DD229224A1

DD229224A1 - Vorrichtung zum messen von lineargeschwindigkeiten

Info

Publication number: DD229224A1
Application number: DD26985984A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Talke; Guenter Beyer; Arno Ruprecht; Herbert Schade
Original assignee: Reichsbahn Forschungs U Entwic
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1985-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach groesseren Wegbereiches, das nach dem Induktionsprinzip arbeitet. Aufgabe der Erfindung ist, mit geringem Aufwand fuer Spulen und Erregersystem einen hohen Grad an Linearitaet der erzeugten Messspannung zu erzielen. Erreicht wird dies, indem das Erregersystem aus einem aus Weicheisen bestehenden Rohr mit an beiden Enden angeordneten ringfoermigen Permanentmagneten mit einander zugewandten gleichnamigen Polen und mit aus Weicheisen bestehenden aeusseren topfartigen Polschuhen sowie einem beide Polschuhe zentrisch fest verbindenden stabfoermigen Mittelpol gebildet wird, der Mittelpol beidseitig ueber die Polschuhe hinausragend in festen Fuehrungsboecken axial verschiebbar gefuehrt ist und eine in das Innere des Rohres hineinragende und den Mittelpol umschliessende Spule mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern durch einen der Polschuhe hindurch an einen der Fuehrungsboecke befestigt ist. Den die Messwerte abgebenden Leitern ist ein elektrischer Filter mit Bandpasscharakteristik nachgeschaltet. Fig. 1

Description

Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach größeren Wegbereiches .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es sind bereits .Vorrichtungen zum Messen von Lineargeschwindigkeiten bekannt, die im wesentlichen mit einer Meßspule und einem eine Relativbewegung zu dieser ausführenden Stößel nach dem Induktionsprinzip arbeiten und eine geschwindigkeitsproportionale Meßspannung abgeben. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen ist, daß der zur Erreichung einer ausreichenden Linearität der abgegebenen Meßspannung erforderliche Bauaufwand für die Meßspule und das Erregersystem einerseits sehr hoch ist und andererseits die Linearität' im Vergleich zur Baulänge in nur kleinen Wegbereichen gesichert ist.

Ziel der Erfindung:

Es ist das Ziel der Erfindung, geschwindigkeitsproportionale Meßspannungen mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren.

Darlegung des Wesens der ' Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Induktionsprinzip arbeitende Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach größeren Wegbereiches, zu schaffen, mit dem mit geringem Aufwand für Spulen und Erregersystem ein hoher Grad an Linearität der erzeugten geschwindigkeitsproportionalen Meßspannung erzielbar ist.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem das Erregersystem aus einem aus Weicheisen bestehenden Rohr mit an beiden Enden angeordneten ringförmigen Permanentmagneten mit einander zugewandten gleichnamigen Polen und mit aus Weicheisen bestehenden äußeren topfartigen Polschuhen sowie einem beide Polschuhe zentrisch fest verbindenden stabförmigen Mittelpol gebildet wird, der Mittelpol beidseitig über die Polschuhe hinausragend in festen Führungsbacken axial verschiebbar geführt ist und eine in das Innere des Rohres hineinragende und den Mittelpol .umschließende Spule mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern durch einen der Polschuhe hindurch an einem der Führungsböcke befestigt ist. Dabei sind die Polflächen der Permanentmagnete um etwa ein Drittel größer als die Kontaktflächen des Rohres und der Polschuhe. Die Außendurchmesser der Polschuhe und des Rohres sind um etwa 10 % kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete. Die Kontaktflächen d.er Polschuhe, des Rohres und der Querschnitt des Mittelpoles sowie die Berührungsfläche eines Polschuhes mit dem Mittelpol besitzen die gleiche Größe. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß den an einem Lagerschild befestigten nichtmagnet isierbaren elektrischen Leitern ein elektrisches Filter mit einer Bandpaßcharakteristik nachgeschaltet ist, aus welchem Spannung entnehmbar ist.

Grundsätzlich ist eine Vorrichtung" nach der Erfindung auch so realisierbar, daß das Erregersystem ortsfest angeordnet ist und

die zu messende Lineargeschwindigkeit von der Spule ausgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber den bekannten Vor richtungen zum Messen von Lineargeschwindigkeiten eine Reihe Vorteile. So kann mit der Anordnung der ringförmigen Permanentmagnete beiderseits des Rohres die nutzbare Weglänge beliebig lang sein, wobei das Verhältnis zur Baulänge wesentlich günstiger al's bei vergleichbaren Vorrichtungen ist. Der insgesamt koaxiale Aufbau des Spule-Erregersystems -nach der Erfindung vermeidet mit einem als- Rohr ausgebildeten Außenpol nahezu vollständig die Aufnahme von Störungen des Meßspannung durch fremde magnetische oder elektrische Gleich- oder W-echself eider, ohne daß zusätzliche Kompensations- oder Abschirmmaßnahmen erforderlich sind. Mit dem Verhältnis der Polflächen der Permanentmagnete zu den Kontaktflächen des Rohres als Außenpol und die der Polschuhe wird erreicht, daß .die für keramische Permanentmagnete an sich qualitativ bekannte Maßnahme zur Verringerung des magnetischen Streuflusses bei der Vorrichtung auch zu einem Minimum an Linearität sabweichung der Meßspannungen insbesondere bis an die Grenzen des Bewegungsbereiches der Spule bzw. des Erregersystems führt. Zum gleichen Zweck dient die Gleichheit der Kontaktflächen des Rohres, der Polschuhe und des Mittenpoles, was wesentlich zur .Verminderung von Linearitätsabweichungen der Meßwerte an den Grenzen des Bewegungsbereiches des Erregersystems beiträgt.

Mit der Zuordnung eines Filters mit Bandpaßcharakteristik werden die bei Meßvorgängen durch mechanische Schwingungen und Vibrationen verursachten und außerhalb des meist genau bekannten Meßfrequenzbereiches liegenden Störspannungen gedämpft. Die Bandpaßcharakteristik des Filters ist vorteilhaft, da innerhalb des bekannten Meßfrequenzbereiches die Geschwindigkeitsproportionalität in den Grenzen des realisierbaren, nahezu konstanten Filterdämpfungsverlaufes erhalten bleibt.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

- Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung

- Fig. 2 eine Vorrichtung nach Figur 1 in verkleinertem Maßstab mit als Blockschaltbild dargestellten- Elementen zur Ausgabe des Meßwertes

Auf.einer festen Basisplatte 1 sind in einem erforderlichen Abstand zweckmäßig aus einem nicht magnetisierbaren und elektrisch nicht leitenden Material bestehende Führungsböcke 2; 3 befestigt, die in Bohrungen eine Kuppelstange 4 führen, deren mittlere Länge aus Weicheisen besteht und als Mittenpol 5 dient. Auf dem Mittenpol 5 sind ebenfalls aus Weicheisen bestehende topfartige Polschuhe 6; 7 fest angeordnet. Zwischen diesen Polschuhen 6; 7 befinden sich ringförmige Permanentmagnete 8; 9, die durch ein ebenfalls aus Weicheisen bestehendes Rohr 10 verbunden sind. Die Permanentmagnete 8; 9 weisen mit gleichnamigen .Polen auf das Rohr 10. Die Polflächen der Permanentmagnete 8; 9 sind dabei um etwa ein Drittel größer als die Kontaktflächen der Polschuhe 6; 7 und die des Rohres 10. Die Außendurchmesser der Polschuhe 6; und des Rohres 10 sind um etwa 10 % kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete 8; 9. Eine weitere Relation besteht darin, daß die Kontaktflächen der Polschuhe 6; 7, des Rohres 10 und die Berührungsflächen der Polschuhe 6; 7 mit dem Mittelpol 5 sowie die Querschriittsflache des Mittelpols 5 gleich groß sind.

Im Innern des Rohres 10 befindet sich eine den Mittelpol 5 umschließende Spule 11, die mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern 12; 13 durch den Polschuh 7 frei hindurchragend mit dem Führungsbock 3 fest verbunden ist. Den Leitern 12; 13 sind ein elektrisches Filter 14 mit Bandcharakteristik, ein

Schwellwertschalter 15 sowie ein Ausgaberelais 16 nachgeordnet.

Eine auf die Kuppelstange 4 ausgeübte Längsverschiebung.teilt sich unmittelbar dem aus dem Mittelpol 5,. den Polschuhen 6; 7 den Permanentmagneten 8; 9 und dem Rohr 10 bestehenden Erregersystem mit und bewirkt eine Verschiebung gegenüber der feststehenden Spule 11, so daß das zwischen dem Rohr 10 und dem Mittelpol 5 verlaufende magnetische Feld von der Spule 11 geschnitten wird. Eine hierdurch in der Spule 11 geschwindigkeitsproportional induzierte Spannung wird mit den Leitern 12; 13 über das Filter 14 und den Sollwertschalter 15 auf das Ausgaberelais 16 als Meßspannung übertragen. Mit der Gleichheit der Querschnitte des Mittelpols 5 und der Kontaktflächen des Rohres- 10 und der Polschuhe 6; 7 wird eine hohe Homogenität des magnetischen Kraftfeldes über die ganze nutzbare Länge s des Rohres 10 erreicht, so daß sich ein hoher Grad an Linearität der abgegebenen geschwindigkeitsproportionalen Meßspannung bis an die Grenzen des Bewegungsbereiches ergibt.

Claims

Erfindungsansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Lineargeschwindigkeiten, insbesondere in kleinen Wegbereichen an einer beliebigen Stelle innerhalb eines vielfach größeren Wegbereiches, das mit einem magnetischen Erregersystem' und einer Spule nach dem Induktionsprinzip arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem aus einem aus Weicheisen bestehenden Rohr (10) mit an beiden Enden angeordneten ringförmigen Permanentmagneten (8; 9) mit einander zugewandten gleichnamigen Polen und mit aus Weicheisen bestehenden äußeren topfarti'gen Polschuhen (6; 7) sowie einem beide Polschuhe (6; 7) zentrisch fest verbindenden stabförmigen Mittelpol (5) gebildet wird, der Mittelpol (5) beidseitig über die Polschuhe (6; 7) hinausragend in festen Führungsböcken (2; 3) axial verschiebbar geführt ist und eine in das Innere des Rohres (10) hineinragende und den Mittelpol (5) umschließende Spule (11) mit nichtmagnetisierbaren elektrischen Leitern (12; 13) durch einen der Polschuhe (7) hindurch an einem der Führungsböcke (3) befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen der Permanentmagnete (8; 9) um etwa ein Drittel größer als die Kontaktflächen des Rohres (10) und der Polschuhe (6; 7) ist.
3. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der Polschuhe (6; 7) und des Rohres (10) um etwa 10 % kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnete (8; 9) sind.
4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Polschuhe (6; 7), des Rohres (10) und der Querschnitt des Mittelpols (5) sowie die Berührungsfläche eines Polschuhes (6; 7) mit dem Mittelpol (5) gleich groß sind.
5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den an einem Lagerschild (3) befestigten Leitern (12; 13) ein elektrisches Filter (14) mit Bandpaßcharakteristik nachgeschaltet ist.

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