DE1043158B

DE1043158B - Arrangement for converting electrical quantities into mechanical quantities by means of a body which changes its electrical properties under the influence of a magnetic field and an applied voltage for remote measuring devices, such as transducers, measured value compensation transmitters or the like.

Info

Publication number: DE1043158B
Application number: DES44338A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Siegfried John
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-06-13
Filing date: 1955-06-13
Publication date: 1958-11-06

Description

Anordnung zur Umsetzung elektrischer Größen in mechanische Größen mittels eines unter dem Einfluß eines Magnetfeldes und einer angelegten Spannung seine elektrischen Eigenschaften ändernden Körpers für Fernmeß geräte wie Meßwertumformer, Meßwertkompensationsgeber od. dgl. Arrangement for converting electrical quantities into mechanical quantities by means of one under the influence of a magnetic field and an applied voltage body changing its electrical properties for telemetry devices such as transducers, Measured value compensation transmitter or the like.

Bekanntlich nimmt ein von einem Magnetfeld durchsetzter Körper aus Halbleitermaterial, der senkrecht zum Magnetfeld von Strom durchflossen ist, zwischen zwei Punkten senkrecht zur Stromrichtung und zur Richtung des Magnetfeldes eine Potentialdifferenz an. Die an diesen Punkten auftretende Spannung, die sogenannte Hallspannung, ist sowohl der Stärke des Magnetfeldes als auch der des aufgedrückten Stromes proportional. As is well known, a body penetrated by a magnetic field takes off Semiconductor material through which current flows perpendicular to the magnetic field, between two points perpendicular to the direction of the current and one to the direction of the magnetic field Potential difference. The tension occurring at these points, the so-called Hall voltage, is both the strength of the magnetic field and that of the imposed Current proportional.

Es ist bekannt, die Änderung dieser Hallspannung in Meßschaltungen auszunutzen. It is known that this Hall voltage changes in measuring circuits to take advantage of.

So dient z. B. in einer bekannten Einrichtung zur Umwandlung kleiner Gleichströme in Wechselströme, in welcher der Halleffel<t ausgenutzt wird, der Hallgenerator zur Umwandlung kleiner Gleichströme in Wechselspannungen, da sich letztere auf einfache Weise in einem Röhrenverstärker verstärken lassen. So z. B. in a known device for converting smaller Direct currents into alternating currents, in which the Halleffel <t is used Hall generator for converting small direct currents into alternating voltages, since the latter can be easily amplified in a tube amplifier.

Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers wird einem phasenempfindlichen Leistungsverstärker zugeführt, der je nach Polarität der Spannungsdifferenz zwischen der vom Thermoelement gelieferten Eingangs spannung und der am Potentiometer abgegriffenen Kompensationsspannung den Stellmotor durch Stromimpulse in der einen oder der anderen Wendespule so lange speist, bis der Potentiometerabgriff in einer Stellung steht, bei der die Kompensationsspannung gleich der Eingangsspannung ist. Der Hallgenerator wird also nicht durch die Meßgröße unmittelbar gesteuert, sondern durch die Differenz dieser beiden Spannungen.The output voltage of this amplifier becomes a phase sensitive Power amplifier fed, depending on the polarity of the voltage difference between the input voltage supplied by the thermocouple and that tapped at the potentiometer Compensation voltage the servomotor by current pulses in one or the other Reversing coil feeds until the potentiometer tap is in a position where the compensation voltage is equal to the input voltage. The hall generator is therefore not controlled directly by the measured variable, but by the difference of these two tensions.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung erfolgt mittels des seine elektrischen Eigenschaften ändernden Körpers eine Umsetzung elektrischer Größen in memechanische Größen, und zwar geschieht dies gemäß der Erfindung dadurch, daß der Körper gemäß dem das Magnetfeld hervorrufenden Strom und/oder der angelegten Spannung als der dem jeweils zu übermittelnden Meßwert entsprechenden Größe mittels seiner als Hallspannung auftretenden Spannung das bewegliche System eines eine Schwingschaltung steuernden Organs ablenkt. In the arrangement according to the invention by means of its electrical Properties changing bodies convert electrical quantities into mechanical ones Sizes, this is done according to the invention in that the body according to the current causing the magnetic field and / or the applied voltage than the corresponding to the measured value to be transmitted by means of its Hall voltage occurring voltage controls the moving system of an oscillating circuit Organ distracts.

Bei einer bekannten Fernmeßanlage, bei der die Bewegung eines Sendeorgans elektrisch auf ein Empfangsorgan übertragen wird, wird ein mit einem konstanten Wechselstrom gespeister Hallgenerator verwendet, dessen drei Halleffektelemente je nach Stellung des von der mechanischen Eingangsgröße verstellbaren Dauermagneten verschieden stark von dem zur Erzeugung der Hallspannung erforderlichen Magnetfeld durchsetzt werden; hierdurch wird infolge Sternschaltung der drei Halleffektelemente in dem nach dem Drehfeldprinzip arbeitenden, im Dreieck geschalteten Empfängersystem ein Drehfeld erzeugt, das den durch die gleiche Wechselspannung wie die Halleffektelemente gespeisten Empfängerrotor der Drehbewegung des Sendermagneten nachführt. Es handelt sich also um ein Drehfeldsystem, bei dem die Statorwicklungen des Senders durch Halleffektelemente ersetzt sind, was gegenüber den üblichen, mit gleich aufgebautem Sender und Empfänger arbeitenden Drehfeldsystemen dazu führt, daß die Amplitude der das Drehfeld im Empfänger hervorrufenden Spannung unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Senders ist. Somit kann der Empfänger auch langsamen Verstellungen des Senders mit genügender Genauigkeit folgen. Eine Umsetzung elektrischer Größen in mechanische Größen im Sender findet bei der bekannten Schaltung nicht statt. In a known telemetry system in which the movement of a transmitting organ is transmitted electrically to a receiving organ, becomes a with a constant AC powered Hall generator uses its three Hall effect elements depending on the position of the permanent magnet, which can be adjusted by the mechanical input variable different in strength from the magnetic field required to generate the Hall voltage be enforced; this is due to the star connection of the three Hall effect elements in the triangle-connected receiver system that works according to the rotating field principle a rotating field is generated that is generated by the same alternating voltage as the Hall effect elements powered receiver rotor of the Follows the rotary movement of the transmitter magnet. It deals So it is a rotating field system in which the stator windings of the transmitter through Hall effect elements are replaced with what compared to the usual, with the same structure Transmitter and receiver working rotating field systems leads to the amplitude the voltage causing the rotating field in the receiver regardless of the speed of rotation of the sender is. This means that the receiver can also make slow adjustments to the transmitter follow with sufficient accuracy. A conversion of electrical quantities into mechanical ones There is no size in the transmitter with the known circuit.

Was den Aufwand betrifft, so ist dieser bei der vorstehend beschriebenen bekannten Anordnung größer als bei der Anordnung gemäß der Erfindung, denn einem feststehenden Hallgenerator und einem Drehspulsystem bei der Anordnung gemäß der Erwindung stehen bei der bekannten Anordnung zwei Drehfeldsysteme gegenüber, von denen eines auch noch mit Halleffektgliedern ausgestattet ist. Auch der Aufwand an Leitungen und an Hallgeneratoren ist bei der bekannten Anordnung größer als bei der Anordnung gemäß der Erfindung. As for the effort, it is the same as that described above known arrangement larger than in the arrangement according to the invention, because one fixed Hall generator and a moving coil system in the arrangement according to FIG In the known arrangement there are two rotating field systems opposite, from one of which is also equipped with hall effect elements. Also the effort on lines and on Hall generators is larger in the known arrangement than in the arrangement according to the invention.

Darüber hinaus ist bei der bekannten Anordnung eine Produktionsbildung zweier Eingangsmeßgrößen nicht möglich, da das die Halleffekte durchsetzende Magnetfeld von einem Dauermagneten herrührt und der Erregerstrom (Querstrom) der Halleffektelemente gleichzeitig zur Magnetisierung des Empfängerrotors dient. Demgegenüber gestattet die Anordnung gemäß der Erfindung ohne weiteres eine Produktionsbildung zweier Eingangsrneßgrößen, wenn z. B. der eine Meßwert durch den das Magnetfeld hervorrufenden Strom und der andere Meßwert durch die angelegte Spannung gebildet wird. In addition, there is a production formation in the known arrangement two input measured variables not possible because the magnetic field penetrating the Hall effects comes from a permanent magnet and the excitation current (cross current) the Hall effect elements also serve to magnetize the receiver rotor. In contrast, the arrangement according to the invention allows production to be easily established two input variables, if z. B. the one measured value through which the magnetic field causing current and the other measured value is formed by the applied voltage will.

Auch eine andere bekannte Anordnung zur Scheinleitungsmessung in Wechselstromaulagen unter Verwendung eines Hallgenerators ist mit der Anordnung gemäß der Erfindung nicht vergleichbar, da infolge der Eigenart der dort beschriebenen Schaltung die Daten der Fernleitung in den Wert der von dem Hallgenerator gelieferten Spannung mit eingehen würden, während bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Hallspannung, z.B. durch ein Drehmomentkompensationsverfahren, in einen der Meßgröße proportionalen Gleichstrom umgeformt wird, der von den Daten der Fernleitung unabhängig ist. Another known arrangement for false line measurement in AC power modules using a Hall generator are included with the arrangement not comparable according to the invention, because of the nature of the one described there Switching the data of the long-distance line into the value of that supplied by the Hall generator Voltage would enter into, while in the arrangement according to the invention Hall voltage, e.g. using a torque compensation method, into one of the measured variables proportional direct current is converted, which is independent of the data of the long-distance line is.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. In the drawing is an embodiment of the invention Arrangement shown.

Der Körper 1 ist ein Körper aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere von der FormAIlIBv, d. h. aus Verbindungen eines Elementes der III. Gruppe mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems. Infolge der verhältnismäßig großen Trägerbeweglichkeit hat der Körper 1 die Eigenschaft, daß die an ihm abnehmbare Hallspannung einen verhältnismäßig großen Wert erreicht. Das die elektrische Eigenschaft des Körpers 1 beeinflussende Magnetfeld wird durch die von dem Strom i durchflossenen Spulen 2 und 3 erzeugt; außerdem wird an den Körper 1 eine Spannung U angelegt. Nunmehr ist an dem Körper 1 die Hallspannung Uh abnehmbar. Zur Umsetzung elektrischer Größen in mechanische Größen für Fernmeßgeräte, wie Meßwertumformer, MeßwertkompensationstC,eber od. dgl., kann der Strom i und/oder die Spannung U die dem jeweils zu übermittelnden meßwert entsprechende Größe darstellen, so daß die jeweilige Hallspannung Uh dem jeweils zu übermittelnden Meßwert proportional ist. The body 1 is a body made of semiconducting compounds, in particular of the formAIlIBv, d. H. from compounds of an element of III. Group with one Element of Group V of the Periodic Table. As a result of the relatively large The mobility of the body 1 has the property that it can be removed from the body Hall voltage reached a relatively large value. That is the electrical property of the body 1 influencing magnetic field is caused by the current i flowing through it Coils 2 and 3 generated; In addition, a voltage U is applied to the body 1. The Hall voltage Uh can now be removed from the body 1. To implement electrical Sizes in mechanical sizes for remote measuring devices, such as measuring transducers, measured value compensation units, eber or the like, the current i and / or the voltage U can be the one to be transmitted represent measured value corresponding size, so that the respective Hall voltage Uh dem each measured value to be transmitted is proportional.

Diese Spannung treibt in dem Ausführungsbeispiel durch das Rähmchen 4 des Drehspulinstrumentes 5 einen Strom, der das bewegliche System des Drehspulinstrumentes 5 und damit die Fahne 6 ablenkt; sie wird in eine dem Meßwert entsprechende Lage gebracht. In dieser Lage der Fahne 6 liefert die an sich bekannte Hochfrequenzschwingschaltung infolge Einstellung eines bestimmten Rückkopplungsgrades über den Hochfrequenzübertrager 7 eine Hochfrequenzspannung, welche mittels der Sekundärwick lung des Hochfrequenzübertragers 7 über den Gleichrichter 8 einen Gleichstrom durch das Meßinstrument9 an der Uberwachungsstelle treibt. Ein am Widerstand 10 abgezweigter Teil dieses Stromes durchfließt das Rähmchen 11 des Drehspulinstrumentes 5 und setzt die Fahne 6 durch das hierbei erzeugte Gegendrehmoment gegenüber dem durch das Rähmchen 4 erzeugten Drehmoment still. Durch die Einstellung der Fahne 6 wird ein meßwertproportionaler Gleichstrom hervorgerufen; es kann aber auch in bekannter Weise eine meßwertproportionale Impulsfrequenz erzeugt werden. In beiden Fällen wird somit der Meßwert zu der Uberwachungsstelle übertragen, nachdem die durch den Strom und/oder die Spannung U dargestellte, dem zu übermittelnden Meßwert entsprechende elektrische Größe in eine mechanische Größe, nämlich die Ablenkung des beweglichen Systems des Eingangsmeßorgans, umgesetzt ist.In the exemplary embodiment, this tension drives through the frame 4 of the moving coil instrument 5 a current that the moving system of the moving coil instrument 5 and thus deflects the flag 6; it is in a position corresponding to the measured value brought. In this position of the flag 6, the known high-frequency oscillating circuit delivers as a result Setting a certain degree of feedback via the high-frequency transformer 7 a high-frequency voltage, which by means of the secondary winding of the high-frequency transformer 7 a direct current through the measuring instrument 9 at the monitoring point via the rectifier 8 drives. A part of this current branched off at the resistor 10 flows through the frame 11 of the moving coil instrument 5 and sets the flag 6 by the counter-torque generated in this way compared to the torque generated by the frame 4 silent. By setting a direct current proportional to the measured value is generated in the flag 6; but it can a pulse frequency proportional to the measured value can also be generated in a known manner. In both cases, the measured value is thus transmitted to the monitoring station after that represented by the current and / or the voltage U to be transmitted Electrical quantity corresponding to the measured value into a mechanical quantity, namely the deflection of the movable system of the input measuring element.

PATENTANSPRI,CIIE 1. Anordnung zur Umsetzung elektrischer Größen in mechanische Größen mittels eines unter dem Einfluß eines Magnetfeldes und einer angelegten Spannung seine elektrischen Eigenschaften ändernden Körpers für Fernmeßgeräte, wie Meßwertumformer, Meßwertkompensationsgeber od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Körper gemäß dem das Magnetfeld hervorrufenden Strom und/oder der angelegten Spannung als der dem jeweils zu übermittelnden Meßwert entsprechenden Größe mittels seiner als Hallspannung auftretenden Spannung das bewegliche System eines eine Schwingschaltung steuernden Organs ablenkt. PATENTANSPRI, CIIE 1. Arrangement for converting electrical quantities in mechanical quantities by means of one under the influence of a magnetic field and one applied voltage changing its electrical properties for telemetry devices, such as transducers, measured value compensation transducers or the like, characterized in that that the body according to the current producing the magnetic field and / or the current applied Voltage as the quantity corresponding to the respective measured value to be transmitted by means of its voltage, which occurs as a Hall voltage, forms the moving system of an oscillating circuit controlling organ distracts.

Claims

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the movable System the degree of feedback of the high-frequency oscillating circuit for generating a DC current proportional to the measured value or a pulse frequency proportional to the measured value regulates.

Documents considered: German Patent No. 872 923; Swiss patents Nur.275601, 272 720; British patent specification No. 689 024; Siemens magazine, issue 8, 1954, p. 379.