DE2000854A1 - Elektrische Messvorrichtung - Google Patents

Description

The Bendix Corporation

Bendix Center München, 8. Januar 1970

Southfield, Michigan 48075, USA Anwaltsakte M-979

Elektrische Meßvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Meßvorrichtung umfassend einen stationären Teil mit einem primären Schenkel, um den eine Eingangswicklung gewickelt ist und mit symmetrisch um den primären Schenkel angeordneten sekundären Schenkeln, um die Ausgangswicklungen gewickelt sind, und einen drehbaren Anker, der bei symmetrischer Stellung zu den sekundären Schenkeln eine Nullage und bei unsymmetrischer Stellung zu den sekundären Schenkeln eine Ausgangslage einnimmt. Solche Meßvorrichtungen bezeichnet man auch als Pickoffs. i

Viele elektronische Steuer-, Anzeige- und Meßeinrichtungen verwenden elektrische Meßvorrichtungen. Für viele Anwendungsfälle dieser Einrichtungen, die eine elektrische Meßvorrichtung verwenden, ist erforderlich, daß sowohl die Amplitude ale auch das Vorzeiohen dee Auegangssignale der Meßvorrlohtung kennzeichnend für den asu messenden Zustand sein soll. Daher weist eine be kannte elektrieohe Meßvorriohtung einen stationären und einen drehbaren Teil auf. Der stationäre Teil let ein eymmetrleoher

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magnetischer Kreis, der eine Eingangswicklung und mindestens eine Ausgangswicklung besitzt. Der drehbewegliche Teil ist so angeordnet, daß in seiner Nullage der stationäre magnetische Kreis ausgeglichen ist und an der Ausgangswicklung kein Ausgangssignal auftritt. Die Bewegung des drehbeweglichen Teils oder des Ankers infolge eines gemessenen Zustande führt zu einem Ungleichgewicht im magnetischen Kreis. Die Höhe und das Vorzeichen dieser Abweichung ist proportional der Ausgangsspannung der Vorrichtung. Diese Ausgangsspannung wird daher als Steuer- oder als Anzeigesignal verwendet. Da eine Vorrichtung dieser Art eine Nullage erfordert, ist die ursprüngliche Einstellung sehr kritisch. Die Schwierigkeiten bei dieser Einstellung haben sehr teuer herzustellende und zu justierende Meßvorrichtungen zur Folge, was ein erheblicher Mangel dieser Vorrichtungen darstellt. Ein anderer Mangel dieser Vorrichtungen liegt in ihrer Unempfindlichkeit. Derartige Vorrichtungen liefern gewöhnlich ein Ausgangssignal von ungefähr ein Volt bei 30° Drehung des Ankers aus der Nullage. In manchen Fällen ist der Anker bei einer Drehung oberhalb von 5° aus der Nullage gehemmt. Die höchste Ausgangsspannung, die deshalb erreichbar ist, ist weniger als 1/2 Volt. Entsprechend muß die Einrichtung, die die Ausgangsspannung verwertet, äußerst empfindlich und verhältnismäßig störungsfrei sein. Dadurch wird der Aufwand einer Steuereinrichtung erheblioh vergrößert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Meflvorriohtung zu sohaffen, bei der dieser Nachteil vermieden wird.

r Bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabej

daduroh gelöst, daß der Anke* so ausgebildet ist, daß er !

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lediglich eine Symmetrieachse besitzt, und daß die Symmetrieachse mit der Symmetrieachse des stationären Teils zusammenfällt, wenn der Anker sich in der Nullage befindet.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile dar.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zum Stand der Technik

gehörenden elektrischen Meßvorrichtung; ä

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Die zum Stand der Technik gehörende Anordnung in Fig. 1 besteht aus einem stationären Teil und einem drehbaren Anker. Der stationäre Teil bildet einen magnetischen Kreis und besteht aus einem Primärschenkel 11 und zwei Sekundärschenkeln 12 und Ij5. Der Primärschenkel 11 und die Sekundärschenkel 12 und 13 sind durch einen senkrecht verlaufenden Abschnitt 14 miteinander verbunden. Sämtliche Abschnitte 11 bis 14 des stationären Teils bestehen aus magnetisch-leitendem Material.

Um den mittleren Schenkel 11 ist eine Primärwicklung 15 gewickelt, an deren Eingangsklemmen 18, 19 eine Eingangswechselspannung angeschlossen ist. Eine erste Sekundärwicklung 16 ist um den Sekundärschenkel 12 und eine Identische Sekundärwicklung 17 ist um den zweiten Sekundärschenkel IJ gewickelt. Die Sekundärwicklungen 16 und 17 sind in Reihe geschaltet, wobei ihre entsprechen^ den Enden 21 und 22 Ausgangsleitungen einer Anzeigevorrichtung

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bilden. Die Wicklungen 16 und I7 sind gegensinnig gewickelt, so ! daß in ihnen entgegengesetzt gerichtete Spannungen induziert werden. Zwischen den Sekundärschenkeln 12 und 13 ist ein um eine Achse 24 drehbar gelagerter Anker 23 angeordnet. Der Anker 23 besitzt zwei Pole 26 und 27, die so ausgebildet sind, daß der Anker 23 um zwei Achsen symmetrisch ist. Der Anker 23 bildet mit dem stationären Teil der Anzeigevorrichtung zwei Luftspalte 28 und 29 zwischen dem Pol 26 und den Sekundärschenkeln 12 und 13.

Bei der ursprünglichen Herstellung der Anzeigevorrichtung ist der Anker 23 so angeordnet, daß an den Ausgangsleitungen 21 und 22 kein Ausgangssignal entsteht. Dazu ist erforderlich, daß der Anker genau zwischen den Sekundärschenkeln 12 und 13 zentriert ist, um die beiden Seiten des magnetischen Kreises in Oleichgewicht zu halten. Diese Einstellung 1st sehr kritisch und äußerst schwierig zu erreichen.

Im Betrieb wird der Anker 23 in irgendeiner Weise gedreht. Zum Beispiel kann eine Drehbewegung des Ankers 23 durch eine Winkelbewegung eines mechanischen Teils einer Anordnung hervorgerufen werden, so daß das Ausgangssignal der Anzeigevorrichtung eine Funktion der Winkelbewegung des mechanischen Teils 1st. Ss gibt eine Anzahl von Anordnungen, bei denen entweder die zum Stand der Technik gehörende oder die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung

verwendet werden kann. Hierfür 1st eine weitere Beschreibung nicht erforderlich. Bei einer Drehung des Ankers beispielsweise in Uhrzeigersinn wandert der Pol 26 vom gegenüberliegenden Sekundärsohenkel 12 fort. Entsprechend vergrößert eloh der Luftspalt 28

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und damit der magnetische Widerstand dieses Teils des magnetischen Kreises. Dieselbe Drehung des Ankers 23 verursacht eine Annäherung des Pols 26 zum Sekundärschenkel 13* Entsprechend verringert sich der Luftspalt 29 um den gleichen Betrag, um den der Luftspalt 28 sich vergrößert hat. Als Ergebnis verringert sich der magnetische Widerstand zwischen dem Pol 26 und dem Sekundärschenkel 135. Auf diese Welse ist der magnetische Kreis

re -aus dem Gleichgewicht, was zu einer höhesi induzierten Spannung in der Wicklung 17 führt als in' der Wicklung 16. Die Spannungsabweichung zwischen den beiden Wicklungen kann zur Betätigung einer Steuerungs- oder Anzeigeanordnung verwendet werden, in dem die Vorrichtung angeordnet ist. Beispielsweise können die Ausgangsklemmen 21 und 22 mit einem Gleichrichter verbunden sein, der seinerseits an eine Messvorrichtung angeschlossen ist. Bei einem anderen Beispiel können die Ausgangsklemmen über einen Verstärker an einen Servomotor angeschlossen sein, so daß die Richtung und Drehzahl des Motors eine Funktion des Ungleichgewichts des magnetischen Kreises sind. Eine erfindungsgemäße AusfUhrungsform der Meßvorrichtung ist in Flg. 2 gezeigt. I Bei dieser Anordnung weist der stationäre magnetische Kreis Schenkel 11, 12 und 13 auf, die mit Wicklungen 13» 16 und 17 in j der gleichen Art wie bei der Anordnung naoh Fig. 1 umwickelt sind. Die Auebildung des Ankers 13 ist Jedooh wesentlioh ver schieden von der Auebildung des Ankers 23 in der Anordnung gemäß

I 71g. 1. Der Anker 30 ist so ausgebildet, dafi er, wie in Fig.

gezeigt, nur iymmetriech um eine eenkreohte Achse ist. Dies ist der Unteriohied zum Anker 23, der gowohl eine horizontale als auoh ein· vertikal· Symraetrieaohge besitzt. Der Anker 30 dreht

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sich um die Achse 24. Der obere Teil des Ankers 30 ist so ausgebildet, daß den Sekundärschenkeln 12 und 13 zwei flache Seiten 32 und 33 gegenüber liegen. Die Länge dieser Seitenflächen 32 und 33 sind so gewählt, daß eine stärkere magnetische Kopplung mit den Sekundärechenkeln 12 und 13 entsteht als bei der Anordnung nach Pig. 1. Entsprechend führt eine Änderung in der Länge der Luftspalte 37 und 38 zu einer stärkeren Änderung im magnetischen Widerstand, wenn der Anker sich dreht.

Der Anker 30 weist außerdem einen Schlitz 3I auf, der symmetrisch zur Symmetrieachse des Ankers angeordnet ist. In den Schlitz 31 greift der Primärschenkel 11 ein, so daß sich ein über die ganzen Seiten des Schlitzes 31 erstreckender Luftspalt 36 bildet. Der Luftspalt 36 ist daher becherförmig ausgebildet, wenn der Fühler sich in Nullage befindet. Obwohl eine Drehung des Ankers 30 eine Änderung des Luftspalts 36 entlang den Seiten des Primärschenkels 11 hervorruft, bleibt hingegen der Teil des Luftspalts, der sich zwishen dem Ende des Schenkels 11 und dem Boden des Schlitzes 31 befindet, bei allen Drehbewegungen im wesentlichen konstant. Entsprechend bleibt die magnetische Kopplung zwischen dem Primärschenkel 11 und dem Anker 30 unverändert. Der Schlitz 31 und das Ende des Primärschenkels 11 ist so ausgebildet, daß der Anker 30 eioh freidrehen kann, bis entweder die Seite 32 oder 33 den SekundUtfschenkel 12 oder 13 berühren. In dieser Lage besitzt der magnetische Kreis die größte Abweichung.

Die Einstellung des Ankers 30 in die Nullage ist wesentlich einfacher als bei dem Anker 23. Das rührt daher, daß die ursprüngliohe Einstellung zwar gleiohe Luftspalte 37 und 38 erfordert,

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jedoch die exakte vertikale Lage der Achse 2k von untergeordneter Bedeutung ist. Darin liegt der Unterschied zur Anordnung nach

Fig. 1, bei der eine Einstellung sowohl in eine vertikale Nullin eine
lage als aucl/Winkelnullage erforderlich ist. Die vertikale Lage ist wichtig, da die Größe der Luftspalte 28 und 29 wesentlich die Empfindlichkeit des Fühlers beeinflußt. Die Einstellung des Ankers 30 wird durch den groß&usgebildeten Pol 3^ erleichtert, der am unteren Ende des Acers angeordnet ist. Das Gewicht dieses Poles 34 verursacht von selbst eine vertikale Aufhängung des Ankers 30. Darin liegt der Unterschied zum Stand der Technik f gemäß der Anordnung nach Fig. 1, bei der der Anker 23 zwei Symmetrieachsen aufweist und daher in jeder Winkellage ausgeglichen ist. Ist für einen Anwendungsfall ein gewichtsmäßiger Ausgleich erforderlich, dann wird das geschlitzte Ende des Ankers 30 ausreichend beschwert.

Bei beiden Anordnungen wird auf die Klemmen 18 und 19 ein Wechselstrom gegeben. Infolge gleich großer und entgegengesetzt gerichteter Wechselspannungen, die in den Sekundärwicklungen 16 λ und 17 induziert werden, entsteht ein magnetisches Gleichgewicht, so daß das Ausgangssignal der Anordnung Null ist. Eine Änderung in der Winkellage des drehbaren Ankers zeigt sich durch eine Änderung der Amplitude und Phase des Ausgangssignals an.

Die elektrische Meßvorrichtung gemäß der Erfindung weist eine hohe elektrische Empfindlichkeit auf, denn die Empfindlichkeit > beträgt etwa ein Volt Ausgangsspannung bei 5° Drehung des Ankers,

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Claims (7)

Patentansprüche

1.j Elektrische Meßvorrichtung umfassend einen stationären Teil mit einem primären Schenkel, um den eine Eingangswicklung gewickelt ist und mit symmetrisch um den primären Schenkel angeordneten sekundären Schenkeln, um die Ausgangswicklungen gewickelt sind, und einen drehbaren Anker, der bei symmetrischer Stellung zu den sekundären Schenkeln eine Nullage und bei unsymmetrischer Stellung zu dem Schenkel eine Ausgangslage einnimmt« dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) so ausgebildet ist, daß er lediglich eine Symmetrieachse besitzt, und daß die Symmetrieachse mit der Symmetrieachse des stationären Teils (14) zusammenfällt, wenn der Anker (30) sich in der Nullage befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) zwei parallele Seitenflächen (32, 23) aufweist, die an die sekundären Schenkel (12, 13) angrenzen und mit diesen im wesentlichen gleichgroße Luftepalte (37, 38) bilden, wenn der Anker (30) in der Nullage ist und mit diesen unterschied-

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lieh große Luftspalte bilden, wenn der Anker (30) in einer Ausgangslage ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) eine Ausnehmung (31) aufweist, die symmetrisch um den primären Schenkel (11) angeordnet ist, wenn der Anker (30) sich in der Nullage befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (31) dem Endteil des primären Schenkels (11) " kongruent ist und daß das Ende des primären Schenkels (11) vom Boden der Ausnehmung (31) durch einen Luftspalt (36) getrennt ist, der bei allen Lagen des Ankers (30) im wesentlichen gleich bleibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) eine Unwuchtmasse (34) aufweist, die der Ausnehmung (31) diametral gegenüber und um die Dreh achse (24) des Ankers (30) herum angeordnet ist. (

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (30) einen den magnetischen Fluß ändernden Teil und einen Lageteil (34) aufweist, die einander diametral gegenüber und um die Drehachse (24) des Ankers (30) herum angeordnet sind, daß der den Fluß ändernde Teil zumindest teilweise zwisohen den sekundären Sohenkeln (12, 13) angeordnet ist, und d*fi der Lageteil (34) ein größeres Oewioht besitzt als der dtn Fluß ändernde Teil«

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Fluß&ndernde Teil zwei parallele Seitenflächen (32, 33) aufweist, die mit den sekundären Schenkeln (12, 13) zwei Luftspalte (37* 38) bilden, die im wesentlichen gleich sind, wenn der Anker (30) sich in der Nullage befindet, und daß der den Pluß ändernde Teil eine Ausnehmung (31) aufweist, in die das Ende des primären Schenkels (11) eingreift und einen becherförmigen Luftspalt (36) bildet.

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