands.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschäftigen
sich damit, den Anzeigebereich zu verändern. Wie bereits
ausgeführt besteht bei der Grundeinstellung ein Anzeige
bereich von 135°. Voraussetzung hierfür ist eine identi
sche Induktivität der beiden Magnetspulen. Wird die In
duktivität der beiden Spulen ungleich gewählt, so läßt
sich damit eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des An
zeigebereichs erzielen. Beispiele hierfür sind in den
Figuren dargestellt.
Alternativ oder ergänzend kann auch ein Über- bzw. Unter
setzungsgetriebe vorgesehen sein, das die Drehbewegungen
des drehbeweglich gelagerten Magnetteils in entsprechen
der Weise vergrößert bzw. verkleinert umsetzt. Eine wei
tere Möglichkeit stellt ein elektrischer Widerstand in
der Zuleitung einer Spule dar, mit dem die Stromstärke
für diese Spule und damit das erzeugte Magnetfeld herab
gesetzt wird.
Schließlich läßt sich durch eine weitere Maßnahme eine
Verdoppelung des Meßbereichs erzielen. Wirkt der freie
Anschluß der ersten Magnetspule in seiner Polarität umge
kehrt, so kann bei entsprechender Einstellung der beiden
Meßsignale der doppelte Meßbereich lückenlos abgedeckt
werden. Auch dies ist in einer der Figuren im Detail dar
gestellt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt. Es zeigt:
Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Drehmagnet-Quotienten
meßwerks,
Fig. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der
Schaltung einer der beiden Magnetspulen,
Fig. 3 mit den Teilen a bis c. Diagramme zur Er
läuterung der Beschaltung der zweiten Magnet
spule,
Fig. 4, 5 weitere Diagramme zur Erläuterung der Be
schaltung der zweiten Magnetspule,
Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des sich er
gebenden Anzeigebereichs,
Fig. 7 eine zugehörige Kennlinie des Meßwerks,
Fig. 8 mit den Teilen a bis c weitere Diagramme für
eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
bei der der Anzeigebereich veränderlich ist,
Fig. 9 ein Prinzipschaltbild für ein weiteres Aus
führungsbeispiel der Erfindung mit doppeltem
Anzeigebereich,
Fig. 10 die Kennlinie dieses Ausführungsbeispiels und
Fig. 11 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Ar
beitsweise dieses Ausführungsbeispiels.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist das erfindungs
gemäße Drehmagnet-Quotientenmeßwerk schematisch in Form
von 2 Magnetspulen 1 und 2 dargestellt, denen ein dreh
beweglich gelagertes Magnetteil 3 zugeordnet ist. Dieses
stellt sich in seiner Drehlage entsprechend dem re
sultierenden Magnetfeld der beiden Magnetspulen 1 und 2
ein. Es trägt einen Zeiger 4, der entsprechend der Dreh
bewegung des Magnetteils 3 einen Anzeigebereich 5 über
streicht. Dieser ist unter der Voraussetzung gleicher In
duktivitäten L1 und L2 der beiden Magnetspulen 1 und 2
gleich 135°.
Die beiden Magnetspulen 1 und 2 werden durch ein puls
weitenmoduliertes Signal (PWM) mit einer Frequenz beauf
schlagt, die wesentlich größer als die Eigenfrequenz des
Meßwerks ist. Dieses PWM-Signal wird der Magnetspule 1
direkt zugeführt. Die Magnetspule 2 ist mit einer
Differenz beaufschlagt, die sich aus dem PWM-Signal und
dem Komplement des Signals ergibt. Hierzu ist das PWM-
Signal einem Inverter 6 zugeführt, an dem der eine An
schluß der Magnetspule 2 angeschlossen ist, während der
andere Anschluß dieser Magnetspule mit einem Verstärker 7
für das PWM-Signal verbunden ist. Der freie Anschluß der
Magnetspule 1 ist auf Massepotential gelegt.
Der Verstärker 7 liefert einen mittleren Strom für die
Ansteuerung der Magnetspule 1, der dem Tastverhältnis des
PWM-Signals proportional ist. Das Tastverhältnis ergibt
sich als Quotient aus der Zeitdauer tH mit der die
Magnetspule 1 mit einer von 0 verschiedenen Spannung U
angesteuert ist und dem zeitlichen Abstand tP für den Ab
stand zweier aufeinanderfolgender Impulse.
Fig. 3 zeigt die Stromverhältnisse für die zweite
Magnetspule 2. An ihren beiden Anschlüssen liegt eine im
pulsweitmodulierte Signalspannung UPWM und dem Komplement
dieser Signalspannung UPWM an. Durch die Magnetspule 2
ergibt sich ein Stromfluß, dessen Richtung vom Tast
verhältnis abhängt. Ist dieses kleiner als 0,5 (Diagramm
a), so fließt der Strom in Richtung des dargestellten
Pfeils 8, ist dieses gleich 0,5 (Diagramm b), so ist der
resultierende Strom gleich 0 und ist dieses größer als
0,5, so fließt der Strom in der entgegengesetzten
Richtung (Diagramm c, Pfeil 9). Der Mittelwert des Stroms
durch die Magnetspule 2 ist proportional der Differenz
aus dem doppelten Tastverhältnis und der Zahl 1.
Die Abhängigkeit des mittleren Stroms durch die Magnet
spulen 1 und 2 ist in den Fig. 4 und 5 in Abhängigkeit
vom Tastverhältnis wiedergegeben.
In Fig. 6 ist der resultierende Stromvektor und damit
das resultierende Magnetfeld der beiden Magnetspulen 1
und 2 in Abhängigkeit der mittleren Strömung I1 bzw. I2
dargestellt. Wie bereits erläutert, ist der Drehwinkel,
unter dem sich der Zeiger 4 einstellt, dem resultierenden
Magnetfeld direkt proportional. Bei einer Änderung des
Tastverhältnisses vom Wert 0 auf den Wert 1 wird dabei
der gesamte Anzeigebereich 5 von 135° durchfahren.
Der Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis und dem re
sultierenden Winkel für den Zeiger 4 ist in Fig. 7 dar
gestellt. Die hier gezeigte Kennlinie ergibt sich aus dem
angegebenen Zusammenhang. Daher ist der Tangens dieses
Winkels gleich dem reziproken Wert der Differenz aus der
Zahl 2 und dem jeweiligen Tastverhältnis. Es ist ohne
weiteres zu erkennen, daß dieser Winkel unabhängig vom
Wert des Proportionalitätsfaktors ist, der für die Ein
stellung des mittleren Stroms durch die Spulen 1 und 2
und dem jeweiligen Tastverhältnis bzw. der daraus abge
leiteten Beziehung ist. Daraus ergibt sich, daß für die
Einstellung des Meßwerts besondere Maßnahmen zur Strom
stabilisierung nicht erforderlich sind. Auch bei Schwan
kungen in der Versorgungsspannung für den Verstärker 7
bzw. dem Inverter 6 ist die Einstellung des Zeigers 4
stabil und nur in der dargestellten Weise vom Tastver
hältnis des im PWM-Signals abhängig.
Bei den bisherigen Erläuterungen wurde davon ausgegangen,
daß die Induktivitäten der beiden Magnetspulen 1 und 2
gleich sind. Durch eine Variation der Induktivitäten die
ser beiden Magnetspulen läßt sich der resultierende An
zeigebereich für den Zeiger 4 verändern. Dies ist in Fi
gur 8 dargestellt. Zum Vergleich ist dabei im Diagramm a
nochmals der Ausgangspunkt gleicher Induktivitäten der
beiden Magnetspulen 1 und 2 gezeigt. In Diagramm b ist
die Induktivität L1 der Magnetspule 1 gleich dem 0,5-
fachen Wert der Induktivität L2 und in Diagramm c sogar
nur ein Drittel dieses Wertes. Der resultierende Strom
vektor und damit das resultierende Magnetfeld sowie der
erzielbare Anzeigebereich stellt sich dann zu 153,4° bzw.
161,6° ein. Für noch kleinere Werte der Induktivität L1
läßt sich eine weitere Vergrößerung des Anzeigebereichs
bis hin zu 180° erzielen. Umgekehrt läßt sich durch eine
Vergrößerung der Induktivität L1 gegenüber dem Wert der
Induktivität L2 eine Verkleinerung des Anzeigebereichs
erzielen. Für einen Wert L1, der gleich dem doppelten
Wert der Induktivität L2 ist, ergibt sich ein Anzeige
bereich von nur noch etwa 100°. Somit läßt sich durch
Variation der Induktivitäten der beiden Magnetspulen 1
und 2 der Anzeigebereich auf einen gewünschten Wert ein
stellen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch mit Hilfe
eines nicht dargestellten Untersetzungsgetriebes zwischen
dem Magnetteil 3 und dem Zeiger 4 eine Änderung des An
zeigebereichs erzielt werden.
Die Fig. 9 bis 11 beschäftigen sich ebenfalls damit,
den Anzeigebereich zu vergrößern. Hierzu wird der freie
Anschluß der Magnetspule 2 beschaltet. Dies ist in Fig.
9 schematisch dargesteIlt. Es sei wieder die Induktivität
der Magnetspulen 1 und 2 als gleich angenommen. Die Kenn
linie hierfür ist in Fig. 10 dargestellt. Darin ist der
Zusammenhang zwischen dem Winkel, unter dem sich der Zei
ger 4 einstellt, und dem Tastverhältnis dargestellt. Aus
gehend von einer Belegung des freien Anschlusses der
Magnetspule 1 mit der Versorgungs-Spannung (High-Pegel)
durchfährt der Zeiger 4 bei einer Variation des Tastver
hältnisses vom Wert 1 auf den Wert 0 den linken Ast der
Kennlinie. Wird anschließend die Belegung des freien An
schlusses der Magnetspule 2 auf Massepotential (Low-
Pegel) geändert, so durchfährt der Zeiger 4 bei einer Va
riation des Tastverhältnisses vom Wert 0 auf den Wert 1
den rechten Zweig der Kennlinie. Dieser entspricht iden
tisch der Kennlinie von Fig. 7.
Analog zu Fig. 6 ist in Fig. 11 der resultierende Strom
vektor und damit die Einstellung des Zeigers 4 in Ab
hängigkeit von der Bestromung der beiden Spulen 1 und 2
gezeigt. Analog zum Ausführungsbeispiel von den Fig. 1
bis 8 sind auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung
keine besonderen Maßnahmen zur Strom- bzw. Spannungs
stabilisierung für die Versorgung der beiden Magnetspulen
1 und 2 erforderlich. Ebenfalls nicht erforderlich ist
für das in den Fig. 1 bis 8 dargestellte Ausführungs
beispiel die Aufgabe einer Quadranteninformation. Im Ge
gensatz zu bekannten Drehmagnet-Quotientenmeßwerken re
duziert sich damit der gesamte Steuerungsaufwand erheb
lich. Bei den bekannten Meßwerken hingegen ist bei einer
Änderung des Anzeigebereichs um jeweils 90° bzw. sogar
45° eine zusätzliche Information für die Ansteuerung des
Meßwerks erforderlich, aus der der jeweils einzustellende
Quadrant des Zeigers hervorgeht. Diese Information kann
beispielsweise in digitaler Form mit Hilfe von 2 Bits er
folgen, wofür zusätzliche Steuerleitungen erforderlich
sind.
Für das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 11 ist zwar
eine zusätzliche Information analog einer Quadranten
information erforderlich. Diese Information gestaltet
sich jedoch wesentlich einfacher, da lediglich zwischen
zwei Zuständen für den linken, bzw. rechten Ast der in
Fig. 10 dargestellten Kennlinie zu unterscheiden ist.
Diese Information kann über eine einzige Steuerleitung in
Form einer 0-/1-Information erfolgen. Damit ist für die
Ansteuerung des Quotientenmeßwerks wie sie in Fig. 9
dargestellt ist neben den beiden Anschlüssen für das PWM-
Signal und die Beschaltung des freien Anschlusses der
Magnetspule 1 noch eine dritte Leitung für die Aufgabe
dieses Informationssignals erforderlich.
Claims (7)
1. Drehmagnet-Quotientenmeßwerk zur Anzeige eines
physikalischen Parameters, mit zwei zueinander senk
recht orientierten Magnetspulen, die ein resul
tierendes Magnetfeld für einen drehbaren magneti
schen Anzeiger erzeugen und die mit vom Wert des
Parameters abhängigen variablen Steuersignalen be
aufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Magnetspule ein erstes Steuersignal erhält,
das entsprechend dem Parameter variiert ist und daß
der zweiten Magnetspule ein Steuersignal zugeführt
ist, das gleich der Differenz aus dem ersten Steuer
signal und einem hierzu komplementären zweiten
Steuersignal ist.
2. Meßwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
das erste und das zweite Steuersignal ein weiten
moduliertes Pulssignal mit einer Frequenz ist, die
wesentlich größer als die Eigenfrequenz des Anzei
gers ist.
3. Meßwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Meßsignale der zweiten Magnet
spule je an einem ihrer beiden elektrischen An
schlüssen aufgebbar sind.
4. Meßwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Magnetspule an einem der beiden
elektrischen Anschlüsse der zweiten Magnetspule an
geschlossen ist.
5. Meßwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der freie Anschluß der ersten Magnetspule in seiner
Polarität umkehrbar ist.
6. Meßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anzeiger über ein Unter
setzungsgetriebe mit einem drehbeweglich gelagerten
Magnetteil verbunden ist, das dem Magnetfeld der
beiden Magnetspulen ausgesetzt ist.
7. Meßwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktivitäten der beiden
Magnetspulen um ein definiertes Maß voneinander ver
schieden sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914137680 DE4137680A1 (de) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Drehmagnet-quotientenmesswerk |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914137680 DE4137680A1 (de) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Drehmagnet-quotientenmesswerk |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4137680A1 true DE4137680A1 (de) | 1993-05-19 |
Family
ID=6444926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914137680 Withdrawn DE4137680A1 (de) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | Drehmagnet-quotientenmesswerk |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4137680A1 (de) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE3937149A1 (de) * | 1988-11-09 | 1990-05-10 | Yazaki Co | Kreuzspulmess- und -anzeigegeraet |
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1991
- 1991-11-15 DE DE19914137680 patent/DE4137680A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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