DE1145367B

DE1145367B - Device for measuring the quotient of two technical-physical quantities

Info

Publication number: DE1145367B
Application number: DES35341A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Kafka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-09-21
Filing date: 1953-09-21
Publication date: 1963-03-14

Description

Einrichtung zur Messung des Quotienten zweier technisch-physikalischer Größen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Messung des Quotienten zweier technisch-physikalischer Größen. Die bekannten Anordnungen dieser Art, die ohne bewegliche oder mechanische empfindliche Teile auskommen und magnetfeldempfindliche Widerstandskörper enthalten, eignen sich zur Produktenbildung zweier elektrischer Größen. Es besteht jedoch oftmals die Notwendigkeit, mit einfachen, wartungsfreien und zuverlässigen Mitteln den Quotienten zweier elektrischer Größen bilden zu müssen.Device for measuring the quotient of two technical-physical Variables The subject of the invention is a device for measuring the quotient two technical-physical quantities. The known arrangements of this type, the get along without moving or mechanically sensitive parts and magnetic field sensitive Contain resistance bodies are suitable for the formation of two electrical products Sizes. However, there is often a need to use simple, maintenance-free and reliable means of having to form the quotient of two electrical quantities.

Nach der Erfindung gelingt dies dadurch, daß die eine elektrische Größe die Stärke eines auf einen magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper einwirkenden Magnetfeldes bestimmt und die andere elektrische Größe die aus dem magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper und einem Hilfswiderstand bestehende Reihenschaltung beaufschlagt, so daß der Quotient der beiden elektrischen Größen als Spannungsabfall des den Hilfswiderstand durchfließenden Stromes abnehmbar ist. According to the invention, this is achieved in that the one electrical Size of the strength of a resistance body acting on a magnetic field sensitive body Magnetic field determined and the other electrical quantity from the magnetic field sensitive Resistance body and an auxiliary resistor applied in series connection, so that the quotient of the two electrical quantities as the voltage drop of the auxiliary resistor flowing current is removable.

Eine solche Quotientenbildung kann z. B. bei der Messung einer Impedanz Z= 8 benötigt werden, wie sie bei der Distanzmessung in Netzen benutzt wird. Die Quotientenmessung ist auch in der Regelungs- und Antriebstechnik vielfach anwendbar. So kann z. B. der Durchmesser einer Aufwickelrolle und/ oder eines Haspels durch den Quotienten zweier Drehzahlen dargestellt werden. Die eine Drehzahl ist dabei die der Wickelrolle und die andere die Drehzahl einer Walze mit konstantem Durchmesser, die der Bandgeschwindigkeit proportional ist. Auf diese Weise kann durch eine Anordnung nach der Erfindung in Verbindung mit Regelmitteln eine konstante Zugspannung beim Aufwickeln eingehalten werden, wobei die Drehzahlen durch Tachodynamos leicht in elektrische Spannungen bzw. Ströme umformbar sind. Die den Divisor bzw. den Dividenden bildenden elektrischen Größen können für sich in an sich bekannter Weise aus anderen elektrischen Größen in Produktenform vorliegen. Ganz allgemein gilt, daß die magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper sowie ihre Magnetfelder den jeweiligen Bedürfnissen und Gegebenheiten leicht angepaßt werden können. Bei schnellen Regelungen ist vielfach dafür zu sorgen, daß der Aufbau des Magnetfeldes und seine Veränderung schnell erfolgt, um unerwünscht große Zeitkonstanten zu vermeiden. Such a quotient formation can, for. B. when measuring an impedance Z = 8 are required, as it is used for distance measurement in networks. the Quotient measurement can also be used in many ways in control and drive technology. So z. B. the diameter of a take-up roll and / or a reel the quotients of two speeds are represented. One speed is included that of the winding roll and the other the speed of a roller with a constant diameter, which is proportional to the belt speed. In this way can through an arrangement according to the invention in connection with control means a constant tensile stress at Winding are maintained, with the speed easily in electrical voltages or currents are convertible. The divisor or dividends forming electrical quantities can be derived from others in a manner known per se electrical quantities are available in product form. In general, the magnetic field sensitive Resistance bodies as well as their magnetic fields to the respective needs and conditions can be easily customized. In the case of quick regulations, it is often necessary to ensure that the build-up of the magnetic field and its change takes place quickly to undesirable avoid large time constants.

Vorteilhaft wird die dem Quotienten entsprechende elektrische Größe möglichst klein gehalten und durch einen nachgeschalteten Verstärker auf den benötigten Betrag verstärkt. Hierfür eignet sich besonders der Magnetverstärker. Vorteilhaft kann sich dabei die Vereinigung eines Magnetverstärkers in Selbstsättigungsschaltung mit einer zusätzlichen Rückkopplung zur Schaffung kontaktloser Relais in der Selektivschutztechnik erweisen. The electrical variable corresponding to the quotient is advantageous kept as small as possible and to the required level by means of a downstream amplifier Amount amplified. The Magnetic amplifier. Advantageous can thereby be the union of a magnetic amplifier in self-saturation circuit with an additional feedback to create contactless relays in selective protection technology prove.

Als magnetfeldempfindliche Widerstandskörper eignen sich besonders solche aus Halbleiterverbindungen der Form A=Bv, d. h. von Verbindungen eines Elementes A der II. Gruppe mit einem ElementB der V. Gruppe des Periodischen Systems. Diese Stoffe zeichnen sich durch eine besonders große Magnetfeldempfindlichkeit ihres ohmschen Widerstandes aus. Zu ihnen gehören z. B. Indiumantimonid (JnSb). Resistance bodies that are sensitive to magnetic fields are particularly suitable those made of semiconductor compounds of the form A = Bv, i.e. H. of connections of an element A of Group II with an element B of Group V of the Periodic Table. These Substances are characterized by their particularly high sensitivity to magnetic fields ohmic resistance. They include B. Indium antimonide (JnSb).

Der elektrische Widerstand eines magnetfeldempfindlichen Widerstandskörpers läßt sich angenähert ausdrücken durch die Formel R = a + c . J1; darin bedeutet a den Widerstand ohne Magnetfeld, c eine dem betreffenden magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper eigentümliche Größe und J1 den Strom, der das Magnetfeld erzeugt. The electrical resistance of a resistance body sensitive to magnetic fields can be roughly expressed by the formula R = a + c. J1; in it means a the resistance without a magnetic field, c one that is sensitive to the magnetic field in question Resistive body peculiar size and J1 the current that generates the magnetic field.

Die Anordnung nach Fig. 1 zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus, ergibt aber keine allzu große Genauigkeit. Selbstverständlich kann der Quotient nur in einem bestimmten Bereich überhaupt nachgebildet werden, da im Falle eines Wertes Null für den Divisor der Quotient unendlich werden würde, was technisch nicht darstellbar ist. The arrangement according to FIG. 1 is characterized by particular simplicity but does not give too much accuracy. Of course, the quotient can can only be reproduced in a certain area, as in the case of one Value zero for the divisor of the quotient would become infinite, which is not technically possible can be represented.

Es soll ein Quotient Q 1 gebildet werden, als Jl Spannungsabfall U2 an einem Hilfswiderstand R2, der in Reihe zum magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper R1 an die Spannung U1 angeschlossen ist. A quotient Q 1 is to be formed as Jl voltage drop U2 at an auxiliary resistor R2, which is in series with the magnetic field sensitive resistor body R1 is connected to the voltage U1.

Dem magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper R1 ist eine Magnetfeldwicklung W1 zugeordnet, die vom Strom J1 erregt wird. The magnetic field sensitive resistor body R1 is a magnetic field winding Associated with W1, which is excited by the current J1.

Mit R1 = a + c J1 ergibt sich Q v, U1 U1 Rt+R1+R2 R,+R2+a+ci2 Der den magnetfeldempfindlichen Widerstandskörper durchfließende Strom J2 ist also gleich dem genannten Quotienten. Wenn der innere Widerstand Rs der Spannungsquelle U1, der Hilfswiderstand R2 sowie der Festwiderstandsanteil a sehr klein gegenüber dem Betrag c J1 ist, dann gilt also Q 1 U1 ~ cJl bzw. proportional dem Spannungsabfall U2 des Stromes J2 am Hilfswiderstand R2, d. h. Q - U2. With R1 = a + c J1 we get Q v, U1 U1 Rt + R1 + R2 R, + R2 + a + ci2 Der The current J2 flowing through the magnetic field-sensitive resistor body is therefore the same the quotient mentioned. If the internal resistance Rs of the voltage source U1, the auxiliary resistor R2 and the fixed resistor component a are very small compared to the If the amount c is J1, then Q 1 U1 ~ cJl or proportional to the voltage drop applies U2 of the current J2 at the auxiliary resistor R2, d. H. Q - U2.

Um genauere Ergebnisse bei der Quotientenbildung zu erhalten, kann eine Anordnung nach Fig. 2 verwendet werden. Die Spannung U1 liegt hierbei an einer Reihenschaltung des magnetfeldempfindlichen Widerstandes R1 (mit der vom Strom J1 erregten Feldwicklung W1) und des Hilfswiderstandes R2, an dem der gesuchte Quotient Q als Spannungsabfall U2 abnehmbar ist. Ferner ist noch einArbeitswiderstand R3 eines in Ventilbrückenschaltung ausgeführten MagnetverstärkersMV mit Gleichstromausgang in Reihe dazu geschaltet. Die genannte Reihenschaltung enthält ferner noch die beiden Steuerwicklungen 1/2 R8 des Magnetverstärkers MV, die unter sich gleiche Widerstandswerte haben. Der Ausgangskreis des Magnetverstärkers MV enthält noch die Arbeitswicklungen 6 und 7 sowie vier Ventile 8. Der Ausgangsstrom J3 des Magnetverstärkers MV hat die entgegengesetzte Richtung wie die Spannung U1, d. h. die entgegengesetzte Richtung wie der dem Quotienten entsprechende Strom J2, der durch den Widerstand R2 fließt und dort als Spannungsabfall U2 abgegriffen werden kann. Das Produkt aus dem Arbeitswiderstand R2 und dem Ausgangsstrom J8 ist gleich dem Produkt aus dem Strom J2 und dem Gesamtwiderstand der in Reihenschaltung angeordneten Widerstände gewählt. Es gilt J3.R3=J2.(a + R2 + R2 + Ri + 2V2Rs). In order to obtain more precise results when calculating the quotient, an arrangement according to FIG. 2 can be used. The voltage U1 is here on one Series connection of the magnetic field sensitive resistor R1 (with that of the current J1 excited field winding W1) and the auxiliary resistor R2, on which the quotient sought Q can be removed as a voltage drop U2. There is also a work resistance R3 a solenoid amplifier MV with a direct current output in a valve bridge circuit connected in series. The aforementioned series connection also contains the two Control windings 1/2 R8 of the magnetic amplifier MV, which among themselves have the same resistance values to have. The output circuit of the magnetic amplifier MV still contains the working windings 6 and 7 and four valves 8. The output current J3 of the magnetic amplifier MV has the opposite direction as the voltage U1, d. H. the opposite direction like the current J2 corresponding to the quotient, which flows through the resistor R2 and can be tapped there as a voltage drop U2. The product of the work resistance R2 and the output current J8 is equal to the product of the current J2 and the total resistance selected the resistors arranged in series. We have J3.R3 = J2. (A + R2 + R2 + Ri + 2V2Rs).

Ri ist dabei wiederum der Innenwiderstand der Spannungsquelle U1. Ri is again the internal resistance of the voltage source U1.

Solange der Magnetverstärker MV imstande ist, einen Strom J3 zu erzeugen, der der Gleichung J2(a + R2 + R3 + Rf + 2V2Rs) J3 = R2 genügt, findet eine Kompensation dieser Widerstandseinflüsse statt, und es gilt 1 U c j1 Der Magnetverstärker kann zur Erzeugung des Stromes J2 von einer konstanten Wechselspannung UN gespeist werden. Es ist aber auch möglich, die Wechselspannung U in Abhängigkeit von den Spannungen U1, U2 oder vom Strom J1 zu bringen. Ferner kann die Wechselspannung U eine sich mit dem Temperatureinfluß im Sinne einer Kompensation ändernde Wechselspannung sein. As long as the magnetic amplifier MV is able to generate a current J3, which satisfies the equation J2 (a + R2 + R3 + Rf + 2V2Rs) J3 = R2 finds a compensation these resistance influences take place, and 1 U c j1 applies The magnetic amplifier can to generate the current J2 are fed by a constant alternating voltage UN. But it is also possible to adjust the alternating voltage U as a function of the voltages U1, U2 or from the current J1. Furthermore, the alternating voltage U can be with the influence of temperature in the sense of a compensation changing alternating voltage.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring the quotient of two in the form of electrical quantities existing technical-physical quantities dormant means, characterized in that one electrical variable is the strength a magnetic field acting on a magnetic field sensitive resistance body (R1) determined and the other electrical variable from the magnetic field-sensitive resistance body (R1) and an auxiliary resistor (RD existing series circuit applied, see above that the quotient of the two electrical quantities as the voltage drop of the auxiliary resistor (R flowing current can be removed.

2. Device according to claim 1, characterized in that an additional Working resistance (R2) of a magnetic amplifier in series with both resistors (R1, RD) (MF) with equal. current output, especially in valve bridge circuit, provided and is connected in series with the control windings (R2s) of the magnetic amplifier.

3. Device according to claim 2, characterized in that the magnetic amplifier is fed by a constant alternating voltage.

4. Device according to claim I or 2, characterized in that as a magnetically influenceable resistance body a semiconductor made of a Bv compound, in particular indium antimonide is used.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that they are used for the formation and evaluation of active, reactive and apparent components in the Selective protection technology is used.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that they can be used in conjunction with magnetic amplifiers, especially those with self-saturation and feedback, is used as a contactless relay.

Documents considered: German Patent No. 839 220; French Patent No. 871 586; U.S. Patent No. 2260 589, 2,585,707, 2592257, 2599550; Swiss Patent No. 198 449; Archive for Elektrotechnik, 42 (1956), p. 157; Journal for Nature Research, Vol. 7a (1952), Pp. 744 to 749.