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Dämpfungseinrichtung für Meßgeräte
Ein mit Masse behafteten gefesseltes
Meßsystem stellt ein schwingungsfähiges Gebilde dar. Um in jedem Augenblick eine
ruhige Darstellung des MeB-wertes durch ein Anzeigeglied oder durch ein Steuerglied
in erzielen, werden diese Systeme mit Dämpfungsvorrichtungen ausgestattet ZlU dem
Zweck, die Schwingungsenergie des Systems in möglichst kurzer Zeit zu vernichten.
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An derartigen Dämpfungsvorrichtungen werden eine Reihe von Forderungen
gestellt, deren wichtigste die nach einer möglichst großen Dämpfung ist. Die Dämpfungsvorrichtung
soll ferner möglichst wenig vergrößern Die bekannten Luft- und Öldämpfungen, die
als Kolbendämpfungen oder Flügeldämpfungen aiusgeführt werden, vermögen die erwähnten
Forderungen nicht gleichzeitig zu erfüllen. Bei guter Dämpfungswirkung ist immer
nocb eine beträchtliche Reihung vorhanden, und außerdem bringen sie stets eine nicht
unbeträchtliche Zunahme des T,rägheitsmomentes sowie des erforderlichen Geräteraumes.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Dämpfungsvorrichtung, die die vorerwähnten
Forderungen gleichzeitig in besonders einfacher Weise zu erfüllen vermag und geeignet
ist für Meßgeräte, bei denen der Meßwert mit Hilfe einer durch das Gerät steuerbaren
Schaltvorrichtung, eines sogenannten Abgriffe, in eine elektrische Größe Umformbar
ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Dämpfung des zu
dämpfenden
Gerätegliedes mit Hilfe eines mit diesem. Glied gekuppelten elektrieschen Krafterzeugers
in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der den Meßwert darstellenden elektrischen
Große bewirkt.
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In der zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Beim
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist als Meßsystem ein Pendel I vorgesehen mit einer
Pendelmasse 2, die an einem Arm 3 befestigt ist, der um eine Achse 4 drehbar gelagert
ist. Das Pendel ist durch die Beschleunigungskräfte an seine Nullage gefesselt.
Die Pendelausschläge werden mit Hilfe einer Potentiemeteranordnung 5 in eine elektrische
Spannung umgeformt. Hierzu ist mit dem Pendelarm 4 ein Schwenkamm 6 verbunden, der
an seinem freien Ende einen Schleifer 7 aufweist, der auf dem Potentiometerwiderstand
8 schleift. Die dem jeweiligen Meßwert entsprechende Spannung wird in dem Gerät
9 dargestellt, das ein Anzeigegerät oder auch ein Steuergerät sein kann das z. B.
in einer Regel- und Steuereinrichtung ein Regelglied betätigt oder selbst das Regelglied
ist.
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Die Dämpfungskraft wird von einem elektrischen bzw. elektromagnetischen
Krafterzeuger 10 geliefert, bei welchem eine Spule 11 in dem homogenen Magnetfeld
eines permanenten oder elektrisch erregten Magneten 12 beweglich ist. Die Spule
ist über den Schwenkarm 13 mit dem Pendelarm 3 fest verbunden. Die Spule 11 ist
über einen Kondensator 14 an das Potentiometer 5 angeschlossen. Bei einer durch
einen Ausschlag des.
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Pendels bedingten Auslenkung des Schleifers 7 auf dem Widerstand 8
fließt über den Kondensator 14 ein Strom, der der zeitlichen Änderung der Potentiometerspannung
und daher im wesentlichen der Meßgeschwindigkeit des Gerätes verhältig ist.
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Dieser Strom erzeugt mittels der Spule 11 eine Dämpfungskraft, welche
der Bewegung des Meßsystems entgegenwirkt und auf diese Weise die Schwingungsenergie
des Systems vernichtet. Da der Kondensatorstrom der Abgriffsspannung um 90° vorauseilt,
wird durch diesen Strom eine Dämpfungskraft erzeugt, die mit der Geschwindigkeit
des Systems in Phase liegt. Die Dämpfung ist daher geschwindigkeitsproportional
Der Krafterzeuger arbeitet ohne gelagerte oder mechanisch geführte Teile, also praktisch
rebiungsfrei. Die Dämpfungsspule besitzt einen außerordentlich geringen Raum- und
Gewichtshedarf, so daß das Trägheitsmoment des Systems nur ganz unwesentlich vergrößert
wird.
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Der Kondensatorstrom besitzt eine Voreilung um 90° gegenüber der
Abgriffsspannung nur dann, wenn keim Ohmscher Widerstand im Stromkreis vorhanden
ist. Wenn der Stromkreis dagegen Ohmschen Widerstand besitzt, wird der Voreilwinkel
kleiner als 90°, und zwar um so mehr, je größer der Ohmsche Widerstand und je grßer
die Schwingfrequenz des Systems ist. Den die Dämpfungsspule durchfließenden Kondensatorstrom
kann man sich in zwei Komponenten zerlegt denken, von denen die eine der Abgriffsspannung
um genau 90° vorauseilt und mit Hilfe der Spule 11 eine Dämpfungskraft erzeugt,
die mit der Geschwindigkeit des Systems in Phase ist. Die zweite Komponente dagegen
liegt in Phase mit der Abgriffsspannung und erzeugt mittels der Spule II eine Kraft,
die zu der bereits vorhandenen Fesselung des Systems eine zusätzliche Fesselungskraft
bewirkt.
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Der Vektor des Kondensatorstromes bewegt sich bei der Danstellung
in Polarkoordinaten auf einer halbkreisförmigen Ortskurve. Die Komponente der zusätzlichen
Fesselung nimmt daher anfangs wenig zu, erreicht im Scheitel der Ortskurve ein Maximum
an Zunahme, um dann für noch höhere Frequenzen nurmehr eine geringe Zunahme zu erfahren.
Für ein in der vorbeschriebenen Weise gedämpftes Meßgerät ergibt s'ioh daraus die
Eigentümlichkeit, daß die Eigenfrequenz im aperiodiischen und überaperiodischen
Zustand erheblich über der Eigenfrequenz des ungedämpften Zustandes liegt. De hierhei
erzielten Eigenfrequenzen können ein Vielfaches der Eigenfrequenz ohne Dämpfung
betragen.
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Die Eigenfrequenzen sind, wie erwähnt, von der Ohmschen Komponente
des die Spule des Krafterzeugers durchfließenden Dämpfungsstromes abhängig. Diese
Komponente ist mit Hilfe eines dem Kondensator 14 nachgeschalteten Ohmschen Regelwiderstandes
15 veränderbar, so daß sich mit diesem Widerstand eine gewünschte Eigenfrequenz
des gedämpften Gerätes erzielen läßt.
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Der elektrische bzw. elektromagnetische Krafterzeuger kann gleichzeitig
zur elektrischen.
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Fesselung des Gerätes benutzt werden. Ein Ausführungsbeispiel zeigt
Fig. 2, bei welchem als Meßgerät ein Kreisel 21 vorgesehen ist, der nur einen vollen
Freiheitsgrad besitzt Die Achse 22 stellt, wie bei einem Wendezeigerkreisel, die
Präzessionsachse des Kreisels dar. Mit der Achse 22 sind wiederum zwei Schwenkarme
23 und 24 verbunden, von denen der erste über einen Schleifer 25 mit dem Widerstand
26 einer Potentiometer anordnung 27 im Eingriff steht, während an dem Arm 24 die
Dämpfungsspule 28 befestigt ist, die wiederum in dem homogenen Magnetfeld eines
permanenten oder elektrisch erregten Magneten 29 des elektromagnetischen Krafterzeugers
30 verstellbar ist.
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Die Anzeige der an der Potentiometeranordnung 27 abgegriffenen Spannung
erfolgt mit Hilfe des Gerätes 31.
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Die Dämpfungsspule 28 liegt einerseits über die Reihenschaltung des
Ohmschen Widerstandes 32 und des Kondensators 33 und andererseits unmittelbar über
einen Ohmschen Regel widerstand 34 an dem Potentiometer 27. Die Spule 28 ist infolgedessen
durch einen Strom erregt, der der am Potentiometer 27 abgegriffenen Spannung verhältig
ist und mit ihr in Phase liegt. Die Größe dieses Stromes ist durch den Widerstand
34 einstellbar.
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Dieser mit der Abgriffsspannung in Phase liegende Strom bewirkt eine
elektrische Fesselung des Gerätes. Zu dieser Fes'sel'ung kommt eine zusätzliche
Fesselung, die durch die Ohmsche Komponente des in der Spule 28 fließenden Kondensatorstromes
erzeugt wird. Diese Ohmsche Komponente ist mit
Hilfe des Regelwiderstandes
32 veränderlich. so daß dadurch in der vorbeschriebenen Weilse die Eigenfrequenz
des Gerätes beeinflußt werden kann.