DE862927C

DE862927C - Electrical measuring device intended for measurements on rotating bodies

Info

Publication number: DE862927C
Application number: DEB13431A
Authority: DE
Inventors: Carl V Dr Rer Nat Habil Basel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-07-27
Filing date: 1951-01-19
Publication date: 1953-01-15

Description

Elektrische, für Messungen auf rotierenden Körpern vorgesehene Meßvorrichtung In der Meßtechnik werden oft elektrische oder elektromechanische Meßgrößen von rotierenden Körpern, an welchen die Messung vorgenommen werden soll, mit Hilfe von Schleifringen und Kontaktbürsten abgenommen.Electric measuring device intended for measurements on rotating bodies In In measurement technology, electrical or electromechanical measured variables are often used in rotating Bodies on which the measurement is to be made with the help of slip rings and contact brushes removed.

Da in der Riegel nur kleine Spannungen oder Ströme an den Schleifringen zu übertragen sindX können die Messungen durch störende, durch die Reibung entstehende Thermospannungen ziemlich stark gefälscht werden. Auch bewirkt die Kontaktverschmutzung wechselnde Änderungen des Üblergangswiders tau des zwischen Bürste und Schleifring. Since in the bolt only small voltages or currents on the slip rings are to be transmittedX, the measurements can be caused by disruptive friction caused by friction Thermal voltages can be faked quite strongly. Also causes the contact contamination changing changes in the defective gear resistance between the brush and slip ring.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu beheben. Sie betrifft eine elektrische, für Messungen auf rotierenden Körpern vorgesehene Meßvorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer auf dem rotierenden Körper befestigten Wechselstrombrücke besteht, weiche zwei Impedanzen aufweist, die mit einer zu messenden Größe in einer hyperbolischen Beziehung stehen und in entgegengesetztem Sinn variieren, wobei die Brücke mit einer Wechselspannungsquelle und einem Empfänger durch Kraftfelder konstant gekoppelt ist. The present invention aims to remedy the disadvantages mentioned. It concerns an electrical one intended for measurements on rotating bodies Measuring device, which is characterized in that it consists of a rotating AC bridge attached to the body, which has two impedances, which are in a hyperbolic relationship with a quantity to be measured and in opposite sense vary, the bridge with an AC voltage source and is constantly coupled to a receiver by force fields.

Unter Impedanzen sind Induktivitäten, Kap;azitäten und Widerstände und unter Kraftfeldern sowohl elektrische als auch magnetische Felder zu verstehen. Impedances include inductances, capacities and resistances and by force fields both electric and magnetic fields are to be understood.

Es sind bereits Mleßv,orrichtungen in der Peiltechnik bekannt, die aus jle einem feststehenden und leinem rotierenden Teil bestehen, die beide durch ein Kraftfeld miteinander gekoppelt sind. There are already Mleßv, devices in direction finding technology known that from each one fixed and a rotating part, both of which are coupled to one another by a force field.

Dabei ist Kopplung jedoch nicht, wie im Falle der Erfindung, konstant, sondern von der Winkellage dieser Teile abhängig.However, the coupling is not constant, as in the case of the invention, but depends on the angular position of these parts.

Die Zeichnung stellt schematisch drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar. The drawing shows schematically three exemplary embodiments of the subject matter of the invention represent.

Fig. 1 zeigt schematisch eine rotierende Wechselstrombrücke, welche einerseits durch ein magnetisches Feld und andererseits durch lein elektrisches Field mit einer stillstehenden Spannungsquelle und einem stillstehenden Empfangsgerät verbunden ist. Fig. 1 shows schematically a rotating AC bridge which on the one hand by a magnetic field and on the other hand by a small electrical field Field with a stationary voltage source and a stationary receiving device connected is.

Fig. 2 stellt leine rotierende Brücke dar, die durch elektrische Felder mit einer stillstehenden Spannungsquelle und einem stillstehenden Empfangsgerät verbunden ist; Fig. 3 ist lein Schnitt nach III-III der Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine rotierende Wechselstrombrücke, welche Idurch magnetische Felder mit leiner stillstehenden Spannungsquelle und einem stillstehenden Empfangsgerät verbunden ist. Fig. 2 shows a rotating bridge that is driven by electrical Fields with a stationary voltage source and a stationary receiving device connected is; Fig. 3 is a section along III-III of Fig. 2; Fig. 4 shows a rotating alternating current bridge, which is caused by magnetic fields with little stationary Voltage source and a stationary receiving device is connected.

Die in Fig. 1 dargestellte Wechselstrombrücke besteht aus zwei Widerständen 1, 2 und zwiei v riablen Spulen 3, 4. Eine Diagonale Ider Brücke ist mit leiner Wicklung 5 verbunden, während die andere Diagonale einerseits mit der Erde und andererseits mit einer zylindrischen Kondensatorplatte 6 verbunden ist. Die Wicklung 5,-die Brücke und die Kondensatorplatte 6 sind auf dem rotiewenden Körper angeordnet, dessen Rotationsachse schematisch durch die Linie 7 dargestellt ist. Die rotiuenende Wicklung 5 ist mit ieiner stillstehenden Wicklung 8 magnetisch gekoppelt. Diese Wicklung 8 ist mit einem Kondensator 15 parallel geschaltet, um ieinen auf ,die Frequenz der Spannungsquelle abgestimmten Resonanzkreis zu bilden. Die Wicklungen 5 und 8 sind koaxial und nebeneinander angeordnet. Die Wicklung 8 ist mit einer Wechselspannungsquelle 9 verbunden. Eine zweite zylindrische Kondensatorplatte 10, welche die erste Platte 6 umgibt, ist mit dem Empfangsgerät 11 verhunden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut, wenn die rotierende elektrische Verbindung an einem Wellenstumpf angeordnet ist, da die Spulen leicht um den Kondensator gebaut werden können. The AC bridge shown in Fig. 1 consists of two resistors 1, 2 and two variable coils 3, 4. A diagonal of the bridge is smaller Winding 5 connected, while the other diagonal on the one hand to earth and on the other hand is connected to a cylindrical capacitor plate 6. The winding 5, -the bridge and the capacitor plate 6 are arranged on the rotating body, its axis of rotation is shown schematically by line 7. The rotating winding 5 is with A stationary winding 8 is magnetically coupled. This winding 8 is with a capacitor 15 connected in parallel in order to reduce the frequency of the voltage source to form a coordinated resonance circuit. The windings 5 and 8 are coaxial and side by side arranged. The winding 8 is connected to an AC voltage source 9. One second cylindrical capacitor plate 10 surrounding the first plate 6 is connected to the receiving device 11. This embodiment is particularly suitable good if the rotating electrical connection is arranged on a stub shaft is because the coils can easily be built around the capacitor.

Die Arbeitsweise dieser elektrischen Meßvorrichtung ist folgende: Die durch die Wechselspannungsquelle 9 gespeiste Brücke lenthält zwei variable Induktivitäten, welche von einer zu messenden Größe so abhängig sind, daß, Wenn eine derselben größer, die andere kleiner wird. Vorzugsweise stehen die Induktivitäten und die zu messende Größe in einer hyperbolischen Beziehung zueinander, so daß die Amplitude der zwischen der Kondensatorplatte 6 und der Erde entstehenden Wechselspannung proportional zu dieser Meßgröße ist. Diese in ihner Amplitude durch die zu messende Größe modulierte Spannung wird durch den Kondensator 6, 10 zum Empfangsgerät 11 geführt, welches Gerät 11 eine Schaltung zur Demodulation der erwähnten modulierten Spannung enthält. Zweckmäßig können eine oder mehrere Verstärkungsstufen vor der Demodulationsstufe vorgesehen werden. In der Regel wird die im Empfangsgerät demodulierte Spannung auf irgendeinen Anzeige- oder Registrierapparat übertragen. The operation of this electrical measuring device is as follows: The bridge fed by the AC voltage source 9 contains two variable inductances, which are so dependent on a quantity to be measured that, if one of them is larger, the other is getting smaller. The inductances and those to be measured are preferably located Size in a hyperbolic relationship to each other, so that the amplitude of the between the capacitor plate 6 and the earth generated alternating voltage proportional to this measurand is. This was modulated in its amplitude by the variable to be measured Voltage is passed through the capacitor 6, 10 to the receiving device 11, which Device 11 contains a circuit for demodulating the aforementioned modulated voltage. One or more amplification stages can expediently be used before the demodulation stage are provided. Usually the voltage demodulated in the receiving device transferred to any display or recorder.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Awsführungsform unterscheidet sich von der obenewähnten Ausführung-sform durch eine Kondensatorkopplung zwischen der Brücke und den Apparaten g und 11. The Awsführungform shown in Figs. 2 and 3 differs differs from the above-mentioned embodiment through a capacitor coupling between the bridge and apparatus g and 11.

Jeder Kondensator besteht aus zwei gleich großen Ringscheiben, deren eine stillstehend und die andere rotierend angeordnet ist. Die Kondensatorplatten 12, 12', I3, 13', I4, I4 sind konzentrisch zur Rotationsachse 7 und stehen einander paarweise gegenüber. Die Spannungsquelle 9 ist mit den stillstehenden Kondensatorplatten I2' und I3' und die gespeiste Diagonale der Brücke mit den entsprechenden Kondensatorplatten 12 und 13 verbunden.Each capacitor consists of two ring disks of the same size, whose one is stationary and the other is rotating. The capacitor plates 12, 12 ', I3, 13', I4, I4 are concentric to the axis of rotation 7 and are mutually exclusive in pairs opposite. The voltage source 9 is with the stationary capacitor plates I2 'and I3' and the fed diagonal of the bridge with the corresponding capacitor plates 12 and 13 connected.

Die zweite Diagonale der Brücke ist einerseits mit der Erde und andererseits mit der rotierenden ringförmigen Platte 14 verbunden. Die entsprechende stillstehende Platte 14' sbeht mit dem Empfangsgerät 11 in Verbindung. Selbstverständlich ist es unbedingt nötig, daß die rotierenden und stillstehenden Kondensatorplatten parallel zu einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene liegen, so daß die Rotation des Körpers keine unerwünschten Kopplungskapazitättsänderungen hervorrufen kann.The second diagonal of the bridge is on the one hand with the earth and on the other hand connected to the rotating annular plate 14. The corresponding stationary Plate 14 'is in connection with receiving device 11. It goes without saying it is absolutely necessary that the rotating and stationary capacitor plates are parallel lie to a plane perpendicular to the axis of rotation, so that the rotation of the body cannot cause undesired changes in coupling capacitance.

Um die Erdung zwischen der zweiten Diagonale der brücke und dem Empfangsgerät auszuschalten, könnte man einen vierten Kopplunlgskondensator vorsehen. About the grounding between the second diagonal of the bridge and the receiving device to switch off, a fourth coupling capacitor could be provided.

Fig. 4 stellt leine Meßvorrichtung dar, blei welcher -di,e rotierende Brücke durch zwei übertrager mit den stillstehenden Apparaten verbunden ist. Die Verbindung der Brücke mit der Spannungsquelle 9 ist identisch derjienigen gemäß Fig. I. Hier ist jiedoch die zweite Diagonale auch durch zwei magnetisch gekoppelte Spulen 16 und I8 mit dem Empfangsgerät 11 verbunden. Ei;n Kondensator 17 ist mit der rotierenden Spule 16 parallel geschaltet, um leinen Resonanzkreis zu bilden, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz der Quellenamechselspannung ist. Diese Ausführungsform leignet sich z. B. für die Messung der Torsion einer Welle, wenn das zu messende Stück zwischen zwei. Lagern liegt. Die Induktivitäten sind in Funktion der Torsion variabel. Selbstverständlich könnte man auch mit Vorteil variable Kapazitäten anstatt Induktivitäten verwenden. Die Torsion der Welle kann z. B. eine Veränderung des Kondensatorplattenabstandes hervorrufen. Wenn die beiden Platten der Kondensatoren nahe genug aneinanderliegen, so kann eine ganz kleine Änderung des Plattenabstandes eine ziemlich große Kapazitätsänderung bewirken. Fig. 4 shows leine measuring device, lead which -di, e rotating Bridge is connected to the stationary apparatus by two transformers. the The connection of the bridge to the voltage source 9 is identical to that according to FIG Fig. I. Here, however, the second diagonal is also through two magnetically coupled Coils 16 and I8 are connected to the receiving device 11. Ei; n capacitor 17 is with the rotating coil 16 connected in parallel to form a resonant circuit, whose resonance frequency is equal to the frequency of the AC source voltage. These Embodiment is leignet z. B. for measuring the torsion of a shaft, if the piece to be measured between two. Storage lies. The inductances are in function the torsion variable. Of course, variable capacities could also be used to advantage instead of using inductors. The torsion of the shaft can, for. B. a change of the capacitor plate spacing. When the two plates of the capacitors are close enough to each other, so a very small change in the distance between the plates cause quite a large change in capacitance.

In diesem Fall ist les auch zweckmäßig, zwei Kapazitäten zu verwenden, welche mit der zu messenden Größe in einer hyperbolischen Beziehung stehen, SO daß einer Zunahme einer Kapazität eine Abnahme der anderen Kapazität entspricht. In this case it is also advisable to use two capacities, which are in a hyperbolic relationship with the quantity to be measured, SO that an increase in one capacity corresponds to a decrease in the other capacity.

Wenn die zu messende Größe Schwingungen enthält, muß die Frequenz der Quellenvechselspannung mindestens viermal so groß sein wie die höchste Frequenz dieser Schwingungen. Je höher andererseits die Speisespannungsfrequenz ist, desto kleiner können die Kopplungselemente gebildet werden. Wenn z. B. Kondensatorenkopplungen verwendet werden, so muß die Frequenz der Speisespannung mindestens gleich 20 kHz sein, damit die Kondensatoren praktisch noch herstellbar sind. If the quantity to be measured contains vibrations, the frequency must the source alternating voltage must be at least four times as great as that highest Frequency of these vibrations. On the other hand, the higher the supply voltage frequency is, the smaller the coupling elements can be formed. If z. B. Capacitor couplings are used, the frequency of the supply voltage must be at least 20 kHz so that the capacitors are still practically producible.

Wenn die Kopplung magnetisch durch übertrager ausgeführt wird, können die Spulen mit einem magnetischen Kern ausgerüstet werden, so daß die Brücke mit tieferen Frequenzen gespeist werden kann.If the coupling is carried out magnetically through a transformer, you can the coils are equipped with a magnetic core, so that the bridge with lower frequencies can be fed.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Electrical, for measurements on rotating bodies provided measuring device, characterized in that it consists of a rotating on the AC bridge attached to the body, which has two impedances (3, 4), which are in a hyperbolic relationship with a quantity to be measured and in opposite sense vary, the bridge with an AC voltage source 89) and a receiver (11) is constantly coupled by force fields.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the Coupling takes place by means of a magnetic field and an electric field.

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that at least one connection is made through a transmitter.

4. Measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that that the transformer has two windings (5, 8 or I6, I8) which are next to each other and are arranged coaxially, leash of the same (8 or I8) stationary and the other (5 or 16) is arranged to rotate.

5. Measuring device according to claim 1 to 4, characterized in that that the two windings are arranged coaxially to form a magnetic core.

6. Measuring device according to claim 1 to 4, characterized in that that at least. a winding (8 or 16) of the transformer with a capacitor (15 or 17) to adjust the resonance circuit to the frequency of the voltage source (9) is connected in parallel.

7. Measuring device according to claim 1 to 4 and 6, characterized in that that a diagonal of the bridge with the voltage source (9) and the second diagonal is connected to the receiving device (11) through a transmitter.

8. Measuring device according to claim I or 2, characterized in that that at least one connection consists of a capacitor (6, 1 o) whose plates (6, 1 o) are formed by two coaxial cylinders (6, 10), one of which (10) is stationary and those of the other (6) is arranged to rotate.

9. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that at least one connection consists of a capacitor whose plates are through annular disks of approximately the same size are formed, one of which is stationary and the other is arranged to rotate.

10. Measuring device according to claim I and 9, characterized in that that several connections consist of capacitors (12, 12 '; 13, 13'; 14, 14 '), wherein the plate pairs of the capacitors are arranged concentrically to one another.

11. Measuring device according to claim 1, 3 to 6 and 8, characterized in that that a transformer (5, 8) fine diagonal of the bridge with the voltage source (g) connects, while the second Diagonal'e on the one hand with the mass of the rotating Parts and on the other hand worse a capacitor (6, 1 o) with the asymmetrical input of the receiving device (11) is connected.

12. Measuring device according to claim 1 and 3 to 6, characterized in that that the variable impedances of the bridge are formed by inductances.

13. measuring device according to claim 1 and 3 to 6, characterized in that that the variable impedances of the bridge are formed by capacitances.

Referenced publications: German patent specification No. 708 830.