DE2006996A1 - Transducers for linear movements or angular movements - Google Patents
Transducers for linear movements or angular movementsInfo
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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.Transducer for linear movements or angular movements The invention refers to differential transformer transducers for linear movements or Angular movements, in particular for setting recording galvanometers, with a primary winding fed with frequency current and a signal voltage supplying secondary winding are provided, furthermore one of the windings of two there is oppositely connected coils and one with the movable organ, whose Movement is to be recorded or to be captured, connected movable magnetic Shunt is provided.
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. Galvanometer for recording periodic processes with the frequency between 0 and 200 Rz, generally consist of a movable coil, which moves in a magnetic field and takes a pen with it.
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.This pen makes a visible trace on the rolling paper for example by means of color or heating. The end of the pen can describe a straight or curved path. In the former case, the rectilinear recording with the help of a mechanism built into the pen or by means of an edge can be achieved over which the paper is pulled and on which the pen rubs.
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.Usually the moving frame is closed by means of a return spring in Held at rest. In order to overcome the torque of this spring one does not have to negligible energy can be applied. To avoid this disadvantage, the spring can be omitted and the axis of the galvanometer with a transducer for Angular position are provided. This transducer generates an electromotive Force, which an electrical titersersion of the angular position of the spring or the Represents the pen. This voltage is compared with the voltage to be recorded. The difference between these two voltages, i.e. H. the so-called "error signal" is amplified and converted into electricity to feed the moving frame.
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. In the case of a galvanometer with a transducer for angular positions the frame therefore only traversed by the fault current, that of the difference between the actual position and the desired position of the frame depends.
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.This current must be sufficient to cope with the friction and inertia of the moving System to overcome. Since the frictional forces are small, a small amount of energy is sufficient to move the spring or pen at low speed. Against it if the inertial forces are greater, the more the moving system is accelerated will. Therefore, the higher the currents, the higher the currents must be fed to the frame frequencies to be recorded. To get the best results, the moving System equipped with minimal inertia and the amplifier chain with correction circles Mistake.
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.the latter are said to be the "error signal" of the speed and the Add proportional signal to the acceleration of the moving system. The angular velocity signal can optionally be obtained via a separate transducer, which consists of a small moving frame in a magnetic field.
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. There are known transducers for angular positions which use a potentiometer with low torque, with a circular or rectilinear path given is. In the latter case, the web can be immediately below the end of the Be arranged pin.
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. There are also known transducers for angular positions, which are equipped with a differential transformer. -This transformer has three coils, which are arranged on three cores, each at one end are connected to each other. The two outer cores are each on their other End connected by a magnetic circuit1 which is connected by a bust gap of is separated by a pole piece connected to the central core. The middle coil a current is supplied with a high frequency related to the frequency of the processes to be measured, so that there is a magnetic field which turns into two fields, which cause electromotive forces in the two outer coils that are opposite are connected. The potential difference between these two coils is therefore zero. If, however, a magnetic shunt is arranged in the air gap, then it is the potential difference is no longer zero, but rather all the greater; the farther the shunt is removed from the axis of the pole piece connected to the central core is. In another embodiment, the magnetic shunt is through a circuit breaker which surrounds the magnetic circuit and moves in the i14ftspa% t. the Winding creates a field which is opposite to the field which crosses it and causes a weakening of the field in the nearest coil emerged.
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. The object of the invention is to provide a differential transformer pick-up to convey the type described at the beginning, which compared to the known transducers - improved is. The differential transformer pick-up according to the invention is characterized by such a closed magnetic circuit that the The field generated by the primary winding completely flows through the secondary winding.
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. In an advantageous development of the invention, the magnetic Circle essentially rectangular, with the two coils of the two-coil winding are placed on two opposite arms of the circle, while the second Winding on one of the other two arms of the old man is arranged in parallel to which the shunt is movable. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the attached subclaims three to twelve.
Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung. anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Below are embodiments of the invention. based on the attached Drawings described for example.
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.In these show: FIGS. 1 to 5 each show a view of a different form of embodiment of the transducer according to the invention Fig. 6 is a view of a transducer with double Differential transformer, which is equivalent to the transducers according to FIGS. 4 and 5 Fig. 7 is a view of another form of bus routing of the pickup according to the invention; 8 shows the perspective illustration of a galvanometer with a movable frame, which is equipped with a transducer according to the invention.
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. The transducer shown in Fig. 1 consists of a closed one magnetic circuit 1 on which a Primary coil 2 and two identical Secondary coils 3 and 4 are arranged. The circle 1 is rectangular. The coil 2 is long and has one or more layers of adjacent wires on. The coil 2 is arranged on an Itängsarm 1a of the circle 1, while the Coils 3 and 4 which are opposite. are divided on the cross arms Ib and flc of the circle 1 are provided. The coil 2 is fed with a current whose Frequency is high with respect to that of the transducer. When the pickup on frequencies of 200 Hz should respond, then the frequency of the coil 2 is given up Current for example 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. The magnetic field generated by the coil 2 traverses one after the other the coils 3 and 4 and causes the same electromotive forces in these. the The total potential difference is therefore usually zero.
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. A magnetic shunt 5 whose position matches that of the organ is coupled whose displacement is to be determined is between the two Arranged longitudinal arms la and 1d of the magnetic circuit 1, in the direction the arms 1a and Id are movable.
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. The turns of the coil 2, which are to the left of the shunt 5, call thus a field emerges, the largest part of which passes through the coil 3 and above the shunt 5 closed 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.Likewise produce the turns of the coil 2, which is to the right of Shunt 5 lie, a field, the largest part of which passes through the coil 4. Between Coils 3 and 4 therefore have a potential pifferene which is greater - the further the shunt 5 is removed from the transverse axis of the circle 1. This potential difference is. zero if the shunt 5 lies in this axis, and returns when it traverses this axis Reverse the phase.
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. In the embodiment shown in Fig. 2, the magnetic Shunt 5 is replaced by a short-circuit winding 6 which is displaceable on coil 2 is. This turn, which is cut out of a conductive, lightweight metal, for example is, such as liuminiui, creates a magnetic barrier in the area in which it is located. Their effect can be compared to that of an air gap High magnetic resistance are compared, which moves with the winding 6. The magnetic field thus runs according to arrow H3, around itself through the coil 3 to close, and according to arrow H2 to close through the coil 4 through. The coils 3 and 4 also have a potential difference here, which is different from the Position of the turn 6 depends and is zero when this turn 6 in the middle Transverse axis of the coil 2 lies.
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. The same result is achieved when the turn 6 on the longitudinal arm ld of the magnetic circuit 1 is arranged as shown in Fig. 3, or when one turn is arranged on the coil 2 and one turn on the longitudinal arm ld becomes, as in the embodiment according to FIG. 4 the case. In the latter embodiment the two windings are designed as a plate 7, which consists of a metal, which is very conductive, but not magnetic.
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. If there is one turn on the spool 2 and another on the long arm 1d Turn is arranged, then the current flows in the first turn in one Direction, but opposite in the second turn. The two turns can therefore connected in series and designed as an 8-shaped curved conductor loop 8 as shown in FIGS. 5, 7 and 8.
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. With low coupling losses, the two turns are exhibiting Devices according to FIGS. 4 and 5 are equivalent to a double magnetic circuit, as shown in FIG. There are two magnetic circles 1 and 1; ' intended, which respectively the coil 3 and 'a coil 2 or the coil 4 and a coil 2' have, the two turns having a fictitious air gap in circle 1 and circle 1 '. The series connection of the two windings according to, for example, Fig. 5 is equivalent to coupling the two magnetic circuits through their arms 1c and 1tb.
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. The primary coil can be partly on an arm 1a and partly on it another arm 1d of the magnetic circuit can be arranged, as can be seen from FIG. The coils 9 and 9 'are arranged in series, so that one in magnetic circuit 1 Field is generated in the same direction.
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. All the arrangements described can be used in reverse, d. H. the high-frequency current can be applied to coils 3 and 4 while the voltage on the terminals signaling the displacement of the movable organ the bobbin 2 or the bobbins 9 and 91 is removed.
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. In Fig. 8, a galvanometer is shown, which with an inventive Transducer is provided. The galvanometer has a frame 10 in the air gap of a magnet11 is movable. The axis 12 of the frame 10 is with a lever 13 provided, to which the magnetic shunt is attached, the 8-shaped bent Conductor loop 8 is formed. The frame 10 is fed with a current, which the difference between the signal received in the transducer and the appropriately demodulated signal and is proportional to the signal to be measured. The error signal is amplified and processed according to the rules of the assigned system.
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. The axle 12 is also provided with a pin or a spring 15, which results in a straight line recording on an edge 16. The tangent of the The deflection angle c must be proportional to the signal to be recorded. The transducer enables this correction to be carried out because the magnetic circuit 1 is rectilinear is. It is sufficient to give the conductor loop 8 enough play so that they have a can describe a curved path without touching any part of the circle. That from The signal generated by the transducer is then tg o (proportional, but not CX, and man maintains a very good linearity of the.
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.Recording. If the angle iX is to be recorded, it is sufficient to give the magnetic circuit 1 arcuate shape, the center of curvature lies on the axis of the galvanometer.
Der erfindungsgemäße Aufnehmer vermittelt zahlreiche Vorteile. Er ist einfach im Aufbau, denn der magnetische Kreis ist ein einfaches Rechteck und hat keine verwickelte Gestalt. The transducer according to the invention provides numerous advantages. He is simple in construction because the magnetic circle is a simple rectangle and has no intricate shape.
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+.There is no need to produce an air gap with great precision obtain a high linearity. Easy processing with homogeneous materials gives excellent results. The output signal is increased. The correction 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.for certain types of galvanometers is easy to obtain. Same principle is for transducers of linear movements and for transducers of angular movements suitable. Legs approximation is infinite, furthermore the dimensions can be very small be.
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