DE2228490B2

DE2228490B2 - Anordnung zur Verkürzung der Einstellzeit

Info

Publication number: DE2228490B2
Application number: DE19722228490
Authority: DE
Inventors: Christoph 3400 Goettingen Fahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Feinpruef- Feinmess- und Pruefgeraete 3400 GmbH
Priority date: 1972-06-12
Filing date: 1972-06-12
Publication date: 1978-03-30
Also published as: DE2228490C3; DE2228490A1; CH566619A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verkür- J5 zung der Einstellzeit eines schwingungsfähigen massebehafieten Gebildes, auf das eine elastische Kraft und eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung wirken, durch die dem Gebilde während des Einstellvorgangs ein Impuls entzogen wird und das aus einer Ruhelage ·*° auslenkbar ist oder das aus einer ausgelenkten Stellung in eine Ruhelage zurückkehren kann.

Schwingungsfähige Gebilde der genannten Art werden vielfältig benutzt, um z. B. die Größe einer zeitlich veränderten Kraft anzuzeigen oder sie dienen als ausgleichendes Koppelelement zur Aufnahme von zeitlich veränderlichen Kräften und Abständen. Charakteristisches Merkmal in fast allen Anwendungen ist die Einstellzeit. Sie schränkt z. B. als Grenzfrequenz die Leistungsfähigkeit von Schreibwerken ein. Sicherheit und Geschwindigkeit der Ablesung von Zeigern sind durch ihre Einstellzeit bedingt. Die Einstellzeit hängt von Masse, Richtgröße und Dämpfung des schwingungsfähiger Gebildes ab. Üblicherweise wird die Einstellzeit dadurch optimiert, daß die geschwindigkeitsproportionale Dämpfung entsprechend dem aperiodischen Grenzfall eingestellt wird. Bei gegebener Empfindlichkeit und Masse des Gebildes ist damit auch die Dämpfung in ihrer Größe festgelegt. Eine unwesentliche Verbesserung des Einstellverhaltens wird erzielt durch ein geringfügiges Überschwingen des Gebildes über seine Endlage hinaus. Die damit verbundene Umkehr z. B. eines Zeigers beeinträchtigt jedoch die Sicherheit der Entscheidung bei schneller Ablesung, so daß der zeitliche Gewinn wieder ^h*> verlorengeht. Anwendungen, bei denen kurze Einstellzeit primäre Forderung ist, entspricht man dadurch, daß man die Eigenfrequenz des Gebildes heraufsetzt. Das ren Konstruktionen mit teueren Dauermagneten. Weiterhin ist bekannt (DT-AS 10 12683), bei Schleifenoszillographen und Galvanometern elektrische, aus führt z. B. bei Drehspul-Strommessern, wenn die Empfindlichkeit vorgegeben ist, unwirtschaftlich schwe-Kondensator und Induktivität bestehende Resonanzkreise diesem parallel und in Serie zu schalten, wobei die Eigenfrequenz des Galvanometers und der Resonanzkreise identisch ist und weitere Abstimmbedingungen eingehahen werden müssen. Diese Maßnahmen werden getroffen, wenn aufgrund des hohen Innenwiderstandes der Spannungsquelle die erforderliche Dämpfung im äußeren Schließungskreis nicht erreicht werden kann. Die richtig dimensionierten Resonanzkreise ermöglichen eine geeignete Wahl der Dämpfung, bei der jedoch stets der aperiodische Grenzfall angestrebt wird, so daß durch diese Resonanzkreise in bezug auf die Einstellzeit keine Verbesserung gegenüber dem vorher angeführten Stand der Technik erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gegebener Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Gebildes die Einstellzeit gegenüber dem aperiodischen Grenzfall wesentlich zu verkürzen gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die geschwindigkeitsproportionale Dämpfung stärker als dem aperiodischem Grenzfall entsprechend dimensioniert wird, und daß eine Vorrichtung vorgesehen wird, die dem Gebilde zu Beginn des Einstellvorgangs einen zusätzlichen Impuls erteilt, der proportional der auslenkenden Kraft bzw. der Auslenkung in der ausgeienkten Stellung ist und gleich dem Impuls ist, der dem Gebilde während des Einstellvorgangs durch die über den aperiodischen Grenzfall hinausgehende Dämpfung entzogen wird.

Die Erfindung ist überall vorteilhaft, wo die gegebene Ausführung des schwingungsfähigen Gebildes ohne weitere Maßnahmen eine Erhöhung der Dämpfung zuläßt. Das kann beispielsweise bei Drehspulinstrumenten leicht erreicht werden, indem man den Leitwert des metallischen Wickelrahmens vergrößert.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung des Impulses kann in vielfältiger Weise durch elektronische Spannungs-Impuls-Umsetzer verwirklicht werden, die einen der Auslenkung proportionalen Impuls erzeugen, der z. B. bei Drehspulinstrumenten als Stromstoß zu Beginn des Einstellvorganges eingespeist wird.

Bei der Anwendung auf einen an eine Spannungsquelle anschaltbaren Drehspulspannungsmesser ist die genannte Vorrichtung besonders einfach zu realisieren. Es braucht lediglich zwischen Spannungsquelle und Drehspulmeßwerk ein geeignet bemessener Kondensator geschaltet zu werden, dessen Umladestrom den erforderlichen zusätzlichen Impuls liefert.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sei am Beispiel eines Drehspulspannungsmessers erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einstellvorganges für die Anordnung nach Fig. 1.

Die Anordnung enthält eine Spannungsquelle 1 und ein Drehspulmeßwerk 2, das ein Trägheitsmoment, Richtmoment und eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung aufweist. Die Spannungsempfindlichkeit wird durch einen Vorwiderstand 3 festgelegt, während ein Kondensator 4 einen zusätzlichen Impuls erteilt. Das Drehspulmeßwerk befindet sich bis zur Zeit t_o in seiner

Ruhelage. Dann wird die Spannung der .Spannungsquelle 1 sprungartig eingeschaltet. Die Dämpfung sei wesentlich stärker als dem aperiodischen Grenzfall entsprechend eingestellt. Bei fehlendem Kondensator 4 kriecht dann das DrehspulmeQwerk bekanntlich sehr langsam in seine Endlage X₀.

Fügt man den Kondensator 4 ein, dann lädt sich dieser über den niedrigen Innenwiderstand der Spannungsquelle I und des Drehspulinstrumentes 2 sehr schnell auf die Spannung der Spannungsquelle 1 auf und erzeugt Ό dabei am Drehspulinstrument einen Drehimpuls, so daß die Drehspule mit hoher Winkelgeschwindigkeit ihre Ruhelage verläßt und sehr schnell auf die Endlage zuläuft. Die Dämpfung bremst die Bewegung. Ist der Anfangsimpuls sehr groß gewesen, dann kommt die '5 Bewegung jenseits der Endlage zum Stillstand; die Drehspule kehrt ihre Laufrichtung um und kriecht langsam, da nun kein Impuls mehr erzeugt wird, in die Endlage. Diese erreicht sie um so schneller, je näher Umkehrpunkt und Endlage benachbart sind. Ist der Anfangsimpuls zu klein gewesen, dann wird die schnelle Bewegung vor Erreichen der Endlage abgebremst und der Rest des Weges ebenfalls langsam kriechend zurückgelegt. Es existiert nun der Grenzfall, daß die schnelle Bewegung genau bei Erreichen der Endlage zur Ruhe kommt. Der langsame Ausgleichsvorgang fehlt dabei. Dies ist der kürzest mögliche Einstellvorgang. Der zusätzliche Impuls wird genau von der zusätzlichen, geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung während des Einstellvorganges verbraucht. Experiment und Theorie zeigen übereinstimmend, daß diese ausgezeichnete Dimensionierung des zusätzlichen impulses proportional zur Auslenkung ist, so daß für jede Größe der Auslenkung ein schnelles Einstellen gewährleistet werden kann.

Fig. 2 stellt vergleichsweise mit einer Kurve 5 den Einstellvorgang für eine erfindungsgemäße Anordnung und mit der Kurve 6 einer Einstellvorgang nach dem aperiodischen Grenzfall dar. Die Zeit ist auf die Periode l_u des ungedämpften Systems normiert. Die Dämpfung ist bei der Kurve 5 doppelt so groß wie im aperiodischen Grenzfall bei dei Kurve 6 gewählt. Diese Gegenüberstellung macht den Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung deutlich. Diese benötigt bei diesem Beispiel weniger als ein Fünftel der Einstellzeit im aperiodischer Grenzfall.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verkürzung der Einstellzeit ■ eines schwingungsfähigen massebehafteten Gebildes, auf das eine elastische Kraft und eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung wirken, durch die dem Gebilde während des Einstellvorganges ein Impuls entzogen wird und das aus einer Ruhelage auslenkbar ist oder das aus einer ausgelenkten Stellung in eine Ruhelage zurückkehren kann, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwindigkeitsproportionale Dämpfung stärker als dem aperiodischen Grenzfall entsprechend eingestellt ist, daß eine Vorrichtung (4) vorgesehen ist, durch die dem massebehafteten Gebilde zu Beginn des Einstellvorganges ein zusätzlicher Impuls erteilt wird, der proportional der auslenkenden Kraft bzw. der Auslenkung in der ausgelenkten Stellung ist und gleich dem Impuls ist, der dem massebehafteten Gebilde während des Einstellvorganges durch die über den aperiodischen Grenzfall hinausgehende Dämpfung entzogen wird.

2. Anordnung zur Verkürzung der Einstellzeit eines schwingungsfähigen Gebildes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf einen an eine Spannungsquelle anschaltbaren Drehspulspannungsmesser die Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines zusätzlichen Impulses ein Kondensator ist, der zwischen der Spannungsquelle und dem Drehspulmeßwerk geschaltet ist.