DE1013437B

DE1013437B - Self-compensated measuring device

Info

Publication number: DE1013437B
Application number: DER17125A
Authority: DE
Inventors: Borivoj Hanus
Original assignee: REGULA VYVOJ
Current assignee: REGULA VYVOJ
Priority date: 1955-07-27
Filing date: 1955-07-27
Publication date: 1957-08-08

Description

Selbsttätig kompensiertes Meßgerät In der Praxis werden für die genaue Messung selbsttätig kompensierte Meßgeräte verwendet, deren Funktion darauf beruht, daß im Meßelement nur die Differenz zwischen der eigentlichen Meßgröße, deren Wert zu ermitteln ist, und dem Wert der kompensierenden Hilfsgröße gemessen wird. Diese Differenz erscheint nach Verstärkung als Signal am Eingang eines astatischen Servomechanismus. Durch die Stellung des Servomechanismus ist dann in einer vorbestimmten Weise der Wert der kompensierenden Hilfsgröße festgelegt. Der Servomechanismus ist so eingerichtet, daß bei seiner Betätigung der Unterschied zwischen der kompensierenden und der zu messenden Größe verringert wird.Automatically compensated measuring device In practice, for the exact Measurement uses automatically compensated measuring devices whose function is based on that in the measuring element only the difference between the actual measured variable, its value is to be determined, and the value of the compensating auxiliary variable is measured. These After amplification, the difference appears as a signal at the input of an astatic servomechanism. The position of the servomechanism is then in a predetermined manner Set the value of the compensating auxiliary variable. The servomechanism is set up so that that in its actuation the difference between the compensating and the to measuring size is reduced.

Dementsprechend verändert sich auch das Signal am Eingang des Servomechanismus, bis dessen Betätigung aufhört. In diesem Augenblick besitzen beide Größen - die zu messende und die kompensierende - gleiche Werte, und die Stellung des Servomechanismus gibt den Wert der zu messenden Größe an. The signal at the input of the servomechanism changes accordingly, until it stops being pressed. At this moment both have sizes - the to be measured and the compensating - same values, and the position of the servomechanism indicates the value of the quantity to be measured.

Die bisher bekannten Bauarten selbsttätig kompensierter Meßgeräte weisen folgende zwei Nachteile auf: 1. Für die Erzielung einer großen Genauigkeit der Angaben des Gerätes ist es erforderlich, daß der Servomechanismus selbst eine geringe Unempfindlichkeit aufweist, was eine spezielle Konstruktion desselben sowie eine große Verstärkung des Signals am Eingang notwendig macht und die damit verbundenen Stabilisierungsschwierigkeiten mit sich bringt. The previously known types of automatically compensated measuring devices have the following two disadvantages: 1. For achieving high accuracy the specifications of the device, it is necessary that the servomechanism itself a has low insensitivity, which is a special construction of the same as well makes a large amplification of the signal at the input necessary and the associated Brings stabilization difficulties with it.

2. Der zeitliche Verlauf der Anzeige des Meßgerätes ist gegenüber dem wirklichen Verlauf des Parameters verzerrt. Dies wird hauptsächlich durch die dynamischen Eigenschaften des Servomechanismus bewirkt, der gewöhnlich ordnungsmäßig langsamer ist als das eigentliche Meßelement. 2. The time course of the display of the measuring device is opposite the actual course of the parameter is distorted. This is mainly due to the dynamic properties of the servomechanism caused, usually properly is slower than the actual measuring element.

Beide diese Nachteile und ganz besonders der letztere könnten bewirken, daß, obgleich das Meßgerät für die eigentliche Messung ganz vorzüglich geeignet ist, es trotzdem für die Reglung der Hilfsgröße gänzlich ungeeignet ist, da es die Stabilität des gesamten Reglungssystems beeinträchtigt. Both of these disadvantages, and especially the latter, could have the effect of that, although the measuring device is excellently suited for the actual measurement is, it is still completely unsuitable for regulating the auxiliary variable, since it is the Stability of the entire control system impaired.

Bei einem selbsttätig kompensierenden Meßgerät, bei welchem die Kompensation durch die Einstellung eines Servomechanismus erfolgt, der durch den Unterschied des Wertes der gemessenen Meßgröße und der kompensierenden Hilfsgröße betätigt wird, werden die vorstehend gekennzeichneten Nachteile dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß das Ausgangssignal aus dem Meßgerät durch die Summe des der Stellung des kompensierenden Servomechanismus entsprechenden Signals und des der Differenz zwischen der gemessenen Größe und der kompensierenden Hilfsgröße entsprechenden Signals bestimmt ist. In the case of an automatically compensating measuring device in which the compensation by adjusting a servo mechanism, which is done by the difference the value of the measured variable and the compensating auxiliary variable is activated, the disadvantages identified above are eliminated by the fact that the invention the output from the meter by the sum of the position of the compensating Servomechanism and the signal corresponding to the difference between the measured Size and the compensating auxiliary variable corresponding signal is determined.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. The invention is explained with reference to the drawings.

Das Meßgerät besteht aus dem Meßelement 1 (Fig. 1), wo die zu messende Größe S, mit dem Wert der kompensierenden Hilfsgröße S4 verglichen wird. Das der Differenz zwischen beiden diesen Größen entsprechende Signal wird im Verstärker 2 verstärkt und erscheint als Steuersignal am Eingang eines astatischen Servomechanismus 3 und zugleich am Eingang des Addierwerkes 4. Durch die Einstellung des Servomechanismus ist die Größe des kompensierenden Signals S4 und die Größe des am Eingang des Addierwerkes 4 erscheinenden Signals S5 festgelegt. The measuring device consists of the measuring element 1 (Fig. 1), where the to be measured Quantity S, with the value of the compensating auxiliary quantity S4 is compared. That the The signal corresponding to the difference between the two of these quantities appears in the amplifier 2 amplifies and appears as a control signal at the input of an astatic servomechanism 3 and at the same time at the input of the adder 4. By adjusting the servomechanism is the size of the compensating signal S4 and the size of the at the input of the adder 4 appearing signal S5 fixed.

Im Addierwerk werden beide Signale S3 und S5 nach dem vorgeschriebenen Gesetz zu einem Ausgangssignal S6 summiert. s, = k2 (S1**- S4**) + k4 S4 k2S1** + (k4 S4k2 S4**) 1 Da in der Regel eine hohe Genauigkeit des Meßelementes 1 und des Verstärkers 2 erzielt werden kann, sind im stabilisierten Zustand die Werte: s1*-s;*--s1*-s4*-s1-s4 2 praktisch einander gleich. In the adder both signals S3 and S5 according to the prescribed Law summed to an output signal S6. s, = k2 (S1 ** - S4 **) + k4 S4 k2S1 ** + (k4 S4k2 S4 **) 1 Since the measuring element 1 and of the amplifier 2 can be achieved, the values are in the stabilized state: s1 * -s; * - s1 * -s4 * -s1-s4 2 practically the same.

Wird nun in der Gleichung 1 für die Addierung im Element 4 die Beziehung k4 = k2 3 gewählt, dann ist das Ausgangssignal S6 proportional zum Eingangssignal S1 ungeachtet der Stellung des Servomechanismus, was bedeutet, daß das Ausgangssignal durch die Unempfindlichkeit des Servomechanismus nicht beeinflußt wird. If now in equation 1 for the addition in element 4 the relationship k4 = k2 3 selected, then the output signal S6 is proportional to the input signal S1 regardless of the position of the servo mechanism, which means that the output signal is not influenced by the insensitivity of the servomechanism.

Falls die dynamischen Eigenschaften des Meßelementes 1 und des Verstärkers 2 so gut sind, daß der zeitliche Verlauf des Signals S, - S4 dadurch nicht wesentlich verzeichnet wird, ist unter der vorstehend angeführten Bedingung für die Addierung (k4 = k2) das Ausgangssignal S6 praktisch ausschließlich eine Funktion cyanat in n-Butylamin im Gegenstrom zu einer wäßdes Eingangssignals S1, selbst während des Übergangsprozesses: SG (t) = kS1** (t) k2S1 (t) 4 Aus den durchgeführten Erwägungen geht hervor, daß die Eigenschaften des Servomechanismus auf die Übergabefunktion des Meßgerätes keinen Einfluß ausüben. If the dynamic properties of the measuring element 1 and the amplifier 2 are so good that the time course of the signal S, -S4 is therefore not essential is recorded under the above condition for addition (k4 = k2) that Output signal S6 has practically only one function cyanate in n-butylamine in countercurrent to a water of the input signal S1, even during of the transition process: SG (t) = kS1 ** (t) k2S1 (t) 4 From the considerations made it can be seen that the properties of the servomechanism affect the transfer function of the measuring device have no influence.

Die Verzeichnung des Ausgangssignals wird ausschließlich durch die Verzerrung im eigentlichen Meßelement 1 und Verstärker 2 bestimmt (allerdings mit einer gewissen Einschränkung in bezug auf die Größe und Geschwindigkeit der Änderungen der gemessenen Größe).The distortion of the output signal is exclusively caused by the Distortion in the actual measuring element 1 and amplifier 2 determined (but with some limitation on the size and speed of changes the measured size).

Falls die Eigenschaften des Servomechanismus gut sind, lassen sie sich zur Erzielung einer Voreilung des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal ausnutzen. If the properties of the servomechanism are good, leave them to achieve a lead of the output signal compared to the input signal exploit.

Diese Voreilung ist besonders dann willkommen, wenn das Meßgerät in ein Reglersystem eingeschaltet ist, da sie es stabilisiert. This advance is especially welcome if the measuring device is switched on in a control system because it stabilizes it.

Dadurch wird ermöglicht, daß Stabilisierelemente wegfallen können, die sonst in das System eingebaut werden müßten. Die Voreilung wird durch Änderung des Gesetzes für die Addierung im Addierwerk 4 erzielt, indem > k4 5 gewählt wird. This makes it possible that stabilizing elements can be omitted, which would otherwise have to be built into the system. The advance is made by change of the law for the addition in the adder 4 is achieved by choosing> k4 5 will.

Im äußersten Fall bei k4 = O kann das Gerät als Aufzeichnungsgerät der Abteilung der Meßgröße nach der Zeit arbeiten. In the extreme case with k4 = O, the device can be used as a recording device the department of measurable quantity work according to time.

Speziell für Regelzwecke wird das Schema des Meßgerätes noch durch einen zweiten Kompensationskreis nach Fig. 2 ergänzt. Zu den ursprünglichen Elementen kommen dabei noch die folgenden hinzu: 5 = Anzeige der Werte der zu messenden Größe; 6 = Einstellung des Wertes der gewünschten Größe; 7 = gegenseitiger Vergleich des gewünschten und des gemessenen Wertes; 8 = Signalbegrenzer aus der Vergleichsvorrichtung 7. Especially for control purposes, the scheme of the measuring device is still through a second compensation circuit according to FIG. 2 is added. To the original elements The following are added: 5 = display of the values of the quantity to be measured; 6 = setting the value of the desired size; 7 = mutual comparison of the desired and measured value; 8 = signal limiter from the comparison device 7th

Das Element 5 zeigt je nach Bedarf nur die Größe S4 oder die Summe S4 + S6 an. Das Regelsignal ist die Größe S6. Das Zusammenwirken aller Elemente geht aus dem Schema hervor. Nur das Element 5 bedarf einer näheren Erläuterung. Ist nämlich die Geschwindigkeit der Änderung der zu messenden Größe größer als die dementsprechende Geschwindigkeit des Servomechanismus und die Größe der Änderung so bedeutend, daß die Differenz S, - S4 über den Meßbereich des Meßelementes 1 hinausreicht, dann ist das Ausgangssignal nach Fig. 3 verzeichnet. Im Regelsystem ist eine solche Verzerrung gleichbedeutend mit einer Phasenverschiebung des Signals und somit mit einer Verschlechterung der Stabilität. Wird jedoch die Größe des Signals S5 entsprechend begrenzt, dann nähert sich der Verlauf des Ausgangssignals dem Verlauf des Signals S3 an, das sogar Voreilung gegenüber dem Eingangssignal S1 besitzt (Fig. 4). Der Signalbegrenzer 8 verbessert daher die Stabilität des Reguliersystems bei großen und schnellen Änderungen. Element 5 shows only the size S4 or the sum as required S4 + S6 on. The control signal is the variable S6. The interaction of all elements emerges from the scheme. Only element 5 needs one further explanation. is namely, the rate of change in the variable to be measured is greater than the corresponding one Speed of the servomechanism and the magnitude of the change so significant that the difference S, -S4 extends beyond the measuring range of the measuring element 1, then the output signal of FIG. 3 is recorded. There is such a distortion in the rule system synonymous with a phase shift of the signal and thus with a deterioration of stability. However, if the size of the signal S5 is limited accordingly, then the curve of the output signal approaches the curve of the signal S3, even that Has lead over the input signal S1 (Fig. 4). The signal limiter 8 therefore improves the stability of the regulation system in the event of large and rapid changes.

PATENTANSPROCHE: 1. Selbsttätig kompensiertes Meßgerät, bei welchem die Kompensation durch die Einstellung eines Servomechanismus erfolgt, der durch den Unterschied des Wertes des gemessenen und der kompensierenden Hilfsgröße betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (S6) aus dem Meßgerät durch die Summe des der Stellung des kompensierenden Servomechanismus (3) entsprechenden Signals (56) und des der Differenz zwischen der gemessenen Größe und der kompensierenden Hilfsgröße entsprechenden Signals (S3) bestimmt ist. PATENT CLAIM: 1. Automatically compensated measuring device, in which the compensation is done by setting a servomechanism that is operated by actuates the difference between the value of the measured and the compensating auxiliary variable is, characterized in that the output signal (S6) from the measuring device through the sum of that corresponding to the position of the compensating servomechanism (3) Signal (56) and that of the difference between the measured quantity and the compensating one Auxiliary variable corresponding signal (S3) is determined.

Claims

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the mutual Ratio of both summands, d. H. of the position of the compensating servomechanism (3) the corresponding signal (S5) and the difference between the measured and the signal (S3) corresponding to the compensating variable can be set in such a way that at the output signal the influence of the servomechanism is practically canceled or only to a predetermined extent, e.g. B. stabilizing, is effective.

3. Measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that the Size of the position of the compensating servomechanism (3) corresponding Signal (S5) is limited in such a way that the effect of the difference in the output signal between the measured and compensating variable corresponding signal (S3) predominates.