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Potentiometeranordnung für eine Meßbrückenschaltung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Potentiometeranordnung für eine Meßbrückenschaltung mit hoher
Auflösung (Verhältnis zwischen der kleinsten meßbaren Wegeinheit und dem Gesamtweg),
welche für die Messung eines Istwertes und gegebenenfalls auch zur Messung eines
Sollwertes dient.
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Meßbrückenschaltungen mit Potentiometern sind seit langem und in verschiedenen
Ausführungen bekannt. In vielen technischen Anwendungsfällen sind solche Meßbrückenschaltungen
besonders wichtig, bei denen ein Widerstand als Sollwertpotentiometer und ein anderer
Widerstand als Istwertpotentiometer ausgebildet ist. Ganz allgemein, insbesondere
aber beim Einsatz solcher Meßbrückenschaltungen zur Regelung oder Steuerung, ist
dann eine hohe Auflösung erwünscht, weil davon die Genauigkeit der Einstellung des
Istwertes abhängt. Die Auflösung wiederum hängt wesentlich von der bei einer bestimmten
Potentiometerdrehung geänderten Widerstandsgröße ab. Bei den bekannten Meßbrückenschaltungen
läßt die Auflösung angesichts der Forderungen der modernen Steuerungs- und Regelungstechnik
zu wünschen übrig. Dann kann man z. B., nachdem zunächst mit Grobmeßpotentiometern
ein Grobabgleich vorgenommen worden ist, danach mittels Feinmeßpotentiometern einen
Feinabgleich vornehmen. Dieses Verfahren ist aber für die technische Praxis außerhalb
des Laboratoriums zu umständlich. Die geringe Auflösung der Potentiometer und die
bisher zu ihrer Überwindung erforderlichen Umstände des Meßverfahrens sind die hauptsächlichen
Nachteile, deren Überwindung Aufgabe der Erfindung ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Potentiometeranordnung
der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß wenigstens für den Istwert ein
Mehrgangpotentiometer als Grobmeßpotentiometer mit einem Ringpotentiometer als Feinmeßpotentiometer
mechanisch gekuppelt ist, z. B. durch eine Achse.
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Dabei soll vorteilhaft der über alle Gänge gegebene Gesamtwiderstand
des Grobmeßpotentiometers gleich dem über dem einzigen Gang des Feinmeßpotentiometers
gegebenen Widerstand sein, und die Speisung der Feinmeßbrücke über Ruhekontakte
eines in der Grobmeßbrücke liegenden Abgleichrelais geführt sein. Diese Potentiometeranordnung
ergibt eine sehr hohe Auflösung, während das Meßverfahren unkompliziert bleibt und
deshalb für die Anwendung in der technischen Praxis geeignet ist.
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Zum Abgleich werden jeweils zwei polarisierte Nullpunktindikatoren
verwendet, deren einer auf Plusverstimmung und der andere auf Minusverstimmung der
Brücke anspricht. Diese an sich bekannte Verwendung von zweckmäßig transistorisierten
Nullpunktindikatoren erleichtert den Bau von empfindlichen Brücken, so daß die Vorteile
der Erfindung in ganz besonderem Maße genutzt werden können.
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Es sind auf einem einzigen Gestell zwei mechanisch gekuppelte Potentiometergruppen
angeordnet, wobei die Achse einer mechanisch gekuppelten Potentiometergruppe das
Sollwertorgan und die Achse der anderen mechanisch gekuppelten Potentiometergruppe
das Istwertorgan ist.
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So ergibt sich gemäß der Erfindung eine sehr einfach aufgebaute und
als Baustein verwendbare Regeleinheit von sehr hoher Genauigkeit. Für den Fall,
daß - eine Fernregelung oder eine Fernanzeige gewünscht wird, wird eine Abwandlung
derart vorgeschlagen, daß auf einem ersten Gestell eine mechanisch gekuppelte Potentiometergruppe
angeordnet ist, wobei die gemeinsame Achse das Sollwertorgan ist, während auf einem
zweiten Gestell eine andere mechanisch gekuppelte Potentiometergruppe angeordnet
ist, wobei die gemeinsame Achse das Istwertorgan ist, und wobei weiter auf dem zweiten
Gestell auch ein etwa zur Einstellung des Istwertes benötigter Verstellmotor angeordnet
ist. Der Vorzug dieser Abwandlung liegt darin, daß auch bei Fernregelung bzw. Fernanzeige
die Erfindung mit Hilfe von zwei einfachen Baueinheiten anwendbar ist, die lediglich
elektrisch miteinander verbunden werden. Der Aufbau der mechanisch gekuppelten Potentiometergruppen
auf Gestellen in Form von Bausteinen hat nicht nur den für Bausteine bekannten Vorteil
des leichteren Einbaus und Ausbaus, sondern auch den für die Erfindung besonders
wichtigen Vorteil, daß die relative Justierung der Grobmeßpotentiometer und Feinmeßpotentiometer
zueinander bereits bei der
Fertigung eingestellt werden kann und
dann dauerhaft bleibt.
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Abgesehen von der engeren Aufgabe, die eingangs genannten Nachteile
zu überwinden, ist es darüber hinaus eine allgemeinere Aufgabe der Erfindung, eine
Potentiometeranordnung für eine Meßbrückenschaltung zu schaffen, die gegenüber dem
allgemeinen Stand der Technik fortschrittlich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Potentiometeranordnung für
eine Meßbrückenschaltung in der Anwendung sowohl für den Istwert als auch für den
Sollwert.
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Aus den beiden als Mehrgangpotentiometer ausgebildeten Grobmeßpotentiometem
1 und 2 ist eine Grobmeßbrücke aufgebaut, welche zum Abgleich die Nullpunktindikatoren
3 und 4 enthält. Diese sind transistorisiert und so geschaltet, daß z. B. bei Minusverstimmung
der Grobmeßbrücke der Indikator 3 und bei Plusverstimmung der Indikator 4 anspricht.
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Weiter ist aus den als Ringpotentiometer ausgebildeten Feinmeßpotentiometem
5 und 6 eine Feinmeßbrücke mit den Nullpunktindikatoren 7 und 8 aufgebaut. Diese
sind ebenfalls transistorisiert und so geschaltet, daß z. B. bei Minusverstimmung
der Indikator 7 und bei Plusverstimmung der Indikator 8 anspricht.
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Wenn sowohl die Grobmeßbrücke wie auch die Feinmeßbrücke abgeglichen
sind, sind alle vier Indikatoren 3, 4, 7 und 8 abgefallen. über die Ruhekontakte
der Indikatoren 3, 4, 7 und 8 ist in Reihe ein Abgleichanzeigerelais 9 an Spannung
gelegt. Wenn sowohl die Grobmeßbrücke wie auch die Feinmeßbrücke abgeglichen ist,
zieht deshalb das Abgleichanzeigerelais 9 an und speist über seine Arbeitskontakte
eine Abgleichanzeigelampe 10, deren Leuchten den Brückenabgleich, anzeigt.
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Das Grobmeßpotentiometer 1 und das Feinmeßpotentiometer 5 sitzen gemeinsam
auf einer Vorwahlachse 11. Mit 12 ist eine Einrichtung angedeutet, die mit der Vorwahlachse
11 mechanisch verbunden sein kann, z. B. eine Meßvorrichtung oder ein Verstellmechanismus.
Das Grobmeßpotentiometer 2 und das Feinmeßpotentiometer 6 sitzen gemeinsam auf einer
Nachlaufachse 13. Mit Hilfe dieser Achse 13 kann eine angedeutete Einrichtung
14 betätigt werden, die eine Anzeigevorrichtung oder eine zu regelnde Maschine
sein kann.
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Die Grobmeßpotentiometer 1 und 2 sind Mehrgangpotentiometer, bei welchen
der gesamte Widerstand auf mehrere Gänge verteilt ist, so daß jedes Grobmeßpotentiometer
eine Anzahl Umdrehungen machen muß, wenn der Gesamtwiderstand abgegriffen werden
soll. Wenn der Gesamtwiderstand auf n Gänge verteilt ist, muß sich das Grobmeßpotentiometer
n-mal drehen, wenn der gesamte Widerstandsbereich ablaufen soll. Die Feinmeßpotentiometer
5 und 6 sind Ringpotentiometer, die keinen Anschlag bzw. keine Nullstellung haben
und sich »durchdrehen« können, d. h. Potentiometer, bei welchen der gesamte Widerstandsbereich
während einer einzigen Umdrehung abgegriffen wird. Die Feinmeßpotentiometer haben
vier Abgriffe. Außerdem haben Grobmeßpotentiometer und Feinmeßpotentiometer keinen
toten Winkel. Weil jeweils ein Grobmeßpotentiometer 1, 2 und ein Feinmeßpotentiometer
5, 6 auf einer gemeinsamen Achse 11, 13 sitzen und somit mechanisch gekuppelte Potentiometergruppen
1, 11, 5 bzw. 2, 13, 6 bilden, und weil die Grobmeßpotentiometer 1, 2 und die Feinmeßpotentiometer
5, 6 jeweils gleichen Gesamtwiderstand haben und außerdem starr gekuppelt sind,
muß sich jedes Feinmeßpotentiometer n-mal drehen, wenn das zugeordnete Grobmeßpotentiometer
einmal seinen gesamten Widerstandsbereich abläuft. Bei den Feinmeßpotentiometem
5, 6 ist also eine Umdrehung gleich lln der Summe der möglichen Umdrehungen der
Achsen 11 bzw. 13. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche n-fache Auflösung in der
Potentiometeranordnung.
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Wird mittels der Einrichtung 12 an der Vorwahlachse 11 ein bestimmter
Sollwert vorgewählt, so wird dadurch die gesamte Brückenanordnung zunächst einmal
verstimmt. Wenn es sich um eine Minusverstimmung handelt, ziehen zunächst die Nullpunktindikatoren
3 und 7 an. Wenn es sich um eine Plusverstimmung handelt, ziehen zunächst die Nullpunktindikatoren
4 und 8 an. Sogleich danach fällt aber der Indikator 7 bzw. 8 ab, weil der angezogene
Indikator 3 bzw. 4 die Feinmeßbrücke zunächst abschaltet, so daß zu Beginn des Abgleichvorgangs
nur die Grobmeßbrücke wirksam ist.
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Der Abgleich der Grobmeßbrücke erfolgt durch Verdrehen der Nachlaufachse
13, auf welcher die Potentiometer 2 und 6 sitzen, von denen aber vorläufig nur das
Grobmeßpotentiometer 2 wirksam ist. Je nach dem Vorzeichen der Grobverstimmung muß
die Nachlaufachse 13 entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht
werden. Das Drehen kann von Hand erfolgen, durch eine arbeitende Vorrichtung oder
Maschine 14 oder durch einen Verstellmotor. Sobald in der Grobmeßbrücke mit den
Grobmeßpotentiometem 1 und 2 der Abgleich erreicht wird, fällt der bisher angezogene
Indikator 3 oder 4 in die Ruhestellung ab. Es sind dann beide Indikatoren 3 und
4 abgefallen. Wenn nach Abgleich der Grobmeßbrücke der bisher angezogene Indikator
3 oder 4 ebenfalls abfällt, wird über die Ruhekontakte 15, 16, 17, 18 die Feinmeßbrücke
mit den Feinmeßpotentiometem 5 und 6 eingeschaltet.
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Sobald nun auf diese Weise automatisch nach Abgleich der Grobmeßbrücke
die Feinmeßbrücke eingeschaltet ist, zieht entsprechend der Verstimmung der Feinmeßbrücke
ein Nullpunktindikator 7 oder 8 an. Im Falle einer Minusverstimmung zieht der Indikator
7, im Falle einer Plusverstimmung der Indikator 8 an. Durch weiteres Drehen der
Nachlaufachse 13, auf welcher auch das jetzt eingeschaltete Feinmeßpotentiometer
6 sitzt, wird nunmehr auch die Feinmeßbrücke mit den Feinmeßpotentiometem 5 und
6 abgeglichen. Wird der Brückenabgleich erreicht, so fällt auch der bisher angezogene
Indikator 7 bzw. 8 in die Ruhestellung ab, so daß dann sämtliche Indikatoren 3,
4, 7 und 8 in die Ruhestellung abgefallen sind. Der Brückenabgleich ist dann mit
hoher Genauigkeit erreicht. Mit entsprechend hoher Genauigkeit ist dann auch die
mit der Nachlaufachse 13 verbundene Einrichtung 14 nach Maßgabe der Soll-Einstellung
bei 12 eingestellt.
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über die nunmehr geschlossenen Ruhekontakte 15, 16, 17, 18, 19, 20,
21 und 22 zieht das Abgleichanzeigerelais 9 an und schaltet die Abgleichanzeigelampe
10 ein, deren Leuchten den erfolgten Abgleich
anzeigt, bzw., daß
die Ist-Einstellung der Einrichtung 14 der Soll-Einstellung gemäß der Einrichtung
12 mit der der Potentiometeranordnung eigenen hohen Genauigkeit entspricht.
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Solange der Abgleich beider Brücken noch nicht erfolgt ist, liegt
das Abgleich-Anzeigerelais 9 abgefallen in seiner Ruhestellung, in der über die
Ruhekontakte 23, 24 Spannung an die Klemmen 25, 26 gelegt wird. Die Spannung an
den Klemmen 25, 26 kann, weil sie nur bei Brückenverstimmung anliegt, zum Betriebe
eines Verstellmotors verwendet werden, der die Nachlaufachse 13 dreht, sofern eine
motorische Verdrehung erwünscht oder erforderlich ist.