DE1043498B

DE1043498B - Measuring potentiometer, especially for analog computers

Info

Publication number: DE1043498B
Application number: DEP16599A
Authority: DE
Inventors: Larkin B Scott
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1955-07-07
Filing date: 1956-07-06
Publication date: 1958-11-13
Also published as: CH346608A; DE1043498C2; FR1154604A; GB820639A; US2833979A

Description

Meßpotentiometer, insbesondere für Analogrechner Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Spannungswandler mit kontinuierlich einstellbarer Sekundärspannung, und zwar insbesondere für Analogrechner.Measuring potentiometer, in particular for analog computers. The invention relates to rely on an electrical voltage converter with continuously adjustable secondary voltage, especially for analog computers.

Man hat dafür bisher als Spannungswandler vorwiegend Potentiometer oder Autotransformatoren benutzt. Bei der Verwendung von Potentiometern wird es häufig schwierig, die Widerstände des Potentiometers und des Belastungswiderstandes aneinander anzupassen. Es muß ja der Belastungswiderstand, also der am Potentiometerabgriff anliegende Widerstand, groß gegen den Widerstand des Potentiometers sein, weil sonst die abgegriffene Spannung am Belastungswiderstand zusammenbrechen würde und man dann keine definierten Verhältnisse mehr hätte. Wenn man nun aber den Potentionieterwiderstand hinreichend klein machen will, dann muß man dicken Draht verwenden und erhält auf diese M, eise nur eine relativ grobe Einstellmöglichkeit. Außerdem wird durch einen niedrigen Potentiometerwiderstand die Spannungsquelle sehr stark belastet. Ähnliche Verhältnisse bekommt man, wenn man Autotransformatoren verwendet.So far, the main voltage converters used have been potentiometers or autotransformers are used. When using potentiometers it will often difficult, the resistances of the potentiometer and the load resistor adapt to each other. It must be the load resistance, i.e. the one at the potentiometer tap applied resistance must be large compared to the resistance of the potentiometer, otherwise the tapped voltage at the load resistor would collapse and you then would no longer have any defined relationships. But if you now consider the potentiator resistance wants to make it sufficiently small, then you have to use thick wire and get on this is only a relatively rough adjustment option. In addition, a low potentiometer resistance puts a very heavy load on the voltage source. Similar You get proportions when you use autotransformers.

Ähnliche Schwierigkeiten treten bei einer anderen bekannten Spannungsteileranordnung auf, bei welcher eine Folge einzelner, auf verschiedenen Potentialen liegender Abgriffe vorgesehen ist und ein kontinuierlich einstellbares Potentiometer zum Abgreifen der Spannungszwischenwerte zwischen jeweils zwei dieser Abgriffe einschaltbar ist.Similar difficulties arise with another known voltage divider arrangement in which a sequence of individual taps at different potentials is provided and a continuously adjustable potentiometer for tapping the intermediate voltage values between two of these taps can be switched on.

Es sind nun weiterhin sogenannte Variometer bekannt, die aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung bestehen und bei welcher die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung irgendwie geändert wird, beispielsweise dadurch, daß man die eine'Wicklung gegenüber der anderen Wicklung verdreht. Solche Variometer gestatten zwar eine theoretisch vollkommen kontinuierliche Einstellung der Sekundärspannung, es besteht aber bei ihnen ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Verstellweg und der induzierten Sekundärspannung.There are still so-called variometers known, which consist of a Primary and a secondary winding exist and in which the inductive coupling is somehow changed between the primary and secondary winding, for example by that one 'winding is twisted in relation to the other winding. Such variometers allow a theoretically completely continuous setting of the secondary voltage, however, there is a non-linear relationship between the adjustment path and the induced secondary voltage.

Dieser Zusammenhang ist meist sinusähnlich. Man kann aber erreichen, daß man über relativ große Bereiche von etwa 120' Verstellwinkel eine recht gut lineare Beziehung zwischen Verstell-,vinkel und induzierter Spannung erhält.This relationship is mostly sine-like. But one can achieve that over relatively large ranges of about 120 'angle of adjustment a very good linear relationship between displacement, angle and induced voltage.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein lineares Meßpotentiometer zu schaffen, das bei günstigen Widerstandsverhältnissen eine vollkommene kontinuierliche Spannungseinstellung gestattet.The invention is based on the object of a linear measuring potentiometer to create a perfectly continuous one with favorable resistance conditions Voltage adjustment allowed.

Erftdungsgemäß sind zu diesem Zweck ein Spannungsteiler mit festen Abgriffen, ein Kreuzspulvariometer und eine mit dem Einstellglied des Variometers gekuppelte Umschalteinrichtung vorgesehen und die Umschalteinrichtung so ausgebildet, daß bei Betätigung des Einstellgliedes die beiden Sekundärwicklungen des Variometers derart abwechselnd mit aufeinanderfolgenden Spannungsteilerabgriffen verbunden werden, daß in der jeweils angeschalteten Wicklung ein wenigstens annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Einstellbewegung und der in der Wicklung induzierten Spannung besteht.According to the invention, a voltage divider with fixed voltage is used for this purpose Tapped off, a cheese variometer and one with the adjusting member of the variometer coupled switching device is provided and the switching device is designed so that when the setting member is actuated, the two secondary windings of the variometer are alternately connected to successive voltage divider taps, that an at least approximately linear relationship in each connected winding between the adjustment movement and the voltage induced in the winding.

Um einen kontinuierlichen Übergang von einer Wicklung des Kreuzspulvariometers zur anderen sicherzustellen, kann man die Umschaltvorrichtung so ausbilden, daß in einem Zwischenbereich beide Sekundärwicklungen, des Kreuzspulvariometers gleichzeitig an zwei aufeinanderfolgende Abgriffe angeschlossen sind, wobei die Schaltelemente so bemessen sind, daß an den beiden Variometerwicklungen gleiche Spannungen abgegriffen werden und in dem Zwischenbereich die beiden Sekundärwicklungen des Variometers in Reihe geschaltet sind.Around a continuous transition from one winding of the cheese variometer to ensure the other, you can train the switching device so that in an intermediate area both secondary windings, of the cheese variometer at the same time are connected to two successive taps, the switching elements are dimensioned so that the same voltages are tapped on the two variometer windings and in the intermediate area the two secondary windings of the variometer are connected in series.

Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltschema eines Spannungswandlers nach der Erfindung; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem Verstellwinkel und den in den beiden Sekundärwicklungen des Kreuzspulvariometers induzierten Spannungen; Fig. 3 zeigt schematisch eine Umschaltvorrichtung für einen Spannungswandler nach der Erfindung; Fig. 4 verdeutlicht die Grobeinstellung, wie sie durch das Anschalten der Variometerwicklungen an die verschiedenen Spannungsteilerabgriffe bewirkt wird; Fig. 5 verdeutlicht die Feineinstellung mit Hilfe des Kreuzspulvariometers und der Umschaltvorrichtung; Fig. 6 zeigt die gesamte abgegriffene Spannung in Ab- hängigkeit vom Einstellwinkel. Mit 10 ist ein Autotransformator bezeichnet, an welchem eine Eingangsspannung U., anliegt. Der AutotransformaItor 10 ist mit Anzapfungen 1 bis 9 versehen. Zwischen den Anzapfungen 1 und 2 liegt die Primärwicklung 11 eines Kreuzspulvariometers. Das Kreuzspulvariometer besitzt zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Sekundärwicklungen 12 und 13 mit den Anschlußkontakten C und D und A und B. Mit 147 ist ein Kontakt bezeichnet, an welchem die Ausgangsspannung U" des Spannungswandlers abgenommen wird.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. Fig. 1 is a simplified circuit diagram of a voltage converter according to the invention; FIG. 2 is a graph showing the relationship between the displacement angle and the voltages induced in the two secondary windings of the cheese variometer; FIG. 3 shows schematically a switching device for a voltage converter according to the invention; 4 illustrates the coarse setting as it is effected by connecting the variometer windings to the various voltage divider taps; 5 illustrates the fine adjustment with the aid of the cheese variometer and the switching device; Fig. 6 shows the total tapped-off voltage as a function of the setting angle. 10 designates a autotransformer is designated to which an input voltage U is applied. The autotransformer 10 is provided with taps 1 to 9 . The primary winding 11 of a cross-coil variometer is located between the taps 1 and 2. The cross-coil variometer has two secondary windings 12 and 13 arranged at right angles to one another with the connection contacts C and D and A and B. 147 is a contact at which the output voltage U "of the voltage converter is taken.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel (p des Variometers und den beiden in den Sekundär,xicklungen induzierten Spannungen. Wie man sieht, ist dieser Zusammenhang in den Bereichen von 99 = -60' bis 99 = 4- 60' bzw. von q, = 30' bis p = 150' und von (P = 210' bis p = 330' recht gut linear, und zwar entweder ansteigend (in den ersteren Bereichen) oder abfallend (in den letzteren Bereichen).Fig. 2 shows the relationship between the angle of rotation (p of the variometer and the two voltages induced in the secondary windings. As you can see, this relationship is in the ranges from 99 = -60 ' to 99 = 4-60' or from q, = 30 ' to p = 150' and from (P = 210 'to p = 330' quite well linear, either increasing (in the former areas) or decreasing (in the latter areas).

Für die Umschaltung wird eine Umschalteinrichtung gemäß einem älteren Vorschlag verwendet, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Die Umschaltvorrichtung enthält elektrisch leitende kreisförmige Segmente, die in fünf verschiedenen Abständen um die Achse 16 des Kreuzspulvariometers angeordnet sind. Drei Schleifkontakte 15 drehen sich mit der Achse 16 und gleiten dabei auf den Umschaltersegmenten. Eines der Umschaltersegmente bildet einen vollen Ring und entspricht dem Kontakt W in der schematischen Fig. 1, von welchem die Ausgangsspannung U" abgenommen wird. Vier andere Segmente A, B, C und D sind ständig mit den in Fig. 1 entsprechend bezeichneten Anschlüssen der Variometervicklungen verbunden.A switching device according to an older proposal, which is shown schematically in FIG. 3, is used for switching. The switching device contains electrically conductive circular segments which are arranged at five different intervals around the axis 16 of the cheese variometer. Three sliding contacts 15 rotate with the axis 16 and slide on the switch segments. One of the switch segments forms a full ring and corresponding to the contact W in the schematic Fig. 1, of which the output voltage U "is removed. Four other segments A, B, C and D are constantly connected to the correspondingly labeled in FIG. 1, terminals Variometer windings connected.

Die restlichen vier Umschaltersegmente sind mit vier Schleifkontakten 24, 25, 26, 27 verbunden, die auf einem isolierenden Ring 28 angeordnet sind. Der Ring 28 ist e%zentrisch zu einem Kranz von Kontakten 1 bis 9 gelagert, die mit den in Fig. 1 entsprechend bezeichneten AnzapfuPgen des Autotransformators 10 verbunden sind.The remaining four changeover switch segments are connected to four sliding contacts 24, 25, 26, 27 which are arranged on an insulating ring 28. The ring 28 is mounted centrally to a ring of contacts 1 to 9 , which are connected to the taps of the autotransformer 10, which are correspondingly designated in FIG. 1.

Die Wirkungswelse der beschriebenen Anordnung ist folgende: in der dargestellten Lage des Umschalters (Fig. 3) ist der Kontakt --1 der Varionieterwicklung 13 mit der Anzapfung 1 des Autotransformators 10 verbunden, der Kontakt B mit dem Ausgangskontakt W. Es sei zunächst bei einem Drehwinkel p = 0' die Wicklung 13 des Varionieters senkrecht zur Primärwicklung 11 orientiert. Dann wird in der Variometerwicklung 13 keine Spannung induziert. Die Ausgangsspannung U", die ja zwischen dem mit B verbundenen Kontakt W und der Anzapfung 1 abgenommen wird, ist dann also ebenfalls Null. Wird jetzt das Varlometer im Uhrzeigersinn von cp = 0' auf #o = 30' verdreht, dann steigt die in der Wicklung 13 induzierte Spannung und damit auch die Gesamtspannung l", linear an auf den in Fig. 2, 5 und 6 mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichneten Wert.The effect catfish of the arrangement described is as follows: in the illustrated position of the switch (Fig. 3), the contact --1 the Varionieterwicklung 13 is connected to the tap 1 of the autotransformer 10, the contact B with the output contact W. It is to be initially at a Angle of rotation p = 0 ', the winding 13 of the Varionieter is oriented perpendicular to the primary winding 11 . No voltage is then induced in the variometer winding 13. The output voltage U ", which is taken between the contact W connected to B and the tap 1 , is then also zero. If the varlometer is now turned clockwise from cp = 0 ' to #o = 30' , the in The voltage induced in the winding 13 and thus also the total voltage I ″ linearly to the value identified in FIGS. 2, 5 and 6 with the reference numeral 29.

In dem darauffolgenden Bereich -von (p = 30' bis q) = 60' sind die in den Vaziometerwicklungen 12, 13 induzierten C) Spannungen beide linear vom Drehwinkel p abhängig. Durch die Umschaltvorrichtung wird nun in diesem Bereich einmal nach wie vor der Kontakt A mit der Anzapfung 1 und der Kontakt B mit dem Ausgangskontakt W verbunden. Gleichzeiti- wird aber auch der Kontakt C der Variometen#"icl.:lung 12 mit der Anzapfung 2 und ihr anderer Kontakt D ebenfalls mit dem Ausgangskontakt W verbunden. Der Spannungsabfall zwischen den Anzapfungen 1 und 2 des Autotrainsformators 10 ist dabei so gewählt, daß B und D in diesem Bereich tatsächlich auch gleiches Potential haben. Wenn sich wie hier die linearen Bereiche des Variometers jeweils über 120' erstrechen, dann muß sich das Spannungsgefälle zwischen z-,.vei aufeinanderfolgenden Spannungsteilerabgriffen zu der dem linearen Bereich des Variometers entsprechenden Spannungsänderung verhalten wie etwa 3: 4. Dadurch, daß in dem Zwischenbereich beide Vario-neterivicklun,-en in Reihe geschaltet und mit dem Ausgangskontakt TV verbunden sind, werden etwaige Ungleichmäßigkeiten ausgeglichen, und es wird ein stetiger Übergang von einer Variometerwicklung zur anderen ermöglicht.In the following range - from (p = 30 ' to q) = 60' , the C) voltages induced in the vaciometer windings 12, 13 are both linearly dependent on the angle of rotation p. As a result of the switching device, contact A is still connected to tap 1 and contact B to output contact W in this area. At the same time, however, the contact C of the variometer # "icl.:lung 12 is connected to the tap 2 and its other contact D is also connected to the output contact W. The voltage drop between the taps 1 and 2 of the autotrain transformer 10 is chosen so that B and D actually have the same potential in this area. If, as here, the linear areas of the variometer extend over 120 ', then the voltage gradient between z -, such as 3: 4. Because both vario-meters are connected in series in the intermediate area and connected to the output contact TV, any irregularities are compensated and a steady transition from one variometer winding to the other is made possible.

In dem nun folgenden Bereich von p # 60' bis p = 90' wird nämlich die Wicklung 13 ganz abgeschaltet und ihre Funktion vollständig von der anderen Wicklung 12 übernommen. Während nun der Spannungsdrehwinkelverlauf für die Wicklung 12 weiterhin linear ist, wird er für die Wicklung 13 gekrümmt. In diesem Bereich bleibt also nur noch C mit 2 und D mit W verbunden.In the range from p # 60 ' to p = 90' that now follows, the winding 13 is completely switched off and its function is completely taken over by the other winding 12. While the voltage rotation angle curve for the winding 12 is still linear, it is curved for the winding 13. In this area, only C remains connected to 2 and D to W.

Bei (p = 60' ist (vgl. Fig. 2) die in der Wicklung 12 induzierte Spannung durch den mit dem Bezugszeichen 31 gekennzeichneten Wert gegeben. Die Phase der induzierten Spannung ist gegenüber der Phase der Eingangsspannung U, um 180' verschoben, und daher ist die Größe der induzierten, Spannung negativ zu rechnen. Die gesamte bei p = 60' abgegriffene Spannung U', zwischen der Anzapfung 1 und dem Ausgangskontakt W ist gegeben durch die Summe der induzierten negativen Spannung 31 und der zwischen den Anzapfungen 1 und 2 liegenden Spannung 23 (vgl. Fig. 4). Das ergibt in Fig. 6 den mit 31' bezeichneten Wert. Bei einer ##,reiteren Drehung steigt die induzierte Spannung gemäß Kurve 21 in Fig. 2 und 5 linear an auf den mit 32 bezeichneten Wert, wobei die Gesamtspannung U" bei p 90' den Wert 32' annimmt.At (p = 60 ' (see FIG. 2) the voltage induced in the winding 12 is given by the value identified by the reference numeral 31. The phase of the induced voltage is shifted by 180' compared to the phase of the input voltage U , and The total voltage U 'tapped at p = 60' between tap 1 and output contact W is given by the sum of the induced negative voltage 31 and that between taps 1 and 2 lying voltage 23 (see. Fig. 4). the results in Fig. 31 with the value designated '6. in a ## reiteren rotation, the induced voltage increases according to curve 21 in Fig. 2 and 5 linearly on the 32 designated value, whereby the total voltage U "at p 90 'assumes the value 32'.

In dem Bereich von 90' bis p 120' bleibt dann auch weiterhin nur C mit 2 und D mit W verbunden, weil ja auch in diesem Bereich die Spannung in der Wicklung 12 lineair mit dem Drehwinkel ansteigt, und zwar erhält man bei 99 = 120' den Wert 33 (Fig. 2) und in der Gesamtspannung den Wert 33' (Fig. 6). In the area from 90 ' to p 120', only C remains connected to 2 and D to W, because in this area too the voltage in winding 12 increases linearly with the angle of rotation, namely when 99 = 120 'the value 33 (Fig. 2) and in the total tension the value 33' (Fig. 6).

In entsprechender Weise folgt dann wieder ein Zwischenbereich, wo beide Wicklungen 12, 13 angeschaltet sind, und zwar die Wicklung 12 noch an die Anzapfung 2 und die Wicklung 13 an die Anzapfung 3. Wenn bei weiterer Drehung die induzierte Spannung mit dem Drehwinkel p abfällt, erfolgt gleichzeitig eine Umpolung der Wicklungen. Fig. 4 verdeutlicht die #Grobeinstellung« durch die Anzapfungen 1 bis 9, Fig. 5 die- Interpolation« mit Hilfe des Variometers.In a corresponding manner, there is then again an intermediate area where both windings 12, 13 are connected, namely winding 12 still to tap 2 and winding 13 to tap 3. If, with further rotation, the induced voltage drops with the angle of rotation p, the windings are reversed at the same time. Fig. 4 illustrates the "coarse setting" through the taps 1 to 9, FIG. 5 the " interpolation" with the help of the variometer.

Die nacheinander durch die Umschaltvorrichtung hergestellten Verbindungen sind im folgenden tabellarisch zusammengestellt: Winl,-eJbereich A 1 B 1 G 1 D (P 0 bis 30' 1 W - - 30 bis 60' 1 W 2 W 60 bis 90' - 2 W 90 bis 120' 2 W 120 bis 150' W 3 2 W 150 bis 180' W 3 - - 180 bis 210' W 3 - - 210 bis 240' W 3 TV 4 240 bis 270' W 4 270 bis 300' W 4 300 bis 330' 5 W W 4 330 bis 360' 5 W - - USW. The connections established one after the other by the switching device are listed in the following table: Winl, -eJbereich A 1 B 1 G 1 D (P 0 to 30 '1 W - - 30 to 60 '1 W 2 W 60 to 90 '- 2 W. 90 to 120 '2 W. 120 to 150 'W 3 2 W. 150 to 180 'W 3 - - 180 to 210 ' W 3 - - 210 to 240 ' W 3 TV 4 240 to 270 ' W 4 270 to 300 ' W 4 300 to 330 '5 WW 4 330 to 360 '5 W - - ETC.

Der beschriebene Spannungswandler ermöglicht eine kontinuierliche, praktisch verlustlose Regelung der Ausgangsspannung. Dabei ist der Widerstand im Ausgang relativ gering, so daß keine Anpassungsschwierigkeiten auftreten. Der Zusammenhang zwischen Verstellweg und Ausgangsspannung ist dabei linear, was besonders für die Anwendung bei Analogrechnern wesentlich ist.The voltage converter described enables continuous, practically lossless regulation of the output voltage. The resistance is in the Output relatively low, so that no adjustment difficulties arise. The relationship between the adjustment path and the output voltage is linear, which is special for the application in analog computers is essential.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Measuring potentiometer, especially for analog computers, characterized in that a voltage divider rrüt fixed taps, a cross-coil variometer and a switching device coupled to the adjusting member of the variometer is provided are, and the switching device is designed so that upon actuation of the adjusting member alternate the two secondary windings of the variometer with successive ones Voltage divider taps are connected that in each connected winding an at least approximately linear relationship between the adjustment movement and the voltage induced in the winding.

2. Measuring potentiometer according to claim 1, characterized in that in an intermediate area both secondary windings of the cross-coil variometer are connected simultaneously to two successive taps, the switching elements sc) are dimensioned that on the two variometer winding "-. E-, i the same voltages. .? are reefs D r, eg, 3. measuring potentiometer according spoke 2, characterized ge -. denotes that in which the two secondary windings Zwischenba-rich of the variometer in series are 4. measuring potentiometer according to claim 3, with an over regions of each about 120 'linear variometer, characterized in that the voltage divider is so dimensioned that the voltage drop between two consecutive Spannungsteilerabgriffen to the linear region of the variometer corresponding voltage change behaves as about 3: 4. contemplated publications:. German patents No. 279 502, 920 675; U.S. Patent No. 2,501813.