TRANSDUCER FOR TRANSFERRING A MECHANICAL INPUT VALUE INTO AN ELECTRICAL OUTPUT VALUE

Abstract: 1. Transducer for transferring a mechanical input value to an electrical output value, preferably but optionally for use with a vane wheel flowmeter, comprising a stationary transmitter coil (22) and a capacitor forming a resonance circuit (22, 56) on the transmitter side ; a feed circuit (58) for the resonance circuit (22, 56) on the transmitter side ; a stationary receiver coil (24) and a capacitor (62) forming a resonance circuit (24, 62) on the receiver side, where the inductivities and capacities are selected such that the resonance circuit (22, 56) on the transmitter side and the resonance circuit (24, 62) on the receiver side have a resonance frequency which is essentially equal ; a modulating body (30) modifying the magnetic flux from the transmitter coil (22) to the receiver coil (24) which modulating body is coupled to a mechanical transducer input member ; and an evaluating circuit being fed with the output signal of said receiver coil (24), characterized in that the feed circuit (58) provides current pulses having a predetermined level, the length of which current pulses corresponds to a fractional part of the period of said resonance circuit (22, 56) on the transmitter side, and that said transmitter coil (22), said receiver coil (24) and said modulating body (30) are oriented in space such that either if the modulating body is in a rotational position facing both coils (22, 24) simultaneously, or if the modulating body is remote from both coils (22, 24), the magnetic coupling effect between both coils (22, 24) is essentially zero, and the magnetic coupling effect is provided in the other position of the modulating body (30), respectively, and whereat the transmitter coil (23) and the receiver coil (24) are arranged subsequent in the rotational direction of the modulating body (30) and outside of a plane the perpendicular of which coincedes with the rotational axis of said modulating body, and which extends through the modulating body (30).

Description: Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Fühler zum Umsetzen einer mechanischen Eingangsgrösse in eine elektrische Ausgangsgrösse gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Fühler ist in der EP A1 0 121 734 in Verbindung mit einem Flügelrad-Durchflussmesser beschrieben. Dort trägt das Flügelrad einen zur Drehachse konzentrischen teilzylindrischen Modulationskörper, und innerhalb der vom letzteren durchlaufenden Bahn ist eine Sendespule angeordnet. Letztere wird vom Speisekreis her mit kurzen Impulsen beaufschlagt. Das von'ihr erzeugte Magnetfeld kann zwei ausserhalb der Bahn des Blendenkörpers angeordnete Empfänger spulen erreichen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Jedesmal dann, wenn der Magnetfluss durch die Empfängerspulen unterbrochen wird, wird ein mit der Auswerteschaltung verbundener Zähler um eins hochgezählt. In der DE-OS 32 41 222 ist ferner ein ähnlicher Fühler beschrieben, bei welchem der Modulationskörper durch ein elektrisch leitendes Materialstück gebildet ist, welches an einer Spule vorbeiläuft, die Teil eines.Schwingkreises ist. Steht das Metallstück der Spule gegenüber, so hat der Schwingkreis eine andere Eigenfrequenz als bei nicht der Spule gegenüberstehendem Materialstück. Diese Verstimmung des-die Spule enthaltenden Schwingkreises kann mit einer geeigneten Auswerteschaltung wieder in Impulse umgesetzt werden, durch welche ein Zähler hochgezählt wird. In der DE-OS 33 10 239 ist ferner ein berührungsfrei arbeitender Fühler zur Verwendung an einem Flügelrad-DurchfluL- messer beschrieben, welcher einen Ultraschallwandler aut- weist und vom Flügelrad zurückgeworfene Echos des Ultraschalls auswertet. Den vorgenannten Fühlern ist gemeinsam, dass sie einen verhältnismässig hohen Stromverbrauch aufweisen, da die Empfängerspulen bzw der die Echos aufnehmende Schwingquarz mit einem Verstärker verbunden sein müssen, um aus den sehr kleine Amplitude aufweisenden Signalen Signale mit so hohen Pegeln zu erzeugen, wie dies für die Signalverarbeitung in handelsüblichen digitalen Schaltkreisen notwendig ist. Durch die vorliegende Erfindung soll ein Fühler gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, dass ein gesonderter empfangsseitiger Verstärker entbehrlich ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch einen Fühler gemäss Anspruch 1. Der erfindungsgemässe Fühler hat zwei LC-Schwingkreise, welche auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind, wobei die Sendespule und die BEängenele in einer Stellung des Modulätionskörpers möglichst weitgehend magnetisch entkoppelt sind. Diese magnetische Entkopplung kann entweder für den Fall eingestellt sein, dass der Modulationskörper der Spulenanordnung gegen übersteht, oder auch für den Fall, dass der Modulationskörper von der Spulenanordnung entfernt ist. In jedem Falle wird dann, wenn der Modulationskörper aus der vorgenannten Lage herausbewegt wird, die Geometrie des Magnetflusses so geändert, dass nunmehr eine magnetische Kopplung zwischen Sendespule und Empfängerspule gegeben ist. Diese magnetische Kopplung ist zwar absolut gesehen klein, die relative Anderung der Kopplung der Spulen ist aber gross, weil in der oben angesprochenen ersten Lage des Modulationskörpers keine oder nur eine sehr kleine Kopplung zwischen den Spulen bestand. Die Erfindung macht davon Gebrauch, dass die Absolutgrösse der magnetischen Kopplung zweier LC-Schwingkreise nur einen EinfluB auf die Zeitspanne hat, welche benötigt wird, Schwin gungsenergie vom einen Schwingkreis auf den anderen Schwingkreis zu übertragen, während die Amplitude der im angeregten Schwingkreis aufgebauten Spannung von der Grösse der magnetischen Kopplung unabhängigist. Beaufschlagt somit der Speisekreis den Sende-Schwingungskreis mit Impulsen, deren Amplitude der Amplitude digitaler Signal entspricht, so erhält man am Ausgang des Empfänger-Schwingkreises eine Schwingung vergleichbarer Amplitude, welche nach Gleichrichtung direkt in üblichen digitalen Schaltkreisen verwendet werden kann. Da derartige digitale Schaltkreise eingangsseitig von Hause aus ein gleichrichtendes Element enthalten, kann der Empfänger-Schwingkreis direkt an einen solchen digitalen Schaltkreis angeschlossen werden; ein gesonderter Verstärker ist nicht notwendig. Sowohl hierdurch, als durch die Tatsache, dass zum Anstossen des Sende-Schwingkreises Impulse sehr kurzer Dauer ausreichen, lässt sich der Energieverbrauch eines erfindungsgemässen Fühlers sehr klein halten: In der Praxis lässt sich ein mittlerer Stromverbrauch von 100 nA bis 1000 nA erreichen, wenn die Schaltung mit CMOS-Schaltkreisen realisiert wird. Dies bedeutet, dass man einen erfindungsgemässen Fühler mit handelsüblichen Langzeitbatterien mehr als 6 Jahre betreiben kann, also länger als dem gesetzlichen Nacheichintervall für Durchflussmesser von Wärmeabrechnungsanlagen entspricht. Bekannte Fühler, bei welchen die Bedämpfung eines induktiven Oszillators durch eine an der Oszillatorspule vorbeibewegte leitende Metallfläche gemessen wird, haben einen demgegenüber hohen Stromverbrauch von mindestens 100 Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Fühlers ist der, dass er praktisch temperaturunabhängig arbeitet, da etwaige temperaturbedingte Einflüsse auf die Kopplung von Sendespule und Empfängerspule sehr viel kleiner sind als die Kopplungs änderung durch den Modulationskörper. An dem erfindungsgemässen Fühler ist ferner vorteilhaft, dass keine abzugleichenden analogen Schaltkreise enthalten sind; die Signalverarbeitung erfolgt unter direktem Anschluss eines digitalen Bausteines an den empfängerseitigen Schwingkreis. Anders als bei Fühlern, bei welchen die änderung der Induktivität einer Spule durch eine vorbeilaufende elektrisch leitende Fahne gemessen wird, ist der erfindungsgemässe Fühler gegen externe magnetische Streufelder unempfindlich. Da der Modulationskörper nur die magnetische Kopplung nsodullert, nicht jedoch aus Permanentmagnet-Material besteht, und da im Fühler keine starken Magnetfelder verwendet werden, kann dieser auch bei Heizwasser-Durchflussmessern verwendet werden, ohne dass im Durchflussmesser im Heizwasser enthaltene magnetische Verunreinigungen abgeschieden werden. Da durch den Kopplungs - Modulationskörper zusätzlich eine Verstimmung der Schwingkreise erfolgt, erhält man so eine zusätzliche Diskriminatorwirkung, welche zur Modulation der magnetischen Kopplung zwischen Sende spule und Empfängerspule hinzukommt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Die Weiterbildungen der Erfindung gemäss den Ansprüchen z und 5 sind im Hinblick auf ein möglichstgrosses Maximum der magnetischen Kopplung zwischen Sende spule und Empfänger spule von Vorteil. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch Q wird erreicht, dass der Modulationskörper in Bewegungsrichtung gesehen eine homogene Masseverteilung aufweist. Die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 9 ermöglicht es, die elektrisch leitende Schicht sehr dünn auszubilden, trotzdem aber auch über lange Zeiten hinweg ihre elektrischen Eigenschaften konstant zu halten, da keine Korrosion stattfinden kann. Die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 1.0 ist im Hinblick auf eine möglichst grosse Änderung der magnetischen Kopplung zwischen Sende spule und Empfänger spule beim Vorbeibewegen des Modulationskörpers von Vorteil. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 15 ist es möglich, auch die Bewegungsrichtung des Modulationskörpers zu bestimmen und unter Verwendung speziell ausgebildeter digitaler Filterkreise den Einfluss von Oszillationen des Modulationskörpers auf das Messergebnis auszuräumen. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss den Ansprüchen 17 und 18 ist es möglich, die Sendespule und die Empfängerspule normalerweise zu entkoppeln, z. B. durch verhältnismässig grosse räumliche Trennung. Durch den flächig ausgedehnten Modulationskörper kann in diesem Falle eine "Brücke" zwischen Empfängerspule und Sendespule hergestellt werden. Hierbei ist bei einem Fühler gemäss Anspruch 18 vorteilhaft, dass keine Aufmagnetisierung magnetischen Materiales notwendig ist, somit der Energiebedarf klein ist. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Figur 1: einen axialen Schnitt durch einen Flügelrad-Ourch- flussmesser; Figur 2: eine Aufsicht auf den Durchflussmesser nach Figur 1, wobei einige Teile weggebrochen sind; Figur 3: ein Blockschaltbild des auf die Bewegung des Flü gelrades ansprechenden Fühlers des Durchflussmes sers nach Figur 1; Figur 4: eine grafische Darstellung, in welcher die Induk tivität der Empfänger spule und die magnetische Kopplung zwischen Sendespule und Empfänger spule des Durchflussmessers nach den Figuren 1 bis 3 in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Flügelrades gezeigt ist; und Figur 5: eine schematische Aufsicht auf einen abgewandelten Durchflussmesser, in welcher nur die Sendespule, die Empfängerspule und eine Koppelspule schematisch wie dergegeben sind. Der in den Figuren 1 und 2 wiedergegebene Durchflussmesser hat ein Gehäuse 10 mit einem Einlassstutzen 12 und einem Auslassstutzen 14. Diese münden beide aussermittig in eine Messkammer 16 ein, in welcher ein Flügelrad 18 läuft. Letzteres ist im Boden des Gehäuses 10 und einem Messkammerdeckel 20 gelagert. Letzterer ist strömungsmitteldicht in das Gehäuse 10 eingesetzt, z.B. eingeklebt oder eingeschweisst. Der Messkammerdeckel 20 trägt auf seiner Oberseite eine Sendespule 22, welche der Drehachse des Flügelrades 18 benachbart auf der in Figur 2 obenliegenden Hälfte des Messkammerdeckels 20 so ausgerichtet angebracht ist, dass ihre Symmetrieebene die Flügelrad-Drehachse schneidet. Zu beiden Seiten der Sende spule 22 sind eine erste Empfängerspule 24 bzw. eine zweite Empfängerspule 26 angeordnet, wobei deren Mittelebene parallel zum Messkammerdeckel 20 verläuft und deren Spulenachsen mit der Spulenachse der Sende spule 22 eine gemeinsame Ebene aufspannen. Die Sende spule 22 und die Empfängerspulen 24 und 26 haben gleichen geometrischen und elektrischen Aufbau. Auf einen Wickelkern sind Wicklungen aus Kupferdraht rechteckig aufgewickelt. Die Spulen haben eine verglichen mit den Querschnittsabmessungen kleine axiale Abmessung. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Spulen dicht nebeneinander angeordnet, wobei zusätzlich darauf geachtet ist, dass die Radiusstrahlen von der Flügelrad-Drehachse zu den Mittelpunkten der Empfängerspulen 24, 26 einen Winkel von 900 einschliessen. Da die Achsen der Empfängerspulen 24, 26 senkrecht auf der Achse der Sendespule 22 stehen, ist die magnetische Kopplung zwischen der Sendespule und den Empfängerspulenim Nah- feld gross. Das Flügelrad 18 hat ein scheibenförmiges Stirnteil 28, welches auf der Oberseite zur Hälfte mit einer dünnen Kupferschicht bedeckt ist, deren Dicke in der Zeichnung übertrieben wiedergegeben ist. In der Praxis kann die Kupferschicht 30 durch Ätzen eines ursprünglich die ganze Oberseite des Stirnteiles 28 bedeckenden Kupferfilmes hergestellt werden, wie bei der Herstellung von Leiterplatten an sich üblich. Die Kupferschicht 30 ist durch einen dünnen, in der Zeichnung nicht näher wiedergegebenen Schutzfilm vollständig abgedeckt. Eine becherförmige Abschirmung 32 ist in Figur 1 von oben über die durch die Sendespule 22 und die Empfängerspulen 24, 26 gebildete Spulenanordnung gestülpt und sitzt mit ihrem freien unteren Rand in einer Nut, welche durch eine Schulter des Messkammerdeckels 20 und eine zylindrische Umfangswand 34 des Gehäuses 10 begrenzt ist. Ein durchsichtiger Deckel 36 schliesst die Umfangswand 34 ab. Der Messkammerdeckel 20 trägt ferner eine Elektronikeinheit 38, mit welcher die Sendespule 22 über ein Kabel 40, die Empfängerspulen 24, 26 über weitere Kabel 42 und 44 verbunden sind Die Elektronikeinheit 38 enthält neben einer Langzeitbatterie und später unter Bezugnahme auf Figur 3 noch näher zu erläuternden Schaltkreisen eine LCD-Segmentanzeige 46, welche durch ein Fenster 48 in der Abschirmung 32 und durch den Deckel 36 abgelesen werden kann. Strömt bei eingebautem Durchflussmesser Wasser vom Einlassstutzen 12 zum Auslassstutzen 14, so wird durch dieses Wasser das Flügelrad 18 mitgenommen. Üblicherweise erhält man für einen Durchsatz von 1 Liter 30 Umdrehungen des Flügelrades 18. Bei den Drehungen des Flügelrades 18 wird die halbkreisförmige Kupferschicht 30 entsprechend mitgenommen. Bezeichnet man den Drehwinkel der Kupfer schicht 30 mit w, wobei dieser Winkel dann 0 sein soll, wenn der die Kupferschicht begrenzende Durchmesser mit der Achse der Stutzen 12, 14 zusammenfällt und die Kupfer schicht 30 in Figur 2 unterhalb dieser zusammenfallenden Achsen liegt, so erreicht die Kupferschicht 30 nach einer Drehung von 900 die in Figur 2 wiedergegebene Stellung, in welcher sie die Unterseite der ersten Empfängerspule 24 überdeckt. Nach Drehung um weitere 900 überdeckt die Kupferschicht 30 sowohl die Unterseite der Empfängerspule 24 als auch die Unterseite der Empfängerspule 26. Nach einer Gesamtdrehung von 2700 liegt die Kupferschicht 30 nur noch unter der zweiten Empfängerspule 26, und nach weiterer Drehung um 90" liegt unter keiner der Empfängerspulen 24, 26 mehr elektrisch leitendes Material. Die Gegenwart elektrisch leitenden Materiales in unmittelbarer Nähe einer Spule hat bei Beaufschlagung derselben mit einem Wechselspannungssignal die Folge, dass zur Induktivität der betrachteten Spule -zusätzlich eine Kurzschlusswindung parallel geschaltet ist. Durch die Drehung des Flügelrades 18 erhält man somit eine Modulation der Induktivität der beiden Empfängerspulen 24, 26, welche für die Empfängerspule 24 in Figur 4 schematisch durch die Kurve 50 veranschaulicht ist. Man erkennt, dass die prozentuale Änderung der Induktivität L bzw. der Modulationsgrad verhältnismäBig klein ist. In Figur 4 ist ferner die Änderung der magnetischen Kopplung K zwischen der Sendespule 22 und der Empfängerspule 24 in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Flügelrades 18 aufgetragen. Man erkennt, dass die magnetische Kopplung K aufgrund der gewählten Ausrichtung der Spulenachsen ein grosses Maximum hat. Beim Vorbeilaufen der Kupferschicht 30 an der lenanordnung wird das von der Sende spule 30 bei Beauf 5chls mit einem Wechselsignal erzeugte Wechselfeld kurzgeschlossen, und damit erreicht kein Magnetfluss die Empfänger spule 24 mehr. Anders gesagt : Die magnetische Kopplung zwischen Sendespule 22 und Empfängerspule 24 verschwindet. Man hat somit eine grosse prozentuale Änderung der magnetischen Kopplung zwischen Sendespule 22 und Empfängerspule 24. Die grafischen Darstellungen von Figur 4 gelten sinngemäss für die Empfängerspule 26, wobei die Winkelwerte w jeweils um 900 zu erhöhen sind. Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind die Sendespule 22 und die Empfängerspulen 24 und 26 mit ihrer einen Anschlussklemme jeweils an eine Masseleitung 54 angeschlossen. Die zweite Klemme der Sendespule 22 ist über einen Kondensator 56 an die Ausgangsklemme eines schaltbaren Versorgungskreises 58 angeschlossen, dessen Steuerklemme mit der Ausgangsklemme eines Taktgebers 60 in Verbindung steht. Der Taktgeber 60 erzeugt einzelne Impulse, deren Länge gleich einem Viertel der Periode desjenigen Schwingungskreises ist, welcher durch die Sende spule 22 und den Kondensator 56 gebildet ist. Die Impulsfolgefrequenz des Taktgebers 60 ist so eingestellt, dass sie grösser oder gleich dem Vierfachen aRerereEzahl des Flügelrades 18 ist. In der Praxis beträgt die Arbeitsfrequenz des Taktgebers 60 300 Hz, so dass der DurchfluBmesser einenDurchsatz von 2 l/sek haben kann. Durch jeden vom Taktgeber 60 abgegebenen Impuls werden im durch die Sende spule 22 und den Kondensator 56 gebildeten LC-Kreis Schwingungen angestossen, welche zu einem entsprechenden magnetischen Wechselfeld führen. Die Induktivität der Sendespule 22 und die Kapazität des Kondensators 56 sind typischerweise so gewählt, dass man eine Eigenfrequenz des Schwingkreises von 1 bis 2 MHz erhält. Die Breite der vom Taktgeber 60 abgegebenen Impulse kann dann grössenordnungsmässig 200 ns betragen, wobei die Stromstärke auf 20 bis 50 mA eingestellt wird. Ist die Kopplung zwischen der Sende spule 22 und den Empfängerspulen 24 und 26 "klein', so klingt das durch einen Impuls des Taktgebers 60 herbeigeführte magnetische Wechselfeld ab, ohne dass in den Empfänger spulen eine nennenswerte Spannung aufgebaut wird. Ist dagegen die magnetische Kopplung zwischen Sende spule und Empfängerspule "gross" (Winkelbereich zwischen 2700 und 300 von Figur 4), so wird die Schwingungsenergie vom sendeseitigen Schwingkreis 22, 56 auf einen auf gleiche Frequenz eingestellten empfängerseitigen Schwingkreis übertragen, welcher jeweils durch eine Empfängerspule und einen hierzu parallel geschalteten Kondensator gebildet ist. Die entsprechenden Kondensatoren für die erste bzw. zweite Empfängerspule sind in der Zeichnung mit 62 bzw. 64 bezeichnet. Diese übertragung der Schwingungsenergie findet auch bei kleinem Absolutwert der magnetischen Kopplung zwischen Sendespule und Empfängerspule statt. Typischerweise wird eine vollständige übertragung der Schwingungsenergie innerhalb einer Zeitspanne von ca. 100 Periodendauern (etwa 100 Mikrosekunden) erhalten, wenn-man von einer typischen Gütevon 100 für den empfängerseiten Schwingkreis und den sendeseitigen Schwingkreis ausgeht. Dank der oben beschriebenen speziellen Geberausbildung erhält man bei Vorliegen einer "grossen" Kopplung zwischen Sende spule und Empfängerspule im empfängerseitigen Schwingkreis unmittelbar Signale, deren Pegel den Pegeln logischer Signale zum Ansteuern digitaler Schaltelemente vergleichbar ist. Eine zusätzliche Verstärkung dieser Signale ist somit nicht notwendig. Der Ausgang des durch die erste Empfängerspule 24 und des Kondensators 62 gebildeten ersten empfängerseitigen Schwingkreises ist mit dem Setz-Eingang eines Flip-Flops 66 verbunden. Da handelsübliche Flip-Flops 66 eingangsseitig ein gleichrichtenden Kreis enthalten, wird die Wechselspannung am Ausgang des Schwingungskreises automatisch in ein Gleichspannungssignal entsprechender Amplitude umgesetzt, so dass man am Ausgang des Flip-Flops 66 dann ein Signal erhält, wenn sich das Flügelrad 18 um zwischen 2700 und 3600 gedreht hat. Ähnlich erhält man am Ausgang eines Flip-Flops 68, welches an den Ausgang des durch die zweite Empfängerspule 26 und des Kondensators 64 gebildeten zweiten empfängerseitigen Schwingkreises angeschlossen ist, dann ein Signal, wenn sich das Flügelrad 18 um 0 bis 900 gedreht hat. Die Rück- stellung der Flip-Flops erfolgt durch den Taktgeber 60. Betrachtet man die Ausgangssignale der beiden Flip-Flops 66, 68 als zweistellige binäre Zahl, so erhält man die nachstehende Stellungskodierung für das Flügelrad 18: Drehwinkel Stellungs-Code 900 tto1| 1800 "00" 2700 '10" 3600 "11t' Die Ausgänge der beiden Flip-Flops 66, 68 sind mit den beiden Eingängen eines digitalen Rechenkreises 70 verbunden, welcher dazu dient, Signalkomponenten zu eliminieren, die auf Oszillationen des Flügelrades 18 zurückzuführen sind, die an den Ausgängen der Flip-Flops 66, 68 erhaltenen Impulsfolgen zur Anpassung des Messbereiches des Durchflussmessers herunterzuteilen oder andere Signalverarbeitungen durchzuführen, für welche bei herkömmlichen Durchflusszählern mechanische Abgleicharbeiten durchgeführt werden müssen. Der Rechenkreis 70 arbeitet getaktet durch das Ausgangssignal des Taktgebers 60 und gibt - grob gesprochen für jede Änderung des oben angesprochenen Stellungs-Codes oder für eine vorgegebene Anzahl solcher Änderungen am Ausgang einen Zählimpuls ab, soweit nicht festgestellt wird, dass diese Änderungen Oszillationen entsprechen. Zur letzgenannten Uberprüfung enthält der Rechenkreis 70 Speicher für eine vorgegebene Anzahl zuvor erhaltener Stellungs-Codes. Der Ausgang des Rechenkreises 70 somit der Zählklemme Z eines digitalen Zählers 72 verbunden, dessen Stand somit der insgesamt durch den Durchflussmesser hindurchgeflossenen Wassermenge entspricht. Durch den Zähler 72 wird die Segmentanzeige 46 angesteuert. In Figur 3 sind die winkelabhängigen Kopplungsfaktoren zwischen der Sende spule 22 und den Empfängerspulen 24 und 26 durch Pfeile angedeutet. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 10 aus faserverstärktem Kunststoff gespritzt. Das Gehäuse 10 kann stattdessen auch in üblicher Weise aus Messing hergestellt sein. Nur der Messkammerdeckel 20 muss in jedem Falle aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen. Die Sende spule 22 und die Empfängerspulen 24 und 26 haben bei einem Durchmesser- der Messkammer 16 von etwa 90mm in Aufsicht gesehen einen Querschnitt von 10 x 15 mm und eine axiale Bauhöhe von 3 mm. Jede der Spulen enthält 85 Windungen eines Kupferdrahtes von 0,1 mm Durchmesser. Wichtig ist, dass die Spulen gleiche Geometrie und Windungs-zahl haben und auch die zugeordneten Kondensatoren (im Rahmen der Güte) gleich sind. Temperaturbedingte Änderungen von Induktivität und Kapazität sind bei dem oben beschriebenen Durchflussmesser ohne Bedeutung, da es nicht auf die Absolutwerte der Eigenfrequenzen der Schwingkreise sondern nur auf deren Gleichheit ankommt. Figur 5 zeigt schematisch die wichtigsten elektromechanischen Teile eines abgewandelten Durchflussmessers. Die Sendespule 22 und zwei symetrisch zu ihr angeordnete Empfängerspulen 24 und 26 sind wieder von einem nicht näher gezeigtem feststehenden Gehäuseteil getragen, während auf dem Stirnteil 28 eine im esentlichen halbkreisförmige, flächig ausgedehnte Koppelspule 74 angebracht ist. Die Enden des die Koppelspule 74 bildenden elektrischen Leiters sind mit den Klemmen eines Speicher Kondensators 76 verbunden, so dass die Koppelspule 74 und der Speicherkondensator 76 zusammen einen Schwingkreis bilden. Wie aus Figur 5 ersichtlich, sind die Empfängerspulen 24, 26 auf Radiusstrahlen angeordnet, welche mit dem zur Sendespule 22 führenden Radiusstrahl einen Winkel von 900 einschliessen. Aufgrund dieser Spulengeometrie ist die magnetische Kopplung zwischen der Sendespule und den Empfängerspulen klein. Bei einer Stellung der Koppelspule 74 , welche zusammen mit dem Flügelrad des Durchflussmessers umläuft, wie sie in Figur 5 wiedergegeben ist, besteht dagegen sowohl eine gute magnetische Kopplung zwischen Sendespule 22 und Koppelspule 74 einerseits als auch zwischen der Koppelspule 74 und der Empfängerspule 26 andererseits. Der Wert des Speicherkondensators 76 ist so gewählt, dass der durch Koppelspule 74 und Speicherkondensator 76 gebildete Schwingkreis die selbe Eigenfrequenz hat wie der durch die Sendespule 22 und den Kondensator 56 gebildete Schwingkreis und die durch die Empfängerspulen 24, 26 und die Kondensatoren 62, 64 gebildeten Schwingkreise. Damit wird die vom Versorgungskreis 58 in den Sende-Schwingkreis eingespeiste - Energie zunächst auf den durch die Koppel spule 74 und den Speicherkondensator 76 Koppel-Schwingkreis übertragen und gelangt von dort auf die gleich abgestimmten Empfänger-Schwingkreise, wenn man eine geometrische Uberlappung zwischen Sendespule, Koppelspule und Empfängerspule hat, wie sie in Figur 5 wiedergegeben ist. Liegen derartige geometrische Bedingungen bei einer anderen Winkelstellung des Flügelrades des Durchflussmessers nicht vor, so wird am Ausgang der Empfänger-Schwingkreise kein Signal erhalten. In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 5 kann man anstelle des Koppel-Schwingkreises auch eine geschlossene Koppelspule verwenden, also den Kondensator 76 durch eine Kurzschlussstrecke ersetzen.

Claims: Patentansprüche 1. Fühler zum Umsetzen einer mechanischen Eingangsgrösse in eine elektrische Ausgangsgrösse, insbesondere zur Verwendung an einem Flügelrad-Durchflussmesser, mit einer stationären Sendespule und einer stationären Empfängerspule, mit einem Speisekreis zum Beaufschlagen der Sendespule mit kurzen Impulsen, mit einem den Magnetfluss von der Sendespule zur Empfängerspule modifizierenden Modulationskörper, welcher mit einem mechanischen Fühlereingangsglied gekoppelt ist, und mit einer mit dem Ausgangssignal der Empfängerspule beaufschlagten Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (22) und ein mit ihr einen sendeseitigen Schwingkreis (22, 56) bildender Kondensator (56) an einen Impulse mit vorgegebenem Pegel bereitstellenden Speisekreis (58) angeschlossen ist; dass die Empfängerspule (24) mit einem empfangsseitigen Kondensator (62) einen empfangs seitigen Schwingkreis (24, 62) bildet, wobei die Indukti vitäten und Kapazitäten insgesamt so gewählt sind, dass der sendeseitige Schwingkreis (22, 56) und der empfangsseitige Schwingkreis (24, 62) eine im wesentlichen gleiche Eigen frequenz haben; und dass die Sendespule (22), die Empfänger spule (24) und der Modulationskörper (30) räumlich so ausgerichtet sind, dass entweder dann, wenn der Modulations körper (30) beiden Spulen (22, 24) gegenübersteht, oder dann, wenn der Modulationskörper (30) von beiden Spulen (22, 24) entfernt ist, die magnetische Kopplung zwischen den beiden Spulen (22,24) im wesentlichen Null ist. 2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Pegel so gewählt ist, dass von dem empfangs seitigen Schwingkreis (24, 62) beim Vorliegen magnetischer Kopplung ein digitalen Signalen entsprechender Pegel abgebbar ist. 3. Fühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der empfangsseitige Schwingkreis (24, 62) so abgestimmt ist, dass seine Parallelresonanzfrequenz möglichst exakt der Serienresonanzfrequenz des senderseitigen Schwingkreises (22, 56) entspricht. 4. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Achsen von Sendespule (22) und Empfänger spule (24) einen im wesentlichen rechten Winkel einschliessen und vorzugsweise die Achse der Empfängerspule (24) senkrecht auf der Bewegungsebene des Modulatonskörpers (30) steht. 5. Fühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Sendespule (22) vom Mittelpunkt der Empfängerspule (24) beabstandet ist. 6. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die durch die Spulen (22, 24) und die zugeordneten Kondensatoren (56, 62) gebildeten Schwingkreise eine Güte von grössenordnungsmässig 100 aufweisen. 7. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sendespule (22) und die Empfängerspule (24) Wicklungen mit verglichen mit dem Spulenquerschnitt kleiner axialer Abmessung und insbesondere rechteckig sind. 8. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Modulationskörper (30) eine Schicht aus elektrisch leitendem Material ist, welche auf einem elektrisch isolierenden Grundkörper (28) angeordnet ist. 9. Fühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (30) dünn ist und durch eine nichtleitende Schutzschicht abgedeckt ist. 10. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sendespule (22) und die Empfängerspule (24) einander nahe benachbart sind und der Modulationskörper (30) beide Spulen gleichzeitig überdecken kann. 11. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass das Ausgangssignal des empfangsseitigen Schwingkreises (24, 62) direkt auf den Eingang eines dititalen Schaltelementes (66) gegeben wird, dessen Ausgangssignal bei der Herstellung von Zählimpulsen für einen digitalen Zähler (72) verwendet wird. 12. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass der Speisekreis (58) Stromimpulse abgibt, deren Länge einem Bruchteil, vorzugsweise einem Viertel der Periode des sendeseitigen Schwingkreises (22, 56) entspricht. 13. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Abschirmung (32), welche die von der Bewegungs ebene des Modulatonskörpers (30) abliegende Seite der Spulenanordnung (22 bis 26) umschliesst. 14. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der Modulationskörper (30) um eine raumfeste Achse umläuft und die Form eines zur Drehachse konzentri schen Kreissektors hat, und dass die Sendespule (22) in einer die Drehachse enthaltenden Ebene von der Drehachse entfernt angeordnet ist und die Empfängerspule (24) entsprechend auf einer Sekanten der durch die Bahn des Modulationskörpers (30) vorgegebenen Kreisfläche liegt. 15. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine zur Empfängerspule (24) bezüglich der Mittelebene der Sendespule (22) symmetrisch angeordnete Hilfs-Empfänger spule (26) und einen mit dieser verbundenen Kondensator (64) und durch eine mit den Ausgangssignalen beider Empfänger Schwingkreise (24, 62; 26, 64) beaufschlagte Rechenschaltung (70) zur Ermittlung der Bewegungsrichtung des Modulatons körpers (30) und/oder zur Ausmittelung von Oszillationen des Modulationskörpers (30) und/oder zur Skalierung des Fühler Ausgangssignales. 16. Fühler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs-Empfängerspule (26) gleich ausgebildet ist wie die Empfängerspule (24) und der mit ihr verbundene Kondensator (64) dem über die Empfängerspule (24) geschalteten Kondensator entspricht. 17. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (22) und die Empfängerspule (24) normalerweise magnetisch entkoppelt sind und der Modulationskörper durch eine flächig ausgedehnte Schicht aus magnetisierbarem Material gebildet ist, welche einen magnetischen Pfad zwischen Sendespule (22) und Empfängerspule (24) schliessen kann. 18. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (22) und die Empfängerspule (24) normalerweise magnetisch entkoppelt sind und der Modulationskörper eine flächenhafte Koppelspule (74) aufweist, deren Querschnittsfläche so bemessen ist, dass sie eine indirekte Kopplung zwischen Sendespule (22) und Empfängerspule (24) herbeiführen kann, und dass die Koppelspule (74) mit einem Speicher-Kondensator (76) verbunden ist.

Inventors: BEHLEN, HORST, DIPL.-ING., HOENTZSCH, CHRISTOF, DR., ZIEGLER, HORST, PROF. DR.
Applicants: ZIEGLER, HORST PROF. DR.
Application year: 1986
Main classification: G01F1
IPC codes: G01F1, G01F15