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Elektrische Meßanordnung
Die Erfindung- bezieht sich auf eine Meßanordnung,
bei welcher zur Messung z. B. derDicke von Körpern die Stärke eines magnetischen
Flusses in Abhängigkeit der Dicke des zu messenden Körpers verändert wird.
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Bei einer Art dieser mit Wechselstrom arbeitenden Meß anordnungen
werden mehrere mit Wechselstrom gespeiste Erregerspulen angewendet, wobei die Ausführung
derart ist, daß bei Verlagerung eines Meßorgans aus einer Mittelstellung der Fluß
der einen Spule absinkt und der anderen Spule ansteigt. Der Unterschied beider Größen
ist das Äquivalent der Verlagerung des Meßorgans bzw. der Dicke des zu messenden
Gegenstandes. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit solcher magnetelektrischen Meßanordnungen
wendet man höhere Frequenzen und auch Verstärker, z. B. Röhrenverstärker, an.
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Es ist weiter eine Meßanordnung bekanntgeworden, bei der eine mit
Wechselstrom gespeiste Wicklung bei der Messung von dem Feld eines Dauermagneten
beeinflußt wird. Die Erfindung betrifft eine magnetelektrische Meßanordnung, deren
Meßsystem von einem magnetischen Gleichfluß beeinflußt wird, deren Empfindlichkeit
jedoch gegenüber den bekannten Meßanofdr;ungell größer ist, ohne daß besondere Verstärker
oder eine erhöhte Frequenz angewendet werden muß. Gemäß der Erfindung wird dies
dadurch erreicht, daß das Meßsystem eine oder mehrere sättigbare Drosseln ent-
hält
und daß das oder die Drosseleisen von einem Gleichfluß beeinflußt wird bzw. werden,
dessen Größe vom Strom oder der Spannung der Drossel abhängig ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das Meßsystem eine
sättigbare Drossel, deren Eisen von dem magnetischen Gleichfluß eines Dauermagneten
in Abhängigkeit der mechanischen Meßgröße durchflossen wird. Der von einem Dauermagneten
herrührende Fluß wird in bezug auf den Wechselfluß vorteilhaft an einer neutralen
Stelle des Drosseleisens eingeführt. Durch Anwendung eines Drosselkernes aus einem
Eisen mit geeigneter Sättigungskennlinie läßt sich ähnlich wie bei magnetischen
Verstärkern eine wesentliche Änderung des Wechselstromes bei kleinen Änderungen
des magnetischen Gleichflusses erzielen, d. h. Verlagerungen des Meßorgans rufen
eine größere Wechselflußänderung hervor als bei den bekannten magnetelektrischen
Meßeinrichtungen.
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Die Wirkungsweise ist ähnlich wie bei den bekannten magnetischen Verstärkern.
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Der Wechselstrom der Drossel kann entweder unmittelbar zur Messung
benutzt werden oder einer Brückenschaltung zugeführt werden, wobei der Wechselstrom
vorteilhaft in einen Gleichstrom umgewandelt wird und die Brücke selbst oder eine
in den Meßkreis eingeführte Spannung in Abhängigkeit der Speisespannung zum Ausgleich
von Netzspannungsschwankungen benutzt werden kann.
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An Stelle der Anwendung einer einzigen Drossel kann das Meßsystem
zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit auch zwei Drosseln aufweisen, und der
magnetische Gleichfluß kann bei der Verlagerung des Meßorgans aus einer Mittel-
oder neutralen Lage zur Anderung des Stromes der einen Drossel in Richtung einer
Erhöhung und bei der anderen Drossel in Richtung einer Verringerung des Stromes
angewendet werden. Beide Drosselspulen lassen sich in vorteilhafter Weise als Zweige
einer Brückenschaltung anwenden.
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Soll die Empfindlichkeit noch weiter getrieben werden, dann kann
außer den angegebenen Mitteln noch von einer höheren Frequenz als der Netzfrequenz>Gebrauch
gemacht werden.
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Die Erfindung ist in den Fig. I bis 5-beispielsweise dargestellt.
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In Fig. I stellt -2 ein Drosseleisen und 3 einen Anker dar. Letzterer
steht mit einer Meßstange 4 in Verbindung, die mittels einer Feder 5, welche gegen
einen Flansch 6 drückt, gegen das auf einer Grundplatte 7 liegende Werkstück 8 gedrückt
wird, dessen Dicke gemessen werden soll. Das Drosseleisen ist mit einer Drosselwicklung
g versehen, welche über eine Wechselstromquelle IO von einem Wechselstrom erregt
wird. Mit der Drossel 9 ist ein regelbarer Widerstand II iin Reihe geschaltet.
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Die im Widerstand II herrschende Spannung wird über einen Gleichrichter
12 einer weiteren - Wicklung I3 als Gleichstrom zugeführt. Mit dieser Wicklung 13
wird das Drosseleisen 2 zusätzlich durch einen Gleichfluß beaufschlagt, dessen Stärke
von dem durch die Drossel 9 fließenden Strom ah hängig ist.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Wird der Anker 3 verlagert, dann ändern
sich die magnetischen Verhältnisse des Drosseleisens 2, hierdurch ändert sich der
durch den Widerstand II fließende Strom. Der am Widerstand II auftretende Spannungsabfall
bewirkt eine weitere Änderung der magnetischen Verhältnisse im Kern 2, SO daß die
Änderung des Wechselstromes, derdurch das Meßgerät 1 4angezeigt wird, größer ist
als bei nicht vorhandener Sättigungswicklung I3. Die zusätzliche Sättigung durch
die WicklungI3 hat bei Anwendung eines Eisens des Kernes 2 mit einer geeigneten
magnetischen Sättigungskennlinie eine ähnliche Verstärkung zur Folge, wie bei Magnetverstärkern.
Eine weitere erhöhte Wirkung läßt sich erzielen, wenn für den Widerstand Ii ein
solcher mit einer nichtlinearen Charakteristik angewendet wird. Es kann ein strom-
oder aber ein spannungsabbängiger Widerstand sein.
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An Stelle der Änderung des Gleichflusses in Abhängigkeit des durch
die Wicklung 9 fließenden Stromes kann die Beeinflussung auch in Abhängigkeit der
an der Wicklung g herrschenden Spannung erfolgen. Diese Ausführungsform ist in Fig.
2 dargestellt. Der hier verwendete Widerstand II kann ebenfalls ein nichtlinearer
Widerstand sein.
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In Fig. 3 stellt 20 einen Eisenkern dar, dessen Mittelschenkel. mit
einer als Drossel wirkenden Wicklung 21 versehen ist Der Kern ist mit zwei Außenschenkeln
22, 23 zum Rückfluß des Wechselflusses versehen. An zwei neutralen Stellen der Außenschenkel
22, 23 sind Polschuhe 24, 25 angeordnet, denen ein Dauermagnet 26 mit Polschuhen
27, 28 gegenüberliegt. Der Dauermagnet 26 steht über eine Stange 29 mit einem Meßfühler
30 in Verbindung. Die Drossel wird, wie dargestellt, von einer Wechselstromquelle
10 über ein~Meßgerät 14 gespeist. Die Fühlerstange 29 steht unter dem Einfluß einer
Feder 5, welche das Bestreben hat, den Dauermagneten 26 von den Polschuhen 24, 25
wegzuziehen. In dieser Lage, unter Einhaltung eines Luftspaltes zwischen den Polschuhen
24, 25; 27, 28, fließt durch das Meßgerät ein bestimmter Strom. Wird zwischen der
Auflegeplatte 7 und dem Fühler 29 ein Körper 8 zwischengesetzt, dessen Dicke gemessen
werden soll, dann wird die Stange 29 und damit der Dauermagnet 26 zu den Polschuhen
24, 25 bewegt, so daß der Luftspalt verkleinert wird. Dadurch entsteht eine Änderung
der magnetischen Verhältnisse des Eisens des Kernes 20, und es ergibt sich eine
Änderung des durch die Drossel 21 fließenden Stromes. Durch Anwendung eines geeigneten
Eisens mit steilen Sättigungslinien wird hierdurch eine wesentliche Änderung hervorgerufen
und somit eine hohe Empfindlichkeit erzielt Die Empfindlichkeit kann durch weitere
Änderung des magnetischen Gleichflusses erhöht werden, indem der Kern 20 durch die
Wicklung 40 eine Gleichstromvormagnetisierung erhält, die von dem durch die Drossel
fließenden Strom derart - ab-
hängig ist, daß durch Rückwirkung
eine Vergrößerung der Änderung des Ausschlages im Meßgerät I4 bei einer Verlagerung
der Dauermagneten 26 gegenüber den Polschuhen 24, 25 erzielt wird.
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Die Speisung der Wicklung 40 erfolgt über einen Vollweggleichrichter
41 von einem Abgriff 42 eines mit Drosseln 21 in Reihe liegenden Widerstandes II.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Meßsystem werden zwei Drosseln, bestehend
aus den Drosseleisen 45, 46 und den Drosselwicklungen 47, 48 augewendet. Sie sind
ebenfalls an neutralen Stellen mit Polschuhen 49, 50; 5I. 52 versehen. Zwischen
diesen Polschuhen ist - einer Meßstange 53, durch Federn 54, 55 in einet neutralen
Lage gehalten, ein Dauermagnet 56 angeordnét. Beide Wicklungen 47, 48 werden von
einem Wechselstrom durchflossen. Die Wicklungen können in Reihe liegend oder parallel
geschaltet werden. Mit den Wicklungen 47, 48 sind Wicklungen 57, 58 magnetisch gekoppelt,
so daß Änderungen in den Wicklungen 47, 48 auf die Wicklungen 57, 58 übertragen
werden. Zur Messung werden die Wicklungen 57, 58 gegeneinander wirkend geschaltet,
und es wird deren Ausgang einem Meßgerät 59 zugeführt, dessen Anzeige ein Äquivalent
der. Verlagerung der Meßstange 53 ist.
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An Stelle der unmittelbaren Messung durch das Meßgerät 59, welches
vorteilhaft ein Drehspulmeßgerät ist und den MeBstrom vorteilhaft gleichgerichtet
zugeführt erhält, können die Wicklungen 57, 58 wie Fig. 5 zeigt, auch als Zweige
einer Wheatstonschen Brücke derart geschaltet werden, daß im Meßgerät60 der Brücke
ein größter Ausschlag erzielt wird.
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Ähnlich wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, können die Drosseleisen
45, 46 auch zusätzlich vom Drosselstrom oder der Drosselspannung beeinflußt werden,
derart, daß eine Erhöhung der Empfindlichkeit erzielt wird. Auch ist es möglich,
an Stelle der in den Fig. I, 2 und 3 dargestellten unmittelbaren Messung die Drosselwicklung
als einen Zweig einer Wheatstonschen Brücke zu schalten. Hierbei entsteht der Vorteil,
daß die Brücke zum Ausgleich von Netzschwankungen abgenutzt werden kann.
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Die Anwendung des Prinzips des magnetischen Verstärkers bei der Meßlehre
nach der Erfindung ermöglicht eine erhebliche Heraufsetzung der Empfindlichkeit
der Lehre, so daß es bis zu einer gewissen Empfindlichkeit möglich ist, ohne weitere
Verstärker auszukommen. Zur weiteren Höhertreibung der Empfindlichkeit der Lehre
kann weiterhin von der bekannten Tatsache der Anwendung höherer Frequenzen als der
Netzfrequenz Gebrauch gemacht werden.
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Das Prinzip der Erfindung ist als Beispiel zwar nur an einem Dickenmeßgerät
gezeigt, es ist aber selbstverständlich, daß das Prinzip der Erfindung auch bei
anderen Meßgeräten, wie Geräten zur Messung der Oberflächenrauhigkeit, als elektrische