DE568619C - Einrichtung zur Fernsichtbarmachung kleiner Lageaenderungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Fernsichtbarmachung kleiner Lageänderungen Wenn es sich darum handelt, kleine Lageveränderungen eines mechanischen Teiles elektrisch fernmeßbar zu machen, so kann man sehr verschiedene Verfahren anwenden.
• Beispielsweise kann man den bweglichen Teil mit dem Schleifkontakt einer Wheatstoneschen Brückenanordnung verbinden und das Brückengalvanometer als Fernindikator benutzen. Eine derartige Anordnung hat den Übelstand, daß eine unzuverlässige Kontaktstelle in Kauf genommen werden muß und daß zur Verschiebung des Kontaktes nicht unerhebliche mechanische Leistungen aufgewandt werden müssen.
• Weiter kann man beispielsweise so verfahren, daß der bewegliche Teil mit einer beweglichen Spule in mechanischer Verbindung steht, die sich innerhalb eines Drehfeldes befindet und an die als Indikatorinstrument ein Phasenmesser angeschlossen ist. Hier ist die Bedingung lästig, daß man Drehstrom benötigt und nach diesem Verfahren gebaute Anordnungen bei kleinen Lageänderungen nur geringe Empfindlichkeit aufweisen.
• Ein anderer beispielsweise beschrittener Weg ist der, in das Feld einer festen wechselstromdurchflossenen Spule eine mit dem beweglichen Teil verbundene bewegliche Spule einzubringen und den sich ändernden gegenseitigen Induktionskoeffizienten, der sich bei der Lageänderung stetig ändert, für die Messung auszunutzen. Auch dieses Verfahren ist nicht besonders empfindlich, da große Lageänderungen vorgenommen werden müssen, um einigermaßen erhebliche Änderungen der gegenseitigen Induktion zu erhalten.
• Endlich kann man sich sogenannter Differentialtransformatorschaltungen bedienen, derart, daß zwei gleichartige Primärspulen, die in verschiedenem Sinn von intermittierendem oder Wechselstrom durchflossen werden, hinsichtlich ihrer Felder symmetrisch zu einer dritten Spule, der Sekundärspule, angeordnet sind, derart, daß bei Gleichheit der Ströme und Wahrung völliger geometrischer Symmetrie in bezug auf die Sekundärspule keine Spannung in dieser induziert wird. Wird durch kleine Verschiebungen oder Verdrehungen die relative Lage zwischen den Primärspulen und der Sekundärspule geändert und dadurch die Symmetrie gestört, so kann aus dem Betrag der induzierten Spannung auf die Größe der Lageänderung geschlossen werden.
• Die im folgenden beschriebene neue Erfindung zeigt gleichfalls eine Anordnung, bei der sich eine Spule derart in einem primären Wechselfeld befindet, daß in der Nullstellung keine Wechselspannung induziert wird, während bei kleinen Lagenveränderungen in der einen oder anderen Richtung um 18o° zueinander verschobene Spannungen auftreten. Im Gegensatz zu bekannten Differentialtransformatorschaltungen wird dabei das primäre Wechselfeld von einer einzigen feststehenden Spule erzeugt, deren Windungsfläche parallel zu- der Windungsfläche der beweglichen Spule liegt und deren Achse seitlich zurAchsrichtung der beweglichen Spule verschoben ist, wobei in der Nullage ein die Sekundärspule durchsetzender Induktionsfluß gleichzeitig gleich stark mit entgegengesetzten Vorzeichen in ihr auftritt, während bei Differentialtransformatorschaltungen durch die Anordnung zweier Feld erzeugenden Spulen an der Stelle der Sekundärspule ein zur Spulenachse senkrecht verlaufender Kraftfluß vorhanden ist. Unter Hinzuziehung eines Dynamometers in einer bei Nullmethoden bekannten Weise gestaltet sich die neue Erfindung zu einer höchst empfindlichen Einrichtung.
• Das Grundsätzliche des neuen Verfahrens wird aus einer Betrachtung der Skizze (Abb. i) verständlich. a und b stellen zwei Drahtwindungen vor. a ist von Wechselstrom durchflossen, b - in der oberen Skizze -außen in die Nähe von a gebracht. In einem beliebigen Zeitmoment mögen die magnetischen Induktionslinien den in der Skizze gezeichneten Ver-Iauf haben. Alle b durchsetzenden Linien haben die Richtung von oben nach unten, und die an den Enden von b auftretende Spannung hat die der Änderung des Feldes entsprechende Phasenzuordnung.
• Bringt man wie in der mittleren Skizze die Spule b ganz über die Spule a, so wird bei gleichem magnetischen Induktionsfluß die Spule b im entgegengesetzten Sinne durchsetzt. Die an den Enden von b auftretende Spannung ist gegen den oberen Fall um 18o° in der Phase verschoben.
• Dazwischen gibt es, angedeutet in der unteren Skizze, eine singuläre Stelle, in der b zwar nicht feldfrei ist, aber es durchsetzen jetzt die Spule gerade so viel Induktionslinien im einen wie im anderen Sinne, und an den Enden von b tritt keine Spannung auf.
• Da eine außerordentlich geringe Verschiebung von b nach außen oder innen zum Auftreten von Spannungen an den Enden von b mit einem Phasensprung von i8o ° beim Passieren der singulären Lage führt, ergibt sich hier eine Nullmethode, die praktisch äußerst empfindlich ausgestaltet werden kann.
• Es wird bei diesem Verfahren also nicht von der stetigen Änderung des gegenseitigen Induktionskoeffizienten, sondern von dem Auftreten des Phasensprungs um 18o' bei kleiner seitlicher Verschiebung der beweglichen Spule über die singuläre Stelle Gebrauch gemacht.
• Ein Anwendungsbeispiel, kleine Verschiebungen nach diesem Verfahren fernzumessen, zeigt die schematische Abb. 2.
• Es soll sich darum handeln, Längenänderungen des Stabes c fernzumessen. Der Stab wird zwischen die Anschläge d und e gebracht. d befindet sich in starrer Verbindung mit dem lamellierten Eisenstück f, in welches die Primärwindung g, die mit dem Wechselstromgenerator 1t verbunden ist, eingelassen ist. Der andere Anschlag e ist starr an dem lamellierten, verschiebbaren, durch eine Feder i an das 5tabende gedrückten Eisenschlitten k verbunden und enthält die Sekundärspule 1, welche an das bewegliche System eines Dynamometers in angeschlossen ist. Der Wechselstromfeldmagnet zt des Dynamometers wird unmittelbar von dem Wechselstromgenerator h gespeist.
• Bei v befindet sich ein Korrektionskoppelungsvariometer, um aus meßtechnischen Gründen den Anschlag des Dynamometers auf Null bringen zu können.
• Sind die Spulen g und 1 in der singulären Lage übereinander angeordnet, während der Stab c seine Normallage besitzt, so wird das Dynamometer keinen Ausschlag zeigen. Sobald sich aber der Stab in geringem Maße verkürzt oder verlängert, tritt entsprechend der Verschiebung der Spule 1 ein großer Ausschlag des Dynamometers nach rechts oder links auf, der bei gleichbleibender Leistung des Generators lt dem Betrag der Längenänderung proportional ist.
• Ein anderes Anwendungsbeispiel ist in Abb.3 skizziert. Hier soll eine kleine Drehung um eine Achse p ferngemessen werden. In diesem Falle sind zwei Primärspulen q und y in einem lamellierten Eisenmantel untergebracht, während die entsprechenden Sekundärspulen s und t in einem an der Achse P befestigten Eisenzylinder eingelassen sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Fernsichtbarmachung kleiner Lageänderungen, die mechanisch einer Spule mitgeteilt werden, welche sich derart in einem,primären Wechselfeld befindet, daß in der Nullstellung eine Wechselspannung in ihr nicht induziert wird, während bei kleinen Lagenveränderungen eine Wechselspannung in ihr auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Wechselfeld von einer einzigen feststehenden Spule erzeugt wird, deren Windungsfläche parallel zu der Windungsfläche der beweglichen Spule liegt und deren Achse seitlich zur Achsrichtung der beweglichen Spule verschoben ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der induzierten Wechselspannung ein Dynamometer benutzt wird, dessen .Feld von der primären Wechselspannung erregt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der primären und der sekundären Spule ein Korrektionskopplungsvariometereingeschaltet wird. q.. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagenveränderung mehreren Spulen mitgeteilt wird, denen ebensoviel Primärspulen gegenüberstehen.