DE1948260C3 - Measuring device for converting the position of a movable instrument or device part into the phase angle of an electrical alternating voltage - Google Patents

Measuring device for converting the position of a movable instrument or device part into the phase angle of an electrical alternating voltage

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DE1948260C3
DE1948260C3 DE19691948260 DE1948260A DE1948260C3 DE 1948260 C3 DE1948260 C3 DE 1948260C3 DE 19691948260 DE19691948260 DE 19691948260 DE 1948260 A DE1948260 A DE 1948260A DE 1948260 C3 DE1948260 C3 DE 1948260C3
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/64Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals
    • H03M1/645Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals for position encoding, e.g. using resolvers or synchros

Description

einer elektrischen Wechselspannung mit einem von Für eine digitale Anzeige können die Kondensator-an electrical alternating voltage with one of For a digital display, the capacitor

dem Teil verstellten Differentialkondensator und einer spannung und eine entsprechend erzeugte Vergleichs-the part adjusted differential capacitor and a voltage and a correspondingly generated comparison

die beiden Teilkapazitäten des Kondensators in be- spannung über je eine RechteckimpulsformerstufeThe two partial capacitances of the capacitor are energized via a rectangular pulse shaper stage each

nachbarten Zweigen aufnehmenden, mit Wechsel- einer Torschaltung zugeführt werden, deren öff-neighboring branches receiving, with alternating a gate circuit are fed, the open-

strom gespeisten Brückenschaltung. 45 nungsdauer mit Hilfe eines Impulsgenerators undcurrent-fed bridge circuit. 45 operating time with the help of a pulse generator and

Eine Meßvorrichtung dieser Art ist in der deut- einer Zähleinrichtung gemessen wird,A measuring device of this type is in the German a counter is measured,

sehen Patentschrift 1273 837 dargestellt. Diese be- Weitere Erfindungsmerkmale sind dem nachstehendsee patent specification 1273 837 shown. These additional features of the invention are as follows

kannte Meßvorrichtung dient zur Durchführung eines an Hand der A b b. 1 bis 3 der Zeichnung beschrie-Known measuring device is used to carry out a on hand of A b b. 1 to 3 of the drawing

Verfahrens zur Ermittlung des Taumelfehlers zwi- benen Ausführungsbeispiel zu entnehmen, welchesMethod for determining the wobble between the exemplary embodiment can be seen which

sehen dem Rotor um! dem Stator elektra-mechani- 50 sich auf einen kapazitiven Weg-Meßumformer mitlook around the rotor! the stator electromechanical 50 is based on a capacitive displacement transducer

scher Meßumformer zur Umformung des Rotordreh- digitalem Ausgang bezieht.shear transducer for converting the rotary digital output of the rotor.

winkeis in den Phasenwinkel einer Wechselspannung. Mit C0- ist ein Differendalkondensator bezeichnet, Die Meßvorrichtung weist in einer Brückenschaltung dessen Mittelelektrode wegproportionale, durch ein zwei symmetrisch zueinander angeordnete Konden- Instrumenten- oder Geräteteil bewirkte Auslenkunsatoren auf sowie zwu weitere Kondensatoren mit 55 gen durchführt. Die beiden Teilkapazitäten dieses fester Kapazität gleicher Größe. Gespeist wird die Kondensators liegen in benachbarten Zweigen der Brückenschaltung aus einer einzigen Wechselstrom- Brücke B, deren zwei übrige Zweige an jeweils eine quelle; in der Meßdiagonalen der Brückenschaltung Wechselstromquelle Ux bzw. U2 angeschlossen sind, liegt ein phasenempfindliches Meßinstrument, um Der eine Zweig enthält einen ohmschen Widerstand R1, das Vorzeichen der Kapazitätsdifferenz zu erfassen. 60 der andere eine Kapazität C2 als Zweigwiderstand. Die bekannte Meßvorrichtung enthält also als wesent- Beide Zweigwiderstände sind" Teile je eines an die liches Bestandteil eine Brückenschaltung, die in be- beiden Wechselstromquellen U, bzw. C2 angeschloskannter Weise an eine Wechselstromquelle angu- senen ÄC-Sparmungsteüers C, ß, bzw. A2C2. Sämtschlossen ist und an der in ebenfalls bekannter Weise liehe Teile dieser Spannungsteiler weisen untereindie Meßgröße abgegriffen wird. Die bekannte MeG- 65 ander gleiches T-.-mpsraturverhalten auf. Die Anordvorrichtung hat daher eine Meßgenauigkeit, wie sie nung ist so g .'troffen, u,jß an beiden Brückenzweigbei Brückenschaltungen allgemein üblich ist. widerständen R1 und C2 gleich große Wechselspan-Ferner ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur nungen abfallen. Die den Differentialkondensatorwinkeis in the phase angle of an alternating voltage. A differential capacitor is denoted by C 0. The measuring device has in a bridge circuit the center electrode of which is proportional to the displacement caused by two symmetrically arranged condensers, instruments or devices, and two additional capacitors with 55 g. The two partial capacities of this fixed capacity are of the same size. The capacitor is fed in adjacent branches of the bridge circuit from a single AC bridge B, the two remaining branches of which are each connected to a source; are connected in the measuring diagonal of the bridge circuit alternating current source U x and U 2, is a phase sensitive measuring instrument to One branch includes a resistor R 1, to detect the sign of the differential capacitance. 60 the other has a capacitance C 2 as a branch resistance. The known measuring device thus contains, as essential, both branch resistors are "parts of one to the Liches component part of a bridge circuit that is connected to an alternating current source in both AC power sources U, or C 2, respectively A 2 C 2 is completely closed and on which parts of this voltage divider are also known in a known manner and the measured variable is tapped below so that it is common practice on both bridge branches in bridge circuits. Resistances R 1 and C 2 have the same AC voltage

speisenden gleichgroßen Wechselspannungen sind um ψ = π — f5 gegeneinander phasenverschoben (vgl. im folgenden die A b b. 2 und 3). Für den Sonderfall Ψ — .τ tritt in der Mittelstellung des Kondensators ein exaktes Spannungsnull' auf. Bei Weinen Abweichungen von der Nullstellung erscheint sofort eine Wechselspannung, welche je nach Auslenkungsrichtung einen Phasensprung von 180° durchführt. Sind die Spannungen U1 und U2 um φ = π — δ gegeneinander verschoben, was leicht durch die entsprechende Wahl der RC- Glieder C1A1 und A2C2 erzielt werden kann, dann ergibt sich in der Mittelstellung des Differentialkondensatoirs Cd keine Spannungsauslöschung mehr. Es bleibt vielmehr ein Rest übrig, der mit größer werdenden Phasenwinkel φ ansteigt. Ebenso tritt auch kein Phase asprung mehr auf. vielmehr ergibt sich ein stetiger Übergang des Phasenwinkels von U1 AC voltages of the same size that feed them are phase-shifted by ψ = π - f5 with respect to one another (cf. A b b. 2 and 3 below). For the special case Ψ - .τ an exact voltage zero occurs in the middle position of the capacitor. When weeping deviations from the zero position, an alternating voltage appears immediately, which, depending on the direction of deflection, carries out a phase jump of 180 °. If the voltages U 1 and U 2 are shifted by φ = π - δ against each other, which can easily be achieved by the appropriate choice of the RC elements C 1 A 1 and A 2 C 2 , then in the middle position of the differential capacitor C d no more voltage cancellation. Rather, there is a remainder that increases as the phase angle φ increases. There is also no more phase jump. rather, there is a steady transition in the phase angle from U 1

nach U... Der Extremfall φ = y liefert eine konstante Kondensatorspannung bei linearem Phasengang. Durch die Wahl von φ kann man somit die Empfindlichkeit des Differentialkondensators hinsichtlich des Phasenganges beeinflussen. Durch nachgeschaltete Verstärker werden die Kondensatorspannung sowie eine mit Hilfe der Kapazitäten C3 und C4 entsprechend erzeugte Vergleichsspannung in ein Rechteck to U ... The extreme case φ = y provides a constant capacitor voltage with a linear phase response. By choosing φ you can influence the sensitivity of the differential capacitor with regard to the phase response. By downstream amplifier, the capacitor voltage as well as a with the capacitances C 3, and C according to aid comparison voltage generated in a rectangle 4 are

bzw. Vergleichsrechteck verwandelt und einer Torschaltung T zugeführt. Die Öffnungsdauer der Torschaltung ist ein Maß für die Verstellung der Mittelelektrode des DifferentiaJkondensators Cd und wird mit Hilfe des Impulsgenerators G und der Zählein-or comparison rectangle transformed and fed to a gate circuit T. The opening duration of the gate circuit is a measure for the adjustment of the center electrode of the differential capacitor C d and is determined with the help of the pulse generator G and the counter

richtung Z gemessen. Der. Phasenwinkel ψ zwischen Ux und U2 wird symmetrisch durch das Differentialglied C1A1 und das Integralglied K8C2 erzeugt, um in erster Näherung eine Temperaturkompensation zu erreichen. Werden also z. B. die Kapazitäten C1 direction Z measured. The. Phase angle ψ between U x and U 2 is generated symmetrically by the differential element C 1 A 1 and the integral element K 8 C 2 in order to achieve a temperature compensation as a first approximation. So z. B. the capacities C 1

und C. kleiner, so nimmt die Voreilung von U1 zu und die Nacheilung von £/., ab, φ dagegen ändert sich nur wenig. Letzteres gilt ebenso bei einer Änderung der Speisefrequenz. Der beschriebene digitale Kondensator-Meßumformer zeichnet sich durch hohe Ge-and C. smaller, the lead of U 1 increases and the lag of £ /., decreases, while φ changes only slightly. The latter also applies to a change in the feed frequency. The digital capacitor transmitter described is characterized by its high

ao nauigkeit bei einfachem Aufbau aus. Durch die Brükkenschaltung werden keine besonderen Anforderungen an die Bauelemente gestellt.ao accuracy with a simple structure. The bridge circuit means that there are no special requirements placed on the components.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

1 2 Bestimmung der mittleren Abweichung einer variab- Patentansprüche· len Größe von ihrem Mittelwert bekannt (schweizerische Patentschrift 281 330), deren ÄC-Glieder je-1 2 Determination of the mean deviation of a variable variable from its mean value is known (Swiss patent 281 330), the C terms of which each 1. Meßvorrichtung zur Umformung der Stellung doch Siebglieder darstellen.1. Measuring device for reshaping the position but represent sieve members. eines beweglichen Instrumenten-oder Geräteteiles 5 Schließlich ist auch ein elektronischer Meßtasterof a movable instrument or device part 5 Finally, there is also an electronic measuring probe in den Phasenwinkel einer elektrischen Wechsel- bekannt (»Elektronik«, 1958, Nr. 7, S. 220), bei demin the phase angle of an electrical alternation known ("Electronics", 1958, No. 7, p. 220), in which Spannung mit einem von dem Teil verstellten Dif- eine Einspeisung von zwei gleichfrequenten Wechsc!-Voltage with a difference adjusted by the part - a feed of two equal frequency alternations! - ferentialkondensator und einer die beiden Teil- strömen von einer Wechselstromquelle aus erfolgt,differential capacitor and one of the two partial currents is carried out from an alternating current source, kapazitäten des Kondensators in benachbarten und zwar über einen Kompensator, der eine Kapa-capacities of the capacitor in neighboring ones, namely via a compensator, which has a capacitance Zweigen aufnehmenden, mit Wechselstrom ge- ίο zitätsanordnung darstellt. Der bekannte Meßtaster istBranches receiving, with alternating current ge ίο represents arrangement. The well-known probe is speisten Brückenschaltung, dadurch ge- dazu geeignet, das Erreichen vorher eingestellterfed bridge circuit, thus suitable for reaching previously set kennzeichnet, daß die zwei übrigen Zweige Fertigmaße bei der Produktion zu signalisieren,indicates that the two remaining branches indicate finished dimensions during production, der Brückenschaltung (B) an jeweils eine Wech- Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde,the bridge circuit (B) to one alternating The invention is based on the object selstromquelle (U1, U3) angeschlossen sind, die eine Meßvorrichtiing zu scharfen, die eine im Ver-selstromquelle (U 1 , U 3 ) are connected, which a measuring device to arm, the one in the ver zwei gleichfrequente, "in ihrer Phasentage wenig 15 gleich zu der eingangs beschriebenen, bekannten Vor-two equal-frequency, "in their phase days little 15 equal to the well-known prediction described at the beginning von 180° abweichende Wechselströme in die richtung sehr hohe Meßgenauigkeit aufweist undhas alternating currents deviating from 180 ° in the direction very high measurement accuracy and beiden Zweige der Brückenschaltung einspeisen, trotzdem einen verhältnismäßig einfachen Schaltungs-feed both branches of the bridge circuit, nevertheless a relatively simple circuit und daß die beiden mit diesen Wechselströmen aufbau aufweist. Darüber hinaus soll mit der Erfin-and that the two have build-up with these alternating currents. In addition, the invention gespeisten Zweigwiderstände (R1, C0) der Brük- dung eine Meßvorrichtung geschaffen werden, beifed branch resistances (R 1 , C 0 ) of the bridging a measuring device are created at kenschaltung (B) Teile je eines an die beiden 20 der sich in einfacher Weise der Meßbereich änderncircuit (B) parts one to each of the two 20 which change the measuring range in a simple manner Wechselstromquellen (IZ1, U0) angeschlossenen läßt.AC sources (IZ 1 , U 0 ) can be connected. RC-Spannungsteilers (R1, C1; R2, C) sind, dessen Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Meßvorrich-RC voltage divider (R 1 , C 1 ; R 2 , C) are, whose To solve this problem is a measuring device einer Zweigwiderstand eine Kapazität: (C2) und tung zur Umformung der Stellung eines beweglichena branch resistance a capacitance: (C 2 ) and device for transforming the position of a movable dessen anderer (R1) ein ohmscher Widerstand ist. Instrumenten- oder Geräteteiles in den Phasenwinkelwhose other (R 1 ) is an ohmic resistor. Instrument or device part in the phase angle 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch 15 einer elektrischen Wechselspannung mit einem von gekennzeichnet, daß die Stromkreise beider Wech- dem Teil verstellten Differentialkondensator und einer selstromquellen (C1, C2) derart bemessen sind, die beiden Teilkapazitäten des Kondensators in bedaß an beiden Brückenzweigwiderständer (R1. C1) nachbarten Zweigen aufnehmenden, mit Wechselgleich große Wechselspannungen abfallen. " strom gespeisten Brückenschaltung geeignet, bei der 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the circuits of both alternating parts adjusted differential capacitor and a selstromquellen (C 1 , C 2 ) are dimensioned in such a way that the two partial capacitances of the capacitor are in both Bridge branch resistors (R 1. C 1 ) receiving adjacent branches, drop with alternating equal large alternating voltages. "current-fed bridge circuit suitable for the 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 30 erfindungsgemäß die zwei übrigen Zweige der Brük· dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler- kenschaltung an jeweils eine Wechselstromquelk anElemente (A1, C1; A2, C.,) untereinander gleiches geschlossen sind, die zwei gleichfrequente. in ihrer Temperaturverhalten aufweisen. Phasenlage wenig von ΙβΟ"1 abweichende Wechselströme in die beiden Zweige der Brückenschaliung3. Measuring device according to claim 1 or 2, 30 according to the invention the two other branches of the bridge · characterized in that the voltage divider circuit is connected to an alternating current source in each case on elements (A 1 , C 1 ; A 2 , C.,) are mutually identical, the two of the same frequency. exhibit in their temperature behavior. Phasing little deviating from ΙβΟ " 1 alternating currents in the two branches of the bridge cladding 35 einspeisen, und daß die beiden mit diesen Wechsel35 feed, and that the two with this change strömen gespeisten Zweigwiderstände der Brückenschaltung Teile je eines an di: beiden Wechselstrom-fed branch resistances of the bridge circuit parts flow one to di: both alternating current Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrich- quellen angeschlossenen ÄC-SpannungsU'ikrs sind,The invention relates to a measuring device sources connected AC voltage U'ikrs are, tung zur Umformung der Stellung eines beweglichen dessen einer Zweigwiderstand eine Kapaz tat unddevice for reshaping the position of a movable branch of which a capacitance did and Instrumenten- oder Geräteteiles in den Phasenwinkel *o dessen anderer ein ohmscher Widerstand ist.Instrument or device part in the phase angle * o the other is an ohmic resistance.
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