DE2853813A1

DE2853813A1 - Impulsgabe-einrichtung fuer einen elektrizitaetszaehler

Info

Publication number: DE2853813A1
Application number: DE19782853813
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Engel; Wolfgang Dr Ing Hermstein; Hans Kuehnlein; Guenther Dipl Ing Schertel; Heinz Ing Grad Schreiner; Wilhelm Ing Grad Stuerzl; Kurt Ing Grad Wodschadlo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1980-07-03
Also published as: JPS5582916A

Description

Impulsffabe-EinrichtunR für einen Elektrizitätszähler
Die Erfindung bezieht sich auf eine Impulsgabe-Einrichtung für einen Elektrizitätszähler zur Lieferung von elektrischen Impulsen, deren Anzahl proportional ist zur Anzahl der Umdrehungen des Läufers des Elektrizitätszählers, mit einem mit dem Läufer mitrotierenden magnetischen Sender und mit einem räumlich festen magnetischen Empfänger, wobei der Sender bei der Rotation auf den Empfänger magnetisch einwirkt.
Für die Ansteuerung von Tarifgeräten innerhalb oder außerhalb eines Elektrizitätszählers oder für Fernzählwerke werden Impulsgabe-Einrichtungen benötigt. Die Anzahl der abgegebenen Impulse soll dabei proportional sein zur Anzahl der Läuferumdrehungen des Elektrizitätszählers und damit ein Maß für die elektrische Arbeit.
Bisher wurden Impulsgabe -Einrichtungen verwendet, die entweder auf dem magneto-galvanischen, dem'opto-elektronischen oder dem induktiven Prinzip beruhten. Alle diese Impulsgabe-Einrichtungen benötigen eine Stromversorgung, d. h. ein Netzteil, was einigen Aufwand bedeutet und zu Unterbringungsschwierigkeiten fUhren kann.
Überdies ist die im Betrieb entstehende Verlustwärme unerwünscht.
Es ist bereits an sich bekannt, einen sogenannten Wiegand-Draht oder Wiegand-Leiter als Schwellwertsensor für ein relativ schwaches magnetisches Feld zu benutzen.
Bei einem Wiegand-Leiter handelt es sich um ein ferromagnetisches Material in Form eines Drahtes, das Gedächtniseigenschaften besitzt. Durch Kaltverformen wird in den Draht eine schraubenzieherförmige Magnetisierung eingebracht, deren Longitudinalkomponente im äußeren Teil des Drahtes antiparallel zu der im inneren Teil verläuft. Der Drahtdurchmesser beträgt einige 100 Mikrometer und die Länge einige Zentimeter. Wirkt auf den Draht von außen ein Magnetfeld geeigneter Richtung ein, so wird der innere.Bereich spontan ummagnetisiert. Dies bewirkt an den Enden einer benachbarten Meßspule, die z. B. 1000 Windungen hat, einen Spannungsimpuls, der z. B. eine Höhe von 2 Volt und eine Dauer von 20 Mikrosekunden besitzt. Die Impulsdauer ist unabhängig von der Änderung des Magnetfeldes. Das Bauelement ist von - 1960 C bis + 3000 C einsetzbar. Weitere Einzelheiten über den Wiegand-Leiter an sich sind angegeben in der Zeitschrift "Electronicsn, und zwar vom 10. Juli 1975, Seiten 100 bis 105, vom 14. April 1977, Seiten 39 und 40, sowie vom 29. April 1977, Seiten 85 und 86.
Aus der soeben genannten Zeitschrift "Electronicsn vom 10. Juli 1975, insbesondere Figur 9 auf Seite 104, ist bereits eine Meßanordnung bekannt, bei der ein Wiegand-Leiter linear über eine Empfängeranordnung bewegt wird, die aus zwei Permanentmagneten und einer dazwischen angeordneten Meßspule besteht. Die Meßspule ist auf einen Kern aus Weicheisen aufgewickelt, und die beiden stabförmigen Permanentmagneten sind parallel zum Wiegand-Leiter ausgerichtet und dabei gegensinnig magnetiviert. Wird der Wiegand-Leiter über diesen Empfänger hinwegbewegt, so treten an der Meßspule als Meßsignal nacheinander zwei Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität auf.
Aus der Druckschrift "The Wiegand Effect from Echlin" der Firma The Echlin Manufacturing Company, Branford, Connecticut, insbesondere Figur 7b, ist bereits eine MeBanordnung bekannt geworden, bei der mehrere Wiegand-Leiter am Umfang eines rotierenden Zylinders verteilt und zu dessen Achse parallel ausgerichtet sind. Diese Wiegand-Leiter werden bei der Rotation an einem Empfänger vorbei bewegt. Der Empfänger enthält Magneten und eine Meßspule.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulsgabe-Einrichtung der eingangs genannten Art für einen Elektrizitätszähler anzugeben, die ohne Stromversorgung arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Impulsgabe-Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sender oder der Empfänger mindestens einen Wiegand-Leiter umfaßt, auf den bei der Rotation mindestens ein am Empfänger bzw. am Sender angeordneter Magnet im Sinne einer spontanen Ummagnetisierung einwirkt, daß der Empfänger eine Meßspule besitzt, die unter magnetischer Einwirkung des Wiegand-Leiters steht, und daß an den Enden der Meßspule die bei einer Relativbewegung zwischen Wiegand-Leiter und Magnet entstehenden Impulse als Meßsignal abgegriffen sind.
Gemäß einer ersten grundlegenden weiterbildenden Ausführwigsform kann vorgesehen sein, daß die Läuferachse des Elektrizitätszählers mit einer Trommel aus unmagnetischem Material verbunden ist, daß der Wiegand-Leiter am Umfang der Trommel und der Magnet am Empfänger angeordnet ist, daß der Wiegand-Leiter und der Magnet parallel zur Läuferachse ausgerichtet sind, und daß beim Umlauf der Läuferachse der Wiegand-Leiter eng benachbart an der Meßspule entlangläuft. Diese Ausiührungsform hat den Vorteil, daß die Läuferachse nur mit einem relativ kleinen zusätzlichen Trägheitsmoment, das durch den Wiegand-Leiter und die Trommel vorgegeben ist, belastet wird.
Gemäß einer zweiten grundlegenden weiterbildenden AusfUhrungsformkann auch vorgesehen sein, daß die LÇuferachse des Elektrizitätszählers mit einer Trommel aus unmagnetischem Material verbunden ist, daß der Magnet am Umfang der Trommel und der Wiegand-Leiter am Empfänger angeordnet ist, daß der Magnet und der Wiegand-Leiter parallel zur Läuferachse ausgerichtet sind, und daß die Meßspule eng benachbart zum Wiegand-Leiter angeordnet ist. Diese Ausführungsform besitzt einen besonders einfach aufgebauten Empfänger. Allerdings kann die Trommel bei Verwendung mehrerer Magnete ein relativ großes Trägheitsmoment bekommen.
Eine Impulsgabe-Einrichtung der erfindungsgemäßen Art mit Wiegand-Leiter kommt ohne Stromversorgung aus. Ein weiterer Vorteil liegt in der Unabhängigkeit der abgegebenen SpannungsimpuLse im Meßsignal von der Höhe und der zeitlichen Änderung des Magnetfeldes. Gegenüber herkömmlichen Impulsgabe-Einrichtungen ist insbesondere bei kleinen Umdrehungsgeschwiüdigkeiten eine größere Genauigkeit zu verzeichnen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erste grundlegende Ausführungsform einer Impulagabe-Einrichtung in perspektivischer Darstellung, Figur 2 den zugehörigen magnetischen Empfänger in Draufsicht, Figur 3 eine zweite grundlegende AusfUhrungsform einer Impulsgabe-Einrichtung in perspektivischer Ansicht und Figur 4 den zugehörigen magnetischen Empfänger in Draufsicht.
Nach Figur 1 besteht die Impuls gabe-Einrichtung für einen Elektrizitätszähler - allgemein gesprochen - aus einem mit dem Läufer mitrotierenden magnetischen Sender und einem räumlich festen magnetischen Empfänger, wobei der Sender bei der Rotation auf den Empfänger magnetisch einwirkt. Im einzelnen ist vorgesehen, daß die Läuferachse 2 des Elektrizitätszählers eine Trommel 3 aus unmagnetischem Material trägt. Die Läuferachse 2 ist beidseitig gelagert. Sie rotiert in Richtung des Pfeiles 4. Die Trommel 3 ist als Rotationszylinder ausgebildet. Seine Achse liegt in Richtung der Läuterachse 2. Am Umfang der Trommel 3 sind kurze Wiegand-Leiter 5 parallel zur Läuferachse 2 angeordnet. Es sind dabei mehrere Wiegand-Leiter 5 in äquidistantem Abstand vorgesehen. Dreht sich die Trommel 3 mit der Läuferachse 2, so werden die Wiegand-Leiter 5 an einem Tastkopf oder Empfänger 6 vorbeigeführt.
Nach Figur 2 enthält der Empfänger 6 zwei Stabmagnete 7a und 7b. Die beiden Stabmagnete 7a und 7b sind parallel zur Läuferachse 2 ausgerichtet. Sie sind entgegengesetzt zueinander permanent magnetisiert.
Zwischen ihnen ist eine Meßspule 8 angeordnet. Die Spulenachse liegt ebenfalls parallel zur Läuferachse 2.
Zur Erhöhung des magnetischen Flusses, der die Meßspule 8 durchsetzt, kann ein Eisenkern 9 mit entsprechender Polausbildung verwendet werden. Die Anschlußklemmen der Meßspule sind mit 10 und 11 bezeichnet.
Durchläuft bei der Rotation um die Läuferachse 2 ein Wiegand-Leiter 5 zunächst das Magnetfeld des Stabmagneten 7a, so kippt die Magnetisierung des Wiegand-Leiters 5 spontan in die andere Lage um. Dieses spontane Umkippen der Magnetisierung verursacht seinerseits in der Meßspule 9 einen Spannungaimpuls ul. Der Wiegand-Leiter 5 wird somit "gesetzt", Beim anschließenden Durchlaufen des Magnetfeldes des Stabmagneten 7b, der die entgegengesetzte Polarität besitzt wie der Stabmagnet 7a, erfolgt ein Zurückkippen der Magnetisierung. Der betreffende Wiegand-Leiter 5 wird "zurUckgesetzt", und es-entsteht in der Meßspule 9 ein Spannungsimpuls u2 entgegengesetzter Polarität. Die beiden Spannungsimpulse ul und u2 sind in Figur 2 in Form eines Zeitdiagramms zwischen den Ausgangsklemmen 10 und 11 eingezeichnet. Zwei gleiche Spannungsimpulse werden beim Vorbeilaufen des nächsten Wiegand-Leiters 5 am Empfänger 6 erzeugt. Dasselbe gilt für alle weiteren Wiegand-Leiter 5.
Es ist ersichtlich, daß die Anzahl der abgegebenen Spannungsimpulse u1 und u2 proportional ist zur Anzahl der Läuferumdrehungen des Elektrizitätszählers und damit ein Maß für die elektrische Arbeit.
In den Figuren 3 und 4 ist die zweite grundlegende Ausfühhrngsform dargestellt. Entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figur 1 und 2.
Nach Figur 3 trägt die Luferachse2 eines Elektrizitätszählers ebenfalls eine zylindrische Trommel 3 aus unmagnetischem Material. In diese sind kleine Stabmagnete 7 mit wechselnder Polaritätsfolge eingebettet.
Es handelt sich ebenfalls um Permanentmagnete. Sie sind parallel zur Läuferachse 2 ausgerichtet.
Nach Figur 4 enthält der Tastkopf oder magnetische Empfänger 6 einen Wiegand-Leiter 5, der parallel zu der Läuferachse 2 und den Stabmagneten 7 ausgerichtet ist.
Der Wiegand-Leiter 5 ist hier ebenfalls mit einer MeB-spule 8 umwickelt. An den Ausgangsklemmen 10 und 11 werden als Meßsignal ebenfalls Spannungsimpulse u1 und u2 erzeugt.
Für das Zusammenwirken des Magnetfeldes der Stabmagneten 7 und des Wiegand-Leiters 5 zwecks Erzeugung von Spannungsimpulsen ul und u2 gilt grundsätzlich die Beschreibung zur ersten grundlegenden Ausführungsform nach Figur 1 und 2. Hier ist Jeder der Spannungsimpulse ul und u2 dem VorbeilauSen eines der Stabmagnete 7 zugeordnet. Die Anzahl der Spannungsimpulse u1, u2 ist wiederum proportional zur Anzahl der Läuferumdrehungen.
Als Vorteil dieser zweiten gegenüber der ersten Ausführungsform kann der einfachere Aufbau des Empfängers 6 genannt werden.
10 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

PatentansprEche 1.) Impulsgabe-Einrichtung füreinen Elektrizitätszähler zur Lieferung von elektrischen Impulsen, deren :Anzahl proportional ist zur Anzahl der Umdrehungen des Läufers des Elektrizitätszählers, mit einem mit dem Läufer mitrotierenden magnetischen Sender und mit einem räumlich festen magnetischen Empfänger, wobei der Sender bei der Rotation auf den Empfänger magnetisch einwirkt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sender (3) oder der Empfänger (6) mindestens einen Wiegand-Leiter (5) umfaßt, auf den bei der Rotation mindestens ein am Empfänger (6) bzw. am Sender (3) angeordneter Magnet (7a, 7b; 7) im Sinne einer spontanen Ummagnetisierung einwirkt, daß der Empfänger (6) eine Meßspule (8) besitzt, die unter magnetischer Einwirkung des Wiegand-Leiters (5) steht, und daß an den Enden (10, 11) der Meßspule (8) die bei einer Relativbewegung zwischen Wiegand-Leiter (5) und Magnet (7a, 7b; 7) entstehenden Impulse (u1, u2) als Meßsignal (u) abgegriffen sind (Fig. 1 bis 4).
2. Impulsgabe-Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Läuferachse (2) des Elektrizitätszählers mit einer Trommel (3) aus unmagnetischem Material verbunden ist, daß der Wiegand-Leiter (5) am Umfang der Trommel (3) und der Magnet (7a, 7b; 7) am Empfänger (6) angeordnet ist, daß der Wiegand-Leiter (5) und der Magnet (7a, 7b) parallel zur Läuferachse (2) ausgerichtet sind und daß beim Umlauf der Läuferachse (2) der WiegandtLeiter (5) eng benachbart an der Meßspule (8) entlangläuft (Fig. 1 und 2).
3. Impulsgabe-Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Wiegand-Leiter (5) gleichmäßig über den Umfang der Trommel (3) verteilt angeordnet sind (Fig. 1 und 2).
4. Impulsgabe-Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Empfänger (6) zwei entgegengesetzt magnetisierte Magnete (7a, 7b) enthält, zwischen denen die Meßspule (8) angeordnet ist (Fig. 1 und 2).
5. Impulsgabe-Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßspule (8) einen Eisenkern (9) umschließt (Fig. 1 und 2).
6. Impulsgabe-Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Achse der Meßspule (8) parallel zum Wiegand-Leiter (5) ausgerichtet ist (Fig. 1 und 2).
7. Impulsgabe-Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Läuferachse (2) des Elektrizitätszählers mit einer Trommel (3) aus unmagnetischem Material verbunden ist, daß der Magnet (7) am Umfang der Trommel (3) und der Wiegand-Leiter (5) am Empfänger (6) angeordnet ist, daß der Magnet (7) und der Wiegand-Leiter (5) parallel zur Läuferachse (2) ausgerichtet sind, und daß die Meßspule (8) eng benachbart zum Wiegand-Leiter (5) angeordnet ist (Fig. 3 und 4).
8. Impulsgabe -Einrichtung nach Anspruch 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Magnete (7) mit wechselnder Polarität gleichmäßig über den Umfang der Trommel (3) verteilt sind (Fig. 3 und 4).
9. Impulsgabe-Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßspule (8) den Wiegand-Leiter (5) umschließt (Fig. 3 und 4).
10. Impulsgabe-Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Achse der Meßspule (8) parallel zum Wiegand-Leiter (5) und parallel zur Achse des stabibrmig ausgebildeten Magneten (7) ausgerichtet ist (Fig. 3 und 4).