DE1123119B - Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung fuer einen Induktivgeber bei sich aendernden Temperaturbedingungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung für einen Induktivgeber bei sich ändernden Temperaturbedingungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung für einen Induktivgeber zur Messung von Wegen oder Schwingungen bei sich ändernden Temperaturbedingungen, wobei der Induktivgeber aus ein oder zwei Transformatoren besteht und bei Verwendung von zwei Transformatoren die Eisenkerne magnetisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind und die beiden Primärwicklungen in Reihe sowie die beiden Sekundärwicklungen in Reihe gegeneinandergeschaltet sind.
• Es sind Induktivgeber bekannt, welche zur Verwendung in einer Meßbrücke vom Wheatstone-Typ geeignet sind und bei denen die Veränderung ihres Blind- und Scheinwiderstandes für die Messung ausgenutzt wird. Eine solche Induktivgeberschaltung ist in Abb. 1 der Zeichnung dargestellt.
• Es sind ferner Induktivgeber bekannt, welche die Veränderung des Kopplungsfaktors zwischen der Primär- und Sekundärspule bei Änderung des Luftspaltes ausnutzen. Zwei dieser grundlegenden Schaltungen sind in Abb. 2 und 3 der Zeichnung veranschaulicht.
• In Abb. 1 bis 3 sind die Elemente der Schaltung symbolisch dargestellt. wobei die Widerstände mit R. die Primärspulen des tnduktivgebers mit P bzw. P1 und P., und die Sekundärspulen mit S bzw. Si und S= bezciciinet sind. Der in Abb. 1 angegebene Induktivgeber ist für veränderliche Temperaturen weniger geeignet, da die nicht vermeidbare Differenz der Temperaturkoeffizienten der beiden Spulen voll in die Messung als Nulipunktsdrift eingeht. Der in Abb. 2 dargestellte Geber besteht aus zwei Transformatoren mit den Wicklungen PP Si und P._, S,_, die entweder auf einem gemeinsamen Eisenkern oder getrennt angeordnet sind. Dieser Geber zeigt von den genannten Induktivgeberschaltungen die beste Nullpunktkonstanz, benötigt aber eine hohe Meßspannung, welche bei den gebräuchlichen Verstärkern nicht zur Verfügung steht.
• Der in Abb. 3 gezeigte Geber besteht aus einem Transformator mit Eisenkern, bei dem die Sekundärwicklung getrennt ist, d. h. aus zwei Sekundärwicklungen S1 und S., besteht, die in Reihe gegeneinandergeschaltet sind. Dieser Induktivgeber kommt mit den gebr:iuchlichcn Meßspannungen aus, ist aber in seiner Nullpunktkonstanz ungünstiger als der gem:iß Abb. 2, da sich der Primärstrom bei Temperatur:inderung infolge der Widerstandsänderung der Primärspule :indem. Die beiden letztgenannten Geber (Abh. ? und _3) haben den gemeinsamen Nachteil, daß sich der Abgleich nur mechanisch oder durch Änderung der Vorwiderstände vollziehen läßt und dadurch ein vollständiger Abgleich nach Betrag und Phase nicht immer erreichbar ist. Der mechanische Abgleich hat weiterhin zur Voraussetzung, daß noch kurz vor oder während der Messung der Geber mechanisch zugänglich sein muß. Diese Voraussetzung ist bei Fernmessung, z. B. im Innern von auf Prüfständen befindlichen rotierenden Maschinen, nicht gegeben. Eine Abgleichmöglichkeit auf elektrischer Basis besteht für beide. Geber in der Zuschaltung einer der Restspannung auf der Ausgangsseite entgegengerichteten gleich großen Kompensationsspannung. Diese Möglichkeit ist jedoch für die Erhaltung der Nullpunktkonstanz bei Temperaturänderungen ungünstig, da die Unsymmetrien im Geber nicht beseitigt werden und somit die vorhandene Differenzspannung, welche bei Normaltemperatur auskompensiert wird, bei Temperaturänderung ebenfalls eine Änderung erfährt, was zum »Weglaufen« des Nullpunktes führt.
• Es ist außerdem ein Induktivgeber bekannt, bei welchem durch Verwendung von vier Spulen, deren Wicklungen paarweise, und zwar jeweils die beiden in einer Brücke sich gegenüberliegenden Induktivitäten auf einen Magnetkern gleichzeitig parallel und nebeneinander aufgewickelt sind, Unsymmetrien kaum mehr auftreten. Bei diesem Geber ist ein Phasenabgleich nicht notwendig. Er hat aber ebenso wie die bereits genannten Geber den Nachteil, daß zum Abgleich eine mechanische Justierung notwendig ist.
• Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, die durch die Temperaturschwankungen im Meßobjekt auftretenden Meßfehler dadurch auszuschalten, daß man die Geber elektrisch oder mit Dampf aufheizt und gleichzeitig durch geeignete Maßnahmen die Temperatur konstant hält. In diesem Zusammenhang wird empfohlen, als konstant zu haltende Gebertemperatur die maximal zu erwartende Temperatur des Meßobjektes zu wählen. Abgesehen davon, daß zur Einhaltung dieser Empfehlungen ein beträchtlicher Aufwand erforderlich ist, wirkt sich ein ständiger Betrieb an der oberen Temperaturgrenze äußerst ungünstig auf das für die Spulendrähte verwendete Isoliermaterial aus, so daß die Haltbarkeit der Wicklungen stark vermindert wird, was wiederum zu vorzeitigen Ausfällen führt.
• Diese Nachteile der bisher bekannten Induktivgeber, die aus ein oder zwei Transformatoren bestehen, wobei bei Verwendung von zwei Transformatoren die Eisenkerne magnetisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind und die beiden Primärwicklungen in Reihe sowie die beiden Sekundärwicklungen inReihe gegeneinandergeschaltet sind, werden erfindungsgemäß beseitigt.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung beider Primärwicklungen oder bei Verwendung nur eines Transformators mit geteilter Sekundärwicklung die Primärwicklung selbst eine Anzapfung besitzt, die zum Nullabgleich an einen parallel zu den Primärwicklungen geschalteten Differentialkondensator und an ein ebenfalls parallel geschaltetes Potentiometer geführt ist.
• Der Differentialkondensator besteht vorzugsweise aus in Stufen geschalteten Einzelkondensatoren.
• In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt Abb. 4 eine Induktivgeberschaltung, in der der Geber aus zwei getrennt angeordneten Transformatoren besteht, Abb. 5 eine Induktivgeberschaltung, in der der Geber aus einem Transformator mit einer geteilten bzw. zwei Sekundärwicklungen besteht.
• Der in der Abb. 4 symbolisch dargestellte Induktivgeber besteht aus den beiden Transformatoren 1, 2, die sich jeweils aus den Primärwicklungen P1, P., und den Sekundärwicklungen S1, S, zusammensetzen. Jeder Transformator besitzt einen Eisenkern. Die Sekundärwicklungen S1 und S, sind in Reihe gegeneinandergeschaltet. Im Sekundärkreis ist das Meßgerät 3 einschließlich Meßverstärker eingeschaltet. Die Primärwicklungen P1 und P, liegen in Reihe an einer Wechselspannungsquelle. Die Verbindungsleitung 4 beider Primärwicklungen P1, P, besitzt eine Anzapfung. die an einem parallel zu den Primärwicklungen P1, P= geschalteten Differentialkondensator 5 und an einem ebenfalls parallel geschalteten Potentiometer 6 angeschlossen ist.
• In der Abb. 5 besteht der Transformator 1 aus der Primärwicklung P und den beiden Sekundärwicklungen S1, S" die, wie in der Abb. 4, gegeneinander in Reihe geschaltet sind und in ihren Kreis ein Meßg en iit 3 einschließlich Meßverstärker einschließen. Die Primärwicklung P besitzt eine Mittelanzapfung, deren Leitung wie in der Abb. 4 an einem parallel zur Primärwicklung P geschalteten Differentialkondensator 5 und an einem ebenfalls parallel geschalteten Potentiometer 6 angeschlossen ist. Der Primärstromkreis ist ebenfalls an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen.
• Durch diese Schaltung wird eine Symmetrierung herbeigeführt, die selbst bei größerer Entfernung zwischen dem Meßgerät und dem Meßobjekt am Standort des Meßgerätes erzielt werden kann und sich auch bei schwankenden Temperaturen innerhalb des Meßobjektes nicht ändert, insofern der Primärstrom konstant gehalten wird. Ein zu kleiner Kopplungsfaktor z. B. in Transformator 1 der Abb. 4 wird durch einen größeren Primärstrom in der Spule P1 ausgeglichen. Da der einmal mittels Differentialkondensator 5 und Potentiometer 6 eingestellte Primärstrom bei sich ändernden Temperaturen konstant gehalten wird, treten auch keine Änderungen der Sekundärspannungen beider Transformatoren 1 und 2 (Abb. 4) ein, und der Nullpunkt bleibt erhalten. Der gleiche Effekt tritt auch bei der Schaltung nach Abb. 5 auf.
• Die Konstanthaltung des Primärstromes erfolgt dadurch, daß die Primärwicklungen P1 und P, aus einem Drahtmaterial mit sehr kleinem Temperaturkoeffizienten (z. B. Manganin) oder aus zwei Drahtmaterialien entgegengesetzt gerichteter Temperaturkoeffizienten und in ihren Drahtlängen so eingerichteter Wicklungsteile hergestellt sind, daß der Widerstand bei Temperaturänderung konstant bleibt.
• Die Änderung der Meßempfindlichkeit des Gebers bei schwankenden Temperaturen infolge Änderung der Permeabilität des Eisenkernes kann in bekannter Weise durch Reihenschaltung eines temperaturabhängigen, den gleichen Temperatureinflüssen wie der Geber selbst ausgesetzten Widerstandes, welcher mit dem Anzeigegerät oder dem Eingangswiderstand des an den Geber angeschlossenen Meßverstärkers (z. B. Trägerfrequenzverstärker mit phasenabhängiger Gleichrichtung) in Reihe geschaltet ist, kompensiert werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Nullpunktkonstanthaltung für einen Induktivgeber zur Messung von Wegen oder Schwingungen bei sich ändernden Temperaturbedingungen, wobei der Induktivgeber aus ein oder zwei Transformatoren besteht und bei Verwendung von zwei Transformatoren die Eisenkerne magnetisch miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind, die beiden Primärwicklungen in Reihe sowie die beiden Sekundärwicklungen in Reihe gegeneinandergeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (4) beider Primärwicklungen (P1 und P_) oder bei Verwendung nur eines Transformators mit geteilter Sekundärwicklung (S1 und S,) die Primärwicklung (P) selbst eine Anzapfung besitzt, die zum Nullabgleich an einen parallel zu den Primärwicklungen geschalteten Differentialkondensator (5) und an ein ebenfalls parallel geschaltetes Potentiometer (6) geführt ist.
2. 2. Induktivgeber nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkondensator (5) aus in Stufen geschalteten Einzelkondensatoren besteht.