DE1523221C3 - Kontaktloses GeschwindigkeitsmeBwerk - Google Patents
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Description
Ordnung zur Geschwindigkeitsmessung mittels Wirbel- 60 In diesen Ausführungsformen kann das bewegliche
strömen bekannt, die nach dem gleichen Prinzip Element, das wenigstens zu einem Teil, vorzugsweise
arbeitet. Dabei werden in einem bewegbaren, elek- dem dem Luftspalt zugewandten Teil, aus elektrisch
trisch leitenden Körper durch ein feststehendes ma- leitendem Material besteht, z. B. ganz aus Eisen oder
gnetisches Gleichfeld Wirbelströme erzeugt. Das aus magnetischem Material mit einer Oberflächen-
durch diese Wirbelströme bewirkte sekundäre Ma- 65 schicht aus elektrisch leitendem Material oder ganz
gnetfeld wird mittels einer fest angebrachten magne- aus elektrisch leitendem Material, z. B. in der zylin-
tischen Sonde ermittelt, wodurch sowohl lineare als drischen Ausführungsform aus einem dünnwandigen
auch Drehbewegungen gemessen werden können. Kupferzylinder, bestehen.
3 4
Eine Berechnung einer Konstellation, wobei das oder impulsförmiges 16 Magnetfeld erzeugt wird. Die
Feld in dem Luftspalt sinusförmig ist und das beweg- Mittel 13 können z. B. durch einen an sich bekannten
liehe Meßelement ganz aus elektrisch gut leitendem Magnetbelag oder eine Spulenanordnung gebildet
Material, z. B. Kupfer, besteht, zeigt, daß an der werden. In der Praxis kann auch der Teil 11 in die-Stelle
der maximalen magnetischen Induktion beim 5 sem Beispiel mit solchen Mitteln 13 versehen sein,
Stillstand des Meßelementes (B0) eine Induktion B1 so daß der Verlauf des Feldes weiter betont wird,
auftritt, die durch die Formel Das Meßelement 15 kann in dem Beispiel nach
auftritt, die durch die Formel Das Meßelement 15 kann in dem Beispiel nach
Fig. 1 ganz aus elektrisch leitendem Material be-
B=B- 1 stehen. In der Praxis kann auch der Teil 11 des
1 ° ι -|_ W2 ίο Magnetsystems mit dem Meßelement 15 zu einem
Ganzen kombiniert werden. Der Teil 11 kann weggegeben wird, wobei w die normierte Geschwindigkeit fallen, und das Meßelement 15 kann teilweise aus
einem magnetischen Material mit einem dem Teil 10
(e> \ des Magnetsystems zugewandten Teil aus elektrisch
W ~ oiler J 15 leitendem Material zusammengebaut sein. Es ist
schließlich noch möglich, daß das Element 15 ganz
ist und wobei ω die wirkliche Geschwindigkeit und aus Eisen besteht, das sowohl magnetisch wie auch
(okr die kritische Geschwindigkeit der Vorrichtung be- elektrisch leitend ist.
zeichnen, die als Wirbelstrombremse betrachtet wird. An den Stellen, an denen bei Stillstand des EIe-
Ferner wurde gefunden, daß an der Stelle im Luft- 20 mentes 15 Maxima bzw- Nulldurchgänge des Magnetspalt,
an der bei Stillstand des Meßelementes keine feldes auftreten, werden magnetische Sonden, wie
magnetische Induktion vorherrscht, eine magnetische Hall-Elemente, oder magnetische Verstärkersonden
Induktion B2 bei Bewegung des Elementes entsteht, 17, 18, 19, 20 angeordnet. An der Stelle dieser Sondie
durch die Formel den werden bei Bewegung des Elementes 15 die er-
w 25 wähnten Komponenten B1 bzw. B2 der magnetischen
ß2 = ^o' ~j~—~ Induktion erzeugt.
' w~ In diesen Sonden werden die Induktionen in elek-
gegeben ist. trische Signale umgewandelt, die in Form einer Span-
Bei der Erfindung werden an den beiden erwähn- nung oder eines Stromes einer Teilungsvorrichtung 21
ten Stellen magnetische Sonden, z. B. in Form von 30 zugeführt werden. In dieser Vorrichtung wird aus
Hall-Elementen oder magnetische Verstärkersonden, dem Verhältnis von B2: B1 die Geschwindigkeit des
angeordnet, wobei an den betreffenden Ausgängen Meßelementes 15 bestimmt und angezeigt,
elektrische Signale auftreten, die den gegebenen In- In der Vorrichtung nach F i g. 2 ist 31 ein Magnet-
elektrische Signale auftreten, die den gegebenen In- In der Vorrichtung nach F i g. 2 ist 31 ein Magnet-
duktionswerten B1 bzw. B2 proportional sind. Das system mit Polschuhen 32 und einem Luftspalt 33.
Verhältnis zwischen den beiden Signalen liefert das 35 Dieses Magnetsystem kann aus ferromagnetischem
u ifO , - , , B2 Material oder z.B. aus einem Dauermagneten be-
erwünschte Meßergebnis, d. h. -^ = w. ^n Eine ^^ ^ ^ dag Meßdemen\ das Mer
Es wird auf diese Weise eine lineare Beziehung um eine Welle 35 drehbar ist und aus einem nicht-
erhalten, während außerdem der Faktor B0 als Maß magnetischen, elektrisch leitenden Material, z. B.
für die Induktion des Feldes in dem Luftspalt bei 4° Aluminium, besteht.
Stillstand des beweglichen Elementes aus der Formel Das stillstehende Magnetfeld in dem Luftspalt 33
weggefallen ist. Das Verhältnis der beiden Induktio- wird z. B. durch die Anordnung eines oder mehrerer
nen B1 und B2 kann in an sich bekannten Vorrich- Dauermagnete 36 oder einer nicht weiter dargestell-
tungen zum Messen des Verhältnisses der elektrischen ten, an sich bekannten Spulenanordnung geliefert, die
Signale oder in näher zu beschreibender Weise be- 45 aus einer Gleichstromquelle gespeist wird, oder, wenn
stimmt werden, wobei der gleiche Steuerstrom für die das Magnetsystem 31 ein Dauermagnet ist, wird es
magnetischen Sonden benutzt und die Größe dieses von dem Magneten selber geliefert. Das Magnetfeld
Steuerstroms durch die in einer Sonde erzeugte Meß- in dem Luftspalt 33 muß einen wechselnden, z. B.
spannung bestimmt wird. sinus- oder impulsförmigen Verlauf haben, was be-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher 5° deutet, daß (s. Fig. 3) eine Stelle P in dem Luftspalt,
erläutert, in der an der die magnetische Induktion ein Maximum B0
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung, aufweist, mit einer Stelle Q1 bzw. Q0 abwechseln soll,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vor- an der, wenigstens bei Stillstand der "Scheibe 34, keine
richtung, magnetische Induktion herrscht. Dies kann in be-
F i g. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach 55 kannter Weise durch passende Wahl der Gestalt des
Fig. 2, Materials der Polschuhe 32 oder durch eine be-
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel, stimmte Anordnung der Magnetelemente oder durch
F i g. 5 das Prinzipschaltbild einer Anordnung zur eine geeignete Spulenanordnung erreicht werden.
Bestimmung des Verhältnisses zwischen den magne- Die magnetischen Sonden 37, 38 werden als Halltischen Induktionen, 60 Elemente oder als magnetische Verstärkersonden an
Bestimmung des Verhältnisses zwischen den magne- Die magnetischen Sonden 37, 38 werden als Halltischen Induktionen, 60 Elemente oder als magnetische Verstärkersonden an
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung den Stellen P und Q1 oder Q2 angebracht. An den
nach Fig. 5 zeigt. Ausgängen dieser Sonden 37 und 38 erscheinen die
In der Vorrichtung nach F i g. 1 bilden die Teile 10 erwünschten Signale für die erwähnten Feldkompound
11 ein magnetisches System z. B aus ferromagne- nenten B1 und B2, von welchen Signalen in einer
tischem Material mit einem Luftspalt 12. Darin be- 65 Vorrichtung 39 in bekannter Weise das Verhältnis
findet sich ein bewegliches Meßelement 15. Der Teil B2IB1 = w, also die Geschwindigkeit der Scheibe 34
10 des Magnetsystems ist mit Mitteln 13 versehen, bestimmt wird,
durch die in dem Luftspalt 12 ein sinusförmiges 14 F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das
durch die in dem Luftspalt 12 ein sinusförmiges 14 F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das
ganz zylindrisch ausgebildet ist. Bezugsziffer 42 be- Die in den Sonden erzeugten Spannungen e± und e2
zeichnet einen hohlen und 43 einen konzentrisch im sind von den betreffenden Feldkomponenten B1 und
ersteren angeordneten massiven Zylinder, z. B. aus B2 abhängig:
ferromagnetischem Material. Die Zylinder 42 und 43 C1 = K1-I-B1 und e2<=K2· I - B2, wobei K1
entsprechen den Teilen 10 bzw. 11 der Vorrichtung 5 und K2 Konstanten darstellen. Für den Ausgangsnach
F i g. 1. Die Zylinder 42 und 43 schließen einen strom des Differenzverstärkers 52 gilt: I = g' (e0—ej,
Luftspalt 44 ein, in dem zu den beiden Zylindern 42 wobei g' die Transkonduktanz des Verstärkers 52 be-
und 43 ein konzentrischer, drehbarer Zylinder 45 aus zeichnet. Durch die Formel
nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material entsprechend dem Meßelement 15 nach Fig. 1 ange- io ex = K1 ·I·B1
nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material entsprechend dem Meßelement 15 nach Fig. 1 ange- io ex = K1 ·I·B1
kombiniert werden. ee e
Das Magnetfeld wird in dem Luftspalt 44 durch / = =
Dauermagneten 46 mit abwechselnden N- und S-Polen 15 \-Tg-K1B1 K1-B1
nung wird in einfacher Weise direkt der erwünschte
Feldverlauf erhalten, da an den Stellen P1 bzw. P2 20 g β Ke
beim Stillstand des Zylinders 45 eine maximale ma- e = ——— eQ — —-. —— ω
gnetische Feldinduktion (JB0) und an den Stellen P8 ^i Bi K1 cokr
bzw. P4 eine minimale Induktion (-B0) entstehen.
Ferner ist an den Stellen Q1, Q2, Q3 und O4 bei Still- so daß e2 ein direktes Maß für die Geschwindigkeit ω
stand des Zylinders 45 die magnetische Induktion 25 ist.
Null. Durch Anbringung mehrerer Magnete oder Diese Spannung kann an einem Instrument 53 mit
Spulen längs des Umfanges des Zylinders 42 können z. B. einer in Winkelgeschwindigkeit ω geeichten
mehrere entsprechende Punkte P und Q vorgesehen Skala abgelesen werden.
werden. Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Beispiels
Es sei bemerkt, daß bei Verwendung von Spulen 30 der Anordnung gemäß dem Prinzip nach Fig. 5 mit
diese Anordnung eine Ähnlichkeit mit dem normalen zwei Sonden S1 und S2.
Induktionsmotorsystem aufweist, wobei der Unter- V bezeichnet dabei eine Speisespannungsquelle für
schied jedoch der ist, daß die Speisung der Spulen den Verstärker, der außerdem die Bezugsspannung e0
des Stators durch Gleichstrom erfolgt. benötigt. T1, T2, T3 und T4 sind Verstärkerelemente,
Weiterhin werden die magnetischen Sonden 47 und 35 z. B. Transistoren des p-n-p- und n-p-n-Typs.
48 an den Stellen P1 und Q1 angebracht, wobei die R1, R2, R3 und R4 sind einstellbare Widerstände
48 an den Stellen P1 und Q1 angebracht, wobei die R1, R2, R3 und R4 sind einstellbare Widerstände
betreffenden Ausgänge 49 und 50 dieser Sonden mit für diese Transistoren. In dieser Anordnung wird
einer Vorrichtung 51 verbunden werden, in der das ähnlich, wie an Hand der Fig. 5 beschrieben ist, der
Meßergebnis nach Teilung der beiden magnetischen Steuerstrom/ durch die Sonden durch den UnterKomponenten
B1 und B2 zur Verfugung steht. 40 schied zwischen der Spannung et von der Sonde S1
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild zur Ermittlung des Ver- und einem Teil der Speisespannung V als Bezugshältnisses
zwischen den elektrischen Signalen, das spannung bestimmt. In entsprechender Weise ist die
z. B. aus zwei Hall-Elementen erhalten wird, welches Spannung e2 wieder direkt ein Maß für die Winkel-Verhältnis
die Geschwindigkeit ω andeutet, die so- geschwindigkeit,
mit in einfacher Weise bestimmt werden kann. 45 Bei der in F i g. 6 gezeigten Schaltungsanordnung
mit in einfacher Weise bestimmt werden kann. 45 Bei der in F i g. 6 gezeigten Schaltungsanordnung
Die Hall-Elemente S1 und S2 werden durch einen wird ein Teil der Speisespannung V als Bezugsspan-Steuerstrom
von einem Gleichstromdifferenzverstärker nung e0 verwendet. Dabei bilden die Widerstände R1,
52 gespeist. Mit diesem Gleichstromdifferenzverstär- R3 und R4 einen Spannungsteiler und arbeiten die
ker 52 mit einem Stromverstärkungsfaktor g sind die Transistoren T1, T2 als Differenzverstärker. Die Tran-Sonden
S1 und S2 in Reihe geschaltet. Dieser Diffe- 50 sistoren T3, T4 bilden die zweite Stufe der genannten
renzverstärker empfängt an einem Eingang eine Verstärker. Dabei kann die Erdung der Schaltung
Spannung e0 aus einer Bezugsspeisequelle und am auch an einer anderen Stelle als gezeigt erfolgen,
anderen Eingang eine Spannung et von der Sonde S1. wenn nur die Speisespannung V schwebt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zum kontaktlosen Messen von induzierten Strom über einen großen Meßbereich
Geschwindigkeiten, welche Vorrichtung ein ma- 5 nicht linear ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
gnetisches System enthält und einen Luftspalt, in daß durch Änderungen des magnetischen Feldes in
dem die quer zum Luftspalt gerichtete Kompo- dem Luftspalt infolge von .Speisespannungsschwannente
der magnetischen Induktion in der Längs- kungen oder anderer äußerer Einflüsse auch das
richtung des Luftspaltes einen alternierenden z. B. Meßergebnis beeinflußt wird.
impuls- oder sinusförmigen Verlauf hat und in 10 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Voroder
nahe dem Luftspalt mindestens zwei magne- richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu
tische Sonden angeordnet sind, wobei weiter in verbessern, daß die genannte Beziehung einen linearen
dem Luftspalt ein wenigstens teilweise aus elek- Verlauf erhält und außerdem Einflüsse von Speiserrisch
leitendem Material bestehendes bewegliches Spannungsschwankungen und Störungen weitest-Element
angeordnet ist, dessen Geschwindigkeit 15 gehend beseitigt werden.
bestimmt werden soll, dadurch gekenn- Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungs-
zeichnet, daß die Sonden (17, 18; 19, 20) gemäß dadurch, daß die Sonden derart angeordnet
derart angeordnet sind, daß bei Stillstand des sind, daß bei Stillstand des beweglichen Elementes
beweglichen Elementes (15) eine erste Sonde (17; eine erste Sonde in einem Nulldurchgang und eine
19) in einem Nulldurchgang und eine zweite 20 zweite Sonde in einem vorhandenen Maximum der
Sonde (18; 20) in einem vorhandenen Maximum genannten Komponente angeordnet sind und weiter
der genannten Komponente angeordnet sind und eine Teilungsvorrichtung vorgesehen ist, in der als
weiter eine Teilungsvorrichtung (21) vorgesehen Maß für die Geschwindigkeit das Verhältnis zwischen
ist, in der als Maß für die Geschwindigkeit das den Signalen, die in den magnetischen Sonden erVerhältnis
zwischen den Signalen, die in den 25 zeugt werden, bestimmt wird, magnetischen Sonden (17, 18; 19, 20) erzeugt In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorge-
werden, bestimmt wird. schlagenen Vorrichtung enthält die Teilungsvorrich-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- rung einen Differenzverstärker, an dessen Eingänge
kennzeichnet, daß die Teilungsvorrichtung (21) eine Bezugsspannungsquelle und ein Ausgang eineir
einen Differenzverstärker (52) enthält, an dessen 30 ersten magnetischen Sonde gelegt sind, und w^I/Dei
Eingänge eine Bezugsspannungsquelle (e0) und ein der Ausgangsstrom als Steuerstrom für die rnagne-Ausgang
einer ersten magnetischen Sonde (z. B. tischen Sonden dient, und die Ausgangsspa^nung der
17) gelegt sind, daß der Ausgangsstrom (Z) als zweiten magnetischen Sonde als direktes JV! -aß für das
Steuerstrom für die magnetischen Sonden (z. B. erwähnte Verhältnis einem Anzeigeinstrur nent zuge-17,
18) dient und daß die Ausgangsspannung der 35 leitet wird. Die magnetischen Sonden kö nnen z. B.
zweiten magnetischen Sonde als direktes Maß für Hall-Elemente sein.
das erwähnte Verhältnis einem Anzeigeinstrument Es zeigt sich, daß die mit der ernndun£?sgemäßen
(53) zugeleitet wird. Ausbildung der Vorrichtung angestrebten Vorteile,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- nämlich Linearität und Störungsunabhäng .igkeit, erdurch
gekennzeichnet, daß die magnetischen Son- *o reicht werden.
den (17, 18, 19, 20) Hall-Elemente sind. Die Erfindung stützt sich auf Berechnungen des
... , Feldes im Luftspalt, das beim Bewegen des- wenigstens teilweise aus elektrisch leitendem Mate, rial bestehenden
beweglichen Meßelementes entsteht. 45 Eine solche Berechnung zeigt, daß beim Anbringen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kon- eines solchen magnetischen Belags auf einem Teil des
taktlosen Messen von Geschwindigkeiten, welche magnetischen Systems, wodurch ein wechselndes,
Vorrichtung ein magnetisches System enthält und z. B. impuls- oder sinusförmig verlaufendes magne-
einen Luftspalt, in dem die quer zum Luftspalt ge- tisches Feld in dem Luftspalt entsteht, beim Bewegen
richtete Komponente der magnetischen Induktion in 50 des Meßelementes an den Stellen in dem System, an
der Längsrichtung des Luftspaltes einen alternieren- denen bei Stillstand des Meßelementes eine maximale
den z. B. impuls- oder sinusförmigen Verlauf hat und magnetische Induktion vorherrscht, und an den Stel-
in oder nahe dem Luftspalt mindestens zwei magne- len, an denen bei Stillstand des Meßelementes die
tische Sonden angeordnet sind, wobei weiter in dem magnetische Induktion Null ist, magnetische Induk-
Luftspalt ein wenigstens teilweise aus elektrisch lei- 55 tionen entstehen, deren Verhältnis ein Maß für die
tendem Material bestehendes bewegliches Element Geschwindigkeit des sich bewegenden Elementes ist.
angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. Die Vorrichtungen nach der Erfindung lassen sich
aus der US-PS 3 018 395 bekannt. in verschiedener Weise flach oder zylindrisch aus-
Außerdem ist aus der DT-AS 1 147 787 eine An- bilden.
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