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Kapazitätsmeßbrücke mit Nullinstrument, insbesondere zur Inhaltsbestimmung
von Brennstofftanks auf Flugzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kapazitätsmeßbrücke
mit Nullinstrument, insbesondere zur Inhaltsbestimmung von Brennstofftanks auf Flugzeugen.
Hierbei wird in einer Differentialschaltung eine in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsmenge
sich ändernde Meßkapazität mit einer einstellbaren elektrischen Vergleichsgröße
an einem Nullinstrument verglichen.
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Als besonders geeignete Meßschaltung hierfür ist eine kapazitive
Differentialmeßbrücke in Verbindung mit einer kapazitiven Gleichrichterbrücke bekannt,
deren prinzipieller Aufbau in Fig. I dargestellt ist. Beide Brücken werden über
den übertrager U1 von einer Wechselstromquelle gespeist. In dem einen Zweig der
Meßbrücke liegt die Meßkapazität Cx, die ein im Flüssigkeitsbehälter in Form einer
Sonde angeordneter Kondensator sein kann, dessen Dielektrikum von der Flüssigkeit
selbst gebildet wird. Die in dem anderen Brückenzweig liegende Vergleichsgröße ist
ein normaler Drehkondensator C.
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Die Gleichrichterbrücke enthält das Nullinstrument J. Die Differentialmeßbrücke
befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Sonden kapazität Cx gleich der Vergleichskapazfrät
C, ist, was durch Verändern der letzteren erreichbar und am Nullinstrument J erkennbar
ist. Die Stellung des Drehkondensators gibt dann unmittelbar ein Maß für den Inhalt
des Behälters.
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Das Null instrument J und der Abgleichkondensator C, werden des Ablesens
wegen getrennt von der übrigen Meßanordnung, beispielsweise im Instrumentenbrett
eines Luftfahrzeuges,
angeordnet und zweckmäßig zu einem Gerät zusammengefaßt,
wobei jedem Anzeigeorgan eine besondere Skala zugeordnet ist. Diese Anordnung hat
nun den Nachteil, daß die Einstellung bzw. Ablesung durch die Notwendigkeit der
gleichzeitigen Beobachtung beider Skalen erschwert ist.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil dadurch auszuschalten, daß
für beide Anzeigeorgane nur eine gemeinsame Skala vorhanden ist. Dies wird erfindungsgemäß
durch die Vereinigung des die Brücke abgleichenden Schaltelementes mit dem Nullinstrument
in der Weise erreicht, daß gemeinsam mit dem Schaltelement das normalerweise feststehende
System des Nullinstrumentes verdrehbar ist und die beiden Anzeigeorgane über derselben
Skala spielen, derart, daß sie bei Abgleich der Brücke zur Deckung gebracht, die
zu messende Kapazität an der gemeinsamen Skala anzeigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Fig. 2 und 3, wobei
Fig. 2 einen Längsschnitt und Fig. 3 eine Vorderansicht des Gerätes darstellt.
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In einem Gehäuse I wird ein Drehkondensator 2 mit Hilfe eines Bolzens
3 und einer Mutter 4 zwischen zwei Platten 5 und 6 gehalten, die ihrerseits durch
einen Bolzen 7 und eine Mutter 8 sowie die bereits erwähnten Bolzen 3 und Mutter
4 an dem Gehäuse I befestigt sind. Uber Leitungen g und. Io und einen Steckanschluß
1 1 ist der Kondensator mit der Meßbrücke verbunden. Der verstellbare Teil des Kondensators
2 ist mit seiner Drehachse 12 in den Platten 5 und 6 gelagert.
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Durch eine Zwischenwand 13 getrennt ist weiter in dem Gehäuse I ein
Nullinstrument Iß vorhanden. Es ist über ein Winkelstück I5 an einer Platte I6 befestigt,
die mit ihrem Umfang drehbar am Gehäuse 1 geführt ist.
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Äußerdem ist sie mit ihrer Drehachse 17 in der Zwischenwand 13 gelagert.
Als Nullinstrument wird zweckmäßig ein Drehspulinstrument, wie auch in Fig. 2 dargestellt,
benutzt. Zwischen den Polen des permanenten Magneten ist ein eine Wicklung tragendes
Rähmchen drehbar um seine Achse 18 gelagert. Die mittelpunktsangezapfte Wicklung
des Rähmchens ist an die Gleichrichterbrücke der WIeßschaltung angeschlossen. Die
Stromzuführung geschieht über einen am Gehäuse I sitzenden Steckanschluß I9, von
dem ein Kabel 20 mit drei Leitungen zu den außenliegenden und am Gehäuse befestigten
Enden dreier Spiralfedern 2I, 22 und 23 führt. Die inneren Enden der Spiralfedern
sind fest mit der Drehachse 17 verbunden und über Leitungen an die außenliegenden
Enden weiterer Spiralfedern 24, 25 und 26 angeschlossen.
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Diese Spiralfedern sind mit ihren äußeren Enden an einem von der Platte
I6 getragenen Arm 27 und mit ihren inneren Enden an der Drehachse I8 befestigt.
Von hier führen dann die Anschlüsse zu der Wicklung des Rähmchens.
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Der Antrieb des Drehkondensators 2 erfolgt durch einen an der Vorderwand
des Ge häuses sitzenden Drehknopf 28. Dieser ist mit seiner Drehachse 29 im Gehäuse
gelagert und treibt über ein Ritzel 30 ein Zahnrad 31 an, das zusammen mit einem
Zahnrad 37 fest auf einer drehbar in der Zwischervand I3 gelagerten Welle 33 angeordnet
ist. Das Zahn rad 32 kämmt mit einem lose auf der Welle I7 sitzenden Zahnrad34,
welches über einen Mitnehmerstift 35 mit einem an der Drehadlse 12 des Kondensators
2 befestigten Teil 36 zusammenarbeitet. Das Zahnrad 3I treibt ein fest mit der Welle
I7 verbundenes Zahnrad 37 an, wodurch die Platte I6 und damit das Nullinstrument
14 verdreht werden. Diese Verdrehung wird durch einen an dem normalerweise feststehenden
System (permanenter Magnet) des Null instrumentes oder, wie in dem dargestellten
Fall, an einem zur Abschirmung vorgesehenen, das Null instrument umschließenden
Mantel 38 befestigten Zeiger 39 angezeigt. Gemeinsam mit einem im wesentlichen konzentrisch
zu ihm angeordneten und von dem drehbaren System (Rähmchen) des Nullinstrumentes
gesteuerten Zeiger 40 spielt der Zeiger 39 über einer Skalenscheibe 4X.
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Durch eine Schauscheibe42 kann ihre Stellung an der Skala abgelesen
werden.
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Die Bedienung des erfindungsgemäßen Gerätes geschieht auf folgende
Weise: Es sei hierzu angenommen, daß die Meßbrücke nicht abgeglichen ist, was die
in Fig. 3 dargestellten Zeigerstellungen hervorgerufen hat. Es wird dann mit Hilfe
des Knopfes 28 und dem von ihm betätigten Getriebe 29 bis 37 sowohl der Kondensator
2 als auch die Platte I6 mit dem darauf befestigten Nullinstrument 14 z-erstellt,
und zwar so, daß der Zeiger 39 nach rechts auszuwandern beginnt. Gleichzeitig wird
durch die Verstellung des Kondensators dessen Kapazität dem gerade vorhandenen Wert
der Meßkapazität immer mehr angeglichen, so daß der in der Rähmchenwicklung des
Nullinstrutnentes fließende Strom kleiner wird und der Zeiger 40 dem Zeiger 39 entgegenwandert.
Sind beide Zeiger in Deckung, ist die Brücke abgeglichen, und ihre übereinstimmende
Stellung ist ein Maß für den Inhalt des Flüssigkeitsbehälters und kann an der geeichten
Skala 41 sofort abgelesen werden.
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Diese erfindungsgemäße Anordnung bietet somit eine klare, übersichtliche
und leichte Ablesung. Ein weiterer Vorteil ist mit der Verwendung des durch den
Drehknopf 28 betätigten
Getriebes verbunden. Es ist nämlich möglich,
die Einstellung des Drehknopfes mit verschiedener Übersetzung auf den Kondensator
und das Nullinstrument zu geben, so daß der maximale Verstellbereich des Drehkondensators,
der bekanntlich I800 beträgt, bei dem Nullinstrument beispielsweise auf 2700 ausgedehnt
werden kann. Die hiermit gewonnene Vergrößerung der Ableseskala trägt wesentlich
zur Erhöhung der Meß- bzw.
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Ablesegenauigkeit bei.
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Auch ist es nicht immer erforderlich, zur Ablesung des Flüssigkeitsinhaltes
die beiden Zeiger in Deckung zu bringen. Bei einer Zeigerstellung, wie sie z. B.
Fig. 3 zeigt, kann einfach durch Mittelung die vorhandene Flüssigkeitsmenge bestimmt
werden, ein Wert, der in den meisten Fällen hinreichend genau sein dürfte. Da aber
bekanntlich die meisten Meßinstrumente, so auch das verwendete Drehspulinstrument,
nur einen Ausschlagbereich von go0 besitzen, sind an dem Zeiger 39 Begrenzungsmarken
43 und 44 vorgesehen. Sobald der Zeiger 40 an einer dieser Marken steht, ist dies
dann ein Zeichen, daß diese Stellung kein Maß für den in Wirklichkeit durch das
Meßinstrument fließenden Meßstrom zu sein braucht und demzufolge ein Abgleich der
Meßbrücke mit Hilfe des Knopfes 28 jetzt unbedingt erfolgen muß.
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Das nicht immer notwendige Indeckungbringen der beiden Zeiger hat
noch den Vorteil, daß aus der Differenz der ,Zeigerstellungen sich unmittelbar der
Flüssigkeitsverbrauch für eine bestimmte Zeit ablesen läßt.
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Damit ist eine ständige Überwachung des normalerweise zu erwartenden
Flüssigkeitsverbauches gegeben und ein zu großer Verbrauch sofort feststellbar.
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Zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit ist es zweckmäßig, nur die Enden
der beiden Zeiger sichtbar über der Skalenscheibe spielen zu lassen. Die übrigen
Teile werden beispielsweise durch eine Maske 45 abgedeckt, die auf der Schauscheibe
42 aufgemalt sein kann.
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Selbstverständlich kann sie aber auch aus einem besonderen Körper
bestehen. Schließlich ist es noch möglich, die in dem Ausführungsbeispiel zur Stromübertragung
von einem festen zu einem beweglichen Teil verwendeten Spiralfedern 21 bis 26 durch
Schleifringe o. dgl. zu ersetzen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit dem gleichen Vorteil verwendet
werden, wenn an Stelle des als Sonde ausgebildeten Meßkondensators ein auf das Gewicht
der Flüssigkeitsmenge ansprechender druckabhängiger Widerstand, z. B. ein Druckkondensator,
tritt.
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Ebenso ist die Erfindung auch anwendbar, wenn die Vergleichsgröße
durch einen festen Kondensator gebildet wird und der Brückenabgleich mittels eines
in demselben Brückenzweig liegenden, stetigveränderbaren und mit dem Übertrager
U, gekuppelten Spannungsteilers erfolgt. Hierbei hat man noch den besonderen Vorteil,
daß der Spannungsteiler unmittelbar mit dem Nullinstrument gekuppelt werden kann,
da er ohne weiteres mit einem Einstellbereich über 2700 ausbildbar ist. Die Zwischenschaltung
eines Getriebes ist hierbei somit überflüssig.