DE718591C - Erdinduktorkompass zur Fernsteuerung beweglicher Koerper - Google Patents

Erdinduktorkompass zur Fernsteuerung beweglicher Koerper

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DE718591C
DE718591C DEG94940D DEG0094940D DE718591C DE 718591 C DE718591 C DE 718591C DE G94940 D DEG94940 D DE G94940D DE G0094940 D DEG0094940 D DE G0094940D DE 718591 C DE718591 C DE 718591C
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Ugo Guerra
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/36Repeaters for remote indication of readings of a master compass

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Erdinduktorkompaß zur Fernsteuerung beweglicher Körper Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an elektromagnetischen Erdinduktionskompassen, durch welche der Bau eines Induktionskompasses mit Fernsteuerung und Fernanzeigeeinrichtung ermöglicht werden soll, welcher mit Ausnahme des Zeigers und beweglicher Kontaktglieder in allen seinen Teilen schiffsfest ist.
  • Die Erfindung geht aus von einem bekannten Erdinduktork ompaß, der aus zwei offenen, schiffsfest und zueinander senkrecht stehenden Magnetkreisen und einem .damit ver-: bundenen geschlossenen Magnetkreis, der einen von dem Erregerwechselstrom ,durchflossenen Spulensatz - trägt, besteht, während die offenen Magnetkreise einen zweiten Spulensatz tragen, jeder eine oder mehrere Wicklungen umfaßt, in welchem nur durch den Fluß des erdmagnetischen Feldes Ströme erzeugt werden.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse ,des zweiten Spulensatzes unmittelbar mit einem mit zwei Gleitkontakten versehenen Potentiometer verbunden sind, .dessen eines bewegliches Kontaktglied mit der Mittelanzapfung eines vorzugsweise mit ,der doppelten Frequenz des Erregerstromes gespeisten Widerstandes oder Transformators verbunden ist, während mit dem anderen beweglichen Kontaktglied°undden Enden dieses Widerstandes (Transformators) der Stromanzeiger so in Verbindung steht, daß er eine Nullanzeige gibt, wenn das System der Magnetkreise zu dem magnetischen Erdfeld in einer der Stellung der Gleitkontakte des Potenbiönieters entsprechenden Trage sich befindet.
  • Die Verbindung von Erdinduktorspulen mit einem mit Gleitkontakten versehenen Potentiometer und die Anordnung eines Stromanzeigers in Brückenschaltung mit -den Zweigen des Potentiometers, so @daß eine Nullanzeige entsteht, wenn das System der Magnetkreise zu dem erdmagnetischen Feld in einer ;der Stellung der Gleitkontakte des Potentiometers entsprechenden Lage sich befindet, ist zwar an sich bekannt, jedoch haben diese bekannten Geräte den Nachteil, mit umlaufenden Spulen zu arbeiten. Andererseits hat der Erfindungsgegenstand gegenüber der Anordnung nach dem Gattungsbegriff den Vorteil, daß er die Fernsteuerung und Fernanzeige ermöglicht.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
  • Abb. i zeigt in schematischer Darstellung und als Beispiel die allgemeine Anordnung eines vollständigen Gerätes, wobei A den elektromagnetischen Komplex oder das empfindliche Organ des Kompasses darstellt, B die Potentiometereinrichtung zeigt, welche di'e Kurssteuerung,darstellt, während C das Anzeigeinstrument gier Kursabweichungen ist.
  • In Abb. a sind .durch Diagramme von a bis g verschiedene beim Betrieb des Instruments erzeugte Stromformen gezeigt.
  • Abb. 3 zeigt einen ringförmigen Träger mit profiliertem Rand zur Herstellung des Widerstandes des Potentiometers entsprechend einer bestimmten Funktion.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht das Organ A aus zwei zueinander unter rechtem Winkel angeordneten Paaren von Eisenstäben i, 3 und 2, 4 aus einer Eisen-N IN ickellegierung ZD von hoher magnetischer Leitfähigkeit, die derart zusammengebaut sind, daß sie teilweise einen viereckigen geschlossenen Magnetkreis 5, 6, 7, 8 bilden, der an den Ecken mit nach außen gerichteten Verlängerungen versehen ist, welche unter der Wirkung des erdmagnetischen Feldes stehen, und ,die an -den Enden der betreffenden Stabstrekken offene Magnetkreise bilden. Der geschlossene magnetische Kreis ist mit Wicklungen 9, g'; i o, i o'; i i, i1'; 1.2, 12' versehen, ,die in der Zeichnung durch dünne Linien angegeben sind und welche, unter sich in Serie geschaltet, von einem Wechselstrom oder einem beliebigen veränderlichen, vom Speisestromkreis 13, 14 gelieferten Strom durchflossen und so angeordnet sind, daß sie in dem geschlossenen magnetischen Kreis einen geschlossenen Fluß erzeugen, welcher z. B. in einem gegebenen Augenblick die Richtung 5-6-7-8-5 hat. Da dieser Fluß in Abhängigkeit von dem vom Speisestromkreis 13, 14 gelieferten Strom veränderlich ist, wird er in den einzelnen Abschnitten 5-6, 6-7, 7-8, 8-5 Veränderungen der Leitfähigkeit erzeugen. Demzufolge wird man eine Veränderung des magnetischen Widerstandes dieser Strecken erhalten, .die für .alle Abschnitte gleich ist, da diese im magnetischen Kreis in Serie angeordnet sind und daher von demselben veränderlichen Fluß durchströmt wenden.
  • Im mittleren Abschnitt eines jeden Stabes ist zwischen den mit .dünnen Linien gezeichn eten Induktionswindungen eine unabhängige Wicklung 15, 15; 16, 16' angeordnet, welche in Reihe oder parallel mit den entsprechenden Wicklungen auf dem parallelen Stab geschaltet sind. Man erhält auf diese Weise zwei Stromkreise a, b- und c, d, in welchem der Fluf@, der von den vom Stromkreis 13, 14 gespeisten Windurigen erzeugt wird, keinen Strom induziert, <da .die Lage der Wicklungen 15, 15'; 16, i (Y zu den anderen symmetrisch .ist und ihre paarweise Verbindung dem von den dünn gezeichneten Windungen erzeugten Fluß entgegengesetzt ist, der für jedes Paar paralleler Stäbe im einen Stab die entgegengesetzte Richtung hat wie im andern Stab.
  • Betrachtet man jedoch den ganzen vom Fluh $ des erdmagnetischen Feldes umgebenen Komplex A, so werden sich infolge der Änderungen des magnetischen Widerstandes der Strecken 5-6; 6-7; 7-8; 8-5 Änderungen des genannten Flusses in diesen Abschnitten ergeben, und da dieser als ein für den Komplex von außen her kommender Fluß in den parallelen Stabpaaren dieselbe Richtung und gleichen Sinn hat, so werden sich in den Wicklungspaaren 15, 15' und 16, 16' induzierte Ströme von doppelter Frequenz ergeben, welche sich nicht aufheben, und demzufolge an den Enden der Stromkreise a, b und c, d induzierte Ströme, welche ausschließlich den Veränderungen zuzuschreiben sind, welche dem die Stäbe durchziehenden Fluß vom erdmagnetischen Felde aufgezwungen werden. Man wird daher an den Enden der Stromkreise a, b und c, d nur dann Ströme erhalten, wenn der Komplex von Stäben und Wicklungen in ein äußeres magnetisches Feld gelangt, während die Wirkung des von den dünn gezeichneten Wicklungen erzeugten Flusses nur darin besteht, jene periodischen Änderungen des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises zu erzeugen, welche notwendig sind, um analoge Änderungen in der Intensität des von außen her kommenden (äußeren') Flusses zu erzeugen, welcher die Stäbe durchfließt.
  • :Ulan beachte, .daß die in den Wicklungen 1 5, 15'; 16, 16' induzierten Ströme auch auftreten, wenn diese Wicklungen symmetrisch auf die Abschnitte der Stäbe i, 2, 3, 4 verteilt werden, welche außerhalb des geschlossenen Kreises 5-6-7-8 liegen, da sie von den Änderungen des äußeren Flusses $, der die offenen von den vier Stäben gebildeten Magnetkreise durchfließt, erzeugt werden, .durch die Wirkung der Änderungen des magnetischen Widerstand-es der Abschnitte innerhalb des geschlossenen magnetischen Kreises.
  • Das Verhältnis zwischen den Amplituden der von den Stromkreisen. a., b und c, d gelieferten Ströme ist eine Sinusfunktion des Verhältnisses zwischen den jeweiligen Winkeln, welche die beiden parallelen Stabpaare mit der Richturig des Flusses 0 bilden, weshalb man aus dem Verhältnis zwischen den Amplituden dieser beiden Ströme sofort auf die Richtung des empfindlichen Komplexes im erdmagnetischen Feld schließen kann, und deshalb auch auf ,die Richtung des Fahrzeuges, auf dem dieser Komplex eingebaut ist.
  • Abb. 2 erläutert den Verlauf der verschiedenen Vorgänge und zeigt Form und Amplitude der einzelnen Ströme in einigen Fällen. Angenommen, der Stromkreis -13, 14 werde mit sinusförmigem Wechselstrom der in Abb. 2 a dargestellten Form gespeist. Wenn der Komplex A . im erdmagnetischen Feld so eingestellt ist, da-ß dessen Richtung z. B. parallel der Diagonale 17-18 des Vierecks 5-6-7-8 verläuft, so werden die in den Wicklungspaaren 15, 15' und 16, 16' induzierten Ströme dieselbe relative Amplitude haben, wie -dies in Abb. 2,b und 2,c dargestellt ist, aber sie werden die doppelte Frequenz des oben beschriebenen, im Stromkreis 13, i ¢ fließenden Stroms aufweisen. Richtet man dagegen .dem Komplex e derart, daß die Stäbe 2 und q. zur Richtung des Flusses $ parallel werden, so wird man in den Wicklungen 16, 16' einen Strom von höchster Amplitude erhalten (Abb.zd) und einen Nullstrom in den Wicklungen 15, 15' (Abb.2e), da die entsprechenden Stäbe in--,diesem Fall senkrecht zur Flußrichtung verlaufen. Der umgekehrte Fall tritt ein, wenn die Stäbe z und 3 in der Richtung des Flusses des erdmagnetischen Feldes eingestellt sind (Abb. 2 f und 2 g) . -Es versteht sich, @daß die Richtungseinstellung,des Fahrzeugs, auf dem dieser Komplex in unveränderlicher Lage eingebaut ist, im Raum ermittelt wird. Die Steuerung dieser Richtungseinstellung des Komplexes und somit die Steuerung des Fahrzeugs wird unter Benutzung der Methode des Nullzeigers aus beliebiger Entfernung von dem Komplex mit Hilfe eines Potentiometer-Stromkreises erreicht, welcher es gestattet, aus der Entfernung die entsprechenden Winkel zu bestimmen, welche die Stäbe mit der Flußrichtung des erdmagnetischen Feldes bilden müssen, um in Aden Stromkreisen ca, b und c, d Ströme zu erzeugen, welche sich in der Potentiometereinrichtung ausgleichen und somit nicht auf den Nullzeiger einwirken.
  • Die Potenfiiometersteuerung, welche die Kurssteuerung darstellt, ist so eingerichtet, daß eine große Richtgenauigkeit erreicht und die Möglichkeit gegeben ist, auch sehr kleine Winkel zu werten oder vorauszubestimmen, wobei sowohl,die Abmessungen des Potentiometers als auch die des Kursanzeigers gering gehalten sind. Wie beispielsweise in Abb. r gezeigt ist, umfaßt der Potentiometer B zwei Ohmsche Widerstände in kreisförmiger Anordnung, von denen jeder nicht ganz geschlossen, sondern auf einer kurzen Strecke 22, 23 beziehungsweise 22, 23' unterbrochen ist, und die übereinanderliegen, so daß zwei parallele und gleichachsig angebrachte Drehkontakte 24 und 24' auf .den beiden Widerständen gleiten können, derart, daß jeder Stellung eines der beiden Gleitkontakte auf seinem Widerstand eine sowohl geometrisch als auch elektrisch genau gleiche Stellung des andern Gleitkontakts auf dem andern Widerstand entspricht.
  • Die Enden 2a und 23 des Widerstandes 21 sind mit :den kreuzweise entsprechenden Enden 23 bzw. 22' des Widerstandes 21' oder umgekehrt verbunden, so @daß im selben Sinne fortschreitend jeder Widerstand virtuell eine Verlängerung des andern ohne Unterbrechung der elektrischen Kontinuität darstellt. Sie sind z. B. beide in gleiche Weise mit den Enden a. und b der Wicklungen 16, i6' des Komplexes A verbunden, während der elektrische und geometrische Mittelpunkt 25 bzw. 25' jedes Widerstandes mit einem der Enden c und d der Wicklungen 15 und 15' verbunden ist.
  • Mit der Achse 26 der beiden Gleitkontakte 2.4 und 24.' ist der Kursscheibenkranz 27 fest verbunden, und das ganze System kann zwecks Voreinstellung des Kurses durch die Steuez, rung 28 und das Kegelräderpaar 29, 29' ge= .dreht werden. Der Kursscheibenkranz ist auf seinem ganzen Umfang mit einer Gradeinteilung versehen, ausgenommen auf einer kurzen Strecke, deren Lage und Winkelmaß einem der beiden Abschnitte 22, 23 oder 22', 23' der Unterbrechung der Widerstände entspricht. Die beschriebene Anordnung dieser Widerstände gibt die Möglichkeit, die gesamten 36o° auf zwei je i8o"umfass.ende, übereinander angeordnete Skalen zu verteilen, von (denen jede den gesamten Umfang des Kursscheibenkranzes 27, vermindert um die genannten kurzen Strecken, ausfüllt, und die so angeordnet sind, -daß beim Fortschreiten in derselben Richtung,die eine die Fortsetzung der andern darstellt. Das Ablesen jeder Skala erfolgt mittels des Zeigerstrichs 35, der in der Mitte eines kleinen Fensters des Rahmens 31 angebracht ist, wobei der obere und der untere Rand des Rahmens so breit gehalten sind, daß man durch Verschieben :des Rahmens in den Führungen 32 und 32' nur eine der beiden Skalen durch das Fenster sichtbar machen, die andere aber verdecken kann. Dieser Skalenwechsel kann durch eine Steuerung 36 bewirkt werden, welche einen Nocken 33 bewegt, auf dem ein Vorsprung 34 des unteren Randes des Rahmens 31 aufruht. Die Steuerung 36 kann die beiden Lagen 37 und 37' einnehmen, von denen jede einer Skala entspricht, und gleichzeitig kann sie durch den Hebel 38 einen elektrischen Umschalter 39 betätigen. Dieser kehrt den jeweiligen Sinn .des Wechselstroms, welcher im Stromkreis der beiden auf den Widerständen 25 und 25' gleitenden Kontakte 24 und 2d.' zirkuliert, um, so daß dem Ablesen einer bestimmten Skala auf dem Kursscheibenkranz 27 jeweils ein bestimmter Stromsinn im genannten Stromkreis entspricht. Dieser letztere speist über die Leitungen .1o und 4, die vom Unischalter 39 herkommen, den Kursanzeiger C, welcher ein Gleichstrominstrument mit mittlerer Nullage ist, und zwar geschieht dies über eine Einrichtung, welche den im Stromkreis zirkulierenden Strom einsinnig macht und es dein Instrument C ermöglicht, auch den Bewegungssinn des empfindlichen Organs _1 im erdmagnetischen Feld anzuzeigen. Dies wird mit den beiden statischen Gleichrichtern .I3 und :I3' für beide Halbwellen, die von dein Speisestrom des Stromkreises 13, 1d. erzeugt werden, bewirkt, und zwar über einen Widerstand 42 (oder Transformator) mit zentraler Anzapfung.
  • Da der Stromkreis der Gleitkontakte 24 und 24 von dein Strom .durchflossen wird, der von den Induktionswicklungen des empfindlichen Organs A kommt, in welchen, wie gesagt, ein ,Strom von der doppelten Frequenz des Speisestroms 13, 1d induziert wird, ist es für die Erzielung höchster Empfindlichkeit der Anzeigung zweckmäßig, wenn auch nicht notwendig, zwischen den Stromkreis 13-1d. und den Widerstand ..12 einen die Frequenz verdoppelnden Transformator 4.i einzuschalten, welcher .dem Erregerstrom -der Gleichrichter 43 und .13' dieselbe Frequenz erteilt, die der von 24 und 2q' kommende Strom besitzt.
  • Die Wirkungsweise der ganzen Einrichtung, welche den Kompaß bildet, ist ohne weiteres zu verstehen. jeder Lage, welche innerhalb einer Winkelverstellung von 18o° (las Organ A im Rahmen einnehmen kann, entspricht eine analoge Lage der Gleitkontakte 24 und 24' auf den Potentiometerwiderstäii-den 2i und 2z', welche im Stromkreis .1o und 40' die Wirkung der in den Widerständen kreisenden Ströme, die von denn Wicklungspaaren a., b und e, c! kommen, aufhebt. Der Strom im Kreise 40 und .Io' wird daher gleich Null, wenn das Verhiiltnis zwischen den Winkeln, welche bei einer gegebenen Lage rlie Stäbe 1, a und z, 4. oder umgekehrt mit dem Fluß $ des erdmagnetischen Feldes bilden, gleich dein Verhältnis ist, das zwischen den beiden Widerstandsabschnitten besteht, die zwischen den Gleitkontakten, den zentralen Punkten 25, 2s und den Enden 23, 23 oder 22, 22' liegen. Die Umkehrung des empfindlichen Organs A um 18o° gegenüber wird ebenfalls im Stromkreis q.0, 4o' bei gleichbleibender Lage .der Gleitkontakte auf den Widerständen einen Nullstrom ergeben, da das Verhältnis zwischen den entsprechenden Winkeln zwischen den parallelen Kernpaaren und ,dem Fluß ,das gleiche bleibt. Für diesen Sinn der Winkelbewegung des empfindlichen Organs A gegenüber dem Fluß (P werden jedoch die entsprechenden Zunahmen und Abnahmen der in den beiden Wicklungspaaren der Stäbe induzierten Ströme vertauscht, weshalb ein Phasenwechsel zwischen dem Strom des Kreises der Gleitkontakte 24,24' und denn Speisestrom der Kupplung q2 eintritt. In diesem Fall würde sich der Zeiger des Instruments C entgegengesetzt zum wirklichen Sinn der Bewegung des Elements A drehen, und man würde gleichzeitig auf der im Fenster des Rahmens 31 sichtbaren Skala einen gegenüber dein wahren Kurs uni i 8o' verdrehten Kurs ablesen. Die Betätigung der Steuerung 36, die den Strom im Kreis 40, .z umschaltet und die Skalen wechselt, gibt jedoch der Ablesung ihren richtigen Wert.
  • Da, wie gesagt, das Verhältnis zwischen den Strömen in :den Stromkreisen a, b und c, d eine Sinusfunktion des Verhältnisses zwischen den entsprechenden Winkeln ist, welche die parallelen Stabpaare mit der Richtung des Flusses 0 bilden, so dürfen die Widerstände 21 und 2i' nicht linear sein, sondern müssen sinusförmigen Verlauf haben, damit die Skalen des Kursscheibenkranzes a; geradlinig verlaufen können.
  • Das kann beispielsweise in der in Abb.3 dargestellten Weise erreicht werden, d. h. indem man dem Auflager eines jeden der beiden Widerstände die Form eines Zylinders oder eines Ringes 4 gibt, dessen den Widerstand tragenden Rand .l5 man ein geeignetes sinusförrniges Profil gibt.
  • Die hier beschriebene Potentiometereinrichtung ermöglicht die Erreichung höchster Kursgenauigkeit bei geringsten Abmessungen und bietet den Vorteil, @daß die Umkehr des Kurses durch alleinige Betätigung der Steuerung 36 ermöglicht wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Erdinduktorkompaß zur Fernsteuerung beweglicher Körper, bestehend aus zwei oder mehr schiffsfest und senkrecht zueinander .angeordneten offenen Magnetkreisen und einem damit verbundenen geschlossenen Magnetkreis, der einen von dein Erregerwechselstrom durchflossenen Spulensatz trägt, während die offenen Magnetkreise einen zweiten Spulensatz tragen, durch welchen nur der durch die Flußänderung des erdmagnetischen Feldes induzierte Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, @daß die Anschlüsse (a, b; c, d) des zweiten Spulensatzes unmittelbar mit einem mit zwei Gleitkontakten (24, 24') versehenen Potentiometer (B) verbunden sind, dessen eines bewegliches Kontaktglied mit der Mittelanzapfung eines vorzugsweise mit der doppelten Frequenz des Erregerstromes gespeisten Widerstandes oder Transformators (42) verbunden ist, während mit dem anderen beweglichen Kontalztglied und .den Enden des Widerstandes oder Transformators (42) der Stromanzeiger (c) so in Verbindung steht, daß er eine Nullanzeige gibt, wenn das System der Magnetkreise zu dem magnetischen Erdfeld in einer der Stellung der Gleitkontakte des Potentiometers entsprechenden Lage sich befindet.
  2. 2. Erdinduktorkomp.aß nach Anspruch z, dadurch -gekennzeichnet, daß ,das Potentioineter aus zwei nicht vollständig geschlossenen ringförmigen Widerständen (2z, 2i') mit übereinander oder einander gegenüber angeordneten Mittelanzapfungen (25, 25') besteht, über welche Widerstände zwei miteinander verbundene Kontakte (24, 24') gleiten, und daß zwei entsprechende im Gegensinn zueinander verlaufende Skalen (30, 30') angebracht sind, so ,d ,ß der Drehung des empfindlichen Organs (A) im Erdfelde über 36o° zwei nahezu volle Kreiswege der Kontakte auf den Widerständen entsprechen, wobei der Richtungssinn des von den Gleitkontakten abgenommenen Stromes für jeden der beiden Wege durch einen Umschalter (39) umgeschaltet wird.
  3. 3. Erdinduktorkompaß nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Skalen (30, 3ö) durch das Fenster eines mit dem -elektrischen Umschalter (39) mechanisch (33, 38) verbundenen Rahmens (3i) ablesbar sind, so daß beim Verstellen des Umschalters zum Wechseln der Stromrichtung auch die Stellung des Fensters verändert wird, welches jeweils die entsprechende Skala sichtbar macht.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE924315C (de) * 1941-05-21 1955-03-07 Bendix Aviat Corp Richtungsanzeiger fuer magnetische Gleichfelder mit einem Geber- und Empfaengersystem zur Stellungsfernuebertragung
DE940559C (de) * 1944-05-29 1956-03-22 Bendix Aviat Corp Selbsttaetige Steuervorrichtung fuer ein lenkbares Fahrzeug
DE963726C (de) * 1937-03-16 1957-05-09 Gustav Barth Dr Ing Magnetkompass

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