DE1516262A1

DE1516262A1 - Direct writing measuring device with negative feedback depending on the deflection angle of its measuring mechanism

Info

Publication number: DE1516262A1
Application number: DE19651516262
Authority: DE
Inventors: Lang Dipl-Ing Bernhard; Huml Dipl-Ing Franz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-26
Filing date: 1965-07-26
Publication date: 1969-05-22
Also published as: DE1516262B2

Description

Direktschreibendes Me#gerät mit vom Ausschlagswinkel seines Me#werks abhängiger Gegenkopplung. Direct-writing measuring device with the deflection angle of its measuring unit dependent negative feedback.

Die Erfindung betrifft ein direktschreibendes meßgerät mit vom Ausschlagswinkel seines Me#werks abhängiger Gegenkopplung. ei direktschreibenden Me#geräten besteht häufig der Wunsch, eine Verkürzung ihrer Einstellzeit durch Vergrößerung der Bandbreite zu erzielen, zu dem Zweck, kürzere Impulse schreiben zu können, Das Einstellverhalten derartiger Meßgeräte ist im wesent-. lichen von der Dämpfung des Meßsystems abhängig Aus diesem Grund ist es bekannt, eine Dämpfung durch Öl oder mittele Wirbelströmen vorzunehmen0 Entsprechende Einrichtungen besitzen aber den Nachteil, daß sie keine genaue und flexible Anpassung an die jeweils vorliegenden Verhältnisse gestatten, da eine Veränderung der Dampfung mit Schwierigkeiten verbunden ist0 Insbesondere ist es durch die Anwendung üblicher Dämpfungsverfahren nicht möglich, eine Linearisierung ähnlich der Wirkung einer Gegenkopplung im gesamten Frequenzgebiet von einschließlich Null bis zur Grenzfrequenz zu erreichen, Man ist daher duch bereits einen anderen Weg gegangen und hat eine vom Ausschlagswinkel des Me#werks des meßgerätes abhängige Gegenkopplung eingeführt Eine bekannte Einrichtung dieser Art weist einen mit dem Zeiger des Meßwerks mitlaufenden Differential kondensator auf, der zur Ableitung einer dem Ausschlag proportionalen Hochfrequenzspannung dient, die nach Verstärkung und phasenrichtiger Gleichrichtung als den Ausschlag proportionale Gleichspannung in gegenkoppelnden Sinne dem Eingang des Meßgerates wieder zugeführt wird0 Diese Lösung besitzt den Nachteil eines erheblichen Aufwandes. So muß ein frequenz- und amplitudenstabiler Leistungsoszillator verwendet werden, ferner muß ein phasenstabiler Verstärker und ein phasenrichtiger Gleichrichtcr vorgesehen vlerden, um die Gegenkopplungsspannung zu gewinnen.The invention relates to a direct writing measuring device with a deflection angle its metering dependent negative feedback. there is a direct-writing measuring device there is often a desire to shorten their response times by increasing the bandwidth to achieve, for the purpose of writing shorter pulses can, The setting behavior of such measuring devices is essentially. the damping of the measuring system dependent For this reason, it is known to dampen by oil or to carry out medium eddy currents0 but have appropriate facilities the disadvantage that they cannot be precisely and flexibly adapted to the particular situation Conditions allow, since a change in the attenuation is associated with difficulties ist0 In particular, the use of conventional damping methods does not allow a linearization similar to the effect of negative feedback in the entire frequency range from zero up to and including the cut-off frequency, one is therefore already through went a different way and has one of the deflection angle of the measuring mechanism of the measuring device dependent negative feedback introduced A known device of this type has a with the pointer of the measuring mechanism revolving differential capacitor on, which is used for derivation a high-frequency voltage proportional to the deflection, which after amplification and in-phase rectification as the deflection proportional DC voltage is fed back to the input of the measuring device in a negative feedback sense Solution has the disadvantage of considerable effort. So a frequency and amplitude-stable power oscillator must be used, and a phase-stable Amplifier and an in-phase rectifier are provided to reduce the negative feedback voltage to win.

Weiterhin ist man gezwungen, relativ hohe frequenzen anzuwenden, da nur kleine Kondensatoren verwendet werden können, Die erfindungsgemäße Anordnung macht ebenfalls von einer vcm Ausschlagswinkel des Me#werks abhängigen Gegenkopplung Gebrauch, ohne jedoch den großen Aufwand der bekannten Anordnung zu erforderen, Das erfindungsgemäße direktschreibende Meßgerät ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der aussohlagsabhängigen Gegenkopplungsgröße ein eine Spannungs quelle enthaltender Strcmkreis mit magnetfeldabhängigen Widerständen vorgesehen ist, die in einem magnetischen Kreis liegen, dessen den Widerstandswert der magnetfeldabhängigen Widerstände bestimmender magnetischer Widerstandswert durch mit dem Meßwerk mechanisch verbundene, gegen über dem restlichen magnetischen Kreis bewegbare Teile des magnetischen Kreises ausschlagsabhängig beeinflußt ist, und daß eine von dem Widerstandswert der magnetfeldabhängigen Widerstände bestimmte elektrische Größe in dem Strcmkreis als ausschlagsabhängige Gegenkopplungsgrö#e an den Eingang des Me#gerätes rückgeführt ist.Furthermore, one is forced to use relatively high frequencies because only small capacitors can be used, The inventive The arrangement also depends on a vcm deflection angle of the measuring mechanism Negative feedback use, however, without the great expense of the known arrangement The direct writing measuring device according to the invention is characterized in that that a voltage is used to generate the negative feedback variable that is dependent on the return source-containing circuit provided with magnetic field-dependent resistors which lie in a magnetic circuit, whose resistance value is dependent on the magnetic field Resistance-determining magnetic resistance value by mechanical means with the measuring mechanism connected, relative to the rest of the magnetic circuit movable parts of the magnetic Circle is influenced by deflection, and that one of the resistance value the magnetic field-dependent resistances determined electrical quantity in the electrical circuit fed back to the input of the measuring device as a deflection-dependent negative feedback variable is.

Die Verwendung eines frequenz- und amplitudenstabilen Leistungsoszillators sowie phasenrichtiger Gleichrichter erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Me#gerät also. The use of a frequency and amplitude stable power oscillator as well as in-phase rectifiers are unnecessary with the measuring device according to the invention so.

Es ist znveckmäßig, die Rückführung, d.h. die Zuführung der Gegenkopplungsspannung an den Eingang des Meßgerätes, über ein das Regelverhalten bestimmendes Netzwerk vorzunehmen. im allgemeinen wird man eine PID-Regelung anstreben. ist den N'eßwerk des Meßgerätes ein Verstärker vorgeschaitet, wie diens im allgemeinen der Fall ist, so Vi'rd man die ausschlagsabhängige Gegenkopplungsgrö#e diesem Verstärker zuführen. It is useful for the feedback, i.e. the supply of the negative feedback voltage to the input of the measuring device, via a network that determines the control behavior to undertake. in general, a PID control will be aimed for. is the N'eßwerk the measuring device is preceded by an amplifier, as is generally the case, So you can feed the deflection-dependent negative feedback variable to this amplifier.

Eine zweckmä#ige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die magnetfeidabhängigen Widerstände zusammen mit üblichen Widerständen eine @rückenschlatung bilden, in deren einer Diagonale die Spannungsquelle liegt und an deren anderer Diagonale eine Spanr£ung als Gegenkopplungsgrö#e abgegriffen isto Eine derartigen brückenschaltung ist ebenso wie die mit mit dem Me#werk mechanisch verbundenen Teilen ihres Magnetkreises arbeitende Linrichtung zur Erzeugung einer vom Ausschlag des Meßwerkcs abhängigen elektrischen Größe an sich bereis vorgeschlagen worden, jedoch iür einen anderen Zweck- im Rahmen einer anderen Anordnung. Der ältere Vorschlag betraf einen Kompensationoschreiber, bei dem zur Erzeugung der Kompensationsspannung eine derartige Einrichtung Anwendung findet0 Ein Kompensationsschreiber ist Jedoch in Hinblick auf seine Trägheit nicht zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe der Schaffung eines direktschreibenden Me#gerätes mit besonders kurzer Einstellzeit geeignet Zweckmä#igerweise sind die mit dem Me#werk mechanisch verbundenen eile des magnetischen Kreises Permanentmagnete, so daß zusätzliche Erregerwicklungen überflüssig sind. Verständlicherweise ist es aber auch möglich, Erregerwicklungen auf dem Magneteisen des magnetischen Kreises vorzusehen und lediglich einen meil der Schenkel oder dergl. mechanisch mit dem Me#werk zu vcrbinden.An expedient embodiment of the invention provides that the Magnetic field-dependent resistors together with the usual resistors create a @ back closure form, in one diagonal of which the voltage source is and on the other A diagonal tension is tapped as a negative feedback variable bridge circuit is just like the parts mechanically connected to the meter its magnetic circuit working Linrichtung to generate one of the deflection of the Messwerkcs-dependent electrical variable has already been proposed, however For another purpose - under another arrangement. The older suggestion concerned a compensation recorder, in which to generate the compensation voltage such a device is used0 A compensation recorder is however in view of its inertia not to solve the underlying of the invention Task of creating a direct-writing measuring device with a particularly short response time Suitable The parts mechanically connected to the mechanism are expedient of the magnetic circuit permanent magnets, so that additional excitation windings are superfluous. Understandably, however, it is also possible to use excitation windings To be provided on the magnetic iron of the magnetic circuit and only one meil the leg or the like to be connected mechanically to the mechanism.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der magnetische Kreis aus zwei E-Kernen zusammengesetzt ist, zwischer deren einander paarweise gegenüberstehenden Außenschenkeln die nagnet feldabhängigen Widerstände und zwischen deren polschuhartig ausgebildeten, ebenfalls einander gegenüberstchenden Mittelschenkeln die mit dem me#werk mechanisch verbundenen Teile des magnetischen Kreises derart angeordnet sind, daß sie auf Grund ihrer durch den Ausschlagswinkel des Me#werkes bestimmten Ausrichtung den magnetischen Widerstandswert des magnetischen Ereises ausschlagsabhängig beeinflussen, In der Regel wird es, wie an Hand der Figur 2 noch erläutert wird, genügen, nur ein Teil des magnetischen Kreises mechanisch mit den Me#werk zu verbinden, wenn dieses Teil eine Vorzugsrichtung in ragnetischer Hinsicht besitzt 0 Die Arbeitspunkte der magnetfeldabhängigen Widerstände wird man lurch geeignete Vormagnetisierung in den linearen Teil ihrer Kennlinie legen, um eine lineare Gegenkopplung zu erzielen.The preferred embodiment of the invention provides that the magnetic Circle is composed of two E-cores, between whose each other pairwise opposite outer legs the magnet field-dependent resistors and between their pole shoe-like, also opposite one another Middle legs are the parts of the magnetic that are mechanically connected to the me #werk Circle are arranged so that they are due to their by the deflection angle of the measuring mechanism determined the magnetic resistance value of the magnetic Ereises influence depending on the rash, As a rule, it will be as shown in the figure 2 will be explained, only a part of the magnetic circuit is sufficient mechanically to connect with the Me #werk if this part has a preferred direction in magnetic Respect has 0 The working points of the magnetic field-dependent resistances will be l place them in the linear part of their characteristic curve by means of suitable premagnetization to achieve a linear negative feedback.

Diese vormagnetisierung kann durch zusätzliche Wicklungen auf uem eisen des magnetischen Kreises oder durch zusätzliche Permanentmagnete vorgenommen weiden Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt Figur 1 schematisch den Aufbau der gesamten Meßanordnung, Figur 2 den mechanischen Teil der Einrichtung zur Gewinnung der ausschlagsabhängigen Gegenkopplungsgrö#e und Figur 3 die Brückenschaltung für die magnetfeldabhängigen Widerstände.This premagnetization can be achieved by additional windings on uem iron of the magnetic circuit or made by additional permanent magnets The invention is illustrated below with reference to the figures Embodiments explained. Figure 1 shows schematically the structure of the entire Measuring arrangement, Figure 2 shows the mechanical part of the device for obtaining the deflection-dependent Negative feedback variable and FIG. 3 the bridge circuit for the magnetic field-dependent Resistances.

In Figur 1 wird die zu messende und in einer Diagramnl festzuhaltende Eingangsspannung UE über den Verstärker V in einen Stron I umgewandelt, der der Erregerspule des Me#werkes M des Me#gerätes zugeführt wird0 Demgemä# erfolgt eine Verdrehung der Achse A des Me#werkes um den Winkel #. Dieser Ausschlag # beeinflu#t die Einrichtung D, die an Hand Figur 2 noch beschrieben wird, in der Weise, daß sie eine dem Ausschlag # proportionale Spannung UG abgibt, die als Gegenkopplungsspannung über des Netzwerk N dem Eingang des Verstärkers V zugeführt wird Das Ne@@werk N dient zur Einstellung des gewünschten Regelverhaltens des durch die Rückkopplung gebildeten Regelkreises.In Figure 1, the to be measured and recorded in a Diagramnl Input voltage UE converted into a current I via the amplifier V, which the The excitation coil of the measuring mechanism M of the measuring device is supplied0 Accordingly, a Rotation of axis A of the measuring mechanism by angle #. This rash # influences the device D, which will be described with reference to Figure 2, in such a way that it emits a voltage UG proportional to the deflection, which acts as a negative feedback voltage is fed via the network N to the input of the amplifier V Das Ne @@ werk N is used to set the desired control behavior through the feedback formed control loop.

In Figur 2 ist der mechanische Teil der Einrichtung D zur Erzeugung der den Ausschlag ç proportionalcn Gegenkopplungsspannung UG schematisch dargestellt. Man erkennt einen Magnetkreis, der durch Zusammensetzen dei beiden -Iörmigen Kerne El und E2 gewohnen ist. Zwischen den einander paarweise gegenüberstehenden Au#enschenkel@ d » r beiden E-Kerne sind die magnet feld abhängigen Widerstände RF1 und RF2 angeordnet, deren Zusammenschaltung zu einer Brücke in Figur 3 dargestellt ist tie Mittelschenkel der bei@en E-Kerne sind polschuhartig ausgebildet; zwischen ihnen beiindet sich das Teil P, das in diesem Ausführungsbeispiel einen permanentmagneten darstellt Die Spulen auf den beiden Au#enschenkeln zur Erzeugung der Vormagnetisierung sind in Figur 2 nicht dargestellte Anstelle dieser Spulen können auch zwei Eermanentmagnete verwendet werden Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle von Teil P einen Elektromagneten vorzusehen, so daß dann das Zeil P nicht notwendigerweise ein permanentmagnet zu sein braucht. Das Teil P besitzt eine Vorzug@ ieatung in magnetischer Hinsicht, die dadurch gewonnen @t, da@ das Teil länglich gestaltet ist. In Abhängigkeit von @em @chlag des Me#werkes M, der infolge Befestigung daß Teiles P an Achse A des Me#werkes auf P übertragen wir ändert sich audie relative Stellung des Teiles P zu dem übrige@ @gnet@re@ @adurch wird @@ @bhängigkeit von @em Ausschlag # de magne@@ @e Widerstand des @@@tischen Kreises und da@it de@ Widerstandswert der magnet@@ @ngigen Widerstände RF1 und RF2 beein. flu#t. Dies hat zu zur die Ausgangsspn@ung UG der r Figur 3 dargestellten @r ung ebenfal@ abhängig von dem Ausschlag # des Me#w@ @@ @ @@@e Brüokens@haltung enthält au#er den magn @tfel@ ängigen @@ @@ und RF2 @@@ gewöhnlichen @ @ @ @@@@ dieser Brücke di@ @@@ anderen Diagonale @le aus@ @lag@ hän, @ge Spannung @G als G@gen kopplungsspannung abgenom@@@ wird. Da die Speisespannung UB nur durch die Belastbarkeit der magnetfeldabhängigen Widerstände, dit häufig auch als Feldplattenwiderstände bezeichnet werden, begrenzt ist, lasse sich schon bei kleinen Ausschlagen c große Ausgangsspannungen UG der Brücke erzeugen, so daß eine Verstärkung der Gegenkopplungsspannung in der Regel nicht erforderlich sein wird Es kann zweckmäßig sein, das Me#werk iX und die Einrichtung D zur Erzeugung der ausschlagsabhängigen Gegenkopplungsgrö#e UG n einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Dies kann sich schon deshalb empfehlen, weil auf Grund der engen mechanischen Verbindung zwischen N und D die beiden Einrichtungen zu einem konstruktiven System zusammengefaßt werden können.In Figure 2, the mechanical part of the device D is for generation which shows the deflection ç proportional negative feedback voltage UG schematically. One recognizes a magnetic circuit, which is created by putting together the two -I-shaped cores El and E2 is used. Between the pair of opposing outer legs @ The resistors RF1 and RF2, which are dependent on the magnetic field, are arranged on the two E cores, whose interconnection to form a bridge is shown in Figure 3 tie the middle limb the at @ en E cores are designed like pole shoes; between them binds itself the part P, which in this embodiment is a permanent magnet The coils on the two outer legs for generating the premagnetization are Instead of these coils, not shown in FIG. 2, two permanent magnets can also be used In principle, it is also possible to use an electromagnet instead of part P. to be provided so that the line P is not necessarily a permanent magnet to needs to be. Part P has a special advantage in magnetic terms, which @t gained because @ the part is elongated. In dependence of @em @chlag of the measuring works M, which as a result of the attachment that part P to axis A of the Measurements transferred to P we change the relative position of the part P. to the rest of @ @ gnet @ re @ @ this makes @@ @ dependence on @em rash # de magne @@ @e resistance of the @@@ table circle and da @ it de @ resistance value of the magnet @@ Current resistances RF1 and RF2 influence. flood. This has to do with the output voltage UG of the r Figure 3 shown @r also @ depending on the deflection # des Me # w @ @@ @ @@@ e Brüokens @ attitude contains apart from the magnetic @@ @@ and RF2 @@@ ordinary @ @ @ @@@@ this bridge di @ @@@ other diagonal @le from @ @ lag @ hang, @ge tension @G as G @gen coupling tension is abgenom @@@. As the supply voltage UB only due to the resilience of the magnetic field-dependent resistors, which is often can also be referred to as field plate resistances, is limited with small excursions c generate large output voltages UG of the bridge, so that an amplification of the negative feedback voltage is usually not necessary It can be useful to set up the meter iX and the device D for generating the deflection-dependent negative feedback size UG in a common housing. This can be recommended because of the close mechanical connection between N and D the two facilities are combined into a constructive system can.

Dic erfindungsgemäße Einrichtung, in der der jeweilige Ausschlag # kontakt los in eine ihm proportionale Gegenkopplungsspannung vorzeichenrichtig ungesetzt wird, besitzt gegenüber den eingangs beschriebenen Einrichtungen zur Verkürzung der Einstellzeit durch Vergrö#ern der Bandbreite den Vorteil, daß mit erheblich kleinerem Aufwand eine einfache Anpassung an die jeweils erforderlichen Regelverhältnisse möglich ist.The device according to the invention, in which the respective deflection # contactless unset with the correct sign in a negative feedback voltage proportional to it is, has compared to the facilities described above for shortening the setting time by increasing the bandwidth has the advantage that with considerably A simple adjustment to the control conditions required in each case requires less effort is possible.

7 Ansprüche 3 riguren7 claims 3 rigures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Direct writing measuring device with negative feedback dependent on the deflection angle of its measuring mechanism, characterized in that that a voltage source is used to generate the deflection-dependent negative feedback variable Containing circuit is provided with resistors depending on the magnetic field, the lie in a magnetic circuit, the resistance of which depends on the magnetic field Laiaerstänue determining magnetic resistance value through mechanically with the measuring mechanism connected, relative to the rest of the magnetic circuit movable parts of the magnetic Circle deflection is influenced, and that one of the resistance value the magnetic field-dependent resistances determined electrical quantity in the circuit fed back to the input of the measuring device as a deflection-dependent negative feedback variable is.

2 direct writing measuring device according to claim 1, characterized in that that the feedback on a control behavior and sensitivity in the frequency range including zero to the cutoff frequency determining network success.

3. Direct writing measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that the magnetic field-dependent resistors together with conventional resistors a Form a bridge circuit, in one of which the voltage source is located on a 3-diagonal and at the other diagonal a voltage is tapped as a negative feedback variable

4th Direct writing measuring device according to one of Claims 1 to. 3, characterized in that that the parts of the magnetic circuit mechanically connected to the measuring mechanism are permanent magnets are.

5. Direct writing measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that the m. agnetic circle is composed of two E-cores, between the outer legs that are opposite to one another in pairs, the magnetic field-dependent ones Resistors and between their pole shoe-like design, also opposite one another Nittelschenkeln the mechanically connected with the measuring mechanism parts of the magnetic Circle are arranged so that they are due to their by the deflection angle The orientation of the measuring mechanism determines the magnetic resistance value of the magnetisclen Influence the circle depending on the deflection.

60 Direct writing measuring device according to one of Claims 1 to 5, characterized characterized in that the working points of the magnetic field-dependent resistances through Bias are placed in the linear cl of their characteristic curve *

7. Direct post-writing Measuring device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the measuring device an amplifier is connected upstream and the negative feedback variable, which is dependent on the deflection is supplied, which detects all frequencies from zero.