DE1119972B - Induktive bzw. kapazitive Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Resonanzkreises - Google Patents

Induktive bzw. kapazitive Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Resonanzkreises

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DE1119972B
DE1119972B DEL36806A DEL0036806A DE1119972B DE 1119972 B DE1119972 B DE 1119972B DE L36806 A DEL36806 A DE L36806A DE L0036806 A DEL0036806 A DE L0036806A DE 1119972 B DE1119972 B DE 1119972B
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DE
Germany
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scanning device
inductive
circuit
resonance circuit
inductance
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Application number
DEL36806A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Rudolf Meyer
Dipl-Ing Goetz Hutschenreuther
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/012Automatic controllers electric details of the transmission means
    • G05B11/016Automatic controllers electric details of the transmission means using inductance means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2033Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils controlling the saturation of a magnetic circuit by means of a movable element, e.g. a magnet

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Description

  • Induktive bzw. kapazitive Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Resonanzkreises Bei der Lösung technischer Steuerungs- und Regelungsaufgaben benötigt man in vielen Fällen elektronische Abtastorgane, welche zu unterscheiden haben, ob sich ein bestimmter Gegenstand an einer bestimmten Stelle befindet oder nicht. Bekannt sind mechanische Abtaster, bei denen ein mechanischer Schalter z. B. geschlossen wird, wenn sich ein Schaltnocken an einer bestimmten Stelle befindet. Ferner sind photoelektrische Abtaster bekannt, die ein Signal abgeben, wenn sich ein Gegenstand oder eine undurchsichtige Stelle einer Codescheibe zwischen einer Lichtquelle und dem lichtempfindlichenAbtastelement befindet. Schließlich sind auch Oszillatoren bekannt, bei denen die Schwingungen abreißen, wenn eine Metallscheibe in den induktiven Rückkopplungsweg eingeführt wird.
  • Schaltgeschwindigkeit, Schalthäufigkeit und Lebensdauer der mechanischen Abtaster sind klein. Die beiden anderen Arten von Abtasteinrichtungen benutzen Bauelemente mit begrenzter Lebensdauer, z. B. Röhren, Halbleiter und Lämpchen, geben nur kleine Leistungen ab und sind bei Verwendung von Halbleitern temperaturabhängig. Alle drei Typen von Abtasteinrichtungen verlangen einen großen technischen Aufwand und sind in ihrem mechanischen Aufbau wenig robust.
  • Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden. Die erfindungsgemäße Ausbildung besteht aus rein passiven Elementen und ist als berührungsloser elektronischer Schalter ausgebildet. Die Erfindung bezieht sich auf eine induktive bzw. kapazitive Abtasteinrichtung, insbesondere für relativ zueinander bewegbare Teile, unter Verwendung eines Resonanzkreises, dessen induktives oder kapazitives Element durch ein bewegbares Teil geändert wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis als ferroresonanter Kreis derart ausgebildet ist, daß sich sein Schaltzustand bei Änderung des induktiven bzw. kapazitiven Elementes sprunghaft ändert.
  • Es ist bereits eine Steuereinrichtung für Werkzeugmaschinen od. dgl. bekannt, die von einem endlosen Stahlband Gebrauch macht, das den Luftspalt eines Rahmenkernes durchläuft, wobei der Rahmenkern mit zwei Wicklungen versehen ist. Durch verschiedenartige Magnetisierung des Stahlbandes wird die Gegeninduktivität zwischen den beiden Wicklungen geändert, und die sich an einer Wicklung ergebende Spannung wird verstärkt und weiterverarbeitet. Die Einrichtung ist unbrauchbar, wenn es sich darum handelt, die Annäherung eines von der Einrichtung unabhängigen Elementes beliebiger Abmessung zu signalisieren.
  • Es ist ferner eine Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung eines Wechselstromnetzes mit Hilfe eines durch eine Regelvorrichtung geregelten Transformators bekannt, bei welcher die Regelvorrichtung durch einen zweiphasig geschalteten Induktionsmotor mit zwei Ständerwicklungen gesteuert wird. Diese Einrichtung besitzt dabei ein Widerstandsgebilde, das aus eisenhaltigen Drosselspulen und unveränderlichen Kondensatoren besteht.
  • Es sind auch Einrichtungen bekannt, die der Prüfung von Werkstücken auf ihre Abmessungen hin dienen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Meßlehren. Zur Empfindlichkeitssteigerung derartiger Meßlehren wird dabei in der Nähe der Resonanz eines aus Induktivität und Kapazität bestehenden Kreises gearbeitet.
  • Außerdem ist ein elektrischer Regler bekannt, der von zwei festen und einer beweglichen Elektrode Gebrauch macht, die einen Kondensator bilden. Die bewegliche Elektrode wird dabei von einem Zeiger eines Meßinstrumentes geführt.
  • Schließlich sind Anordnungen zur Regelung von Wechselstrom-Generatoren bekannt, bei welchen der Erregerstromkreis des Generators über einen Gleichrichter von einer Wechselspannung gespeist wird und in die Wechselstromseite des Gleichrichters vormagnetisierte Drosselspulen eingeschaltet sind, wobei die Vormagnetisierung abhängig ist von dem gleichgerichteten Strom eines kippfähigen Kreises. Der Kippkreis ist eine Reihenschaltung eines Kondensators einer eisenhaltigen Drosselspule und eines Widerstandes.
  • Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Elemente in den Figuren tragen gleiche Bezugszeichen.
  • Die Erfindung geht aus von einem an sich bekannten Ferroresonanzkreis, wie ihn die Fig. 1 zeigt. Der Kreis besteht aus einer Reihenschaltung einer sättigbaren Induktivität 1 mit einem Kondensator 2 und einem Widerstand 3. Er wird aus einem Wechselstromgenerator 4 mit vernachlässigbar kleinem Innenwiderstand gespeist. Die Frequenz der sinusförmigen Speisespannung ist konstant, die Amplitude sei von Null an stetig einstellbar.
  • Die Fig. 2 zeigt die Arbeitscharakteristik des Ferroresonanzkreises nach der Fig. 1. Beim Erhöhen der Generatorspannung UG von Null an steigt der Strom I von Null über A bis B. Erhöht man die Spannung jetzt noch ein wenig, so springt der Strom nach C (Strichelung) und steigt bei weiterer Vergrößerung der Generatorspannung UG weiter an, z. B. bis D. Wird die Spannung UG wieder verringert, dann folgt der Strom der Kurve von D über C bis E, springt plötzlich nach A und folgt der Kurve von A bis 0. Solange sich der jeweilige Arbeitspunkt auf dem linken Ast der Kurve, also zwischen 0 und B, befindet, fließt ein relativ kleiner Strom. Die Anordnung befindet sich im Zustand »0«. Befindet sich der Arbeitspunkt zwischen E und D, so fließt ein relativ großer Strom. Die Anordnung befindet sich im Zustand »L«. Zwischen B und E gibt es keine stabilen Arbeitspunkte. Der Ubergang von »0« nach »L« oder umgekehrt geschieht sprunghaft. Um einen solchen Übergang auszulösen, genügt es, die Spannung UGG ein wenig zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
  • Gemäß der Erfindung wird der Kreis nach der Fig. 1 als Abtasteinrichtung verwendet, wobei nach der Fig. 3 in den Kreis beispielsweise eine zweite Induktivität 5 eingeschaltet ist, die als Abtastkopf wirkt. Diese Zusatzinduktivität wird durch die auftretenden Ströme nicht gesättigt. Der Übergang von »0« nach »L« der Anordnung bzw. umgekehrt wird durch Veränderung der Zusatzinduktivität 5 ausgelöst. Die Veränderung der Zusatzinduktivität 5 wird durch Annähern eines Gegenstandes aus geeignetem Material, z. B. Metall, an den Luftspalt der Zusatzinduktivität 5 bewirkt. In der Fig 4 ist ein Beispiel für die Ausführung der Induktivität 5 angegeben. Auf einem hufeisenförmigen Kern 6 befindet sich eine Wicklung7. Die magnetischen Kraftlinien schließen sich in der durch die gestrichelten Linien angedeuteten Weise. Wenn ein Metallstück 8 in dieses Feld gebracht wird, ändert sich die Induktivität der gesamten Anordnung.
  • Die Fig. 5 zeigt die Arbeitscharakteristik der erfindungsgemäßen Ausbildung für verschiedene Werte der Zusatzinduktivität 5. Wenn sich das Metallstück 8 (Fig. 4) nicht im Bereich des sich durch die Luft schließenden Magnetfeldes befindet, ist die Zusatzinduktivität5 relativ groß. Es gilt die Kurve 1 der Fig. 5. Die Generatorspannung UGG bleibt konstant auf einen Wert eingestellt. Die Anordnung befindet sich im Zustand »0«, da die Spannung UGG auf der Kurve 1 zwischen 0 und B liegt. Bei Annäherung des Metallstückes 8 an den Kern 7 (Fig. 4) wird die Zusatzinduktivität s kleiner, falls es sich bei dem Metall- stück 8 um ein Nichteisenmetall, z. B. Kupfer, handelt.
  • Es gilt die Kurve 2 der Fig. 5. Der Zustand »0« wird noch aufrechterhalten, da der PunktB' der Kurve 2 immer noch über der Spannung UGG liegt. Bei weiterer Annäherung des Metallstückes 8 an den Kern 7 (Fig. 4) wird die Zusatzinduktivität 5 noch kleiner.
  • Es gilt dann die Kurve 3 der Fig. 5. Der Punkt B" der Kurve 3 unterschreitet die Linie UGG, wodurch der Strom von J1 auf J2 springt (B" nach C). Die Anordnung befindet sich jetzt im Zustand »L«. Der Übergang von »0« nach »L« erfolgt sprungartig. Entfernt man das Metallstück 8 wieder vom Kern 7, dann wird die Zusatzinduktivität 5 wieder größer. Bei Erreichen der Kurve 2 wird der Zustand »L« noch aufrechterhalten, da der Punkt E' noch nicht die Linie UGG überschritten hat. Bei weiterer Entfernung des Metallstückes ergibt sich wieder die Kurve 1, wobei nunmehr der Punkt E die Linie UGG überschritten hat. Bei weiterer Entfernung des Metallstückes ergibt sich wieder die Kurve 1, wobei nunmehr der Punkt E die Linie UGG erreicht und damit eine sprunghafte Änderung des Stromes von J2 nach J1 erfolgt (E nach A).
  • Die Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich für verschiedene Leistungen und Frequenzen bauen. Leistungsstarke 50-Hz-Abtaster können z. B. für Fahrstuhlsteuerungen oder im Eisenbahn-Signalwesen verwendet werden. Für industrielle Anwendungen, z. B. bei Werkzeugmaschinensteuerungen, lassen sich kleine Abtastelemente mit großer Ansprechempfindlichkeit und einer hohen Frequenz der Generatorspannung UG bauen, wobei als Metallstück 8 (Fig. 4) eine Kupferfolie dienen kann. Die Erfindung ist mit Vorteil in Verbindung mit Codescheiben anwendbar. Diese werden nach Art gedruckter Schaltungen ausgebildet. Da die Codescheibe hier nicht -wie z. B. bei photoelektrischen Abtastern - in einem Spalt laufen muß, kann man sie beliebig dick und damit mechanisch stabil machen.
  • An Stelle des ferroresonanten Serienkreises läßt sich auch ein ferroresonanter Parallelkreis nach der Fig. 6 verwenden. Die für den Serienkreis angegebenen elektrischen Vorgänge treten sinngemäß beim Parallelkreis auf. Ferner ist es möglich, keine Zusatzinduktivität5 zu verwenden, sondern die im ferroresonanten Kreis vorhandene sättigbare Induktivitätl oder Kapazität 2 so auszubilden, daß ihr Wert durch Annähern eines Metallstückes verändert wird, wodurch eine Änderung des Schaltzustandes des Kreises erfolgt.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Induktive bzw. kapazitive Abtasteinrichtung, insbesondere für relativ zueinander bewegbare Teile, unter Verwendung eines Resonanzkreises dessen induktives oder kapazitives Element durch ein bewegbares Teil geändert wird, dadurch gegekennzeichnet, daß der Resonanzkreis als ferroresonanter Kreis derart ausgebildet ist, daß sich sein Schaltzustand bei Anderung des induktiven bzw. kapazitiven Elementes sprunghaft ändert.
  2. 2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferroresonanzkreis eine sättigbare und eine nicht sättigbare Induktivität enthält, wobei die nicht sättigbare Induktivität als Abtastkopf ausgebildet ist.
  3. 3. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine sättigbare Induktivität vorgesehen ist, die als Abtastkopf ausgebildet ist.
  4. 4. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegbares abgetastetes Teil eine in gedruckter Schaltung ausgebildete Codescheibe verwendet ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 685 127, 914 152, 932319; USA.-Patentschrift Nr.2590091; Zeitschrift »Microtechnik«, Jg. 1956, S. 157 bis 169.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE685127C (de) * 1932-12-23 1939-12-12 Aeg Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung eines Wechselstromnetzes
US2590091A (en) * 1946-04-03 1952-03-25 Remington Rand Inc Magnetic process control
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DE932319C (de) * 1937-02-26 1955-08-29 Siemens Ag Anordnung zur Spannungsregelung von Synchron-Generatoren

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