DE1157796B

DE1157796B - Photoelectric follow-up control controlled by a measuring mechanism

Info

Publication number: DE1157796B
Application number: DEG26317A
Authority: DE
Inventors: Helmut Peter
Original assignee: P Gossen and Co GmbH
Current assignee: P Gossen and Co GmbH
Priority date: 1959-02-05
Filing date: 1959-02-05
Publication date: 1963-11-21
Also published as: CH370465A

Description

Durch ein Meßwerk gesteuerte lichtelektrische Nachlaufsteuerung Die Erfindu#ng betrifft eine durch ein Meßwerk ge- steuerte Nachaufsteuerung, beispielsweise zur selbsitätigen Betätigung einer Anzeige-, Stell- oder Schreibvorrichtung durch eine Steuergröße kleiner Leistung, wobei kleine Eingangsdrehmomente in große Ausgangsdrehmomente umgeformt werden.Controlled by a measuring mechanism photoelectric tracking control The Erfindu # ng relates controlled by a measuring unit Nachaufsteuerung, for example for selbsitätigen actuating a display, actuating or writing device through a control magnitude less power, said small input torques are transformed into large output torques.

Es sind bereits lichtelektrische Nachlaufsteuerungen bekannt, bei denen beispielsweise durch ein Spiegelgalvanometer unbeweglich angeordnete lichtelektrische Zellen beleuchtet werden, wobei letztere, gepolte Relais oder Röhrenverstärker aussteuern, die dann einem Geber ein Empfängersystern nach links oder rechts nachlaufen lassen.Photoelectric tracking controls are already known at those for example immovably arranged photoelectric ones by a mirror galvanometer Cells are illuminated, the latter controlling polarized relays or tube amplifiers, which then let a giver follow a receiver system to the left or right.

Um den Empfängermechanismus auch bei großen Winkeldifferenzen zwischen Geber und Empfänger folgerichtig auszulösen, ist es weiterhin bekannt, den lichtelektrischen Zellen Spiegel so zuzuordnen, daß bei Überschreiten des Wirkbereichs einer Zelle durch einen vom Geber herrührenden Lichtstrahl diese Zelle weiterhin vom Licht getroffen wird, so daß der Empfängermechanismus in der richtigen Richtung nachläuft.To the receiver mechanism even with large angle differences between To trigger the transmitter and receiver consequently, it is still known to use the photoelectric Allocate cell levels so that when the effective range of a cell is exceeded this cell continued to be struck by the light through a light beam from the transmitter so that the receiver mechanism tracks in the correct direction.

Bekannt ist es ferner, am Geber und Empfänger je eine Blende so anzuordnen, daß beispielsweise bei Winkelübereinstimmung von Geber und Empfänger durch diese kein Licht zu in Differenzschaltung zusammenwirkenden lichtelektrischen Elementen hindurchtreten kann. Liegt jedoch eine Winkeldifferenz zwischen Geber und Empfänger vor, so liefern die lichtempfindlichen Elemente entweder in der einen oder in der anderen Richtung einen Strom an das im Nullzweig der Elemente liegende Spiegelgalvanometer. Dieses steuert dann beispielsweise einen Verstärker aus, in dessen Anodenkreis der Empfänger des Nachlaufsystems liegt. It is also known to arrange a diaphragm each on the transmitter and receiver in such a way that, for example, when the transmitter and receiver angularly match, no light can pass through them to photoelectric elements interacting in differential circuitry. However, if there is an angular difference between the transmitter and the receiver, the light-sensitive elements supply a current either in one direction or in the other to the mirror galvanometer located in the zero branch of the elements. This then controls an amplifier, for example, in whose anode circuit the receiver of the tracking system is located.

Außerdem ist es bekannt, an Stelle des Spiegelgalvanometers ein Zeigerinstrument zu verwenden, bei dem am Zeiger in größerer Entfernung von der Wähmehenachse kleine lichtundurchlässige Blenden angeordnet sind, welche die Aufgabe haben, die schon oben erwähnten lichtempfindlichen Elemente auszusteuern. Dabei werden auch konzentrisch zum Meßwerkrähnichen angeordnete ringförmige Blenden angeordnet, durch welche auch bei sehr großen Winkeldifferenzen zwischen Geberinstrument und Empfänger die lichtempfindlichen Zellen abgeschattet werden, also weiterhin in eindeutiger Weise ausgesteuert werden.It is also known to use a pointer instrument instead of the mirror galvanometer to use, with the small on the pointer at a greater distance from the Wähmehenachse opaque screens are arranged, which have the task of being to control the light-sensitive elements mentioned above. Doing this will also be concentric to the Messwerkrähnichen arranged annular diaphragms arranged through which also in the case of very large angular differences between the transmitter instrument and the receiver, the light-sensitive ones Cells are shaded, so they continue to be controlled in a clear manner.

Gegenüber diesen bekannten Anordnungen trägt bei einer durch ein Meßwerk gesteuerten Nachlaufsteuerung erfindungsgemäß eine motorisch drehbare Scheibe zwei Fotozellen versetzt nebeneinander, und konzentrisch zur Drehachse dieser Scheibe ist ein Zeigermeßwerk angeordnet, dessen Zeiger in an sich bekannter Weise zwei Scheibenblenden trägt, von denen die eine etwa in der Ebene der Fotozellen ange, ordnet ist und die andere eine im Drehpunkt der Anordnung befindliche Lichtquelle kreissektorförmig in geringem Abstand umgibt, und der Antriebsmotor der Scheibe wird von den beiden Fotozellen über eine Schaltvorrichtung richtungsabhängig gesteuert.Compared to these known arrangements, one carries through a measuring mechanism controlled follow-up control according to the invention a motor-driven rotatable disc two Photocells offset next to each other and concentric to the axis of rotation of this disk a Zeigermeßwerk is arranged, the pointer in a known manner two Wears disc screens, one of which is approximately in the plane of the photocells, is arranged and the other is a light source located in the pivot point of the arrangement Surrounds circular sector-shaped at a small distance, and the drive motor of the disc is controlled depending on the direction of the two photocells via a switching device.

Die beiden zur Steuerung benötigten lichtempfindlichen Elemente werden hierbei durch die Empfängerachse, mitbewegt und laufen der Eingangsgröße nach, die, direkt durch den Ausschlagswinkel beispielsweise eines Galvanometers abgebildet wird.The two light-sensitive elements required for control are in this case by the receiver axis, moved along and follow the input variable, which, mapped directly through the deflection angle of a galvanometer, for example will.

Bei dieser Anordnung der Zellen können praktisch beliebig kleine Eingangsmornente, die sich durch Winkel- oder Wegänderungen ausdrücken lassen, ohne zusätzliche Transmitter, in große Ausgangsmomente umgeformt werden.With this arrangement of the cells practically any small input torques, which can be expressed by changes in angle or path, without additional transmitters, be transformed into large starting moments.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is based on the drawings of exemplary embodiments explained.

Gemäß Abb. 1 trägt die Scheibe 1, die in nicht näher dargestellter Weise drehbar gelagert is, an einem peripher angebrachten Winkel die Fotozellen 2 und 3. Diese sind in zwei Ebenen angeordnet und gegeneinander versetzt, wobei die Fotozelle 3 in einem Schlitz 4 verschoben werden kann. Beide Fotozellen sind mit einer weiter untenerläuterten Schaltvorrichtung 5 verbunden. Die Scheibe 1 steht über einen Zahnkranz 6 und eine Getriebeschnecke 7 mit einem Motor 8 in mechanischer Verbindung, der seinerseits ebenfalls an die Schaltvorrichtung 5 angeschlossen ist. Oberhalb der Scheibe 1 ist, getragen von einem Winkel 9, ein Drehspulmeßwerk mit dem Magneten 10 und der Drehspule 11 angeordnet, und zwar derart, daß die Drehachse der Spule 11 über dem Drehpunkt der Scheibe 1 liegt. Über der Drehspule 11 ist ein Glühlämpchen 12 angeordnet.According to Fig. 1 supporting the pulley 1, which is rotatably supported in a manner not shown, at a circumferentially spaced angle, the photo cell 2 and 3. These are arranged in two planes, and offset from each other, wherein the photoelectric cell are shifted in a slot 4 3 can. Both photocells are connected to a switching device 5 explained below. The disk 1 is mechanically connected to a motor 8 via a toothed ring 6 and a worm gear 7 , which in turn is also connected to the switching device 5. Above the disk 1 , supported by an angle 9, a moving coil measuring mechanism with the magnet 10 and the moving coil 11 is arranged in such a way that the axis of rotation of the coil 11 lies above the pivot point of the disk 1. A light bulb 12 is arranged above the moving coil 11.

- Der Zeiger 13 des Meßwerkes trägt an einer Abkröpfung eine Scheibcnblend-e 14, die so groß bemessen ist, daß durch diese beide Fotozellen gleichzeitig abgedeckt werden können. Die Zeigerspitze spielt über der Skala 15. An dem Zeiger ist noch eine weitere, Blende 16 befestigt, die die Glühlampe 12 ringförmig umgibt. Diese Blende- ist so ange-ordnet, daß die durch die Schraffur 17 angedeutete Schattenzone gebildet wird. - The pointer 13 of the measuring unit transmits at a bend a Scheibcnblend-e 14, which is of such a size that can be covered by both of these photo cells simultaneously. The pointer tip plays over the scale 15. Another aperture 16 is attached to the pointer, which surrounds the incandescent lamp 12 in a ring. This diaphragm is arranged in such a way that the shadow zone indicated by the hatching 17 is formed.

Die bereits erwähnte und durch die gestrichelte Linie 5 umrahmte Schaltvorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Kaltkathoden-Stronitoren 18 und 19, die mit über Dieb Klemmen 20 und 21 zugeführter Wechselspannung betrieben werden, sowie aus den beiden Schaltrelais 22 und 23, die in den Anodenkreisen dieser Stromtore angeordnet sind. Durch die Kontaktsätze der Relais wird der an den Klemmen 24 und 25 angeschlossene Motor 8 gesteuert. Die Drehrichtung istdabei unterschiedlich und richtet sich danach, welches der beiden Schaltrelais angezogen hat.The switching device already mentioned and framed by the dashed line 5 consists essentially of two cold cathode current monitors 18 and 19, which are operated with AC voltage supplied via thief terminals 20 and 21, and of the two switching relays 22 and 23, which are in the anode circuits of these Electricity gates are arranged. The motor 8 connected to terminals 24 and 25 is controlled by the relay contact sets. The direction of rotation is different and depends on which of the two switching relays has picked up.

Die Starterkreise der Stromtore, die Leitungen 26 und 27, werden über den Gleichrichter 28 und den Glättungskondemsator 29 mit Gleichspannung versorgt.The starter circuits of the current gates, the lines 26 and 27, are supplied with direct voltage via the rectifier 28 and the smoothing capacitor 29.

Wie in Abb. 1 dargestellt, sind die Fotcizellen 2 und 3 so an die Stromtom 18 und 19 angeschlossen, daß der Motor 8 stromlos ist, wenn die Fotozelle 2 beleuchtet wird und die Fotozelle 3 durch die Blende 14 abgedeckt ist.As shown in Fig. 1 , the photocells 2 and 3 are connected to the Stromtom 18 and 19 that the motor 8 is de-energized when the photocell 2 is illuminated and the photocell 3 is covered by the screen 14.

Die Fotezelle, 2 liegt hierzu an den Anschlußklemmen 30 und 31, und zwar parallel zur Strecke Starter-Kathode des Stromtores 18. Der Starter dieser Röhre ist mit der Gl--ichspannungsquelle 28 und 29 über einen relativ hochohmigen Vorwiderstand 32 verbunden. Bei Beleuchtung der Fotozelle 2 ist ihr Widerstand so niedrig, daß der an ihm entstehende Spannungsabfall für eine Zündung nicht ausreicht.The Fotezelle, 2 is for this purpose at the terminals 30 and 31, parallel to the track starter of the power cathode gate 18. The starter of this tube is connected to the Gl - ichspannungsquelle 28 and 29 connected by a relatively high-resistance series resistor 32nd When the photocell 2 is illuminated, its resistance is so low that the voltage drop it generates is insufficient for ignition.

Bei dem Stromtor 19 liegen dagegen die umgekehrten Verhältnisse vor. Hier wirkt die über die Klemmen 33 und 34 angeschlossene Fotozelle 3 als Vorwiderstand zu der Parallelschaltung Starter-Kathode und Widerstand 35. Daher entsteht am Starter der Röhre 19 dann keine zur Zündung ausreichende Spannung, wenn die Zelle 3 unbeleuchtet ist und demgemäß einen hohen Widerstand hat.In the case of the current gate 19 , on the other hand, the situation is reversed. Here the photocell 3 connected via terminals 33 and 34 acts as a series resistor to the parallel circuit starter-cathode and resistor 35. Therefore, there is no voltage sufficient for ignition at the starter of the tube 19 when the cell 3 is not illuminated and accordingly has a high resistance .

Die bisher noch nicht genannten Kondensatoren 36 und 37 dienen zur Verbesserung der Zündvorgänge. Die gesamte Anordnung arbeitet nun folgendermaßen: Schlägt der Zeiger 13 im Uhrzeigersinn aus, so wird außer der Fotozelle 3 auch noch die Fotozelle 2 abgedunkelt. Dadurch erhöht sich ihr elektrischer Widerstand. Die jetzt abfallende Spannung reicht aus, um die Röhre 18 zu zünden. Diese schaltet über das Relais 22 den Motor 8 ein, und zwar in einer solchen Drehrichtung, daß er die Scheibe mit den Fotozellen 2 und 3 so lange dem Zeiger 13 nachführt, bis die Zelle 2 wieder beleuchtet wird und damit die Röhre 18 sperrt.The previously not mentioned capacitors 36 and 37 serve to improve the ignition processes. The entire arrangement now works as follows: If the pointer 13 moves clockwise, then in addition to the photocell 3 , the photocell 2 is also darkened. This increases their electrical resistance. The now falling voltage is sufficient to ignite the tube 18. This switches on the motor 8 via the relay 22 in such a direction of rotation that it tracks the disk with the photocells 2 and 3 to the pointer 13 until the cell 2 is illuminated again and thus the tube 18 blocks.

Bewegt sich dagegen der Zeiger entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, so wird außer der Fotozelle 2 auch die Fotozelle 3 beleuchtet. Dadurch wird ihr elektrischer Innenwiderstand so niedrig, daß jetzt am Starter der Röhre 19 ein zur Zündung ausreichendes Potential herrscht. Der jetzt vom Relais 23 eingeschaltete Motor 8 führt nun die Scheibe 1 in umgekehrter Richtung wieder so lange nach, bis die Fotozelle 3 erneut von der Blendenfahne 14 abgedeckt und damit die Röhre 19 wieder gelöscht wird.If, on the other hand, the pointer moves counterclockwise, then in addition to photocell 2, photocell 3 is also illuminated. As a result, their internal electrical resistance is so low that there is now a sufficient potential for ignition at the starter of the tube 19. The motor 8 , which is now switched on by the relay 23 , now guides the pane 1 in the opposite direction again until the photocell 3 is again covered by the diaphragm vane 14 and the tube 19 is thus extinguished again.

Durch den Schlitz 4 sind die beiden Fotozellen so nahe. beieinander einzustellen, daß der Spielraum, innerhalb dessen sich die Blende 14 ohne Betätigung der Schaltvorrichtung bewegen kann, möglichst klein bleibt. Diese tote Zone ist daher sehr schmal und die Nachführgenauigkeit dementsprechend hoch.Through the slot 4 the two photocells are so close. together adjust that the margin within which the diaphragm 14 is without actuation the switching device can move, remains as small as possible. This dead zone is therefore very narrow and the tracking accuracy accordingly high.

An die Achse der Scheibe 1 oder an ihren Zahnkranz 6 kann eine Stelleinrichtung, beispielsweise ein Schreiber oder eine Anzeigevorrichtung, angekuppelt werden.An adjusting device, for example a writer or a display device, can be coupled to the axis of the disk 1 or to its ring gear 6.

Die um das Glühlämpchen 12 angeordnete Blende 16 dient dazu, die Steuervorgänge auch dann zu gewährleisten, wenn der Zeiger mit seiner Abdeckfahne durch eine sehr starke und schnelle Meßwertänderung an beiden Fotozellen vorbei nach höheren Werten zu ausschlägt. Beide Zellen bleiben dann durch die Schattenzonen 17 weiterhin abgedunkelt, so daß auch in diesem Ausnahmefall noch die gleichen Verhältnisse wie bei einer nur geringen Erhöhung der Steuergröße bestehen, bei der beide Zellen in normaler Weise von der Blende 14 abgedeckt werden. The diaphragm 16 arranged around the light bulb 12 is used to ensure the control processes even when the pointer with its cover flag swings past both photocells to higher values due to a very strong and rapid change in the measured value. Both cells then remain darkened by the shadow zones 17 , so that in this exceptional case the same conditions exist as in the case of only a slight increase in the control variable in which both cells are normally covered by the diaphragm 14.

Als Motor 8 kann bei entsprechender Ausgestaltung der Relais-Kontaktsätze grundsätzlich jede bekannte Art Verwendung finden. Zweckmäßig wird man jedoch wegen der kleinen Massenträgheit seines Ankers einen Ferrarismotor wählen.With an appropriate configuration of the relay contact sets, any known type can in principle be used as the motor 8. However, it is advisable to choose a Ferrari motor because of the small inertia of its armature.

In der Abb. 2 ist eine, besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Schaltvorrichtung 5 dargestellt. Zum Unterschied zu der in Abb. 1 dargestellten Anordnung sind hier keine SchaltreIais erforderlich, weil hier ein Ferrarismotor mit den vier Wicklungen 38, 39, 40 und 41 verwendet wird, die in der dargestellten Weise in der gemeinsamen Kathodenleitung der Röhren 18 und 19 angeordnet sind. Diesem Ferrarismotor wird eine konstante Feldvererregung erteilt, welche über den Phasenschieberkondensator 42 von der Sekundärwicklung43 eines Transformators44 abgenommen wird. Der Transformator hateine weitere Sekundärwicklung, deren Hälften 45 und 46 als Stromquelle in die Anodenkreise der beiden Thyratrons eingeschaltet sind. Die Primärwicklung 47 des Transformators ist mit den Stromzufiihnmgsklemmen 20 und 21 verbunden.In Fig. 2, a particularly useful embodiment of the switching device 5 is shown. In contrast to the arrangement shown in Fig. 1 , no switching circuits are required here because a Ferrari motor with the four windings 38, 39, 40 and 41 is used, which are arranged in the common cathode line of the tubes 18 and 19 as shown . This Ferrari motor is given a constant field excitation, which is taken from the secondary winding 43 of a transformer 44 via the phase shift capacitor 42. The transformer has a further secondary winding, the halves 45 and 46 of which are connected as a current source to the anode circuits of the two thyratrons. The primary winding 47 of the transformer is connected to the power supply terminals 20 and 21.

Sind die beiden Stromtore gelöscht, so ist der Ferrarismotor in Ruhe. Wird hingegen eine dieser Röhren gezündet, so wird der Motor von einem zusätzlichen, von einer der Wicklungshälften 45 und 46 gelieferten Strom durchflossen. Die Phasenverhältnisse in den Wicklungen liegen dann so, daß sich der Anker in der einen oder anderen Richtung dreht, je nachdem, welches der beiden Stromtere gerade leitend ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform des Schaltapparates liegt einerseits in dem geringen Aufwand und andererseits, bedingt durch Wegfall der Relais, in der etwas kürzeren Ansprechzeit.If the two power gates are cleared, the Ferrari engine is at rest. If, on the other hand, one of these tubes is ignited, an additional current supplied by one of the winding halves 45 and 46 flows through the motor. The phase relationships in the windings are then such that the armature rotates in one direction or the other, depending on which of the two current tere is currently conducting. The advantage of this embodiment of the switching device is, on the one hand, the low cost and, on the other hand, due to the omission of the relays, in the somewhat shorter response time.

Eine weitere, Vereinfachung der Schaltvorrichtung ist erreichbar, wenn von der Schaltvorrichtung eine vergleichsweise nur geringe Leistung verlangt wird. Als Motor kann in diesem Fall ein selbstanlaufender Synchromnotor verwendet werden, dessen Läufer zur Erzielung verschiedener Drehrichtungen von zwei getrennten Blechpaketen und Feldwicklungen umgeben ist, welch letztere unmittelbar in die Anodenstromkreise der Stromtore eingeschaltet werden. Es erübrigt sich dann die Verwendung des Transformators 44.Another simplification of the switching device can be achieved, if only a comparatively low power is required from the switching device will. In this case, a self-starting synchronous motor can be used as the motor be whose rotor to achieve different directions of rotation of two separate Sheet metal packages and field windings is surrounded, the latter directly in the anode circuits the power gates are switched on. There is then no need to use the transformer 44.

Verwendet man an Stelle der Fotozellen Fotowiderstände entsprechend hoher Leistung, so können die beiden Stromtore und die zugehörigen Schaltmittel eingespart werden. Die, Feldwicklungen des Motors werden dann, jeweils in Serie mit einer Stromquelle, an die Fotowiderstände direkt angeschlossen.If you use photoresistors instead of photocells high power, so the two power gates and the associated switching means can be saved. The field windings of the motor are then, each in series with a power source, directly connected to the photoresistors.

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich mit gleichem Vorteil auch in Verbindung mit einem Lichtzeigerinstrument anwendbar. In diesem Fall wird die dazugehörige optische Einrichtung so ausgebildet, daß der Lichtzeiger ein Lichtband bildet, welches im wesentlichen dieselbe Gestalt hat wie die in Abb. 1 schraffiert angedeutete Raumzone 17. Dieses Lichtband ist dann in bezug auf die Fotozellen 2 und 3 so anzuordnen, daß im Normalfall die eine senkrechte Kante des Lichtbandes zwischen die Fotozellen 2 und 3 zu liegen kommt.The present invention can of course also be used with the same advantage in connection with a light pointer instrument. In this case, the associated optical device is designed in such a way that the light pointer forms a band of light which has essentially the same shape as the spatial zone 17 indicated by hatching in Fig. 1. This band of light is then to be arranged with respect to the photocells 2 and 3 , that in the normal case one vertical edge of the light band comes to lie between the photocells 2 and 3.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Photoelectric follow-up control controlled by a measuring mechanism, characterized in that a motor-driven rotating disc carries two photocells offset next to one another and that a pointer measuring mechanism is arranged concentrically to the axis of rotation of this disc, the pointer of which carries two disc bezels in a manner known per se, of which the one is arranged approximately in the plane of the photocells and the other surrounds a light source located in the fulcrum of the arrangement in the shape of a circular sector at a small distance, and that the drive motor of the disc is controlled by the two photocells via a switching device depending on the direction.

2. Photoelectric tracking device controlled by measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the switching device contains two current gates, through whose output circuits the motor is switched and in whose starter circuits the photocells are arranged in such a way that one photocell is parallel to the starter-cathode route Tube and with a fixed Stromzuführunsc, resistor is connected in series and the second photocell serves as a power supply to the starter electrode of the other current gate, whose cathode-starter path is a fixed resistor in parallel. 3. Follow-up control according to claim 2, characterized in that a motor switching relay is arranged in each of the output circuits of the current gates. 4. follow-up control according to claim 2, characterized in that in the output keel of each of the two current gates half of a secondary winding of a transformer connected to the power supply is located and that the anode circuits of the current gates are closed together via the windings of a Ferrari motor, which is additionally through a further transformer winding a constant pre-excitation which is phase-shifted by known means is given. 5. Follow-up control according to claim 2, characterized by a self-starting synchronous motor with two separate field systems and a common rotor, the field windings of which are connected directly to the anode circuits of the current gates. Relevant publications' German Patent No. 895 577; German Auslegeschrift No. 1090 872; French Pat. No. 1,054,854.