DE1788127B1 - Schaltungsanordnung zur regelung der feldstaerke ei nes elektromagneten - Google Patents

Description

ORIGINAL INSPEOTI

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feldstärke zuführbar ist. Vorzugsweise besteht dabei wandler aufgedrückt ist, geregelt werden soll, wird

die Brückenschaltung aus der mittig angezapften Aus- die Speisespannung über einem Spannungsteiler, be-

gangswicklung des Spannungswandlers und einem stehend aus einem Präzisionswiderstand 12, der mit

Potentiometer, dabei ist die Brückenausgangsspan- den Stromzuführungen 2 und 3 des Hallwandlers in

nung zwischen der Mittelanzapfung der Ausgangs- 5 Reihe liegt, und einem, variablen Kondensator 13 ver-

wcklung und dem Potentiometerabgriff, sobald der änderlich geteilt, wobei ein Teil dieser Spannung über

Abgriff aus der Gleichgewichtsstellung herausbewegt Bezugsspule 14 steht, mit einem Trennwandler 15

wird, entnehmbar. transformiert wird und so an der Ausgangsspule 16

Zur Erzielung der zeitlichen Änderung oder Wob- steht. Durch Veränderung der kalibrierten Teilung

belung ist beispielsweise der Potentiometerabgriff io der Spannung über dem Widerstand 12 in bekannter

mittels einer Motors verstellbar und liegt mit den Weise, in dem der Abgriff 12' verstellt wird, wird die

Ausgangswicklungen der Spulen von Trennwandlem Spannung über Spule 16 so eingestellt, daß sie gleich

m Reihe, die die Hallspannung und den Spannungs- und entgegengerichtet der Spannung über Spule 10

abfall des Widerstandes zur Einführung der Ist- und ist, so daß, wenn die Spannung über Bezugsspule 14

Soll-Spannung transformieren, derart, daß am ge- 15 gleich ist der Hallspannung über Feldspule 10, an den

meinsamen Ausgang ein zeitabhängiges Gesamtsignal Ausgangsklemmen 17 und 18 Signal Null steht. Wenn

entnehmbar ist. jedoch die Spannung über Bezugsspule 14 größer

Bei reinem Wechselstrombetrieb einer Regelschal- oder kleiner ist als die Hallspannung, steht eine

tung können sich Soll- und Ist-Wert nicht in ihrer Regelabweichung an den Klemmen 17 und 18 an, die

Größe, sondern auch in ihrer Phasenlage unterschei- ao der Differenz zwischen der Bezugsspannung und der

den. Wenn der Sollwert mit einer mit der Frequenz unbekannten Hallspannung entspricht. Diese Regel-

des Speisestroms in einem ganzzahligen Verhältnis abweichung kann verstärkt und dazu verwendet wer-

stehenden Frequenz schwankt, können dadurch den, einen nicht dargestellten Servomechanismus zu

Regelabweichungen vorgetäuscht und/oder verdeckt steuern, der beispielsweise den Strom des Elektro-

werden, je nach der Größe der Amplitudenabwei- 25 magneten nachstellen kann.

chung. Um solche Fehlereinflüsse auszuschalten, ist Mit dieser mit 21 bezeichneten Hallwandlergemäß einer besonders bevorzugten Ausbildungsform regelschaltung wird eine Regelung einer Magnetder Erfindung das Gesamtsignal über einen Abweich- feldstärke auf einen konstanten Wert erreicht, in signalverstärker einem Phasentdetektor zur phasen- einigen Fällen ist es jedoch, wie gesagt, erwünscht, abhängigen Gleichrichtung zugeführt. 30 die Stärke nach einem bestimmten zeitlichen Pro-

Im Anschluß an den Phasendetektor wird zweck- gramm zu ändern, beispielsweise in Verbindung mit

mäßigerweise eine Stabilisatorschaltung zur Vermei- magnetischen Kernresonanz- oder paramagnetischen

dung unerwünschter Regelschwingungen vorgesehen, Elektronenresonanz-Versuchen. Die Eingangsspan-

die auftreten können, wenn Regelabweichungen zu- nung an den Klemmen 4 und 5 wird deshalb zwi-

fällig die Eigenfrequenz der Regelstrecke haben. 35 sehen der Hallwandlerregelschaltung 21 und einer

Zur Beeinflussung der Feldstärke des Elektro- zusätzlichen Steuerschaltung 22 geteilt. Die Steuermagneten stehen grundsätzlich verschiedene Möglich- schaltung 22 besteht aus mehreren in Reihe geschalkeiten zur Verfügung; als trotz des Aufwandes be- teten Widerständen 23, 23' und 23" und einem Absonders günstig hat sich eine Ergänzung der erfin- griff 24', der an eine Wobbeispule 24 angeschlossen dungsgemäßen Schaltungsanordnung durch einen 40 ist, über die eine Spannung erzeugt wird. Diese Span-Treiberverstärker zur Verstärkung des Ausgangs- nung wird durch einen Trennwandler 25 an Wobbelsignals der Stabilisatorschaltung, eine aus einer Reihe ausgangsspule 26 gebracht, die mit einem Mittelvon parallelgeschalteten Transistoren bestehende abgriff 18' versehen ist, der an Klemme 18 ange-Schaltung, die den Stromdurchgang zum Elektroma- schlossen ist. Ein Widerstand 27 mit verstellbarem gneten steuert, und einem Gleichrichter als Gleich- 45 Abgriff 10' liegt in Reihe mit Spule 26 und bildet stromquelle für die Transistoren erwiesen. damit eine Brückenschaltung 28. Wenn eine

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläu- Wechselspannung an Eingangsklemmen 4 und 5

tert werden; es zeigt steht, wird keine Spannung an Ausgangsklemmen 17

F i g. 1 ein Schaltbild einer Hallwandlerschaltungs- und 18 gegeben, wenn der bewegliche Abgriff 10'

anordnung mit zeitlicher Änderung der eingeregelten 50 auf Mitte eingestellt wird, sofern kern Magnetfeld

Feldstärke und dem Hallwandler aufgedrückt wird, durch das ein

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer vollständigen Ausgangsabweichungssignal erzeugt wird. Die Brük-

Regelschaltung für einen Elektromagneten. kenschaltung 28 kann jedoch dadurch aus dem

Gemäß Fig. 1 erhält ein Hallwandler 1, der aus Gleichgewicht gebracht werden, daß der Abgriff 10', einem dünnen Block eines Halbleiters besteht, bei- 55 beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Anspielsweise Germanium, an dem Stromzuführungen 2 triebsmechanismus, derart verstellt wird, daß eine und 3 befestigt sind, Wechselspannung von einem Ungleichgewichtwobbelspannung an Ausgangsklemnicht dargestellten Oszillator über Klemmen 4 und 5. men 17 und 18 steht. So kann eine sich mit der Zeit In der Ebene des Stromzuflusses sind Hallspannungs- ändernde Spannung der stabilisierenden Differenzanschlüsse 6 und 7 am Hallwandler befestigt. Wenn 60 spannung überlagert werden, um eine Modulation ein Magnetfeld mit einer Komponente senkrecht zur des Magnetfeldes eines Elektromagneten hervor-Ebene des Stromfiusses dem Hallfühler aufgedrückt zurufen, die beispielsweise in Verbindung mit bewird, während ein Wechselstrom hindurchfließt, wird kannten Detektortechniken bei Magnetresonanzan den Klemmen 6 und 7 und über dex Feldspule 8 anwendungen verwendbar ist. So kann ein konstaneine Hallspannung erzeugt, die durch einen Trenn- 65 tes, statisches magnetisches Gleichfeld zwischen den wandler 9 transformiert wird und an der Ausgangs- Polschuhen eines Elektromagneten langsam und spule 10 steht. kontinuierlich in vorgegebener Weise verwobbelt

Wenn die Größe des Magnetfeldes, das dem Hall- oder durch einen Bereich verändert werden, während

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der Wert des statischen Feldes auf einen gewünsch- geführt wird, der verhindert, daß Schwingungen in

ten Wert stabilisiert wird. der Hallwandlerregelschaltung auftreten.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer vollständi- Das Ausgangssignal des Stabilisators 36 wird dar-

gen Regelschaltung mit Magnetspannungsversorgung aufhin der Magnetspannungsversorgung 37 zugeführt

dargestellt, die mit hoher Präzision arbeitet. 5 und dort im Treiberverstärker 38 verstärkt. Dessen

Die HaUfeldsteuerung 29 besteht aus einer Strom- Ausgangsabweichungssignal wird dann einer Schalquelle 30, einem Oszillator 31, einem Leistungsver- tung 39 zugeführt, die aus vielen Transistoren 40, 41, stärker 32, einer Hall-Sonden- und Wobbeischaltung 42 besteht, die parallel geschaltet sind, oder die 33 aus der Hallwandlerregelschaltung 21 und der statt dessen aus einer Vielzahl von parallelgeschalzusätzlichen Steuerschaltung 22 gemäß F i g. 1, einem io teten Radioröhren bestehen kann. Dieses Ausgangs-Abweichsignalverstärker 34, einem Phasendetektor abweichungssignal wird in bekannter Weise jeweils 35 und einem Stabilisator 36. Die Stromversorgung an die Basis 41 dieser Transistoren gelegt. Die Emit-37, die beispielsweise eine Ausgangsspannung von ter dieser Transistoren erhalten Gleichstrom.
18 Volt hat, wird dazu verwendet, den Wechselstrom- Der Gleichstrom für die Emitter 42 wird durch oszillator 31 zu erregen, dessen Ausgang durch den 15 Gleichrichten und Filtern von Drehstrom im Gleich-Leistungsverstärker 32 verstärkt und danach an die richter 43 erzeugt. Der Gleichstromausgang der Eingangsklemmen der Hallsonden- und Wobbel- Gleichrichter 43 kann dem Treiberverstärker 38 einschaltung 33 angelegt wird. · fachheitshalber durch eine Schaltung 44 zugeführt

Eine Bezugsspannung wird über Bezugsquelle 14 werden, die aus Kondensatoren und Widerständen

gemäß Fig. 1 eingestellt, wie bereits erläutert, indem 20 besteht, die gemeinsam dazu dienen, die Welligkeit

gemäß einer nicht dargestellten Skala, die unmittelbar zu beseitigen und bessere Hochfrequenzeigenschaften

in Magnetfeldstärkeeinheiten kalibriert ist, auf den zu erzeugen.

gewünschten Wert der magnetischen Feldstärke ein- Die Basis 41 der einzelnen Transistoren der Schalgestellt wird. Wenn das zwischen den Polschuhen tung 39 können so vorgespannt werden, daß sie eines Elektromagneten 45 erzeugte Feld sich von der 25 einen bestimmten Strom zum Magneten 45 durchgewünschten Magnetfeldstärke unterscheidet, wird lassen, indem der Ausgang der Hall-Sonden- und ein Abweichungssignal oder eine Regelabweichung Wobbeischaltung 33 geringfügig aus dem Gleichgleich der Differenz zwischen der Bezugsspannung gewicht gebracht wird, beispielsweise um 1:10⁵, be- und der Hallspannung oder ein dem Übersetzungs- zogen auf die Nullage. Wenn ein verstärktes Abverhältnis entsprechendes Vielfaches dieser Diffe- 30 weichungssignal an die Basis der Transistoren 40 renzspannung über den Ausgangsklemmen der Hall- gelegt wird, dient dieses Signal dazu, mehr oder sonden- und Wobbeischaltung 33 erzeugt. Dieses Ab- weniger Strom durch die Transistoren zu lassen, so weichungssignal wird mit dem Abweichungssignal- daß der durch die nicht dargestellten Magnetspulen verstärker 34 verstärkt, beispielsweise einem Wechsel- des Magneten 45 fließende Strom geändert wird, bis stromverstärker, der auf 1300 Hz arbeitet, dessen 35 kein Fehlersignal mehr an der Basis 41 steht, wel-Ausgangssignal dann dem Phasendetektor 35 zu- ches diese vorspannt. Sobald die gewünschte Magnetgeführt wird, wo dieses mit dem Ausgangssignal des feldstärke eingestellt ist, ruft jede Abweichung des Oszillators 31 verglichen wird. Die Phasendifferenz Magnetfeldes des Elektromagneten 45 auf Grund zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators 31 und von Fluktuationen od. dgl. in der Stromversorgung dem des Abweich'signalverstärkers 34 legt die PoIa- 40 ein Abweichungssignal hervor; die Schaltung arbeitet rität des Signals fest, die einem Stabilisator 36 zu- dann wie eben beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Gleichrichter (43) als Gleichstromquelle für die Patentansprüche: Transistoren.

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Feld- 5

stärke eines Elektromagneten, bei der das Magnetfeld mittels eines Hallwandlers erfaßt wird,

dessen Steuerstrom aus der gleichen Stromquelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungswie der Sollwert entnommen ist, indem im Strom- anordnung zur Regelung der Feldstärke eines Elekpfad des Hallwandlers ein vom Steuerstrom durch- io tromagneten, bei der das Magnetfeld mittels eines flossener Widerstand liegt, dessen Spannungs- Hallwandlers erfaßt wird, dessen Steuerstrom aus der abfall einer ersten Spule zur Erzeugung einer dem gleichen Stromquelle wie der Sollwert entnommen ist, Sollwert proportionalen Bezugssspannung züge- indem im Strompfad des Hallwandlers ein vom führt ist, bei dem an den Spannungspfad des HaU- Steuerstrom durchflossener Widerstand liegt, dessen wandlers zur Erzeugung einer dem Istwert pro- 15 Spannungsabfall einer ersten Spule zur Erzeugung portionalen Spannung eine zweite Spule ange- einer dem Sollwert proportionalen Zugspannung zuschlossen ist, und die Spannungen an den beiden geführt ist, und bei dem an dem Spannungspfad des Spulen nach Transformierung zur Bildung der Hallwandlers zur Erzeugung einer dem Istwert proRegelabweichung gegeneinandergeschaltet sind, portionalen Spannung eine zweite Spule angeschlosinsbesondere für Spektrometer, dadurch ge- 20 sen ist, die Spannungen an den beiden Spulen nach kennzeichnet, daß eine zusätzliche Steuer- Transformierung zur Bildung der Regelabweichungen schaltung (22) zur Beeinflussung der Regelabwei- gegeneinandergeschaltet sind, insbesondere für Spekchung im Sinne eines Zeitprogramms vorge- trometer.
sehen ist. In bestimmten Anwendungsfällen von Elektro-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 25 magneten, beispielsweise bei Elektromagneten zur durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Erzeugung des Magnetfeldes in Spektrometer für ma-(22) zur Beeinflussung der Regelabweichung aus gnetische Kernresonanz oder paramagnetische Elekeinem Wobbeiwiderstand (23) besteht, über dem tronenresonanz, ist es erforderlich, die Stärke des eine Spannung abgegriffen wird, und einem Span- Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Zeit zu ändern, nungswandler (25), mit dem die Wobbeispannung 30 Bei Schaltungsanordnungen zur Regelung von ireiner Brückenschaltung (28) zur Regelung der gendwelchen Größen auf in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke zuführbar ist. Zeit sich ändernde Werte wird durchweg der SoIl-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- Wert entsprechend der gewünschten Zeitabhängigkeit" durch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung geändert. Beim Vergleich des Soll-Wertes mit dem (28) aus der mittig angezapften Ausgangswick- 35 Ist-Wert ergibt sich dann ein entsprechendes Abweilung (26) des Spannungswandlers (25) und einem chungssignal, das in der gleichen Weise ausgeregelt Potentiometer (27) besteht und daß die Brük- wird wie ein Abweichungssignal auf Grund einer zukenausgangsspannung zwischen der Mittelanzap- fälligen Änderung des Ist-Wertes.

fung (18') der Ausgangswicklung (26) und dem Bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung

Potentiometerabgriff (10') abnehmbar ist, sobald 40 zur Regelung der Feldstärke eines Elektromagneten

der Abgriff (10') aus der Gleichgewichtsstellung würde eine Nachregelung des Sollwertes entsprechend

herausbewegt wird. der gewünschten Zeitabhängigkeit zu einer mit der

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- Änderung des Soll-Wertes zusammenhängenden Bedurch gekennzeichnet, daß der Potentiometerab- einflussung des Steuerstroms durch den Hallwandler griff (10') mittels eines Motors verstellbar ist und 45 führen, die, vor allem bei den hohen Anforderungen mit den Ausgangswicklungen (10, 16) der Spulen an die Regelgenauigkeit bei Spektrometern, berück-(8, 14) vom Trennwandler (9, 15) in Reihe liegt, sichtigt, d. h. kompensiert werden müßte.

die die Hallspannung und den Spannungsabfall Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Mög-

des Widerstandes (12) zur Einführung der Ist- lichkeit zu schaffen, die gewünschte Zeitabhängigkeit

und Soll-Spannung transformieren, derart, daß am 50 ohne Beeinflussung des den Hallwandler durchflie-

gemeinsamen Ausgang (17, 18) ein zeitabhängi- ßenden Steuerstroms zu erzielen,

ges Gesamtsignal entnehmbar ist. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung

5. Schaltungsanordnung nach einem der An- der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine spräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Steuerschaltung zur Beeinflussung der Gesamtsignal über einen Abweichsignalverstärker 55 Regelabweichung im Sinne eines Zeitprogramms voreinem Phasendetektor (35) zur phasenabhängigen gesehen ist.

Gleichrichtung zugeführt ist. Es ist dann möglich, den Soll-Wert auf dem einmal

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, ge- eingestellten, konstanten Wert zu halten, und trotzkennzeichnet, durch eine dem Phasendetektor dem die gewünschte zeitliche Änderung der Stärke nachgeschaltete Stabilisatorschaltung (36) zur 60 des Magnetfeldes mit der erzielbaren hohen Regel-Vermeidung unerwünschter Regelschwingungen. genauigkeit zu erhalten.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, ge- Vorzugsweise besteht die Steuerschaltung zur Bekennzeichnet, durch einen Treiberverstärker (38) einflussung der Regelabweichung im Sinne eines Zeitzur Verstärkung des Ausgangssignals der Stabili- programme gemäß einer bevorzugten Ausbildung satorschaltung (36), eine aus einer Reihe von par- 65 der Erfindung aus einem Wobbeiwiderstand, über allelgeschalteten Transistoren (40, 41, 42) be- dem eine Spannung abgegriffen wird, und einem stehende Schaltung (39), die den Stromdurchgang Spannungswandler, mit dem die Wobbeispannung zum Elektromagneten (45) steuert, und einen einer Brückenschaltung zur Regelung der Magnet-