DE1910601A1

DE1910601A1 - Messumformer

Info

Publication number: DE1910601A1
Application number: DE19691910601
Authority: DE
Inventors: Ulrich Von Borcke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-01
Filing date: 1969-03-01
Publication date: 1970-09-17
Also published as: DE1910601B2; DE1910601C3

Description

Meßumformer Die Erfindung betrifft einen Meßumformer zur Umwandlung einer Ortsangabe auf einer Fläche in ein elektrisches Signal.
In Regelungssystemen wird häufig eine gemeinsame Steuerung des Stellgliedes nach zwei voneinander unabhängigen Größen gefordert. Man kann dies als eine Steuerung in zwei Koordinaten bezeichnen. Solche Regelungsprobleme treten bei Fernsteuerungen von Stellantrieben, beispielsweise bei der Steuerung des Quer-und des Seitenruders von Flugzeugen, auf.
Bekannt sind Meßumformer, die die Stellung eines Gebers, der sich auf einer Geraden bewegt, in ein elektrisches Signal umwandeln. Hierzu werden Potentiometer benutzt, bei denen sich aus der Stellung des Potentiometerabgriffes direkt mit der Widerstandsmessung das elektrische Signal ergibt.
Ein solcher Umformer ist für die Umwandlung zweier unabhängiger Größen in ein elektrisches Signal nicht verwendbar, da solche Größen im Zweidimensionalen aufzutragen sind. Eine Ubertragung von Steuerungsbewegungen, die im Zweidimensionalen erfolgt, ist jedoch nach dem oben angegebenen Prinzip nur mit großen Schwierigkeiten realisierbar, da ein hoher wirtschaftlicher Aufwand erforderlich ist und ein solcher Umwandler wegen der benötigten empfindlichen Mechanik äußerst störanfällig ist.
Es besteht die Aufgabe, einen Meßumformer der eingangs genannten Art betriebssicher und mit geringem technischen und wirtschaftlichen Aufwand herzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Fläche mit magnetfeldabhängigen Widerständen ein Koordinatesystem nachgebildet ist, daß ein magnetisch erregbarer Polschuh über der Fläche angeordnet ißt, dessen Querschnittsfläche die Fläche eines Quadranten des durch die magnetfeldabhängigen Widerstände nachgebildeten Koordinatensystems wenigstens angenähert überdeckt, daß der Polschuh verschiebbar und gegen eine Drehung gesichert ist und daß an die magnetfeldabhängigen Widerstände eine elektrische Spannung anlegbar und ihr Widerstandswert bestimmbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden den beiden Koordinaten des zweidimensionalen Koordinatensystems eindeutig elektrische Signale zugeordnet. Dabei sind mechanische Stellglieder vermieden und die Ortsbestimmung erfolgt kontaktlos. Die Vorrichtung weist daher neben ihrem einfachen Aufbau einen geringen Verschleiß und geringe Störanfälligkeit auf. Ihre Betriebssicherheit ist daher äußerst groß und die Vorrichtung kann in Regelungssystemen eingesetzt werden, an die höchste Sicherheits ansprüche zu stellen sind.
Vorzugsweise ist durch die magnetfeldabhängigrnWiderstände ein kartesisches Koordinatensystem nachgebildet. Zur Nachbildung des Koordinatensystems können vier länglich ausgestaltete magnetfeldabhängige Widerstände vorgesehen sein, durch deren Längsachsen jeweils eine positive bzw. negative Achse des Koordinatensystems gebildet sein kann. Die magnetfeldabhängigen Widerstände sich entsprechender positiver und negativer Achsen des Koordinatensystems können zu einem Potentiometer verschaltet sein. Vorteilhaft ist es, den Widerstandswert eines solchen Potentiometers in einer Brflckenschaltung zu bestimmen. Ein solcher Xeßumwandler kann vorteilhaft als Sollwertgeber !Er eine Fernsteuerung verwendet werden.
Die Querschnittsfläche des Polschuhs kann ein Kreis oder ein Quadrat sein. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß auch Drehungen des Polschuhs zugelassen werden können; falls seine Querschnittsfläche ein Kreis ist. Die Meßsicherheit wird hiervon nicht beeinflußt.
Der Polschuh kann mit einem Dauermagneten oder mit einer stromdurchflossenen Spule magnetisch erregbar sein, und es können die nagnetfeldabhängigen Widerstände vormagnetisiert sein.
Die magnetfeldabhängigen Widerstände können auf einer Tragplatte aus weichmagnetischem Material angeordnet sein. Auf dieser Platte kann wenigstens ein Dauermagnet befestigt sein, es kann eine zweite, tit einem Polschuh versehene Platte aus weichmagnetischem Material auf dem Dauermagneten verschiebbar aufliegen und es können die magnetfeldabhängigen Widerstände it,Luftspalt zwischen dem Polschuh und der Tragplatte angeordnet sein.
Das Material der magnetfeldabhängigen Widerstände kann InSb, insbesondere mit Einachlüssen einer gutleitenden zweiten Phase, wie XiSb, sein.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft an tand der Figur und 2 näher beschrieben. In beiden Piguren sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer erfindungsges§ßen Vorrichtung. Auf der Pläche 1 ist durch die magnetfeldabhängigen Widerstände 2a, 2b und 3a, 3b ein kartesisches Koordinatensystei nachgebildet, dessen Achsen mit 4 und 5 bezeichnet sind. Die magnetfeldabhängigen Widerstände 2 und 3 sind länglich ausgebildet und ihre Längsachsen liegen auf den Achsen 4 und 5 des kartesischen Koordinatensystems.
tber den magnetfeldabhängigen Widerständen 2 und 3 ist ein Polschuh 6 angeordnet, der in der Figur im Schnitt dargestellt ist. Die Querschnittsfläche dieses Polschuhe ist etwas größer als die Fläche eines Quadranten des durch die magnetfeldabhängigem Widerstände 2 und 3 nachgebildeten kartesischen Koordinatensystems. Es ist mit dieser Größe der Querschnittsfläche des Polschuhs 6 sichergestellt, daß immer wenigstens jeseils ein magnetfeldabhängiger Widerstand der Koordinatenachsen o und 5 dem Magnetfeld ausgesetzt sind, das von dem Polschuh 6 geführt wird. Der Polschuh 6 kart innerhalb des durch die gestrichelten Linien 7 angedeuteter: uadrates verschoben werden. Bei dieser Verschiebung ist darauf zu achten, daß die Kanten des Polschuhs 6 jeweils parallel zu den Feldplattenachsen bzw. den Koordinatenachsen 4 und 5 geführt werden, daß also der Polschuh 6 bei der Verschiebung nicht gedreht wird.
Unter dieser Voraussetzung ist mit dem Widerstandswert der magnetfeldabhängigen Widerstände 2 çnd 3 eine eindeutige Bestimmung der Ortskoordinaten des Polschuhes 6 möglich. Es ist nochmals zu betonen, daß anstelle des quadratischenPolschuhs 6 ein Polschuh mit kreisförmigem Querschndtt verwendet werden kann. Bei einem Polschuh diesen Querschnittes entfällt die Porderung, daß eine Drehung des-Polschuhs während der Verschiebung zu vermeiden ist.
Die magne tfeldabbängigen WiderstNnde 2 und 3 sind mäanderförmig ausgebildet. Damit erhält man in einfacher Weise die Möglichkeit, sie als Potentiometer zu schalten, wie es in der Figur durchgefilhrt wurde. Zur Bestimmung des Widerstandswertes der magnetfeldabhängigen Widerstände kann eine Brücknschaltung benutzt werden, wie es fUr aie magnetfeld abhängigen Widerstände 3 der Koordinatenachse 4 in der Figur angegeben ist. Das aus den magnetfeldabhängigen Widerständen 3a und Db gebildete Potentiometer ist mit zwei weiteren Widerständen 8 und 9 zu einer BrUcke verschaltet, an. die aus der Spannungsquelle 10 eine elektrische Spannung angelegt ist. An den Abgriffen 11 und 12 der Brücke kann das elektrische Signal abgenommen werden, das der Stellung des Polschuhs 6 auf der Koordinatenachse t entsnricht. Zur Gewinnung des Meßwertes auf der Koordinatenachse 5 kann an die Abgriffe 13, 14 und 15 der zu einem Potentiometer verschalteten Widerstände 2a und 2b ebenfalls eine Meßbrücke angelegt werden oder es kann zur Gewinnung des Meßwertes eine andere der bekannten Widerstandsmeßmethoden benutzt werden.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Umformer in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Fläche 1, die als gemeinsamer Träger der magnetfeldabhängigen Widerstände 2 und 3 dient, ist Teil einer Platte 15 aus weichmagnetischen Material, beispielsweise aus Weicheisen. Auf die Platte 16 aus weichmagnetischem.
Material sind zwei Dauermarrete 17 und 18 aufgesetzt. Die 7~?-re «, auf der das Koordinatensystem 4 und 5 nachoebildet ist, befindet sich zwischen den beiden Dauermagneten 17 und 18.
Auf den beiden Dauermagneten 17 und 18 liegt eine zweite Platte 19 aus weichmagnetischem Material, beispielsweise aus Eisen, auf.
An dieser Platte 19 ist der Polschuh 6 befestigt, und die magnetfeldabhängigen Widerstände liegen im Luftspalt 20 zwischen dem Polschuh 6 und der Jochplatte 16.
Die Platte 19 ist auf den Dauermagneten 17 und 18 verschiebbar.
Mit einfachen Mitteln, die in der Figur nicht dargestellt sind, läßt sich dabei sicherstellen, daß während der Verschiebung eine Drehung des Polschuhs unterbleibt, falls der Querschnitt des Polschuhes nicht kreisförmig ist.
Anstelle der Dauermagneten 17 und 18 können auch stromdurchflossene Spulen zur magnetischen Erregung des Polschuhs 6 vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Umformer läßt sich mit einfachen Mitteln auSbauen. Wie aus der Beschreibung zu entnehmen ist, sind störanfällige mechanische Teile beim Aufbau vermieden, die Messung erfolgt kontaktlos und Verschleißerscheinungen treten praktisch nicht auf. Der erfindungsgemäße Meßumwandler ist daher in hervorragender Weise als Sollwertgeber in Fernsteuerungsanlagen für Stellantriebe zu verwenden, von denen eine hohe Betriebssicherheit verlangt wird.
13 Patentansprüche 2 Piguren

Claims

Patentansprüche 1. Meßumformer zur Umwandlung einer Ortsangabe auf einer Fläche in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnetç daß auf der Fläche (1) mit magnetfeldabhängigen Widerständen (2 und 3) ein Koordinatensptem (4,5) nachgebildet ist daß ein magnetisch erregbarer Polschuh (6) über der Flache angeordnet ist, dessen Querschnittsfläche die Fläche ges Quadranten des durch die magnetfeldabhängigen Widerstände nachgebildeten Koordinatensystems wenigstens angenähert uberdeckt daß-der Polschuh verschiebbar und gegen eine Drehung gesichert ist und daß an die magnetfeldabhängigen Widerstände eine elektrische Spannung anlegbar und ihr Widerstandswert bestimmbar ist.
2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekenezetohnet, daß durch die magnetfeldabhängigen Widerstände (2,3) ein kartesisches Koordinatensystem (4,5) nachgebildet ist.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier länglich ausgestaltete magnetfeldabhängige voldera stände (2a, 2b, Da, 3b) zur Nachbildung des Koordinatensystems (4,5) vorgesehen sind und daß durch die Längsachse jedes magnetfeldabhängigen Widerstandes eine positive bzwO negative Achse des Koordinatensystems gebildet ist.
4. Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die magnetfeldabhängigen Widerstände (2a, 2b bzw. 3a, 3b) sich entsprechender positiver und negativer Achsen des Koordinatensystems (4,5) zu einem Potentiometer verschaltet sind.
5. Meßumformer nach einem der Ansprüche 9 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert der magnetfeIdabhangigen Widerstände (2,3) in einer Brückenschaltung bestimmbar iste
6. Megumformer nach einem der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennteichnet, daß die Querschnittsfläche des Polschuhs (6) kreisförmig ist.
7. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dae die Querschnittsfläche des Polschuhs (6) ein Quadrat ist.
8. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennteichnet-daß der Polschuh mit einem Dauermagneten magnetisch erregbar ist.
9. Meßumformer nach einem der Ansprüche ? bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh mit einer stromdurchflossenen Spule magnetisch erregbar ist.
10. Meßufformer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Widerstände (2,3) vormagnetisiert sind.
ii. MeBumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Widerstände (2,3) auf einer Tragplatte (16) aus weichmagnetischem Material angeordnet sind, daß auf dieser Platte wenigstens ein Dauermagnet (17 bzw. 18) befestigt ist, daß eine zweite, mit einem Polschuh (6) versehene Platte (19) aus weichmagnetischem Material auf dem Dauermagneten verschiebbar aufliegt und daß die nagnetfeldabhängigen Widerstände im Luftspalt (20) zwischen dem Polschuh und der Treglatte angeordnet sind.
12. Meßumformer nacb einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der magnetfeldabhängien Widerstände InSb, insbesondere mit Einschlüssen einer gutleitenden zweiten Phase, wie NiSb, ist.

.t13. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Sollwertgeber fir eine Fernsteuerung von Stellantrieben.

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