DE2006996A1

DE2006996A1 - Aufnehmer fur geradlinige Bewegungen oder Winkelbewegungen

Info

Publication number: DE2006996A1
Application number: DE19702006996
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Paris Hanet Pierre Enghien Louche Pierre Villeneuve St Ge orges Allard, (Frankreich) M
Original assignee: Allco SA
Current assignee: Allco SA
Priority date: 1970-02-16
Filing date: 1970-02-16
Publication date: 1971-08-26
Also published as: DE2006996B2

Description

Aufnehmer für geradlinige Bewegungen oder Winkelbewegungen Die Erfindung bezieht sich auf Differentlaitransormator-Aufnehmer für geradlinige Bewegungen oder Winkelbewegungen, insbesondere zur Einstellung von Aufzeichnungsgalvanometern, wobei eine mit Nochfrequenzstrom gespeiste Primärwicklung und eine eine Signal spannung liefernde Sekundärwicklung vorgesehen sind, ferner eine der-Wicklungen aus zwei entgegengesetzt verbundenen Spulen besteht und ein mit dem beweglichen Organ, dessen Bewegung aufzunehmen bzw. einzufangen ist, verbundener beweglicher magnetischer Shunt vorgesehen ist.
Galvanometer- zur Aufzeichnung periodischer Vorgänge wobei die Frequenz zwischen 0 und 200 Rz liegt, bestehen im allgemeinen aus einer beweglichen Spule, die sich in einem magnetischen Feld verschiebt und einen Schreibstift mitnimmt.
Dieser Stift bringt auf einem abrollenden Papier eine sichtbare Spur hervor, beispielsweise mittels Farbe oder durch Erwärmung. Das Ende des Stiftes kann eine geradlinige oder gekrümmte Bahn beschreiben. Im ersteren Fall kann die geradlinige Aufzeichnung mit Hilfe eines im Stift eingebauten Mechanismus oder mittels einer Kante erzielt werden, über welche das Papier gezogen wird und auf welcher der Stift reibt.
Gewöhnlich wird der bewegliche Rahmen mittels einer Rückholfeder in Ruhestellung gehalten. Um das Drehmoment dieser Feder zu überwinden muß eine nicht zu vernachlässigende Energie aufgebracht werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann die Feder weggelassen und die Achse des Galvanometers mit einem Aufnehmer für Winkelstellung versehen werden. Dieser Aufnehmer erzeugt eine elektromotorische Kraft, welche eine elektrische titersetzung der Winkelstellung der Feder bzw. des Stiftes darstellt. Diese Spannung wird mit der'aufzuzeichnenden Spannung verglichen. Die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen, d. h. das sogenannte "Fehlersignal" wird verstärkt und in Strom umgeformt, um den beweglichen Rahmen zu speisen.
Bei einem Galvanometer mit einem Aufnehmer für Winkelstellungen wird der Rahmen also lediglich vom Fehlerstrom durchflossen, der vom Unterschied zwischen der tatsächlichen Stellung und der gewünschten Stellung des Rahmens abhängt.
Dieser Strom muß ausreichen, die Reibung und Trägheit des beweglichen Systems zu überwinden. Da die Reibungskräfte gering sind, reicht eine geringe Energie zur Verschiebung der Feder bzw. des Stiftes mit geringer Geschwindigkeit aus. Dagegen werden die Trägheitskräfte größer, äe stärker das bewegliche System beschleunigt wird. Dem Rahmen müssen daher um so stärkere Ströme zugeführt werden, äe höher die aufzuzeichnenden Frequenzen sind. Um beste Ergebnisse zu erzielen, wird das bewegliche System mit minimaler Trägheit ausgestattet und die Verstärkerkette mit Korrekturkreisen versehen.
letztere sollen dem "Fehlersignal" ein der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des beweglichen Systems proportionales Signal hinzufügen. Das Winkelgeschwindigkeitssignal kann gegebenenfalls über einen gesonderten Aufnehmer erhalten werden, der aus einem kleinen beweglichen Rahmen in einem magnetischen Feld besteht.
Es sind Aufnehmer für Winkelstellungen bekannt, welche ein Potentiometer mit geringem Drehmoment aufweisen, wobei eine kreisförmige oder geradlinige Bahn gegeben ist. In letzterem Fall kann die Bahn unkmittelbar unterhalb des Endes des Stiftes angeordnet sein.
Es sind weiterhin Aufnehmer für Winkelstellungen bekannt, welche mit einem Differentialtransformator ausgestattet sind. -DieserTransformator weist drei Spulen auf, die auf drei Kernen angeordnet sind, welche jeweils an einem Ende miteinander verbunden sind. Die beiden äußeren Kerne sind jeweils an ihren anderen Ende durch einen magnetischen Kreis verbunden1 welcher durch einen BuStspalt von einem mit dem mittleren Kern verbundenen Polstück getrennt ist. Der mittleren Spule wird ein Strom-bezuglich der Frequenz der zu messenden Vorgänge hoher Frequenz zugeführt, so daß sich ein magnetisches Feld ergibt, weiches in zwei Felder übergeht, welche elektromotorische Kräfte in den beiden äußeren Spulen hervorrufen, die entgegengesetzt verbunden sind. Die Potent-ialdifferenz zwischen diesen beiden Spulen ist daher null. Wird jedoch ein magnetischer Shunt in dem luftspalt angeordnet, -dann ist die Potentialdifferenz nicht mehr null, sondern vielmehr um so größer; je weiter der Shunt von der Achse des mit dem mittleren Kern verbundenen Polstücks entfernt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist der magnetische Shunt durch eine Eurzschlußwindung ersetzt, welche den magnetischen Kreis umgibt und sich im i14ftspa%t bewegt. Die Windung ruft ein Feld hervor, welches demJenigen Feld entgegengesetzt ist, welches sie durchquert, und ruft eine Schwächung des Feldes in der nächstliegenden Spule hervor.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Differentialtransfórmator-Aufnehmer der eingangs geschilderten Art zu vermitteln, welcher gegenüb-er den bekannten Aufnehmern - verbessert ist. Der erfindungsgemäße Differentialtransformator-AuSnehmer ist gekennzeichnet durch einen derart geschlossenen magnetischen Kreis, daß das von der Primärwicklung erzeugte Feld die Sekundärwicklung vollständig durchfließt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der magnetische Kreis im wesentlichen rechteckig, wobei die beiden Spulen der zweispuligen Wicklung auf zwei gegenüberliegenden Armen des Kreises angeordnet sind, während die zweite Wicklung auf einem der beiden anderen Arme des greises angeordnet ist, parallel zu welchen der Shunt beweglich ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den beigefügten Unteransprüchen drei bis zwölf zu entnehmen.
Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung. anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
In diesen zeigen: Fig. 1 bis 5 jeweils die Ansicht einer anderen dusführungsform des erfindungsgemaßen Aufnehmers Fig. 6 die Ansicht eines Aufnehmers mit doppeltem Differentialtransformator, welcher den Aufnehmern gemäß Fig. 4 und 5 äquivalent ist Fig. 7 die Ansicht einer anderen Busführungsform des erfindungsgemaßen Aufnehmers; Fig. 8 die perspektivische Darstellung eines Galvanometers mit beweglichem Rahmen, der mit einem erfindungsgemäßen Aufnehmer ausgestattet ist.
Der in Fig. 1 wiedergegebene Aufnehmer besteht aus einem geschlossenen magnetischen Kreis 1, auf welchem eine Primärspule 2 und zwei identische Sekundärspulen 3 und 4 angeordnet sind. Der Kreis 1 ist rechteckig. Die Spule 2 ist lang ausgebildet und weist eine oder mehrere Lagen aneinanderliegender Drähte auf. Die Spule 2 ist auf einem Itängsarm 1a des Kreises 1 angeordnet, während die Spulen 3 und 4 welche entgegengesetzt. aufgeteilt sind, auf den Querarmen Ib und flc des Kreises 1 vorgesehen sind. Die Spule 2 wird mit einem Strom gespeist, dessen Frequenz bezüglich derjenigen des Aufnehmers hoch ist. Wenn der Aufnehmer auf Frequenzen von 200 Hz ansprechen soll, dann beträgt die Frequenz des der Spule 2 aufgegebenen Stromes beispielsweise 20 EHz.
Das von der Spule 2 hervorgerufene magnetische Feld durchquert nacheinander die Spulen 3 und 4 und ruft in diesen gleiche elektromotorische Kräfte hervor. Die Gesamtpotentialdifferenz ist daher normalerweise null.
Ein magnetischer Shunt 5, dessen Stellung an diejenige des Organs gekoppelt ist, dessen Verschiebung festgestellt werden soll, ist zwischen den beiden Längsarmen la und 1d des magnetischen Kreises 1 angeordnet, und zwar in Richtung der Arme 1a und Id beweglich.
Die Windungen der Spule 2, welche links vom Shunt 5 liegen, rufen also einFeld hervor, dessen größter Teil die Spule 3 durchsetzt und über dem Shunt 5 geschlossen iSt.
Desgleichen erzeugen die Windungen der Spule 2, welche rechts vom Shunt 5 liegen, ein Feld, dessen größter Teil die Spule 4 durchsetzt. Zwischen den Spulen 3 und 4 besteht also eine Potentialpifferene, die um so größer ist,- je weiter der Shunt 5 von der Querachse des Kreises 1 entfernt ist. Diese Potentialdifferens ist. null, wenn der Shunt 5 in dieser Achse liegt, und kehrt beim Durchlaufen dieser Achse die Phase um.
Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist der magnetische Shunt 5 durch eine Kurzschlußwindung 6 ersetzt, welche auf der Spule 2 verschieblich ist. Diese Windung, welche beispielsweise aus einem leitenden, leichten Metall ausgeschnitten ist, wie beispielsweise liuminiui, erzeugt eine magnetische Barriere in dem Bereich, in welchem sie sich befindet. Ihre Wirkung kann mit derjenigen eines Luftspaltes hohen magnetischen Widerstandes verglichen werden, der sich mit der Windung 6 bewegt. Das magnetische Feld verläuft also gemäß Pfeil H3, um sich durch die Spule 3 hindurch zu schließen, und gemäß Pfeil H2, um sich durch die Spule 4 hindurch zu schließen. Die Spulen 3 und 4 weisen auch hier eine Potentialdifferenz auf, welche von der Stellung der Windung 6 abhängt und null ist, wenn diese Windung 6 in der mittleren Querachse der Spule 2 liegt.
Dasselbe Ergebnis wird erzielt, wenn die Windung 6 auf dem Längsarm ld des magnetischen Kreises 1 angeordnet ist, wie in Fig. 3 wiedergegeben, oder wenn eine Windung auf der Spule 2 und eine Windung auf dem Längsarm ld angeordnet wird, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Fall. Bei letzterer Ausführungsform sind die beiden Windungen als Platte 7 ausgebildet, welche aus einem Metall besteht, das sehr gut leitend ist, jedoch nicht magnetisch.
Wenn auf der Spule 2 eine Windung und auf dem Langsarm ld eine andere Windung angeordnet ist, dann fließt der Strom in der ersten Windung in der einen Richtung, in der zweiten Windung jedoch entgegengesetzt. Die beiden Windungen können daher in Reihe verbunden und als 8-förmig gebogene Leiterschleife 8 ausgebildet werden, wie aus Fig, 5, 7 und 8 hervorgeht.
Bei geringen Koppelverlusten sind die zwei Windungen aufweisenden Vorrichtungen gemaß Fig. 4 und 5 einem doppelten magnetischen Kreis äquivalent, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Es sind zwei magnetische Kreise 1 und 1;' vorgesehen, welche jeweils die Spule 3 und' eine Spule 2 bzw. die Spule 4 und eine Spule 2' aufweisen, wobei die beiden Windungen einen fiktiven Luftspalt im Kreis 1 und Kreis 1' hervorrufen. Die Reihenschaltung der beiden Windungen gemäß beispielsweise Fig. 5 ist einer Kopplung der beiden magnetischen Kreise durch ihre Arme 1c und 1tb äquivalent.
Die Primärspule kann teilweise auf einem Arm 1a und teilweise auf einem anderen Arm 1d des magnetischen Kreises angeordnet sein, wie aus Fig. 7 ersichtlich. Die Spulen 9 und 9' sind in Reihe angeordnet, so daß in magnetischen Kreis 1 ein Feld in derselben Richtung erzeugt wird.
Alle beschriebenen Anordnungen können umgekehrt verwendet werden, d. h. der hochfrequente Strom kann den Spulen 3 und 4 aufgegeben werden, wKhrend die die Verschiebung des beweglichen Organs signalisierende Spannung an den Klemmen der Spule 2 bzw. der Spulen 9 und 91 abgenommen wird.
In Fig. 8 ist ein Galvanometer dargestellt, welches mit einem erfindungsgemäßen Aufnehmer versehen ist. Das Galvanometer weist einen Rahmen 10 auf, der im Luftspalt eines Nagneten11 beweglich ist. Die Achse 12 des Rahmens 10 ist mit einem Hebel 13 versehen, an welchem der magnetische Shunt befestigt ist, der als 8-förmig gebogene Leiterschleife 8 ausgebildet ist. Der Rahmen 10 wird mit einem Strom gespeist, welcher der Differenz zwischen dem im Aufnehmer erhaltenen und geeignet demodulierten Signal und dem zu messenden Signal proportional ist. Das Fehlersignal wird verstärkt und entsprechend den Regeln des zugeordneten Systems weiterverarbeitet.
Die Achse 12 ist weiterhin mit einem Stift oder einer Feder 15 versehen, welche auf einer Kante 16 eine geradlinige Aufzeichnung ergibt. Der Tangens des Ausschlagwinkels c muB dem aufzuzeichnenden Signal proportional sein. Der Aufnehmer ermöglicht die Durchführung dieser Korrektur, weil der magnetische Kreis 1 geradlinig ist. Es genügt, der Leiterschleife 8 ausreichend Spiel zu geben, damit sie eine gekrümmte Bahn beschreiben kann, ohne einen Teil des Kreises zu berühren. Das von dem Aufnehmer erzeugte Signal ist dann tg o( proportional, nicht aber CX , und man erhält eine sehr gute Linearität der.
Aufzeichnung. Wenn der Winkel iX aufgenommen werden soll, genügt es, dem magnetischen Kreis 1 bogenförmige Gestalt zu geben, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der Achse des Galvanometers liegt.
Der erfindungsgemäße Aufnehmer vermittelt zahlreiche Vorteile. Er ist einfach im Aufbau, denn der magnetische Kreis ist ein einfaches Rechteck und hat keine verwickelte Gestalt.
Es muß kein Luftspalt mit großer Präzision hergestellt werden, um eine hohe Linearität zu erhalten. Eine einfache Bearbeitung mit homogenen Materialien ergibt ausgezeichnete Ergebnisse. Das Ausgangssignal ist erhöht. Die Korrektur in tg CK+.
für bestimmte Galvanometertypen ist leicht zu erhalten. Dasselbe Prinzip ist für Aufnehmer von geradlinigen Bewegungen und für Aufnehmer von Winkelbewegungen geeignet. Beine Anflösung ist unendlich, ferner können die Abmessungen sehr gering sein.

Claims

Ansprüche

(%yI. Differentialtransformator-Aufnehmer für geradlinige Bewegungen oder Winkelbewegungen, insbesondere zur Einstellung von Aufzeichnungsgalvanometern, wobei eine mit Hochfrequenzstrom gespeiste Primärwicklung und eine eine Signalspannung liefernde Sekundärwicklung vorgesehen sind, ferner eine der Wicklungen aus zwei entgegengesetzt verbundenen~Spulen besteht und ein mit dem beweglichen Organ, dessen Bewegung aufzunehmen bzw. einzufangen ist, verbundener beweglicher magnetischer Shunt vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen derart geschlossenen magnetischen Kreis (1), daß das von der Primärwicklung (2;9,9') erzeugte Feld die Sekundärwicklung (3,4 ) vollständig durchfließt.
2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis (1) im wesentlichen rechteckig ist, wobei die beiden Spulen (3, 4) der zweispuligen Wicklung auf zwei gegenüberliegenden Armen (Ib, Ic) des Kreises (1) angeordnet sind, wahrend die zweite Wicklung (2) auf einem der beiden-anderen Arme (la, 1d) des Kreises (1) angeordnet ist, parallel zu welchen der Shunt (5;6;7;8) beweglich ist.
3. Aufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung aus zwei in Reihe geschalteten Spulen (9,9') besteht, die jeweils auf einem der beiden anderen Arme ('pa, Id) des Kreises (1) angeordnet sind (Fig. 7) 4.
Aufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der aus zwei entgegengesetzt verbundenen Spulen (3,4 ) bestehenden Wicklung um die Bekundärwicklung handelt.
.5. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der aus zwei entgegengesetzt verbundenen Spulen bestehenden Wicklung um die Primärwicklung handelt.
6. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt aus einer Eurzschlußwindung (6) besteht, die auf einem der anderen Arme (la, Id) des Kreises (1) angeordnet ist (Fig. 2,3 ).
7. Aufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung (6) auf der zweiten Wicklung (2) angeordnet ist (Fig. 2).
8. Aufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung (6) auf dem dem die zweite Wicklung (2) aufweisenden Arm (la) gegenüberliegenden Arm (1d) des Kreises (1) angeordnet ist (Fig. 3).
9. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Shunt aus zwei Windungen (7;8) besteht, welche auf der zweiten Wicklung (2) bzw. auf dem dieser gegenüberliegenden Arm (led) des Kreises (1) angeordnet sind (Fig. 4, 5, 7, 8).
10. Aufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung aus zwei Spulen (9;9') auf gegenüberliegenden Armen (la;ld) des Kreises (1) besteht und die Windungen (7;8) jeweils eine der Spulen (9;9') umgreifen (Fig. 7).
11. Aufnehmer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen als Platte (7) aus gut leitendem, unmagnetischem Metall ausgebildet sind -(Fig. 4).
12. Aufnehmer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen als 8-förmig gebogene Leiterschleife (8) ausgebildet sind (Fig. 5, 7, 8).

L e e r s e i t e