DE69012075T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennung und Schutz gegen statisches elektromagnetisches Feld an Magnetoelastischem Kraftmesser. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung störender statischer und/oder quasistatischer magnetischer Felder bei der Messung mit einem magnetoelastischen Kraftgeber.
• Solche Kraftgeber dienen zur Messung mechanischer Spannungen mit Hilfe des magnetoelastischen Effektes.
• Der magnetoelastisch Effekt ist ein Phänomen, bei welchem die magnetische Permeabilität eines ferromagnetischen Materials sich verändert, wenn es mechanisch beansprucht wird.
• Die Verwendung des oben genannten Effektes zur Messung mechanischer Kräfte und Drehmomente beruht auf einer vor über 50 Jahren entstandenen Idee. In jüngeren Jahren hat diese Idee ein zunehmend großes Interesse gefunden.
• Vor allem die neuen amorphen Materialien mit ihrer sehr großen Magnetostriktion haben zu diesem Anwachsen beigetragen. Auch die Möglichkeit, diese Technik in einer kontaktlosen und sehr einfachen Weise zur Messung von Drehmomenten zu verwenden, hat den Bedarf an dieser Technik gesteigert.
• Außerdem sind Geber auf der Basis des magnetoelastischen Effektes gekennzeichnet durch eine sehr große Widerstandsfähigkeit gegenüber der äußeren Umgebung und durch eine große Signalleistung und folglicheine geringe Empfindlichkeit gegenüber Störungen.
• Der Aufbau der oben genannten Geber variiert beträchtlich, im Prinzip kann jedoch folgendes zusammenfassend gesagt werden:
• Ein Körper aus ferromagnitischem Material wird durch Stromspeisung einer Erregerwicklung einer periodisch sich ändernden magnetischen Feldstärke (Magnetisierung) ausgesetzt.
• Gemäß dem einfachsten Konzept wird dann nur die Induktivität der Erregerwicklung gemessen, um dadurch ein Maß für die magnetische Permeabilität des Materials und folglich ein Maß für die auf den Körper aus ferromagnitischem Material aufgebrachte mechanische Spannung zu erhalten.
• Verfeinerte Vorrichtungen benutzen eine Sekundärwicklung zur Messung des zeitlichen Differentialquotienten des durch die Magnetisierung erzeugten magnetischen Flusses.
• Mit Hilfe einer Sekundärwicklung ist es auch möglich, den erzeugten Fluß in einer zur Magnetisierung senkrechten Richtung sowie in einer Richtung zu messen, die mit der Hauptspannungsrichtung der mechanischen Spannungen im beanspruchten Körper einen Winkel von 45 Grad bildet. Dies ist der Fall mit Gebern, die auf dem Markt unter den Warenzeichen PRESSDUCTOR und TORDUCTOR bekannt sind.
• Ein anderes häufig verwendetes Meßprinzip besteht darin, den erzeugten magnetischen Fluß in verschiedenen Abschnitten oder Meßzonen zu messen, die unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, und dann die Differenz zwischen diesen Flüssen zu bilden.
• Die am weitesten verbreitete Methode besteht in der Verwendung von zwei Meßzonen, von denen die eine mit Zugspannung und die andere mit Druckspannung in Richtung des magnetischen Feldes beansprucht wird. Dies wird beispielsweise beschrieben in der EP-A-O 089 916 und der US-A-4 506 554.
• Eine andere Methode besteht in der Messung der Differenz der Flüsse, die in einer beanspruchten und einer nicht beanspruchten Zone erzeugt werden.
• Unabhängig von dem verwendeten Verfahren zur Messung der Permeabilitätsänderung in magnetoelastischen Material wird sich die magnetische Hysteresis-Schleife der Magnetisierungskurve B = F (H), in der H die magnetische Feldstarke und B die magnetische Flußdichte ist, verändern, wenn das Material durch ein statisches magnetisches Feld magnetisiert ist. Die Hysteresis-Schleife wird in jedem Punkte des Materials während einer Periode der Magnetisierung einmal durchlaufen. Diese Veränderung der Hysteresis-Schleife beeinfluß natürlich die Messung der erzeugten Flüsse und führt sowohl zu einer Anderung des Meßsignals im nichtbelasteten Geber, das heißt des Nullsignals, als auch zu einer Änderung der Empfindlichkeit des Gebers gegenüber Belastungen.
• Wenn der Geber durch ein statisches magnetische Feld so stark magnetisiert wird, daß das ferromagnitische Material die Sättigung erreicht, dann sind die Permeabilitätsunterschiede und auch die Empfindlichkeit des Gebers sehr klein. Der Einfluß besteht jedoch auch bei bedeutend kleineren Feldern.
• Um den Einfluß dieser Störung zu beseitigen, wurde versucht, den Geber gegenüber äußeren magnetischen Feldern abzuschirmen. Jedoch hat sich die Abschirmung des Gebers gegen statische oder langsam veränderlichen, das heißt quasistationären, magnetischen Felder als ein schwieriges technisches Problem erwiesen. Dieses Problem kann besonders schwierig sein bei Versuchen, äußere magnetische Felder durch Abschirmung von Wellen bei der Messung von Drehmomenten fernzuhalten.
• Das Problem der statischen äußeren Magnetisierung kann besonders ernst werden, da die statische Magnetisierung durch Remanenz in dem Gebermaterial permanente Änderungen in der Funktion des Gebers verursachen kann.
• Es ist allgemein bekannt, daß ein beliebiges periodisches Signal durch Fourier-Analyse zerlegt werden kann in eine Anzahl von sinusförmigen Signalen oder Wellen mit unterschiedlichen Phasenlagen, aber mit Frequenzen, die ganze vielfache der Frequenz des periodischen Signals sind. Die Welle mit der kleinsten Frequenz, das heißt mit der Frequenz des periodischen Signals, wird Grundwelle oder Grundton genannt, und seine Frequenz ist die Grundfrequenz. Die anderen Wellen mit Frequenzen, welche ganze vielfache dieser Grundfrequenz sind, werden Oberwellen oder kurz "Harmonische" genannt. In Abhängigkeit davon, ob die Frequenz einer Oberwelle das zweifache, dreifache oder mehrfache der Grundwellenfrequenz beträgt, wird von der zweiten Oberwelle oder dem zweiten Oberton, der dritten Oberwelle oder dem dritten Oberton usw. des periodische Signals gesprochen.
• Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß die B-H- Kurve im Falle einer normalen Magnetisierung ohne statische Felder vollständig syinmetrisch in Bezug auf den Nullpunkt der B-H-Koordinatensystems ist.
• Ein Weg, das Vorgenannte in mathematischer Weise auszudrücken, besteht darin, daß die magnetische Flußdichte B nach einer halben Periode ihr Vorzeichen wechselt, das heißt
• B(t+T/2) = -B(t)
• wobei B = magnetische Flußdichte,
• t = Zeit,
• T = Periodendauer der Magnetisierung.
• Wenn die magnetische Feldstärke H rein sinusförmig ist, bedeutet die oben genannte Symmetrie, daß die Fourier-Analyse des zeitlichen Verlaufes des magnetische Flußdichte in gesättigtem ferromagnitischem Material nur die Grundwelle und ungeradzahligen Oberwellen enthält.
• Bei einem Material mit einer vollständig geraden B-H-Kurve treten überhaupt keine Oberwellen auf, während ein in die Sättigung gelangendes Material mit einer nichtlinearen B-H- Kurve einen hohen Gehalt an Oberwellen aufweist, vor allem eine starke dritte Oberwelle, aber auch Oberwellen höherer Ordnung.
• Wenn ein Material einer statischen Magnetisierung ausgesetzt wird, welche einer sinusförmigen symmetrischen Magnetisierung überlagert ist, geht jedoch die Syinmetrie der magnetische Flußdichte, die durch die Gleichung (1) angedeutet ist, verloren. Das bedeutet, daß die Fourier-Analyse des zeitlichen Verlaufes des B-Feldes auch geradzahligen Oberwellen enthält.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststellung und Verminderung des schädlichen Einflusses von statischen magnetischen Feldern auf die Arbeitsweise eines magnetoelastischen Kraftgebers zu entwickeln.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den zusätzlichen Ansprüchen 2-4 genannt.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruches 5.
• Weiterentwicklungen dieser Vorrichtung sind gekennzeichnet durch die Merkmale der weiteren Ansprüche 6-10.
• Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Varhandenseins von geradzahligen Oberwellen. Die Messung des Gehaltes an diesen Oberwellen gibt ein Maß für die Stärke einer statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung, und der gemessene Wert kann als Eingangsgröße eines Reglers verwendet werden, der mit Hilfe eines Gleichstromes diese äußere Magnetisierung auf Null steuert.
• Außerdem liefert das Verfahren eine Information darüber, wann der erreichte Schutz trotzdem nicht ausreichend ist, und es kann warnen, daß der Geber nicht zufriedenstellend arbeitet, was sehr wichtig ist, wenn der Geber in automatischen Regelungsanlagen verwendet wird.
• Wenn der Regler nicht imstande ist, die statischen und/oder quasistatischen magnetischen Felder vollständig zu kompensieren, so begrenzt es diese und liefert in einfacher Weise ein Warnsignal.
• Ein Grenzwert bezüglich der zulässigen Änderungsgeschwindigkeit des störenden quasistationären magnetischen Feldes ergibt sich aus der Forderung, daß die störende Magnetisierung sich nur in geringem Ausmaße während einer Periode der periodischen Magnetisierung ändern darf.
• Um mit einer Magnetisierung in verschiedenen Richtungen fertig zu werden, ist es erforderlich, daß die Phasenlage der zweiten Oberwelle relativ zur Grundwelle nachgesteuert wird. Dies wird am einfachsten durch phasenempfindliche Gleichrichtung bei der Frequenz der zweiten Oberwelle erreicht. Dies wird später genauer erläutert.
• Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
• Figur 1 eine symmetrische Hysteresis-Kurve sowie eine verzerrte Kurve, wenn das Material durch ein statisches magnetischen Feld magnetisiert wird,
• Figur 2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung gemäß der Erfindung, mit welcher die äußere Magnetisierung festgestellt und mit Hilfe einer Kompensationswicklung zu Null kompensiert werden kann,
• Figur 3 ein abgeändertes Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung, mit welcher die äußere Magnetisierung festgestellt und und ohne eine Kompensationswicklung zu Null kompensiert werden kann,
• Figuren 4, 5 und 6 drei verschiedene Ausführungsformen des Oszillatorteils in den Blockschaltbildern gemäß den Figuren 2 und 3,
• Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für die Feststellung geradzahliger Oberwellen in den Blockschaltbildern gemäß den Figuren 2 und 3,
• Figur 8 das Prinzip der Anwendung einer Kompensationswicklung zur Verhinderung von Störungen des magnetoelastischen Kraftgebers durch statische und/oder quasistatische magnetische Felder,
• Figur 9 das Prinzip der Anwendung einer Kompensationswicklung zur Verhinderung von Störungen des magnetoelastischen Drehmomentengebers durch statische und/oder quasistatische magnetische Felder,
• Figur 10 wie die Kompensation ohne zusätzliche Wicklungen gemäß Figur 3 durchgeführt werden kann im Falle, daß die Richtung der erwarteten Störung des magnetischen Feldes mit der Richtung des magnetisierenden periodischen Feldes zusammenfällt.
• Der Einfluß der magnetischen Hysterese und eines statischen magnetischen Feldes auf die Beziehung zwischen der magnetischen Feldstärke H und der magnetischen Flußdichte B kann unter Bezug auf Figur 1 studiert werden. Die Kurve a zeigt die symmetrischen B-H-Kurve, die während einer Periode der Grundwelle durchlaufen wird. Die Kurve b zeigt die Verzerrung der Kurve a als Ergebnis der Magnetisierung des Materials durch ein statisches magnetisches Feld. Eine sinusförmige magnetische Feldstärke H erzeugt gemäß Kurve a einen Oberwellengehalt in der magnetische Flußdichte B mit einer dritten Oberwelle von 16% und einer fünften Oberwelle von 6%. Eine sinusförmige magnetische Feldstärke zusammen mit einer statischen Magnetisierung erzeugt eine zweite Oberwelle in der magnetische Flußdichte B von 18% (Kurve b).
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt Figur 2 in Gestalt eines Blockschaltbildes einer elektrischen Schaltung, welche verhindert, daß störende statische und/oder quasistatische magnetische Felder die Messung einer Kraft oder eines Drehmomentes mit einem magnetoelastischen Geber stören.
• Zu der Schaltung gehört eine Spannungsquelle 1, die an ihren Ausgängen 2 und 3 Signale liefert, die miteinander verkettet sind und die ein exaktes gegenseitiges Frequenzverhältnis von zwei haben. Das Signal des Ausgangs 2, welches die kleinere Frequenz hat, verläuft symmetrisch zur Zeitachse und ist vollständig frei von geradzahligen Oberwellen. Das Signal hat zweckmäßigerweise eine reine Sinusform, obwohl eine Pulsbreiten-modulierte Rechteckwelle im Prinzip ebenfalls möglich ist. Das Signal des Ausgangs 3 mit der doppelten Frequenz wie das Signal vom Ausgang 2 soll ebenfalls in der Weise symmetrisch sein, daß die Zeitdauer der Halbperioden exakt gleich ist.
• Das Signal des Ausgangs 2 wird einem ersten Verstärker 4 zugeführt, welcher die Erregerwicklung 5 des Gebers speist. Der Verstärker kann so beschaffen sein, daß der Erregerstrom entsprechend dem Signal des Ausgangs 2 stromgesteuert ist oder er kann entsprechend demselben Signal spannungsgesteuert sein.
• Die vorgenannten beiden Möglichkeiten der Stromspeisung erlauben zwei verschiedene Verfahren zur Feststellung von geradzahligen Oberwellen.
• Wenn der Erregerstrom stromgesteuert ist, können Oberwellen aus einer Spannung ermittelt werden, die proportional dem zeitlichen Differentialquotienten des Flusses ist, wie zum Beispiel der Spannung, die in der Wicklung 9, die parallel zur Erregerwicklung 5 liegt, induziert wird. Diese Spannung wird einem Detektor zugeführt wird, dem zur Feststellung von geradzahligen Oberwellen auch das Signal des Ausgangs 3 der Spannungsquelle zugeführt, das heißt, das Signal mit der zweifachen Frequenz der Speisefrequenz.
• Wenn der Erregerstrom des Gebers spannungsgesteuert ist, können die geradzahligen Oberwellen aus einem Signal ermittelt werden, welches dem Speisestrom proportional ist, beispielsweise aus einer Spannung, die an einem Shuntwiderstand im Speisekreis abgegriffen wird. Dieses Signal wird einem Detektor zugeführt, dem zur Feststellung von geradzahligen Oberwellen auch das Signal vom Ausgang 3 der Spannungsquelle zugeführt wird, das heißt, das Signal mit der zweifachen Frequenz der Speisefrequenz.
• Bei den obigen Verfahren ist der Gehalt an geradzahligen Oberwellen stets der Grundwelle überlagert. Zur Erzielung eines besseren Auflösungsvermögens des phasenempfindlichen Detektors zeigt Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform, was bedeutet, daß sowohl die dem Differentialquotienten des Flusses proportionale Spannung als auch die dem Erregerstrom proportionale Spannung dem Detektor zugeführt werden. Das erste dieser Signale wird auf den Eingang 6 gegeben, und das zweite Signal wird auf den Eingang 7 des Drehmomentengebers 8 gegeben zur Ermittlung ungeradzahligen Oberwellen. Das Signal 6 erhält man als die induzierte Spannung in einer zur Erregerwicklung parallel liegenden Wicklung 9.
• Eine genauere Beschreibung des phasenempfindlichen Detektors wird unter Bezug auf Figur 7 gegeben.
• Wenn nun der Geber von einem statischen und/oder quasistatischen magnetischen Feld magnetisiert wird, so wird die B-H-Kurve, wie in Figur 1 gezeigt, in solcher Weise verzerrt, daß geradzahligen Oberwellen auftreten. Diese Oberwellen haben eine definierte Phasenlage in Bezug auf die Magnetisierungsperiode. Da die Ermittlung in phasenempfindlicher Weise stattfindet, können verschiedene Richtung der statischen Magnetisierung unterschieden werden. Das Signal vom Ausgang 10 des Detektors kann daher einem Regler 11 zugeführt werden, welcher mit oder ohne separater Kompensationswicklung ein entgegengesetztes magnetisches Feld erzeugt und den Gehalt an geradzahligen Oberwellen auf 0 reduziert.
• In der Ausführungsform gemäß Figur 2 wurde das Signal des Ausganges 12 des Reglers einem zweiten Verstärker 13 zugeführt, der seinerseits einen Strom durch eine Kompensationswicklung 14 treibt, welche das erforderliche entgegengesetzt gerichtete Feld erzeugt.
• Um ein Warnsignal von der Elektronik zu bekommen, wenn trotz des Kompensationssignals vom Regler und dem zweiten Verstärker die Speisung immer noch durch überlagerte statische und/oder quasistatische Magnetisierung verzerrt wird, ist das Signal vom Ausgang 10 des Detektors an einen Niveaudiskriminator 15 angeschlossen, dessen Signal an einem Ausgang 16 die geforderte Warnung darstellt.
• Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der elektrischen Kompensationsschaltung. Das Signal des Ausgangs 12 des Reglers wird im ersten Verstärker zu dem Signal des Ausgangs 2 der Spannungsquelle addiert. Auf diese Weise erhält die periodische Magnetisierung eine statische und/oder quasistatische Komponente, welche die äußere Störung kompensiert.
• Wenn der Kabelwiderstand klein ist, kann das auf den Eingang des Detektors gegebene Signal, statt an der Kompensationswicklung 9 abgegriffen zu werden, direkt von der Speisespannung des Gebers abgegriffen werden.
• Wenn der Geber von einer sinusförmigen Speisespannung gespeist wird und das Ausgangssignal des Gebers das Vorzeichen nicht wechselt, wenn eine Last innerhalb des Meßbereiches auf ihn wirkt, ist es im Prinzip auch möglich, das Ausgangssignal des Gebers als Eingangssignal für den Eingang 6 des Detektors zu verwenden.
• Für bestimmte Gebertypen werden zwei oder mehr Meßzonen mit je einer Meßwicklung verwendet. Diese werden normalerweise gegensinnig zusammengeschaltet, um ein Differenzsignal zu erhalten. Bei Verfügbarmachung der Anschlüsse aller Meßwindungen kann auch der Gesamtfluß des Gebers gemessen werden, und es ist dann auch möglich, ein solches Summensignal als Eingangssignal für den Eingang 6 des phasenempfindlichen Detektors zu verwenden.
• Der Regler 11 ist zweckmäßigerweise als gewöhnlicher PI-Regler aufgebaut.
• Figur 4 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung der Spannungsquelle 1 in den Figuren 2 und 3. Ausgangspunkt ist ein digitaler Frequenzgenerator 17. Der Ausgang 18 wird direkt als das benötigte Steuersignal des Ausganges 3 der Spannungsquelle verwendet. Der Ausgang 18 ist auch an den Eingang eines Frequenzteilers 19 angeschlossen. Das Signal am Ausgang 20 des Frequenzteilers 19 ist daher eine Rechteckwelle mit der halben Frequenz des Eingangssignals. Schließlich wird die Rechteckwelle in einem Tiefpaßfilter 21 gefiltert und dann an den Ausgang 2 der Spannungsquelle angeschlossen.
• Figur 5 zeigt ein anderes Prinzip zur Erzeugung der Spannungsquelle mit Hilfe eines Generators 22, der eine sinusförmige Ausgangsspannung erzeugt. Der Ausgang dieses Generators ist direkt an den Ausgang 2 der Spannungsquelle angeschlossen. Er wird außerdem in einem Gleichrichter 23 vollwellengleichgerichtet. Hierdurch wird ein Signal erzeugt, welches eine Komponente mit doppelter Frequenz des Sinuswellengenerators enthält. Das gleichgerichtete Signal wird dann in einem Bannpaßfilter 24 gefiltert und dann an den Ausgang der Spannungsquelle angeschlossen.
• Figur 6 zeigt eine dritte Alternative, bei welcher zwei Sinuswellengeneratoren 25 und 26 verwendet werden, die über eine Verbindung 27 synchronisiert sind.
• Figur 7 zeigt eine Ausführung eines phasenempfindlichen Detektors 8 für geradzahligen Oberwellen, wie er in den Figuren 2 und 3 vorkommt. Das an dem Eingang 6 eintreffende Signal wird in einem Phasenverschiebungsglied 28 phasenverschoben und wird vom Ausgang 29 einen Subtraktionsglied 30 zugeführt, wo es von dem am Eingang 7 eintreffenden Signal, welches dem Speisestrom proportional ist, subtrahiert wird. Signalgröße und Phasenlage des Signals am Ausgang 29 des Phasenverschiebungsgliedes sollen so angepaßt sein, daß das Signal am Ausgang 31 des Subtraktionsgliedes einen so klein wie möglichen Anteil mit der gleichen Frequenz wie die Magnetisierung des Gebers enthält. Das Signal vom Ausgang des Subtraktionsgliedes ist an einen phasenempfindlichen Gleichrichter 32 angeschlossen. Das Steuersignal des phasenempfindlichen Gleichrichters erhält man durch Phasenverschiebung des Signals am Ausgang 3 der Spannungsquelle in einem Phasenverschiebungsglied 33. Die Phasenverschiebung wird so gewählt, daß die Phasenlage des Steuersignals der Phasenlage der zweiten Oberwelle entspricht, die in dem Signal am Ausgang des Subtraktionsgliedes auftritt, wenn der Geber einem statischen magnetischen Feld ausgesetzt ist. Das Signal vom Ausgang 34 des phasenempfindlichen Gleichrichters wird schließlich in einem Tiefpaßfilter 35 tiefpaßgefiltert.
• Wie oben beschrieben, sollte beachtet werden, daß es nicht notwendig für die Funktion des Detektors ist, daß die Grundwelle von dem am Eingang 6 angeschlossenen Spannungssignal beziehungsweise von dem am Eingang 7 angeschlossenen Stromsignal subtrahiert wird. Dieses Verfahren vermindert jedoch die Anforderungen an Vollkommenheit des phasenempfindlichen Gleichrichters 32.
• Andere Lösungen für die Verwirklichung des Demodulators sind natürlich auch möglich.
• Bei den oben beschriebenen Lösungen wurden die verschiedenen Funktionen durch Bausteine realisiert, die auf der Analogtechnik basieren. Es steht natürlich jedoch nichts im Wege, die gleichen Funktionen durch Verwendung von digitalen Signalprozessoren zu verwirklichen.
• Figur 8 zeigt einen Kraftgeber 8, der gegen statische und/oder quasistatische magnetische Felder durch eine Kompensationswicklung 14 (siehe Figur 2) geschützt ist. Die auf den Kraftgeber einwirkende Kraft wird über ein Endstück 37 eingeleitet, welches ebenfalls in der Lage ist, statische magnetische Felder in den Geber einzuleiten. Um dies zu verhindern, ist die Kompensationswicklung um das Endstück gewickelt. Außerdem ist der Geber zweckmäßigerweise mit Hilfe eines abschirmenden Kastens 38 aus hochpermeablem magnetischem Material abgeschirmt. Dieser schützt den Geber vor äußeren magnetischen Feldern, welche quer zur Richtung der Kraft verlaufen. Der Schirm dient auch als flußschließendes Joch für das von der Kompensationswicklung erzeugte magnetischen Feld, was zu einer Reduzierung des Stromverbrauchs des zweiten Verstärkers 13 gemäß Figur 2 führt.
• Figur 9 zeigt, wie ein Drehmomentengeber 39 mit Hilfe der Kompensationswicklung 14 gegen statische und/oder quasistatische magnetische Felder geschützt werden kann, welche über die drehmomentführende Welle 40 eindringen. Hier wird gezeigt, daß die Kompensationswicklung um den Geber selbst gewickelt werden kann statt um die Welle. Auch in diesem Falle kann eine äußere magnetische Abschirmung 41 verwendet werden.
• Figur 10 zeigt ein Beispiel, wie bei einem Drehmomentengeber zur Kompensation nach der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform verfahren werden kann. Figur 10 zeigt im Querschnitt das Prinzip eines kontaktlosen Drehmomentengebers gemäß beispielsweise der US-A 4 506 554. In diesem Geber werden zwei Meßzonen 42 und 43 durch ein zeitabhängiges periodisches magnetischen Feld magnegtisiert, welches durch zwei Erregerwicklungen 44 und 45 erregt wird, die in Reihe geschaltet sind und konzentrisch um die Welle angeordnet sind. Der Fluß schließt sich über ein aus hochpermeablem Material bestehendes Joch 46. Da die Richtung des magnetisierenden Feldes mit der Richtung der Welle zusammenfällt, kann das kompensierende magnetische Feld durch Überlagerung eines Gleichstromes über den periodischen Erregerstrom erzeugt werden, wie in Figur 3 gezeigt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Feststellung störender statischer und/oder quasistatischer magnetischer Felder bei der Messung mit einem magnetoelastischen Kraft- und Drehmomentengeber, wobei der Geber (36,39) von einem symmetrischen periodischen Speisestrom magnetisiert wird, dessen Fourier-Analyse nur die Grundwelle und ungeradzahligen Oberwellen dieser Grundwelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Speisung des Gebers mit Strom ein erstes Signal, welches zu dem Fluß im Geber oder seiner zeitlichen Änderung proportional ist, auf einen ersten Eingang (6) eines phasenempfindlichen Detektors (8) gegeben wird, dessen Ausgangssignal dem Gehalt an geradzahligen Oberwellen der Fourier- Analyse des ersten Signals proportional ist, oder daß bei der Magnetisierung des Gebers durch die Zuführung einer Spannaung ein zweites Signal, welches dem Speisestrom, der den Geber magnetisiert, proportional ist, an einen zweiten Eingang (7) des phasenempfindlichen Detektors (8) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal proportional dem Gehalt an geradzahligen Oberwellen in der Fourieranalyse des zweiten Signals ist, und daß dann, wenn das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors von Null abweicht, die Feststellung von störenden statischen und/oder quasistatischen magnetischen Feldern angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches zur Reduzierung oder Verhinderung des Einflusses der genannten statischen und/oder quasistatischen magnetischen Felder auf die Messung mit dem genannten magnetoelastischen Kraft- und Drehmomentengeber verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Gleichrichters über einen Regler (11) verwendet wird zur Erzeugung einer statischen und/oder quasistatischen magnetischen Magnetisierung, die der Richtung der statischen und/oder quasistatischen magnetischen Feld Magnetisierung entgegengesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors an den Eingang des genannten Reglers (11) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker (13) an eine Kompensationswicklung (14) im Geber angeschlossen ist zur Erzeugung einer statischen und/oder quasistatischen magnetischen Magnetisierung, welche der störenden quasistatischen Magnetisierung entgegengerichtet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors an den Eingang des genannten Reglers (11) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal derart geschaltet wird, daß es in Zusammenarbeit mit dem Erregerstrom über die Erregerwicklung (5) des Gebers eine statische und/oder quasistatische Magnetisierung erzeugt, welche der statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung entgegengerichtet ist.

5. Vorrichtung zur Feststellung störender statischer und/oder quasistatischer magnetischer Felder bei der Messung mit einem magnetoelastischen Kraftgeber und Drehmomentengeber, welche Vorrichtung einen Geber (36,39) enthält, welcher dazu bestimmt ist, durch einen symmetrischen periodischen Speisestrom magnetisiert zu werden, dessen Fourieranalyse nur die Grundwelle und ungeradzahlige Oberwellen dieser Grundwelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung der Speisung des Gebers mit Strom ein erstes Signal, welches zu dem Fluß im Geber oder seiner zeitlichen Änderung proportional ist, an einen ersten Eingang (6) eines phasenempfindlichen Detektors (8) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal dem Gehalt an geradzahligen Oberwellen der Fourier-Analyse des ersten Signals proportional ist, oder daß bei der Anordnung der Magnetisierung des Gebers durch Zuführung einer Spannaung ein zweites Signal, welches dem Speisestrom, der zur Magnetisierung des Gebers vorgesehen ist, proportional ist, an einen zweiten Eingang (7) des phasenempfindlichen Detektors (8) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal proportional dem Gehalt an geradzahligen Oberwellen in der Fourieranalyse des zweiten Signals ist, und daß dann, wenn das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Detektors von Null abweicht, die Vorrichtung imstande ist, die Feststellung von störenden statischen und/oder quasistatischen magnetischen Feldern anzuzeigen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurchgekennzeichnet, daß zur Reduzierung oder Verhinderung der Wirkung der genannten störenden statischen und/oder quasistatischen magnetischen Felder auf die Messung der Ausgang des phasenempfindlichen Detektors an den Eingang des genannten Reglers (11) angeschlossen ist, welcher Regler so beschaffen ist, daß er eine statische und/oder quasistatische Magnetisierung erzeugt, welche der störenden statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung entgegengerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Detektors an den Eingang des genannten Reglers (11) angeschlossen ist, dessen Ausgang über einen Verstärker (13) an eine Kompensationswicklung (14) im Geber zur Erzeugung einer statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung angeschlossen ist, welche der störenden statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung entgegengerichtet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Detektors an den Eingang des genannten Reglers (11) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal so geschaltet ist, daß es mit dem Erregerstrom zusammenzuarbeiten vermag, um über die Erregerwicklung (5) des Gebers eine statische und/oder quasistatische Magnetisierung zu erzeugen, welche der störenden statischen und/oder quasistatischen Magnetisierung entgegengerichtet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung des Gebers das erste Signal zu bilden vermag, welches der zeitlichen Änderung des Flusses durch den Geber proportional ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung in einer zusätzlichen Sekundärwicklung parallel zur Speisespannung das Signal zu bilden vermag, welches der zeitlichen Anderung des Flusses durch den Geber proportional ist.