DE1516262C

DE1516262C - Direct writing measuring device with negative feedback dependent on the deflection angle of its measuring mechanism

Info

Publication number: DE1516262C
Application number: DE19651516262
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing.; Lang Bernhard Dipl.-Ing.; 7500 Karlsruhe Huml
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-26
Filing date: 1965-07-26
Publication date: 1973-03-01

Description

Die Erfindung betrifft ein direktschreibendes Meßgerät mit .vom Ausschlagswinkel seines Meßwerks abhängiger Gegenkopplung.The invention relates to a direct writing measuring device with negative feedback dependent on the deflection angle of its measuring mechanism.

Bei direktschreibenden Meßgeräten besteht häufig der Wunsch, eine Verkürzung ihrer Einstellzeit durch Vergrößerung der Bändbreite zu erzielen, zu dem Zweck, kürzere Impulse schreiben zu können. Das Einsteliverriaiten derartiger Meßgeräte ist im wesentlichen von der Dämpfung: des Meßsystems abhängig. Aus diesem Grund ist es bekannt, eine DämpfungIn the case of direct-writing measuring instruments, there is often a desire to shorten their response time To achieve an increase in the bandwidth for the purpose of being able to write shorter pulses. The Setting supplies of such measuring devices is essential on the damping: depends on the measuring system. For this reason it is known to have a damping

durch Öl oder mittels Wirbelströmen vorzunehmen. Entsprechende Einrichtungen besitzen aber den Nachteil, daß sie keine genaue und flexible Anpassung an die jeweils vorliegenden Verhältnisse gestatten, da eine Veränderung der Dämpfung mit Schwierigkeitenby means of oil or eddy currents. However, such facilities have the disadvantage that they do not allow precise and flexible adaptation to the prevailing circumstances, since a change in attenuation with difficulty

π verbunden ist. 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.π is connected. In particular, it is through the application normal damping method not possible; a linearization similar to the effect of a negative feedback to be achieved in the entire frequency range from and including zero to the cutoff frequency.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1,184,859 ist eine Meßschaltung mit einem von einem Trägerfrequenzverstärker gesteuerten Meßwerk bekannt, dessen beweglicher Teil starr mit einem Differentialdrehkondensator gekoppelt ist. Der Differentialdrehkondensator ist mit zwei festen Kondensatoren zu einer Brückenschaltung verbunden, die von einem Trägerfrequenzoszillator gespeist wird. An der Ausgangsdiagonalen der Brückenschaltung wird eine Spannung abgegriffen, die von der Stellung des Differentialdrehkondensators und damit vom Winkelausschlag des Meßwerkes abhängig ist und die als Gegenkopplungsspannung dem Trägerfrequenzverstärker zugeführt wird. Diese bekannte Schaltung ist nur in Verbindung mit einem Trägerfrequenzverstärker anwendbar. Die Ausgangsspannung der Kondensatorbrückenschaltung ist im allgemeinen so klein, daß sie, um als Gegenkopplungsspannung eingesetzt zu werden, vorher verstärkt werden muß. Weiter müssen zwischen die Kondensatorbrücke und den Trägerfrequenzverstärker Phasenschieber geschaltet sein, damit die Gegenkopplungsspannung sich in Phase bzw. in Gegenphase zur modulierten Meßspannung befindet. Demgegenüber soll mit Hilfe der Erfindung eine Gleichgegenkopplungsspannung für den gleichen Zweck eingesetzt werden, um dadurch einen beliebigen Meßverstärker verwenden zu können.From the German Auslegeschrift 1,184,859 a measuring circuit with one of a carrier frequency amplifier is controlled measuring mechanism known whose moving part is rigid with a differential variable capacitor is coupled. The differential rotary capacitor is with two fixed capacitors to one Bridge circuit connected, which is fed by a carrier frequency oscillator. On the exit diagonal the bridge circuit taps a voltage that depends on the position of the differential variable capacitor and thus depends on the angular deflection of the measuring mechanism and which is fed to the carrier frequency amplifier as a negative feedback voltage will. This known circuit can only be used in connection with a carrier frequency amplifier. the The output voltage of the capacitor bridge circuit is generally so small that it can be used as a negative feedback voltage to be used, must be reinforced beforehand. Next must be between the capacitor bridge and the carrier frequency amplifier Phase shifter be connected so that the negative feedback voltage is in phase or in opposite phase to the modulated measuring voltage. In contrast, a DC negative feedback voltage is intended with the aid of the invention can be used for the same purpose, thereby making any measuring amplifier to be able to use.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1,114,541 ist außerdem ein Trägerfrequenzverstärker bekannt, dessen Eingangsspannung mittels eines Hallgenerators moduliert wird. Ein zweiter Hallgenerator, dessen einem Elektrodenpaar ebenfalls eine Trägerfrequenzspannung zugeführt wird, liegt im Felde einer Spule, die an die Ausgangsklemmen des Verstärkers angeschlossen ist. Diese Schaltung dient nicht zum Um-5 wandeln einer mechanischen Größe, wie z.B. eines Drehwinkels, in eine elektrische Größe, sondern der galvanischen Trennung von Eingangs- und Gegenkopplungskreis. From the German Auslegeschrift 1,114,541 a carrier frequency amplifier is also known, its Input voltage is modulated by means of a Hall generator. A second Hall generator, whose A carrier frequency voltage is also fed to a pair of electrodes, lies in the field of a coil, which is connected to the output terminals of the amplifier. This circuit is not used for Um-5 convert a mechanical variable, such as an angle of rotation, into an electrical variable, but rather the galvanic separation of input and negative feedback circuit.

Die Erfindung geht von einem direktschreibenden Meßgerät mit an den beweglichen Teil seines Meßwerks mechanisch gekoppelten Mitteln zum Erzeugen einer ausschlagsabhängigen elektrischen Gegenkopplungsgröße, welche an den Eingang des Meßgerätes rückgeführt ist, aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß mit dem beweglichen Teil des Meßwerks der Anker eines magnetischen Kreises gekoppelt ist, in dem magnetfeldabhängige Widerstände liegen, deren Widerstandswert durch Bewegen des. Ankers verän-The invention is based on a direct-writing measuring device with the moving part of its measuring mechanism mechanically coupled means for generating a deflection-dependent electrical negative feedback variable, which is fed back to the input of the measuring device and is characterized by that the armature of a magnetic circuit is coupled to the moving part of the measuring mechanism, in the magnetic field-dependent resistors, the resistance value of which changes by moving the armature.

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derbar ist und daß eine von dem Widerstandswert gnetisierung kann durch zusätzliche Wicklungen auf der magnetfeldabhängigen Widerstände bestimmte dem Eisen des magnetischen Kreises oder durch zuelektrische Größe als Gegenkopplungsgröße dient. ■ sätzliche Permanentmagnete vorgenommen werden.and that one of the resistance value can be gnetisierung by additional windings the magnetic field-dependent resistances determined by the iron of the magnetic circuit or by too electric Size serves as a negative feedback variable. ■ additional permanent magnets are made.

Die Verwendung eines frequenz- und amplituden- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der inThe use of a frequency and amplitude The invention is described below with reference to the in

stabilen Leistungsoszillators sowie phasenrichtiger 5 den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläu-stable power oscillator as well as in-phase 5 embodiments shown in the figures explain

Gleichrichter erübrigt sich bei dem erfindungsgemä- tert. Dabei zeigt Fig. 1 schematisch den Aufbau derRectifiers are unnecessary in the case of the invention. 1 shows schematically the structure of the

ßen Meßgerät also. gesamten Meßanordnung, Fig. 2 den mechanischenSo essen measuring device. entire measuring arrangement, Fig. 2 the mechanical

Es ist zweckmäßig, die Rückführung, d.h. die Zu- Teil der Einrichtung zur Gewinnung der ausscnlags-It is advisable to reduce the return, i.e. the part of the facility for obtaining the waste

führung der Gegenkopplungsspannung an den Ein- abhängigen Gegenkopplungsgröße und Fig. 3 dieLeading the negative feedback voltage to the dependent negative feedback variable and FIG. 3 the

■gang des Meßgerätes, über ein das Regelverhalten be- ίο Brückenschaltung für die magnetfeldabhängigen Wi-■ output of the measuring device, via a control behavior ίο bridge circuit for the magnetic field-dependent Wi-Fi

stimmendes Netzwerk vorzunehmen. Im allgemeinen derstände.make the right network. Generally speaking.

wird man eine PID-Regelung anstreben. In Fig. 1 wird die zu messende und in einem Dia-Ist dem Meßwerk des Meßgerätes ein Verstärker gramm festzuhaltende Eingangsspannung U_E über vorgeschaltet, wie dies im allgemeinen der Fall ist, so den Verstärker V in einen Strom / umgewandelt, der wird man die ausschlagsabhängige Gegenkopp- π der Erregerspule des Meßwerkes M des Meßgerätes lungsgröße diesem Verstärker zuführen. zugeführt wird. Demgemäß erfolgt eine Verdrehungone will strive for a PID control. In Fig. 1, the to be measured and in a Dia-Ist the measuring mechanism of the measuring device an amplifier gram to be recorded input voltage U _{E is} connected upstream, as is generally the case, so the amplifier V is converted into a current /, which will be the Deflection-dependent negative feedback π of the excitation coil of the measuring mechanism M of the measuring device supply this amplifier with flow variable. is fed. A rotation occurs accordingly

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung der Achse A des Meßwerkes um den Winkel φ. Dieser sieht vor, daß die magnetfeldabhängigen Widerstände Ausschlag φ beeinflußt die Einrichtung D, die an Hand zusammen mit üblichen Widerständen eine Brücken- Fig. 2 noch beschrieben wird, in der Weise, daß sie schaltung bilden, in deren einer Diagonale die Span- 20 eine dem Ausschlag φ proportionale Spannung U₀ abnungsquelle liegt und an deren anderer Diagonale gibt, die als Gegenkopplungsspannung über das Netzeine Spannung als Gegenkopplungsgröße abgegriffen werk N dem Eingang des Verstärkers V zugeführt wird, ist. Das Netzwerk N dient zur Einstellung des gewünschtenAn expedient embodiment of the invention of the axis A of the measuring mechanism by the angle φ. This provides that the magnetic field-dependent resistances deflection φ influences the device D, which will be described on hand together with conventional resistors a bridge Fig voltage U ₀ is proportional to the deflection φ and on the other diagonal there is, which is tapped as a negative feedback voltage via the network, a voltage as negative feedback variable is tapped work N to the input of the amplifier V is. The network N is used to set the desired

Eine derartige Brückenschaltung ist ebenso wie die Regelverhaltens des durch die Rückkopplung gebildetenSuch a bridge circuit, like the control behavior, is formed by the feedback

mit dem Meßwerk mechanisch verbundenen Teilen 25 Regelkreises.with the measuring mechanism mechanically connected parts 25 control circuit.

ihres Magnetkreises arbeitende Einrichtung zur Erzeu- , In F i g. 2 ist der mechanische Teil der Einrichtung gung einer vom Ausschlag des Meßwerkes abhängi- D zur Erzeugung der dem Ausschlag φ proportionagen elektrischen Größe an sich bereits vorgeschlagen len Gegenkopplungsspannung U₀ schematisch dargeworden, jedoch für einen anderen Zweck im Rahmen stellt. Man erkennt einen Magnetkreis, der durch Zueiner anderen Anordnung. Der ältere Vorschlag be- 30 sammensetzen der beiden E-förmigen Kerne El und traf einen Kompensationsschreiber, bei dem zur Er- El gewonnen ist. Zwischen den einander paarweise zeugung der Kompensationsspannung eine derartige gegenüberstehenden Außenschenkeln der beiden E-Einrichtung Anwendung findet. Ein Kompensations- Kerne sind die magnetfeldabhängigen Widerstände schreiber ist jedoch im Hinblick auf seine Trägheit R_Fl und R_F2 angeordnet, deren Zusammenschaltung nicht zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegen- 35 zu einer Brücke in Fig. 3 dargestellt ist. Die Mitteiden Aufgabe der Schaffung eines direktschreibenden schenkel der beiden ii-Kerne sind polschuhartig ausMeßgerätes mit besonders kurzer Einstellzeit geeig- gebildet; zwischen ihnen befindet sich das Teil P, das net. in diesem Ausführungsbeispiel einen Permanentmagne-Their magnetic circuit working device for generating, In F i g. 2, the mechanical part of the device from the supply of a deflection of the measuring abhängi- D for generating the proportional to the deflection φ agen electrical quantity in itself already proposed len negative feedback voltage U dargeworden schematically _0, however, provides for a different purpose in the frame. One recognizes a magnetic circuit, which is caused by a different arrangement. The older proposal loading 30 sammensetzen of the two E-shaped cores El and met a compensation recorder is recovered at the ER for El. Such opposing outer legs of the two electrical devices are used between the pairwise generation of the compensation voltage. A compensation cores are the magnetic field-dependent resistors writer is arranged with regard to its inertia R _Fl and R _F2 , the interconnection of which is not shown in FIG. The middle two task of creating a direct-writing leg of the two II-cores are formed like pole shoes from measuring devices with a particularly short response time; between them is part P, the net. in this embodiment a permanent magnet

Zweckmäßigerweise sind die mit dem Meßwerk me- ten darstellt. Die Spulen auf den beiden Außenschen-Expediently, those with the measuring mechanism are shown. The coils on the two outer leg

chanisch verbundenen Teile des magnetischen Kreises 40 kein zur Erzeugung der Vormagnetisierung sind inMechanically connected parts of the magnetic circuit 40 are not used to generate the premagnetization

Permanentmagnete, so daß zusätzliche Erregerwick- Fig. 2 nicht dargestellt. Anstelle dieser Spulen kön-Permanent magnets, so that additional Erregerwick- Fig. 2 is not shown. Instead of these coils,

lungen überflüssig sind. Verständlicherweise ist es nen auch zwei Permanentmagnete verwendet werden,lungs are superfluous. Understandably, two permanent magnets can also be used

aber auch möglich, Erregerwicklungen auf dem Ma- Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle von Teilbut also possible, excitation windings on the Ma- In principle it is also possible instead of part

gneteisen des magnetischen Kreises vorzusehen und P einen Elektromagneten vorzusehen, so daß dannTo provide iron of the magnetic circuit and P to provide an electromagnet, so that then

lediglich einen Teil der Schenkel oder dergleichen me- 45 das Teil P nicht notwendigerweise ein Permanentmag-only part of the legs or the like me- 45 the part P not necessarily a permanent magnet

chanisch mit dem Meßwerk zu verbinden. net zu sein braucht. Das Teil P besitzt eine Vorzugs-to connect mechanically with the measuring mechanism. needs to be net. Part P has a preferential

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung richtung in magnetischer Hinsicht, die dadurch gesieht vor, daß der magnetische Kreis aus zwei E-Ker- wonnen ist, daß das Teil länglich gestaltet ist. In Abnen zusammengesetzt ist, zwischen deren einander hängigkeit von dem Ausschlag φ des Meßwerkes M, paarweise gegenüberstehenden Außenschenkeln die 50 der infolge Befestigung des Teiles P an der Achse A magnetfeldabhängigen Widerstände und zwischen des Meßwerkes auf P übertragen wird, ändert sich deren polschuhartig ausgebildeten, ebenfalls einander auch die relative Stellung des Teiles P zu dem übrigegenüberstehenden Mittelschenkeln die mit dem gen Magnetkreis. Dadurch wird in Abhängigkeit von Meßwerk mechanisch verbundenen Teile des magneti- dem Ausschlag φ der magnetische Widerstand des sehen Kreises derart angeordnet sind, daß sie auf 5 5 magnetischen Kreises und damit der Widerstandswert Grund ihrer durch den Ausschlagswinkel des Meß- der magnetfeldabhängigen Widerstände R_Fl und R_F2 werkes bestimmten Ausrichtung den magnetischen beeinflußt. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangsspan-Widerstandswert des magnetischen Kreises ausschlage- nung U₀ der in Fig. 3 dargestellten Brückenschalabhängig beeinflussen. tung ebenfalls abhängig von dem Ausschlag φ desThe preferred embodiment of the invention direction in magnetic terms, which provides that the magnetic circuit is made of two E-Ker- wonnen that the part is elongated. Is composed in Abnen, between the interdependency of the deflection φ of the measuring mechanism M, pairwise opposite outer legs the 50 of the magnetic field-dependent resistances due to the attachment of the part P to the axis A and between the measuring mechanism on P is transferred, their pole shoe-like design also changes each other also the relative position of the part P to the remaining opposite center leg with the magnetic circuit. As a result, depending on the measuring mechanism, mechanically connected parts of the magnetic deflection φ the magnetic resistance of the circle shown are arranged in such a way that they are on 5 5 magnetic circuit and thus the resistance value of their due to the deflection angle of the magnetic field-dependent resistances R _Fl and R _F2 works specific alignment influences the magnetic. This has the consequence that the output span resistance value of the magnetic circuit depends on the deflection U _{0 of} the bridge shell shown in FIG. 3. direction also depends on the deflection φ des

In der Regel wird es, wie an Hand der Fig. 2 60 Meßwerkes M ist. Diese Brückenschaltung enthältUsually it is, as is clear from FIG. 2, 60 measuring unit M. This bridge circuit contains

noch erläutert wird, genügen, nur ein Teil des magne- außer den magnetfeldabhängigen Widerständen R_Fl will be explained, only part of the magnetic except for the magnetic field-dependent resistances R _Fl

tischen Kreises mechanisch mit dem.Meßwerk zu ver- und R_F2 die gewöhnlichen Widerstände R3 und R4. table circle mechanically with the measuring mechanism and R _F2 the usual resistances R3 and R4.

binden, wenn dieses Teil eine Vorzugsrichtung in ma- An der einen Diagonale wird dieser Brücke die Spei-bind, if this part has a preferential direction in ma- On one diagonal, this bridge is the storage

gnetischer Hinsicht besitzt. sespannung U₈ zugeführt, während an der anderengnetic point of view. sesspannung U ₈ supplied while at the other

Die Arbeitspunkte der magnetfeldabhängigen Wi- 65 Diagonale die ausschlagsabhängige Spannung U₀ alsThe working points of the magnetic field-dependent Wi- 65 diagonal the deflection-dependent voltage U ₀ as

derstände wird man durch geeignete Vormagnetisie- Gegenkopplungsspannung abgenommen wird. Da dieResistance will be removed by means of a suitable pre-magnetization negative feedback voltage. Since the

rung in den linearen Teil ihrer Kennlinie legen, um Speisespannung U_B nur durch die Belastbarkeit dertion in the linear part of their characteristic curve to supply voltage U _B only through the load capacity of the

eine lineare Gegenkopplung zu erzielen. Diese Vorma- magnetfeldabhängigen Widerstände, die häufig auchto achieve a linear negative feedback. This Vorma- magnetic field-dependent resistances, which often also

als Feldplattenwiderstäride bezeichnet werden, begrenzt ist, lassen sich schon bei kleinen Alisschlägen φ große Ausgangsspannungen U_G der Brücke erzeugen, ' so daß eine Verstärkung der Gegenkopplungsspannung in.der Regel nicht erforderlich sein wird. are referred to as field plate resistors, is limited, large output voltages U _{G of} the bridge can be generated even with small Alis impacts φ , so that an amplification of the negative feedback voltage will usually not be necessary.

Es kann zweckmäßig sein, das Meßwerk M und die Einrichtung D zur Erzeugung der ausschlagsabhängigen Gegenkopplungsgröße U₀ in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Dies kann 'sich schon deshalb empfehlen, weil auf Grund der engen mechanischen Verbindung zwischen M und D die beiden Einrichtungen zu einem konstruktiven System zusammengefaßt werden können.It can be useful to arrange the measuring mechanism M and the device D for generating the deflection-dependent negative feedback variable U ₀ in a common housing. This can be recommended because, due to the close mechanical connection between M and D, the two devices can be combined to form a structural system.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, in der der jeweilige Ausschlag φ kontaktlos in eine ihm proportionale Gegenkopplungsspannung vorzeichenrichtig umgesetzt wird, besitzt gegenüber den eingangs beschriebenen Einrichtungen zur Verkürzung der Einstellzeit durch Vergrößern 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 φ is converted contactlessly into a negative feedback voltage proportional to it, has the advantage over the devices described above for shortening the response time by increasing the bandwidth that a simple adaptation to the respectively required control conditions is much less effort is possible.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

■ 1. Direct writing measuring device with the movable ones Part of his .Meßwerk mechanically coupled means for generating a deflection. dependent electrical negative feedback variable, which is fed back to the input of the measuring device is, characterized in that the armature with the movable part of the measuring mechanism a magnetic circuit is coupled, in which the magnetic field-dependent resistors lie Resistance value can be changed by moving the armature and that one of the resistance value The electrical variable determined by the magnetic field-dependent resistances serves as a negative feedback variable.

2. Direct writing measuring device according to claim 1, characterized in that the return about the control behavior and the sensitivity in the frequency range including zero to Cutoff frequency determining network takes place.

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

4. Direct writing measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in 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 in that the magnetic circuit is composed of two Ε-kernels, between them in pairs opposite outer legs the magnetic field-dependent resistors and between their pole shoe-like trained, also opposite center legs with the measuring mechanism mechanically connected parts of the magnetic circuit are arranged so that they are on Because of their orientation determined by the deflection angle of the measuring mechanism, the magnetic Influence the resistance value of the magnetic circuit depending on the deflection.

6. Direct writing measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the working points of the magnetic field-dependent resistances due to premagnetization in the linear Are part of their characteristic.

7. Direct writing measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring mechanism is preceded by an amplifier and the amplitude-dependent negative feedback variable is supplied, which detects all frequencies from zero.