DE2362643B2 - Signal processing device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, z. B. für die Erzeugung und Übertragung von Meß- und/oderThe invention relates to a signal processing device according to the preamble of claim 1, e.g. B. for the generation and transmission of measurement and / or
65 Regelsignalen in Instrumentenanlagen für industrielle Verfahren. 65 control signals in instrument systems for industrial processes.
Insbesondere ist die Erfindung anwendbar bei einer Vorrichtung zum Umwandeln, Speichern — etwa mittels einer Speichervorrichtung — und Herauslesen von Signalen, deren Größe eine numerische oder quantitative Information darstellen, z. B. die Größe oder einen anderen meßbaren Faktor physikalischer Zustände, wie Druck, Temperatur, Ventilstellung und dgl.In particular, the invention is applicable to a device for converting, storing - for example by means of a storage device - and reading out signals, the size of which is a numerical or present quantitative information, e.g. B. the size or another measurable factor of physical states, such as pressure, temperature, valve position and the like.
Bei zahlreichen Instrumentenanlagen ist es erforderlich, Signale zu erzeugen und zu verarbeiten, d.h. in aufeinanderfolgenden Schritten oder Stufen zu ändern, welche eine quantitative Information, etwa die Größen, Intensitäten usw, spezifischer physikalischer Zustände darstellen. Die erforderliche Verarbeitung solcher Signale umfaßt typischerweise verschiedene Arten von Signalumsetzungen oder -Umwandlungen, bei denen die Eigenschaft des Signals verändert wird, um gewisse gewünschte Merkmale zu erhalten oder die Durchführung bestimmter Berechnungen oder Einstellungen zu ermöglichen.In many instrument systems it is necessary to generate and process signals, i.e. in to change successive steps or stages, which contain quantitative information, such as the sizes, Represent intensities, etc., of specific physical states. The necessary processing of such Signals typically includes various types of signal conversions in which the The property of the signal is changed in order to obtain certain desired characteristics or the implementation to enable certain calculations or settings.
In vielen Fällen muß auch als integrales Element der Signalverarbeitungsfunktion die Möglichkeit vorhanden sein, die Größe des Signalwerts während einer ziemlich langen Zeitspanne zu speichern, z. B. während zugeordnete Abschnitte einer Regelanlage unterschiedliche Funktionen im Tim-Sharing-Betrieb erfüllen oder — um ein extremeres Beispiel zu nennen — wenn ein Ausfall in irgendeinem Teil der Anlage, ein Ausfall der elektrischen Stromversorgung oder ein anderer katastrophaler Vorgang aufgetreten ist.In many cases the Signal processing function the possibility to be present, the size of the signal value during a fairly to save a long period of time, e.g. B. different during assigned sections of a control system Fulfill functions in time sharing operation or - to name a more extreme example - if a failure in any part of the installation, a failure of the electrical power supply or some other catastrophic Operation has occurred.
Die bei solchen Anlagen erforderliche Speicherfunktion ist strengen Betriebs- und Leistungsvorschriften unterworfen, insbesondere in bezug auf die Aufrechterhaltung eines Signalwerts oder -pegels während langer Zeitspannen ohne nennenswerte Änderung aus welchem Grund auch immer, einschließlich der Abweichoder Drifteinflüsse, denen gewisse Arten von bekannten Speicherelementen unterliegen. Außerdem muß die Signalverarbeitungseinrichtung der genannten Art in der Lage sein, eine einfache, genaue und änderungsfreie Anzeige bzw. ein Herauslesen der gespeicherten Signalgröße zu gewährleisten, wobei die Signalinformation (Größe) in einem Format zur Verfügung steht, das allgemein 1. für die weitere Verarbeitung oder Signalhandhabung, 2. für die visuelle Darstellung der Signalinformation oder 3. für die Übertragung der Signalinformation zu einer entfernt gelegenen, zugeordneten Ausrüstung entweder auf kontinuierlicher Basis oder auf sogenannter Bedarfsbasis brauchbar ist.The storage function required in such systems is strict operating and performance regulations subject, especially with regard to the maintenance of a signal value or level during long periods Periods of time without significant change for whatever reason, including the deviation or Drift influences to which certain types of known storage elements are subject. In addition, the Signal processing device of the type mentioned to be able to provide a simple, precise and change-free To ensure display or read-out of the stored signal variable, the signal information (Size) is available in a format that is generally 1. for further processing or Signal handling, 2. for the visual representation of the signal information or 3. for the transmission of the Signaling information to remotely located associated equipment either on a continuous basis or is useful on a so-called on-demand basis.
Ein Beispiel für eine bekannte Signalverarbeitungsvorrichtung mit Speicherfunktion der allgemeinen infrage stehenden Art findet sich in der US-PS 35 50 014, die einen elektronischen Verfahrensregler vom Analog-Typ offenbart, bei dem ein Zustand-Meßsignal und ein Sollwertsignal miteinander verglichen werden, um ein Regelabweichsignal zu liefern, das durch Bewertungseinrichtungen und Rückführungen zu einem Gleichstrom-Ausgangssignal verarbeitet wird, welches seinerseits zu einem Strömungsventil o. dgl. geleitet wird, um das Ventil entsprechend der Größe des Regler-Ausgangssignals einzustellen. Zur Anpassung und Vorbereitung des Umschaltens des Reglers auf Handbetrieb wird das Regler-Ausgangssignal auch zu einem sogenannten »Speicherkondensator« (Bezugsziffern 74 der genannten Patentschrift) geleitet, um diesen Kondensator auf einen dem Ventilregelsignal entsprechenden Wert aufgeladen zu halten.An example of a known signal processing device with memory function of the general The type in question is found in US-PS 35 50 014, which describes an electronic process controller of the analog type disclosed in which a state measurement signal and a setpoint signal are compared with one another to provide a system deviation signal that is passed through evaluation devices and feedbacks to a Direct current output signal is processed, which in turn is passed to a flow valve or the like to adjust the valve according to the size of the controller output signal. To adapt and preparing to switch the controller to manual mode, the controller output signal is also too a so-called "storage capacitor" (reference number 74 of the patent mentioned) passed to this To keep the capacitor charged to a value corresponding to the valve control signal.
Beim Umschalten des Reglers auf Handbetrieb liefert der genannte Speicherkondensator zusammen mit der zugeordneten Signalerzeugungsschaltung das Ventilregelsignal, wobei der Regelsignalpegel auf dem Wert gehalten wird, den dieses Signal unmittelbar vor dem Umschalten auf Handregelung besaß. In der Praxis müssen der Speicherkondensator und seine zugeordnete Schaltung aus Bauteilen höchster Qualität bestehen, die in der Lage sind, die Kondensatoraufladung bei nur mäßigen Abweichungen über eine vergleichsweise lange Zeitspanne hinweg aufrechtzuerhalten. Der Kondensator vermag daher über eine bestimmte Zeitspanne ein nahezu konstantes, kontinuierliches Ventilregelsignal zu liefern, welches praktisch dem Regler-Ventilsignal zum Zeitpunkt des Umschaltens auf Handbetrieb entsprichtWhen the controller is switched to manual mode, the aforementioned storage capacitor delivers together with the associated signal generating circuit, the valve control signal, the control signal level at the value that this signal had immediately before switching to manual control. In practice the storage capacitor and its associated circuit must consist of components of the highest quality, which are able to charge the capacitor with only moderate deviations over a comparatively sustained for long periods of time. The capacitor is therefore capable of a certain amount Time to deliver an almost constant, continuous valve control signal, which is practically the Controller valve signal at the time of switching to Manual operation corresponds
Die Aufladung eines jeden derartigen Speicherkondensators verschwindet jedoch schließlich, wenn auch langsam infolge von Leckströmen, so daß das Ventilsignal nicht auf genau festgelegter Größe bleibt. Infolgedessen muß der Hand-Signalpegei von Zeit zu Zeit nachjustiert werden, wenn der Regler längere Zeit auf Handbetrieb bleibtHowever, the charging of any such storage capacitor eventually disappears, albeit slowly as a result of leakage currents, so that the valve signal does not remain at a precisely defined level. As a result, the manual signal level must be readjusted from time to time if the controller is used for a longer period of time remains in manual mode
Ein anderes Beispiel einer bekannten Signalverarbeitungsvorrichtung mit einer Speichervorrichtung ist in der US-PS 30 34 718 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt eine Verfahrensregelanlage mit einem zentral angeordneten Digitalrechner zur Bestimmung der Sollwerte einer Anzahl von getrennten Analogreglern. Dieser Rechner erzeugt Sollwert-Einstellsignale, die periodisch nacheinander zu Sollwertstationen übertragen werden, welche den betreffenden Anelogreglern zugeordnet sind. Diese Sollwertstationen liefern Sollwertsignale für die zugeordneten Regler.Another example of a known signal processing device with a memory device is described in US-PS 3,034,718. This patent specification describes a process control system with a centrally arranged digital computer for determination the setpoints of a number of separate analog controllers. This computer generates setpoint setting signals, which are transmitted periodically one after the other to setpoint stations, which the respective analog controllers assigned. These setpoint stations supply setpoint signals for the assigned controllers.
Jede Sollwertstation dient auch als Speichervorrichtung zur Speicherung des vorher bestimmten Sollwertsignalpegels für die Verwendung durch den zugeordneten Regler während der Zeitspannen, während denen kein Signal vom Rechner erhalten wird. Die Einstellsignale vom Rechner ändern den gespeicherten Signalpe- 4ö gel, sooft dies erforderlich ist, und der Sollwert wird dann auf dem neu eingestellten Pegel gehalten, bis das nächste Einstellsignal empfangen wird. Der Sollwertsignalpegel kann gewünschtenfalls auch von Hand eingestellt werden.Each setpoint station also serves as a storage device for storing the predetermined setpoint signal level for use by the assigned controller during the periods during which no signal is received from the computer. The setting signals from the computer change the stored signal level gel as often as necessary, and the setpoint is then held at the newly set level until the next adjustment signal is received. If desired, the setpoint signal level can also be set manually can be set.
Die in der zuletzt genannten US-PS beschriebene Sollwertstation besteht grundsätzlich aus einer mechanischen Anordnung, bei welcher ein mit konstanter Drehzahl arbeitender, reversibler Motor auf ein Impulslängen-Rechnersignal anspricht und eine ein so Ausgangspotentiometer tragende Welle durch Drehen verstellt. Wenn der Motor durch das Rechnersignal nicht erregt ist, hält er die Wellenposition fest und »speichert« auf diese Weise das Sollwertsignal, das über das Potentiometer zum zugeordneten Analogregler übertragen wird. Der reversible Motor erfüllt mithin die doppelte Aufgabe, daß einmal das Ausgangspotentiometer verdreht und dabei das Sollwertsignal geändert und zum anderen das Sollwertsignal auch :>gespeichert« wird, indem die Wellenposition zwischen den einzelnen Einstellsignalen vom Rechner festgehalten wird.The setpoint station described in the last-mentioned US-PS basically consists of a mechanical one Arrangement in which a constant speed, reversible motor on a Pulse length computer signal responds and a shaft carrying such an output potentiometer by turning adjusted. When the motor is not excited by the computer signal, it holds the shaft position and In this way, "saves" the setpoint signal that is sent via the potentiometer to the assigned analog controller is transmitted. The reversible motor therefore fulfills the double task of being the output potentiometer twisted and thereby the setpoint signal changed and on the other hand the setpoint signal also:> saved « by recording the shaft position between the individual setting signals by the computer.
Ersichtlicherweise ist der konstruktive und finanzielle Aufwand für eine solche elektromagnetische Speichereinrichtung beträchtlich.Obviously, the design and financial outlay for such an electromagnetic storage device considerably.
Es besteht also gegenüber der erstgenannten US-PS 35 50 014 ein Bedarf für eine wirklich zufriedenstellende, abweichungsfreie Speicheranordnung, welche das Ventilsignal auf gleichbleibender Größe zu halten vermag, ohne andere Komplikationen oder Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Eine solche alternative Speicheranordnung sollte andererseits aber einfachen Aufbau besitzen, billig herzustellen und zuverlässig im Betrieb sein. Vorzugsweise sollte sie in der Lage sein, etwi eine Ventileinstellungsinfcrmation auch im Fall von Stromausfall oder anderen Anlagenstörungen aufrechtzuerhalten. Die Lösung dieses Problems der einwandfreien Speicherfunktion eines Signalwerts auch über lange Zeiträume — etwa im Fall eines Stromausfalls — mit einer vergleichsweise billig zu realisierenden Speichereinrichtung liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde.So there is compared to the first-mentioned US-PS 35 50 014 a need for a really satisfactory, Deviation-free memory arrangement, which keeps the valve signal at a constant level is able to accept without other complications or disadvantages. Such an alternative On the other hand, however, the storage arrangement should have a simple structure, be inexpensive to manufacture and be reliable in the Operation. Preferably it should be able to provide some valve setting information also in the case from power failure or other system malfunctions. The solution to this problem is the correct storage function of a signal value even over long periods of time - for example in the event of a power failure The object of the invention is to use a memory device that can be implemented comparatively cheaply underlying.
Die technische Lösung ergibt sich erfindungsgemäß aus den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen deren vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.According to the invention, the technical solution results from what is stated in the characterizing part of claim 1 Measures contained, the advantageous embodiments of which are characterized in the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinrichtung weist eine auf einen bestimmten Zustand ansprechende Vorrichtung zur Lieferung eines Signals auf, das eine Zustandsgröße oder ein anderes meßbares Merkmai anzeigt oder dafür repräsentativ ist. Dies bedeutet, daß der interessierende Zustand in Form einer quantitiativen, d. h. numerischen Information ausdrückbar ist, so daß er durch eine regelbare (variable) Signaleigenschaft wiedergegeben werden kann, die sich auf verschiedene Weise, z. B. al« Signalamplitude, Frequenz oder in Form eines anderen repräsentativen Werts darstellen läßt. Die Verarbeitung dieses Signals umfaßt in einer Stufe oder Phase derselben die Speicherung eines entsprechenden Siignalpegels in einer noch zu beschreibenden Speichervorrichtung, welche eine im wesentlichen driftfreie Aufrechterhaltung der Signalinformation während längerer oder unbegrenzter Zeitspannen gewährleistet.A signal processing device according to the invention has a certain state responsive device for supplying a signal that is a state variable or another measurable Merkmai indicates or is representative of it. This means that the state of interest is in the form of a quantitative, d. H. numerical information can be expressed, so that it can be represented by a controllable (variable) Signal property can be reproduced which differ in various ways, e.g. B. al «signal amplitude, Frequency or in the form of another representative value. The processing of this signal comprises, in a stage or phase thereof, the storage of a corresponding signal level in a yet to be described memory device, which a substantially drift-free maintenance of the Signal information guaranteed for longer or unlimited periods of time.
Die Signalverarbeitung im Anschluß an die Speicherung in der driftfreien Speichervorrichtung umfaßt die Umwandlung und/oder Darstellung der Signalinformation in einer an den vorgesehenen Verwendungszweck angepaßten Form, so daß die Art dieser Darstellung vom betreffenden Anwendungsfall abhängt. In einigen Fällen kann die Darstellung der gespeicherten Information als für das Verständnis geeignetes visuelles bzw. Sichtsignal erfolgen, z. B. durch Verschiebung eines Zeigers über eine Skala. In anderen Fällen wird die gespeicherte Information in ein anderes Signalformat umgewandelt, das sich für die Übertragung zu einer entfernt angeordneten, das Signal verwendenden Vorrichtung eignet. Typischerweise liegt dieses Signal in Form eines regel- oder steuerbaren Energiepegels oder in anderer zweckmäßiger Form vor.Signal processing subsequent to storage in the drift-free memory device includes Conversion and / or display of the signal information in a manner adapted to the intended use adapted shape, so that the type of representation depends on the application in question. In some In some cases, the representation of the stored information can be viewed as a visual resp. Visual signal take place, z. B. by moving a pointer over a scale. In other cases, the Stored information is converted into another signal format that is suitable for transmission to a remotely located device using the signal. Typically this signal is in Form of an adjustable or controllable energy level or in another appropriate form.
Die die interessierende Information enthaltenden »aktiven« Signale können in verschiedenen Teilen der Signalverarbeitungsvorrichtung ziemlich verschiedene Gestalt besitzen. Beispielsweise können sie elektrische, pneumatische, mechanische oder visuell erkennbare Informationssignale sein oder aber in noch anderer Form vorliegen. Wichtig ist dabei, daß diese Signale geeignet sein müssen, die gewünschte Information oder Mitteilung bezüglich des Eingangszustandes weiterzugeben, daß sie sich für jede erforderliche Verarbeitung eignen und daß sie ohne weiteres in eine Form umsetzbar sind, die sich zur Vorwendung bei der in Einzelheiten noch zu beschriebenden driftfreien Speichervorrichtung eignet.The "active" signals containing the information of interest can be in different parts of the Signal processing apparatus can have quite a variety of shapes. For example, they can use electrical, be pneumatic, mechanical or visually recognizable information signals or else in other ways Form. It is important that these signals must be suitable for the desired information or Forward notification of the input status that they are available for any necessary processing are suitable and that they can easily be converted into a form that is suitable for use in the in Details still to be described drift-free storage device is suitable.
Die einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildende Speichervorrichtung weist ein bewegbares Glied mit einem daran angebrachten,The memory device forming part of a preferred embodiment of the invention comprises a movable link with an attached,
nichtmagnetischen, fahnenartigen Element auf, das sich durch eine Masse aus winzigen, magnetisierbaren Teilchen in einem magnetischen Feld bewegt. Die Teilchen werden hierbei magnetisiert und kommen in reibungserzeugenden Eingriff mit dem nichtmagnetischen Fahnenelement, so daß sie bestrebt sind, dieses Element und das ihm zugeordnete bewegbare Glied beim Fehlen einer Eingangs-Antriebskraft in einer festen Position zu halten. Diese Antriebskraft kann auf verschiedenartige Weise erzeugt werden, beispielsweise durch einen elektrisch erregbaren, solenoidartigen Motor, welcher auf das bewegbare Glied eine vergleichsweise konstante Größe besitzende, aber richtungsmäßig umkehrbare Kraft ausübt.non-magnetic, flag-like element, which is characterized by a mass of tiny, magnetizable Particles moved in a magnetic field. The particles are magnetized and come in friction-generating engagement with the non-magnetic flag element, so that they strive to this Element and its associated movable member in the absence of an input drive force in one to keep a fixed position. This driving force can be generated in various ways, for example by an electrically excitable, solenoid-type motor which acts on the movable member exerts a force of comparatively constant magnitude but reversible in direction.
V/enn der Antriebsmotor in Abhängigkeit von einem Eingangssignal erregt wird, wird das bewegbare Glied — isofern die Antriebskraft genügend lange angelegt wird — gegen die Reibungskraft der magnetisierten Teilchen beschleunigt, bis das bewegbare Glied eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht und sich in Richtung auf eine neue Sollposition bewegt. Die Position des bewegbaren Glieds wird durch eine Einrichtung, wie einen Position:Spannung-Wandler, z. B. eine Hall-Effektvorrichtung, kontinuierlich gemessen oder abgegriffen, wobei diese Wandlereinrichtung ein Abgreif- bzw. Lesesignal erzeugt, dessen Größe jederzeit der Position des bewegbaren Glieds entspricht. Dieses Spannungssignal wird bei bestimmten, noch zu beschreibenden, sich auf Servosysteme beziehenden Ausführungsformen der Erfindung als Rückkopplungssignal an den Eingang der Motorsteuerschaltung angelegt, um die Motorkraft auf Null abfallen zu lassen, wenn die Sollposition des bewegbaren Glieds erreicht ist. Eine solche Magnetreibung-Speicheranordnung gewährleistet eine erheblich verbesserte Servoleistung, was anscheinend, wie noch näher erläutert werden wird, insbesondere auf die durch die magnetisierten Teilchen gewährleistete, spezielle Reibungskraf!charakteristik zurückzuführen ist.When the drive motor is excited in response to an input signal, the movable member becomes - if the driving force is applied long enough - against the frictional force of the magnetized Particle accelerates until the movable member reaches a certain speed and moves in Moved towards a new target position. The position of the movable member is determined by a Device such as a position: voltage converter, e.g. B. a Hall effect device, measured continuously or tapped, this converter device generating a tapping or read signal, the size of which corresponds to the position of the movable member at all times. This voltage signal is used for certain Embodiments of the invention relating to servo systems to be described as Feedback signal applied to the input of the motor control circuit in order to drop the motor force to zero to leave when the target position of the movable member is reached. Such a magnetic friction storage device ensures significantly improved servo performance, which apparently, as will be explained in more detail will, in particular, on the special frictional force characteristic guaranteed by the magnetized particles is due.
V/enn durch den Antriebsmotor keine Rückstellkraft ausgeübt wird, hält die Reibungsanordnung auf den magnetischen Teilchen das bewegbare Glied fest in seiner Position. Dies bedeutet, daß die Magnetreibungseinrichtung eine Speicherfunktion erfüllt, wobei sie durch die Position des bewegbaren Glieds, die zuletzt durch den signalgesteuerten Antriebsmotor geändert wurde, dargestellte Signalinformation sicher in einem driftfreien Speicherzustand festhält.If no restoring force is exerted by the drive motor, the friction arrangement keeps on the magnetic particles fix the movable member in place. This means that the magnetic friction device fulfills a memory function, being determined by the position of the movable member that was last was changed by the signal-controlled drive motor, displayed signal information safely in one holds a drift-free memory state.
Der Antriebsmotor wird durch einen elektrischen Eingangsstrom gesteuert, der von einer Stromquelle geliefert wird, die ein von einem physikalischen Zustand, wie Druck, Temperatur o. dgl., abhängiges Signal erzeugt. Diese Signalquelle kann z. B. ein Rechner oder aber einer von zahlreichen verschiedenen Bauteilen, wie ein ein Ventilregelsignal erzeugender Analogregler sein.The drive motor is controlled by an input electrical current from a power source is supplied, which is a signal that is dependent on a physical state, such as pressure, temperature or the like generated. This signal source can e.g. B. a computer or one of numerous different components, such as be an analog controller generating a valve control signal.
Die zu beschreibende Speichervorrichtung kann so ausgelegt sein, daü sie Eingangssignale in verschiedenen Formaten, z. B. in Form von pneumatischen oder elektrischen Signalen, aufzunehmen vermag. Außerdem kann diese Vorrichtung so angeordnet sein, daß sie wahlweise entweder 1. durch ein vom regelbaren Zustand abhängendes Eingangssignal oder 2. von Hand betätigt werden kann. Beispielsweise kann im Fall einer einzigen erfindungsgemäßen Einheit die Antriebskraft für das bewegbare Glied von einem elektrisch gesteuerten Bauteil, etwa einem Motor o. dgl., geliefert werden, während in einer anderen Betriebsart der gleichen Vorrichtung das bewegbare Glied von Hand verstellt werden kann. In jedem Fall gewährleisten die magnetisierten Teilchen und die zugeordneten Bauteile die gleiche Speicherfunktion.The memory device to be written can be designed in such a way that it receives input signals in various Formats, e.g. B. in the form of pneumatic or electrical signals, capable of receiving. aside from that this device can be arranged so that it can either 1. by a controllable from State-dependent input signal or 2. can be operated manually. For example, in the case of a single unit according to the invention the driving force for the movable member from an electric Controlled component, such as a motor or the like., Are delivered, while in another operating mode of the same device, the movable member can be adjusted by hand. In any case, they guarantee magnetized particles and the associated components have the same storage function.
Das Ausgangssignai vom bewegbaren Glied und den zugeordneten magnetischen Reibungsteiichen kann in einer Anzahl verschiedener Formate entwickelt werden. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal in typischen Anwendungsfällen in Form eines elektrischen Signals, etwa einer Spannung oder eines Stroms, in Form eines to Lichtsignals, z. B. eines regelbaren Laserstrahls, in Form eines pneumatischen Signals oder in anderen energierepräsentativen Formen vorliegen kann. Bei Verwendung zweckmäßiger Bauteile kann das Ausgangssignal in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft als visuelles Anzeigesignal geliefert werden, beispielsweise durch Ausrichtung eines Zeigers gegenüber einer Skala oder durch Steuerung der Position des Schreibstifts eines Meßstreifen-Aufzeichnungsgeräts.The output signal from the movable member and the associated magnetic friction parts can be shown in a number of different formats can be developed. This means that the output signal in typical Applications in the form of an electrical signal, such as a voltage or a current, in the form of a to light signal, e.g. B. a controllable laser beam, in the form of a pneumatic signal or in other energy representative Forms can exist. If appropriate components are used, the output signal can be in certain applications are advantageously supplied as a visual display signal, for example by Aligning a pointer with a scale or by controlling the position of the stylus of a Measuring strip recorder.
Diese magnetische Speichervorrichtung bietet neben ihrer driftfreien Charakteristik eine Vielzahl bedeutsamer Vorteile. Beispielsweise unterliegt diese mit magnetischen Teilchen arbeitende Reibungs-Speichervorrichtung keinem Verschleiß in dem Sinne, wie ihm gewöhnliche Reibungsvorrichtungen bei längerem Gebrauch unterworfen sind. Außerdem wird die Arbeitsweise der magnetischen Speichervorrichtung in der Praxis nicht durch das Eindringen von Schmutzteilchen beeinträchtigt, da die Speichervorrichtung bereits aus zahlreichen Teilchen besteht, die in physikalischer Hinsicht den Schmutzteilchen entsprechen. Sogar Feuchtigkeit, einschließlich öl (zumindest in kleinen Mengen), hat keinen nachteiligen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der zu beschreibenden magnetischen Speichervorrichtung. Außerdem sind für die Konstruktion der magnetischen Speichervorrichtung keine kritischen Toleranzen oder Einstellungen erforderlich.In addition to its drift-free characteristic, this magnetic storage device offers a number of significant ones Advantages. For example, this magnetic particle frictional memory device is defeated no wear and tear in the sense that ordinary friction devices do with prolonged use are subject. In addition, the operation of the magnetic storage device in FIG Practice is not affected by the ingress of dirt particles, since the storage device is already out numerous particles which physically correspond to the dirt particles. Even Moisture, including oil (at least in small amounts), has no adverse effect on the Performance of the magnetic storage device to be written to. Also are for construction The magnetic storage device does not require critical tolerances or adjustments.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtIn the following preferred embodiments of the invention of the drawing are explained in more detail. It shows
F i g. 1 eine Aufsicht auf eine Signalverarbeitungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,F i g. 1 shows a plan view of a signal processing device with features according to the invention,
F i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.F i g. 2 shows a side view of the device according to FIG. 1.
Fig.3 eine Einzelheiten der mit magnetischen Teilchen arbeitenden Reibungs-Speichervorrichtung veranschaulichende Detaildarstellung, in Richtung der Pfeile 3-3 in F i g. 2 gesehen,Fig. 3 shows a detail of the magnetic particle frictional memory device Illustrative detail, in the direction of arrows 3-3 in F i g. 2 seen
Fig.4 eine Detailansicht der Positions-Anzeigeeinrichtung, in Richtung der Pfeile 4-4 in F i g. 2 gesehen,4 shows a detailed view of the position display device, in the direction of arrows 4-4 in FIG. 2 seen
Fig.5 ein Blockschaltbild zur Darstellung weiterer so Bauteile der Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Fig. 1,5 shows a block diagram to illustrate further thus components of the signal processing device according to FIG. 1,
F i g. 6 eine schematische Darstellung eines auf dem Erfindungsprinzip beruhenden Strömungsreglers,F i g. 6 a schematic representation of a flow regulator based on the principle of the invention,
F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Rechnerregelanlage mit Analogreglerunterstützung und Handregelmöglichkeit unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,F i g. 7 a schematic representation of a computer control system with analog controller support and manual control option using the device according to the invention,
F i g. 8 ein Blockschaltbild zur schematischen Darstellung einer auf Zeitteilerbasis arbeitenden Aufzeichnungsanlage mit Merkmalen nach der Erfindung,F i g. 8 is a block diagram for the schematic representation of a recording system operating on a time divider basis with features according to the invention,
F i g. 9 eine graphische Darstellung gewisser Kraft:Strecken-Eigenschaften einer mit magnetischen Teilchen arbeitenden Reibungs-Speichervorrichtung undF i g. Figure 9 is a graph of certain force: stretch properties of one with magnetic Particle-working friction storage device and
F i g. 10 und 11 zwei Skizzen, welche die Ausrichtung und die Verlagerung der Magnetteilchen im Betrieb veranschaulichen.F i g. 10 and 11 two sketches showing the alignment and illustrate the displacement of the magnetic particles during operation.
Die in den Fig.) und 2 dargestellte erfinduingsgemä-The erfinduingsgemä- shown in Figs.) And 2
ße Vorrichtung weist ein längliches Glied 20 auf, das bei 22 beispielsweise mit Hilfe zweckmäßiger Biegestellen oder Biegegelenke zur Ermöglichung einer Schwenkbewegung in einer waagerechten Ebene angelenkt ist. Diese Bewegung kann dem bewegbaren Glied durch eine Betätigungseinrichtung erteilt werden, die verschiedenartige Form besitzen kann und bei der dargestellten Ausführungsform aus einem elektrisch erregbaren Schwingspulen-Antriebsmotor 24 besteht. Die Spule 26 dieses Motors ist am bewegbaren Glied 20 montiert und umschließt einen Dauermagneten 28, der ortsfest auf der Basis bzw. dem Sockel des Geräts montiert ist. Ein Stromfluß durch die Motorspule erzeugt eine entsprechende, der Stromstärke proportionale Kraft, die bestrebt ist, das bewegbare Glied 20 um seine Schwenkachse herum in einer Richtung zu verdrehen, die von der Richtung (Polarität) des Stromflusses abhängt.ße device has an elongated member 20, which at 22 is articulated, for example with the help of appropriate bending points or bending joints to enable a pivoting movement in a horizontal plane. This movement can be imparted to the movable member by an actuating device which can take various forms and in which The illustrated embodiment consists of an electrically excitable voice coil drive motor 24. The coil 26 of this motor is mounted on the movable member 20 and encloses a permanent magnet 28, the is fixedly mounted on the base or the base of the device. A current flow through the motor coil generates a corresponding force proportional to the current intensity which tends to move the movable member 20 rotate its pivot axis around in a direction different from the direction (polarity) of the Current flow depends.
Wie erwähnt, stellt der Ausschlag des bewegbaren Glieds 20 tatsächlich ein Signal dar, welches eine quantitative Größe o. dgl. einer Information bezüglich irgendeines physikalischen Zustands, etwa der Temperatur o. dgl., wiedergibt. Zur Gewährleistung der Aufrechterhaltung dieser Information unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen ist das angelenkte Glied 20 an seinem linken Ende mit einer allgemein bei 30 angedeuteten Speichervorrichtung gekoppelt. Obgleich diese Speichervorrichtung eine Bewegung des Glieds 20 durch den Motor 24 zuläßt, vermag es dieses bewegbare Glied 20 fest in einer vorgegebenen Position zu halten, in welche es durch den genannten Motor oder durch irgendeine andere Antriebsquelle ausreichender Stärke gebracht worden ist. Diese Haltewirkung wird durch eine Reibungs-Haltekraft erzeugt, welche eine ausreichende Hemmkraft entwickelt, um das bewegbare Glied 20 beim Fehlen einer Antriebskraft vom Motor oder einer anderen Antriebsquelle vergleichbarer Stärke sicher in jeder vorgegebenen Position zu halten.As mentioned, the deflection of the movable member 20 is actually a signal which a represents quantitative quantity or the like of information relating to any physical state such as temperature or the like. To ensure the Maintaining this information under a variety of operating conditions is the hinged Link 20 is coupled at its left end to a storage device indicated generally at 30. Although this storage device is a movement of the Member 20 by the motor 24 allows, it can this movable member 20 fixed in a predetermined position to keep it in which it is more sufficient by the said motor or by any other drive source Strength has been brought. This holding effect is generated by a frictional holding force which is a sufficient restraining force is developed to move the movable member 20 in the absence of a driving force from the motor or another drive source of comparable strength to be held securely in any given position.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung besteht die Speichervorrichtung 30 aus einem vergleichsweise dünnen, schaufelartigen Fahnenelement 32 aus nichtmagnetischem Material, z. B. Messing, rostfreiem Stahl o. dgl. Dieses Fahnenelement ist mit dem bewegbaren Glied 20 mitbewegbar verbunden. Wie auch aus F i g. 3 hervorgeht, ist dieses Fahnenelement 32 parallel zu den einander gegenüberliegenden Polstükken 36,38 des Magneten waagerecht im Luftspalt eines Dauermagneten 34 angeordnet.In the illustrated embodiment of the invention the storage device 30 consists of a comparatively thin, shovel-like flag element 32 made of non-magnetic material, e.g. B. brass, stainless steel o. The like. This flag element is with the movable member 20 movably connected. As also from FIG. 3, this flag element is 32 parallel to the opposing pole pieces 36,38 of the magnet horizontally in the air gap of one Permanent magnets 34 arranged.
Im Luftspalt des Magneten 34 befindet sich außerdem eine durch sein etwa lotrecht verlaufendes Magnetfeld beeinflußte Masse von winzigen Teilchen 40 einer magnetisierbaren Substanz, welche die Luftspalträume über und unter dem Fahnenelement 32 praktisch ausfüllt Diese Teilchen können beispielsweise aus Ferritmaterial mit vergleichsweise niedriger Koerzitivkraft und somit vergleichsweise geringer Hysterese bestehen. Sehr zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit handelsüblichen Eisenoxidteilchen der Art erzielt, wie sie für die Herstellung von magnetischen Ferritkernen benutzt werden. Eine für Versuchszwecke verwen- dete Charge dieser Teilchen sollte laut Herstellerangabe eine Teilchengröße von 0,25 mm besitzen; eine Untersuchung dieser Teilchen zeigte jedoch, daß sie ungleichmäßige Form und Größe besaßen, wobei zwischen einigen Teilchen ein Größenunterschied von möglicherweise bis zu 50:1 bestand. Diese Ungleichförmigkeit wird jedoch derzeit nicht als erfindungswesentlich angesehen.In the air gap of the magnet 34 there is also a magnetic field which runs approximately perpendicularly due to its approximately perpendicular influenced mass of tiny particles 40 of a magnetizable substance, which the air gap spaces practically fills above and below the flag element 32. These particles can, for example, consist of Ferrite material with a comparatively low coercive force and thus a comparatively low hysteresis exist. Very satisfactory results have been obtained with commercially available iron oxide particles of the type how they are used for the manufacture of magnetic ferrite cores. Use one for experimental purposes According to the manufacturer, the batch of these particles should have a particle size of 0.25 mm; however, examination of these particles indicated that they were of irregular shape and size, with between some particles had a size difference of possibly up to 50: 1. This irregularity however, it is not currently considered to be essential to the invention.
Die Teilchen 40 werden durch das vom Dauermagneten 34 erzeugte Magnetfeld magnetisiert und haften unter dem Einfluß dieser Magnetfelds mit Reibungsberührung an den gegenüberliegenden Flächen des Fahnenelements 32 an, so daß sie eine Hemmkraft erzeugen, welche einer Bewegung des bewegbaren Glieds 20 entgegenwirkt, diese aber nicht verhindert. Die Größe dieser Reibungs-Hemmkraft ist bis zu einem gewissen Grad der Intensität des Magnetfelds proportional, das seinerseits selbstverständlich durch einen Elektromagneten erzeugt und somit regelbar geändert werden könnte, um in speziellen Anwendungsfällen besondere Effekte zu erreichen. In jedem Fall vermag jedoch die von den Teilchen 40 erzeugte Reibungskraft innerhalb eines sehr weiten Bereiches von Magnetfeldstärken zwangsläufig jede Abweichbewegung des bewegbaren Glieds 20 zu verhindern, während die gewünschte Bewegung in Abhängigkeit von einer Eingangskraft vom Antriebsmoor zugelassen wird. Die mit magnetischen Teilchen arbeitende Reibungsvorrichtung dient somit kontinuierlich als »Speichereinrichtung«, welche jede Signalgröße o. dgl. Information sicher aufrechtzuerhalten vermag, die durch die Positionierung bzw. Ausrichtung des bewegbaren Glieds 20 unter der Antriebskraft des Antriebsmotors dargestellt wird.The particles 40 are magnetized by the magnetic field generated by the permanent magnet 34 and adhere under the influence of this magnetic field with frictional contact on the opposite surfaces of the Flag element 32, so that they generate an inhibiting force which a movement of the movable Member 20 counteracts, but does not prevent it. The magnitude of this frictional inhibiting force is up to one proportional to a certain degree of the intensity of the magnetic field, which in turn is of course caused by a Electromagnet generated and thus controllable could be changed to in special applications to achieve special effects. In either case, however, the frictional force generated by the particles 40 can within a very wide range of magnetic field strengths, inevitably any deviating movement of the movable member 20 to prevent while the desired movement depending on a Input force is allowed by the driving moor. The friction device, which works with magnetic particles, thus continuously serves as a "storage device" which stores every signal variable or similar information is able to safely maintain that through the positioning or alignment of the movable Link 20 is shown under the driving force of the drive motor.
Die durch die Ausrichtung des bewegbaren Glieds 20 dargestellte Information wird durch eine Einrichtung abgelesen bzw. abgegriffen, welche ein Signal mit einer regelbaren, die betreffende Information identifizierenden Charakteristik zu liefern vermag. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 erfolgt dieses Herauslassen in erster Linie durch einen Position-Spannungs-Fühler bzw. -Wandler 50, der aus einer beliebigen an sich bekannten Vorrichtung beziehen kann, im vorliegenden Fall jedoch als sogenannter Hall-Effekt-Generator dargestellt ist Eine derartige Anordnung weist einen aus einem Halbleitermaterial bestehenden Kristall 52 auf, der an einem einstückig mit dem bewegbaren Glied 20 ausgebildeten Arm 54 montiert ist. Wenn sich das bewegbare Glied 20 um seine Schwenkachse 22 herum verdreht, verlagert sich der Kristall 52 in Richtung auf den Luftspalt eines Dauermagneten 56 zu oder von diesem weg, so daß der Kristall einer Magnetfeldintensität ausgesetzt wird, welche als Funktion der Ausrichtung des bewegbaren Glieds 20 variiert.The information represented by the orientation of the movable member 20 is provided by means read or tapped, which is able to deliver a signal with a controllable, the relevant information identifying characteristic. In the embodiment according to FIG. 1 this letting out takes place in primarily by a position-voltage sensor or transducer 50, which consists of any per se known device can refer, in the present case, however, as a so-called Hall effect generator Such an arrangement has a crystal 52 made of a semiconductor material which is mounted on an arm 54 formed integrally with the movable member 20. If that Movable member 20 rotated about its pivot axis 22 around, the crystal 52 shifts in the direction of the air gap of a permanent magnet 56 to or away from it so that the crystal is exposed to a magnetic field intensity which varies as a function of the orientation of the movable member 20.
Wenn von einer herkömmlichen, in den F i g. 1 und 2 nicht dargestellten Einrichtung aus ein konstanter elektrischer Strom durch den Halleffekt-Kristall 52 geleitet wird, führt der Einfluß dieses Magnetfelds des Magneten 56 zur Erzeugung einer Ausgangsspannung an den Kristall-Ausgangsklemmen. Die Größe dieser Spannung ist jederzeit der Magnetfeldintensität proportional. Infolgedessen entspricht die Spannungsgröße am FUhlerausgang jederzeit der Stellung des bewegbaren Glieds 20.If from a conventional, in Figs. 1 and 2 device, not shown, from a constant Electric current is passed through the Hall effect crystal 52, the influence of this magnetic field leads to the Magnets 56 for generating an output voltage at the crystal output terminals. The size of this Voltage is always proportional to the intensity of the magnetic field. As a result, the voltage magnitude corresponds to am Sensor output at any time of the position of the movable member 20.
Die Vorrichtung gemäß den F i g. 1 und 2 weist eine zusätzliche Herauslese- bzw. Anzeigeeinrichtung in Form eines am rechten Ende des schwenkbaren Glieds 20 (vgl. auch Fig.4) vorgesehenen Zeigers 58 auf. Dieser Zeiger vermag sich waagerecht vor einer herkömmlichen Skala 60 zu bewegen, die bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise zur Anzeige von Ventilposition zwischen 0% und 100% geeicht ist. Die Kombination aus dem Zeiger und der Skala ermöglicht somit eine unmittelbare Sichtablesung der Position des bewegbaren Glieds 20, wodurch einem Beobachter die Größe der betreffenden Signalinforma-The device according to FIGS. 1 and 2 has an additional read-out or display device in FIG Form of a pointer 58 provided at the right end of the pivotable member 20 (see also FIG. 4). This pointer is able to move horizontally in front of a conventional scale 60, which at the embodiment shown, for example to display valve position between 0% and 100% is calibrated. The combination of the pointer and the scale thus enables an immediate visual reading the position of the movable member 20, whereby an observer the size of the relevant signal information
tion angezeigt wird.tion is displayed.
Der Zeiger 58 kann auch als von Hand regelbare Betätigungseinrichtung für das bewegbare Glied 20 dienen. Dabei kann eine Bedienungsperson den verlängerten Zeigerabschnitt des Glieds 20 erfassen und letzteres von Hand in eine gewünschte Position bewegen. Wenn der Zeiger auf diese Weise von Hand eingestellt wird, hält die magnetische Speichereinrichtung 30 infolge ihrer kontinuierlichen Reibungshaltewirkung das bewegbare Glied 20 fest in seiner jeweiligen Lage, bis erneut eine Betätigungskraft durch den Motor 24 oder von Hand ausgeübt wird. Darüberhinaus kann das bewegbare Glied 20 mit beliebigen gewünschten mechanischen Einrichtungen versehen sein, die speziell zur Erleichterung eines Erfassens des bewegbaren Glieds 20 von Hand ausgelegt sind, um letzteres entsprechend bewegen zu können. Unabhängig davon, ob das bewegbare Glied 20 durch einen elektrischen Stelltrieb, einen z. B. pneumatischen Druckstelltrieb, eine manuelle Betätigungseinrichtung oder irgendeine andere Form einer Betätigungseinrichtung verschoben wird, erzeugt der Fühler 50 in allen Fällen stets ein der tatsächlichen bzw. Istposition des bewegbaren Glieds entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.The pointer 58 can also be used as a manually controllable actuating device for the movable member 20 to serve. At this time, an operator can grasp the extended pointer portion of the link 20 and move the latter to a desired position by hand. When the pointer is done this way by hand is set, the magnetic storage device 30 holds due to its continuous frictional holding action the movable member 20 is fixed in its respective position until an actuation force is again applied by the motor 24 or by hand. In addition, the movable member 20 can have any desired mechanical devices specially designed to facilitate detection of the movable Link 20 are designed by hand in order to move the latter accordingly. Independently of, whether the movable member 20 by an electric actuator, a z. B. pneumatic pressure actuator, a manual actuator or some other form of actuator displaced is, the sensor 50 always generates an actual or actual position of the movable member in all cases corresponding electrical output signal.
Das Spannungs-Abgriffsignal vom Fühler 50 kann zur Durchführung einer Vielzahl von Funktionen verwendet werden. Eine in vielen Anwendungsfällen der Erfindung wichtige Funktion besteht darin, ein Stellung-Rückkopplungssignal zur Verwendung in der Servoregelung des Glieds 20 zu erzeugen. Eine entsprechende Anordnung ist in F i g. 5 schematisch dargestellt.The voltage tap signal from probe 50 can be used to perform a variety of functions will. An important function in many applications of the invention is to provide a position feedback signal for use in the servo control of member 20 to generate. A corresponding The arrangement is shown in FIG. 5 shown schematically.
Im Mittelteil von F i g. 5 sind innerhalb des gestrichelt eingezeichneten Blocks 70 die vorstehend anhand von F i g. 1 und 2 beschriebenen grundsätzlichen Bauteile dargestellt. Gemäß F i g. 5 erhält der Betätigungsmotor 24 seinen Steuerstrom von einem Verstärker 72, dessen Haupteingangssignal über einen Widerstand R\ eingespeist wird, der mit einer allgemein bei 74 angedeuteten Signalquelle verbunden ist. Diese Signalquelle kann aus einer von mehreren an sich möglichen Vorrichtungen, beispielsweise aus einem elektronischen Rechner oder aus einem Analogverfahrensregler bestehen, wobei ihr bei 76 die Eingangsdaten oder die Signalinformation bezüglich der Größe oder anderer Charakteristika eines physikalischen Zustands eingespeist werden, an denen eine Berechnung oder eine andere Signalverarbeitung vorgenommen werden muß.In the middle part of FIG. 5, within the block 70 shown in dashed lines, the above with reference to FIG. 1 and 2 described basic components shown. According to FIG. 5, the actuating motor 24 receives its control current from an amplifier 72, the main input signal of which is fed in via a resistor R \ which is connected to a signal source indicated generally at 74. This signal source can consist of one of several possible devices, for example an electronic computer or an analog process controller other signal processing must be done.
Die Position des bewegbaren Glieds 20 wird jederzeit vom Fühler 50 abgegriffen, und dessen Ausgangssignal wird an den Eingang eines Verstärkers 78 angelegt, um den Signalenergiepegel zu erhöhen. Gemäß F i g. 5 ist der Ausgang dieses Verstärkers an eine Ausgangsklemme 80 für die anschließende Übertragung zu einer zugeordneten Ausrüstung für die weitere Verarbeitung oder Benutzung angeschlossen. Das Verstärker-Ausgangssignal wird außerdem über eine negative Rückkopplungsschaltung 82 mit einem Widerstand /?2 an den Eingang des Verstärkers 72 zurückgelegt, so daß es dem von der Signalquelle 74 erzeugten Eingangssignal entgegenwirkt.The position of the movable member 20 is tapped at any time by the sensor 50, and its output signal is applied to the input of an amplifier 78 to increase the signal energy level. According to FIG. 5 is the output of this amplifier to an output terminal 80 for subsequent transmission to a associated equipment connected for further processing or use. The amplifier output signal is also fed through a negative feedback circuit 82 with a resistor /? 2 to the Input of the amplifier 72 put back, so that it is the input signal generated by the signal source 74 counteracts.
Wenn das bewegbare Glied 20 in eine Position verbracht worden ist, in welcher das vom Verstärker 78 gelieferte Rückkopplungssignal gleich dem Eingangssignal von der Signalquelle 74 ist, sendet der Verstärker 72 keinen Strom mehr durch die Motorspule 26, so daß das bewegbare Glied 20 schließlich in der betreffenden Position stehen bleibt. Die Speichervorrichtung 30 hält daraufhin das bewegbare Glied 20 automatisch in dieser Position fest, wobei jegliche Abweichung oder Änderung der auf diese Weise dargestellten Information verhindert wird. Diese Information wird ihrerseits durch das Ausgangssignal vom Verstärker 78 und durch die Sichtanzeige des Zeigers 58 auf der Skala 60 wiedergegeben.When the movable member 20 has been brought into a position in which the amplifier 78 If the feedback signal supplied is equal to the input signal from the signal source 74, the amplifier transmits 72 no more current through the motor coil 26, so that the movable member 20 finally in the relevant Position remains. The storage device 30 then automatically holds the movable member 20 therein Position, with any deviation or change in the information thus represented is prevented. This information is in turn provided by the output signal from amplifier 78 and by the Visual display of the pointer 58 on the scale 60 reproduced.
Ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung 30, insbesondere bei Verwendung in einem Servosystem der Art gemäß Fig.5, ist ihreA special feature of the memory device 30 according to the invention, especially when used in a servo system of the type shown in FIG
ίο ungewöhnliche Charakteristik bezüglich der Kraft in Abhängigkeit von der Bewegung. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß die Bewegung des Glieds 20 durch eine vergleichsweise niedrige Kraft eingeleitet werden kann, die wesentlich geringer ist als die Kraft, welche für die Bewegung des Glieds 20 über größere Strecken erforderlich ist. Zur Veranschaulichung dieses Merkmals zeigt F i g. 9 in graphischer Darstellung das Verhältnis zwischen der Kraft und der Bewegung der Fahne 32, während sie sich von einer willkürlich gewählten »neutralen« Ausgangsstellung wegbewegt und in diese zurückkehrt. Genauer gesagt, veranschaulicht diese graphische Darstellung die Verschiebung der Fahne in Abhängigkeit von der dieser Bewegung entgegenwirkenden Reibungskraft, d. H. der Kraft, welche durch den Motor 24 oder von Hand überwunden werden muß, um die festzustellende Bewegung hervorzubringen. ίο unusual characteristic regarding the force in Dependence on the movement. It is of particular importance here that the movement of the link 20 can be initiated by a comparatively low force, which is significantly less than the force which is required for the movement of the member 20 over longer distances. To illustrate this Feature shows FIG. 9 graphically shows the relationship between the force and the movement of the Flag 32 as it moves away from an arbitrarily chosen "neutral" starting position and returns to it. More specifically, this graph illustrates the shift in the Flag as a function of the frictional force counteracting this movement, d. H. the force, which must be overcome by the motor 24 or by hand in order to bring about the movement to be detected.
Wie aus der graphischen Darstellung von Fig.9 hervorgeht, ist die Größe der zur Einhaltung dieser Bewegung erforderlichen Kraft ziemlich niedrig, während die Größe der für die Weiterbewegung erforderlichen Kraft progressiv ansteigt, wenn sich die Fahne aus ihrer Ausgangs- oder Neutralstellung heraus verschiebt. Wie durch die Kurvenverlängerung 90 angedeutet, erreicht die erforderliche Kraft schließlich ein Niveau, bei welchem eine angelegte Kraft dieser Größe eine kontinuierliche Bewegung aufrechterhält. Jede weitere Krafterhöhung führt zu einer Beschleunigung der Fahne, bis schließlich irgendein anderer Begrenzungszustand erreicht wird. Wenn die Kraft, wie bei 92 angedeutet, auf Null absinkt, bleibt die Fahne stehen. Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung kann mittels einer vergleichsweise niedrigen Kraft eingeleitet werden, während bei der Weiterbewegung der Fahne in die Gegenrichtung eine zunehmend höhere Reibungskraft auftritt.As can be seen from the graph of Fig. 9 As can be seen, the amount of force required to maintain this movement is quite low while the amount of force required for further movement increases progressively as the flag moves off moves out of its original or neutral position. As indicated by the curve extension 90, the required force eventually reaches a level at which an applied force of this magnitude will cause a maintains continuous movement. Every further increase in force leads to an acceleration of the Until some other limit state is finally reached. If the strength, as at 92 indicated, drops to zero, the flag stops. A movement in the opposite direction can be initiated by means of a comparatively low force, while in the further movement of the flag in the opposite direction an increasingly higher frictional force occurs.
Diese Charakteristik eignet sich besonders gut für Servo-Anwendungsfälle, da sie bestrebt ist, ein Pendeln oder andere Schwingungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen, und weil sie es eher ermöglicht, eine aperiodisch, z. B. kritisch gedämpfte Verstellbewegung ohne jeden nennenswerten Überlauf zu erreichen. Bei gewöhnlichen Servosystemen mit üblichen Reibungseigenschaften ist die anfängliche Reibungs-Gegenkraft im Vergleich zu der bei anhaltenden Geschwindigkeiten bestehenden Reibung vergleichsweise hoch. Infolgedessen muß der Servomotor eine hohe Anfangskraft erzeugen, um die Anfangsreibung zu überwinden. Wenn anschließend bei der üblichen Vorrichtung die Reibungskraft mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt, neigt das angetriebene Element zu einer unzulässigen Beschleunigung, wodurch die Beseitigung eines Pendeins und die Stabilisierung schwierig werden. Diese Probleme werden durch die Magnetteilchen-Reibungseigenschaften gemäß Fig.9 weitgehend ausgeschaltet oder vermieden.This characteristic is particularly suitable for servo applications, since it tends to cause oscillation or other vibrations to a minimum, and because it rather enables a aperiodic, e.g. B. to achieve a critically damped adjustment movement without any significant overflow. at common servo systems with common frictional properties is the initial frictional counterforce im Compared to the friction that exists at sustained speeds, it is comparatively high. Consequently the servomotor must generate a high initial force in order to overcome the initial friction. if then with the usual device the frictional force decreases with increasing speed, the driven element tends to accelerate in an impermissible manner, thereby eliminating it pendulum and stabilization become difficult. These problems are caused by the magnetic particle frictional properties largely switched off or avoided according to FIG.
Ersichtlicherweise dient die graphische Darstellung gemäß Fig.9 zur Vereinfachung der ErläuterungObviously, the graphic representation according to FIG. 9 serves to simplify the explanation
bestimmter festgestellter Vorteile der mit Magnetteilchen arbeitenden Reibungs-Speichervorrichtung 30, und sie stellt eine etwas idealisierte Version der Charakteristika dieser Vorrichtung dar. Die graphische Darstellung zeigt beispielsweise eine Symmetrie des Ansprechens auf Bewegung in beiden Richtungen, die in der Praxis möglicherweise nicht vollständig realisierbar ist. Ebenso lassen sich die hystereseartigen Eigenschaften möglicherweise bei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der Speichervorrichtung 30 nicht genau reprodu- ι ο zieren.certain noted advantages of magnetic particle frictional storage device 30; and it represents a somewhat idealized version of the characteristics of this device. The graphic Illustration shows, for example, a symmetry of response to movement in both directions, which in may not be fully feasible in practice. Likewise, the hysteresis-like properties possibly not precisely reproduced ι ο in successive work cycles of the memory device 30 adorn.
Auf jeden Fall ist es derzeit noch nicht möglich, eine präzise theoretische Erklärung für das charakteristische Verhalten der magnetischen Speichervorrichtung 30 gemäß F i g. 9 zu geben. Eine mögliche Erklärung kann '5 jedoch zumindest teilweise darin liegen, daß die winzigen magnetischen Teilchen in einem Magnetfeld danach trachten, sich in kettenartigen Reihen aufeinander auszurichten, wie dies in F i g. 10 dargestellt ist.In any case, it is currently not yet possible to provide a precise theoretical explanation for the characteristic Behavior of the magnetic storage device 30 according to FIG. 9 to give. A possible explanation can be '5 however, at least in part, reside in the tiny magnetic particles being in a magnetic field seek to align themselves in chain-like rows, as shown in FIG. 10 is shown.
Ersichtlicherweise besitzen derartige Ketten eine 2« gewisse Längsdehnbarkeit, so daß, wie in F i g. 11 angedeutet, die Anfangsbewegung der Fahne 32 in erster Linie von einer Längsdehnung der Ketten begleitet ist, wobei eine vergleichsweise niedrige Gegenkraft gegenüber dieser anfänglichen Bewegung erzeugt wird. Wenn dann mehrere Ketten fortlaufend den Grenzpunkt ihrer Längsdehnbarkeit erreichen, beginnen die mit der Fahne in Berührung stehenden magnetischen Teilchen über die Fahnenoberfläche zu gleiten, wodurch die normalere Reibungscharakteristik J« hervorgerufen wird, die von einer Teilchenmasse erwartet werden kann.Obviously, such chains have a 2 « certain elongation so that, as shown in FIG. 11 indicated, the initial movement of the flag 32 in is primarily accompanied by a longitudinal stretching of the chains, a comparatively low one Counterforce is generated against this initial movement. If then several chains in a row When they reach the limit of their longitudinal extensibility, those in contact with the flag begin magnetic particles to slide over the surface of the flag, whereby the more normal friction characteristic J « which can be expected from a particle mass.
Wie erwähnt, ist die durch den Antriebsmotor 24 erzeugte Kraft dem durch die Spule 26 fließenden Strom proportional. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 72 ir> kann jedoch typischerweise ziemlich hoch sein, so daß der Motorstrom einen begrenzende^ Höchstwert bei einem vergleichsweise kleinen Verstärker-Eingangssignal erreicht. Ausgedrückt auf die manchmal bei der Beschreibung von Servosystemen benutzte Weise, bedeutet dies, daß die »V«-Kerbform der Motor-Betriebskennlinie gewöhnlich sehr eng ist, d. h. möglicherweise 0,1% des vollen Maßstabes bzw. Bereichs beträgt. Wenn daher die Signalquelle 74 einer derartigen Anordnung eine Positionsänderung von mehr als 0,1% des vollen Skalenausschlags verlangt, erreicht der Motorstrom schnell seinen maximalen Wert. Da erwartet werden kann, daß viele Positionsänderungen größer als 0,1% sind, arbeitet der Antriebsmotor unter diesen Bedingungen im wesentlichen als EIN-AUS- so Konstantkraftvorrichtung.As mentioned, the force generated by the drive motor 24 is proportional to the current flowing through the coil 26. The gain of the amplifier 72 i r > can, however, typically be quite high, so that the motor current reaches a limiting maximum value with a comparatively small amplifier input signal. In terms of the manner sometimes used in describing servo systems, it means that the "V" notch shape of the motor's operating curve is usually very narrow, possibly 0.1% of full scale. Therefore, if the signal source 74 of such an arrangement requires a position change of more than 0.1% of the full scale deflection, the motor current quickly reaches its maximum value. Since many changes in position can be expected to be greater than 0.1%, the drive motor operates essentially as an ON-OFF so constant force device under these conditions.
Die magnetische Speichervorrichtung 30 besitzt ebenfalls insofern eine charakteristische »V«-Kerbe, als die Reibungskraft in der Ausgangsstellung minimal ist und bei Bewegung aus der Ausgangsstellung in beiden Richtungen progressiv zunimmt. Anscheinend hängt die Breite des »V« zumindest in gewissem Maß von der Art der magnetischen Teilchen, insbesondere ihrer Größe, und möglicherweise anderen Eigenschaften ab. Bei einer Ausführungsform der Erfindung betrug die halbe Breite *>o der V-förmigen Kerbe, d. h. die Bewegungsstrecke der Fahne von ihrer Ausgangsstellung bis zum Erreichen des maximalen Reibungspegels, etwa 0,25 bis 0,50 mm. Bei dieser speziellen Ausführungsform stellte diese Fahnenbewegung etwa 2 bis 4% des vollen Skalenaus- f>5 Schlags dar, d. h. sie war wesentlich größer als die »V«-Kerbe der Charakteristik des Antriebsmotors. Da jedoch die für den Übergang von Mindestreibung auf Höchstreibung erforderliche Bewegungsgröße tatsächlich eine absolute Strecke ist, kann der durch diese Strecke dargestellte Prozentsatz des vollen Skalenausschlags durch Änderung des Gesamtbewegungswegs der Fahne, der für eine Ausgangssigna'ändemng über den vollen Skalenbereich hinweg erforderlich ist, abgewandelt werden.The magnetic storage device 30 also has a distinctive "V" notch in that the frictional force is minimal in the starting position and in both when moving from the starting position Directions increasing progressively. Apparently, the width of the "V" depends, at least to some extent, on the species of the magnetic particles, especially their size, and possibly other properties. At a Embodiment of the invention was half the width *> o the V-shaped notch, d. H. the path of movement of the flag from its starting position to when it is reached of the maximum friction level, about 0.25-0.50 mm. In this particular embodiment this was the case Flag movement about 2 to 4% of the full scale setting - f> 5 Blow, d. H. it was much larger than the "V" notch of the drive motor characteristics. There however, the amount of movement required for the transition from minimum friction to maximum friction is actually in fact is an absolute distance, the percentage of the full scale deflection represented by this distance can be by changing the total path of movement of the flag, which is necessary for an output signa'ändemng over the full range of the dial is required.
Wenn die »V«-Kerbe der Motorcharakteristik wesentlich schmäler ist als diejenige der Magnetspeichervorrichtung, erreicht die Motorkraft ihren Höchstwert wesentlich vor dem Punkt, an dem die Reibungs-Hemmkraft ihren Höchstwert erreicht. Zur Vermeidung übermäßiger Geschwindigkeit des bewegbaren Glieds 20 bei größeren Positionsänderungen sollte die maximale Reibungskraft auf zweckmäßige Weise auf die maximale Reibungskraft auf etwa die Hälfte der maximalen Motorkraft eingestellt werden, so daß ein gewisser Spielraum für zusätzliche Motorkraft gewährleistet wird, z. B. um eine zufriedenstellende Beschleunigung zu gewährleisten, um andere Reibungskräfte zu überwinden, die in einer realisierten Anlage vorhanden sind, und um die Überwindung möglicher Auswirkungen von Zeitverzögerungen zu unterstützen, wie sie beispielsweise auf die induktive Reaktanz der Motorspule 26 zurückzuführen sind. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die elektromotorische Gegenkraft der Motorspule infolge der Bewegung der Spule in einem Dauermagnetfeld bestrebt ist, den Spulenstrom in einem dynamischen Zustand zu reduzieren. Diese Wirkung führt /u einer Reduzierung der höchsten verfügbaren Motorkraft bei höheren Geschwindigkeiten und kann einen gewissen Grad der Selbstregulierung der Fahnenbewegung gewährleisten.If the "V" notch of the motor characteristic is much narrower than that of the magnetic storage device, the engine power reaches its maximum value well before the point at which the frictional inhibiting force reached its maximum. To avoid excessive speed of the movable member 20 for larger changes in position, the maximum frictional force should appropriately be reduced to the maximum frictional force can be set to about half of the maximum engine force, so that a certain leeway for additional motor power is guaranteed, e.g. B. a satisfactory acceleration to ensure to overcome other frictional forces that exist in a realized system are, and to help overcome the possible effects of time delays, like them for example due to the inductive reactance of the motor coil 26. Besides, it's on it point out that the counter electromotive force of the motor coil as a result of the movement of the coil in a Permanent magnetic field seeks to reduce the coil current in a dynamic state. This effect leads / u to a reduction in the highest available engine power at higher speeds and can ensure a certain degree of self-regulation of the flag movement.
Das System gemäß F i g. 5 kann als Verfahrensregler verwendet werden, um an der Ausgangsklemme 80 ein Ventilregelsignal zu erzeugen, welches einem durch einen herkömmlichen Regelfunktionsgenerator, welcher als Signalquelle 74 dient, erzeugten Regelsignal entspricht. Ein derartiger Regelfunktionsgenerator kann beispielsweise der Vorrichtung der genannten US-PS 35 50 014 entsprechen und ein von einem Meßwert- bzw. Istwert-Eingangssignal abhängiges Ausgangssignal erzeugen, wobei nötigenfalls in das Ausgangssignal zweckmäßige Rückführ- und Frequenzkomponenten für den betreffenden Verfahrensregelfall eingeführt werden. Die Vorrichtung 70 wandelt ein solches Signal in ein unmittelbar entsprechendes Stellungsinformationssignal um, d. h. in die Position des verstellbaren Glieds 20, während der Fühler 50 und der Zeiger 58 für dieses Positionsinformationssignal repräsentative Herauslese- bzw. Anzeigesignale liefern. Das Anzeigesignal vom Verstärker 78 kann an ein entfernt gelegenes Ventilstellglied o. dgl. angelegt werden, um ein Verfahrensventil in Abhängigkeit von der Ausgangssignalgröße einzustellen. Der Zeiger 58 kann dabei die Position des Ventils anzeigen, so daß das übliche Ventilstellungs-Meßgerät entfällt, das typischerweise einem vom Ventil entfernt angeordneten Verfahrensregler zugeordnet ist.The system according to FIG. 5 can be used as a process controller to connect to output terminal 80 Generate valve control signal, which one by a conventional control function generator, which serves as a signal source 74, corresponds to the control signal generated. Such a control function generator can for example correspond to the device of said US-PS 35 50 014 and one of a Generate output signal dependent on measured value or actual value input signal Output signal appropriate feedback and frequency components for the relevant procedural rule case to be introduced. The device 70 converts such a signal into an immediately corresponding one Position information signal, d. H. in the position of the adjustable member 20, while the sensor 50 and the Pointers 58 supply read-out or display signals representative of this position information signal. That Indication signal from amplifier 78 may be applied to a remote valve actuator or the like to adjust a process valve depending on the output signal size. The pointer 58 can do the Indicate the position of the valve, so that the usual valve position measuring device is not required, which is typically is assigned to a process controller arranged remotely from the valve.
Bei Anwendung der Anlage gemäß Fig.5 auf die Verfahrensregelung speichert die mit magnetischen Teilchen arbeitende Speichervorrichtung 30 jederzeit ein Signal, welches das Ventilregelsignal darstellt. Bei einem Ausfall der Stromversorgung für den Regelfunktionsgenerator 74 wird daher die Ventilstellungsinformation sicher in einem unveränderbaren Speicher festgehalten, so daß ständig ein entsprechendes Ventilregelsignal erzeugt oder dieses VentilregelsignalWhen using the system according to Fig. 5 on the Process control stores the magnetic particle storage device 30 at all times a signal representing the valve control signal. If the power supply for the control function generator fails 74, therefore, the valve position information is safely stored in an unchangeable memory held so that a corresponding valve control signal or this valve control signal is constantly generated
wieder hergestellt werden kann, nachdem die Stromzufuhr wieder erfolgt.can be restored after power is restored.
Die Anlage kann auf die Handoetriebsart umgestellt werden, indem ein Schalter 24 zwischen dem Regelfunktionsgenerator 74 und dem Eingang zum Verstärker 72 geöffnet und anschließend das Ventilsignal durch manuelle Verschiebung des Zeigers 58 in eine gewünschte Ventilöffnungsstellung geregelt wird. Bei dieser Handbetriebsart ergreift die Bedienungsperson, wenn sie den Zeiger 58 erfaßt, effektiv den Schaft des Verfahrensventils, da eine Verschiebung des Zeigers automatisch eine entsprechende Bewegung des Ventilschafts hervorbringtThe system can be switched to manual mode by placing a switch 24 between the control function generator 74 and the input to the amplifier 72 and then the valve signal through manual displacement of the pointer 58 is regulated in a desired valve opening position. at In this manual mode, when the operator grasps the pointer 58, he effectively grasps the shaft of the Process valve, since a movement of the pointer automatically results in a corresponding movement of the valve stem brings forth
Fig.6 veranschaulicht eine Verfahrensregelanordnung, bei welcher die Rückkopplungseinrichtung um die Speichervorrichtung 70 herum nicht-leitfähig, speziell kapazitiv ist und eine Rolle bei der Bestimmung der dynamischen Eigenschaften der Regelfunktion spielt. Die spezielle dargestellte Reglerkonstruktion kann für verschiedene Regelaufgaben eingesetzt werden, beispielsweise für eine Strömungsregelung, und sie weist demzufolge Einrichtungen auf, um sowohl eine Proportionierung als auch eine Rückführwirkung im Ventilregelsignal hervorzubringen.6 illustrates a process control arrangement, in which the feedback means around the storage device 70 are non-conductive, specifically is capacitive and plays a role in determining the dynamic properties of the control function. The special controller construction shown can be used for various control tasks, for example for a flow control, and it consequently has devices for both a proportioning as well as a feedback effect in the valve control signal.
Das Abweichsignal bzw. die Regelabweichung, d. h. ein dem Unterschied zwischen einem Meßwert- bzw. Istsignal und einem Sollwertsignal proportionales Signal, wird zunächst durch ein RC-Netz aus einem großen Widerstand 100 (gewünschtenfalls einstellbar) in Parallelschaltung mit einem Kondensator 102 und sodann über einen vergleichsweise kleinen Eingangswiderstand 106 an einen Verstärker 108 angelegt. Dieser Verstärker weist eine stabilisierende Rückkopplungsschaltung 110 und einen zwischen seine Eingangsklemmen geschalteten kleinen Kondensator auf. Das Ausgangssignal des Verstärkers 108 regelt auf die vorher beschriebene Weise den Stromfluß durch die Spule 26 eines Stellmotors, um eine Kraft auf ein in Fig.6 nicht dargestelltes, dem bewegbaren Glied 20 gemäß F i g. 1 entsprechendes bewegbares Glied auszuüben. Diesem bewegbaren Glied ist eine mit magnetischen Teilchen arbeitende Speichervorrichtung der in F i g. 1 bei 30 dargestellten Art zugeordnet. Ein Stellungsfühler 50 spricht auf die Verstellung des bewegbaren Glieds an und erzeugt ein Signal, das einem Verstärker 112 eingespeist wird, um ein Ventilregelsignal und ein entsprechendes Rückkopplungssignal zu erzeugen.The deviation signal or the control deviation, ie a signal proportional to the difference between a measured value or actual signal and a setpoint signal, is initially generated by an RC network consisting of a large resistor 100 (adjustable if desired) in parallel with a capacitor 102 and then via a comparatively small input resistance 106 is applied to an amplifier 108 . This amplifier has a stabilizing feedback circuit 1 10 and a capacitor connected between its input terminals small capacitor. The output signal of the amplifier 108 regulates the flow of current through the coil 26 of a servomotor in the manner previously described in order to apply a force to a movable member 20 according to FIG. 6, not shown in FIG. 1 corresponding movable member to exercise. To this movable member is a magnetic particle storage device of the type shown in FIG. 1 assigned at 30 type shown. A position sensor 50 is responsive to the displacement of the movable member and generates a signal which is fed to an amplifier 112 to generate a valve control signal and a corresponding feedback signal.
Ein Regler gemäß Fig.6 für das Rückkopplungssignal wird vom Verstärker 112 über einen Kondensator 114 an die Verbindungsstelle zwischen Widerständen 100 und 106 angekoppelt. Diese Verbindungsstelle stellt effektiv den Eingang des Verstärkers 108 dar, da der Eingangswiderstand 106 gegenüber dem Widerstand 100 ziemlich geringe Größe besitzt. Wenn im Betrieb eine Änderung der Regelabweichung am Regeleingang, z. B. eine Stufenschaltung auftritt, so tritt diese Spannungsänderung zunächst über den Eingangskondensator 102 auf, wobei eine entsprechende, entgegengesetzte Polarität besitzende Spannung über den &o Rückkopplungskondensator 114 hinweg, d.h. am Ausgang des Reglers auftritt. Die Größe der Ausgangsspannungsänderung wird durch die relativen Kapazitäten der Kondensatoren 102 und 114 bestimmt. Wenn diese Kapazitäten gleich sind, isi die Regler-Ausgangssignal- f>5 änderung gleich der Regelabweichungsänderung. (Anmerkung: Diese anfängliche Ausgangssignaländerung stellt das »Proportionierschrittw-Ansprechen auf plötzliche Änderungen des Meßwerts bzw. Istwerts dar).A regulator according to FIG. 6 for the feedback signal is coupled from amplifier 112 via a capacitor 114 to the connection point between resistors 100 and 106. This junction effectively represents the input to amplifier 108 since input resistor 106 is fairly small in size relative to resistor 100. If there is a change in the control deviation at the control input during operation, e.g. B. a step switching occurs, this voltage change occurs first across the input capacitor 102 , with a corresponding, opposite polarity having voltage across the & o feedback capacitor 114 , ie occurs at the output of the controller. The size of the output voltage change is determined by the relative capacitances of the capacitors 102 and 114 . If these capacitances are the same, the controller output signal change f> 5 is equal to the change in control deviation. (Note: This initial change in the output signal represents the »proportioning step response to sudden changes in the measured value or actual value).
Nach dem vorstehend erwähnten anfänglichen Ansprechen lädt sich der Rückkopplungskondensator 114 mit einer durch die RC-Kombination aus dem Widerstand 100 und dem Kondensator 114 bestimmten Geschwindigkeit auf. Die um die Vorrichtung 70 herumgeführte Rückkopplungsschaltung wirkt tatsächlich als Integrator und gewährleistet eine Rückführwirkung im Reglerausgangssignal, um sicherzustellen, daß das Ventilregelsignal schließlich eine für die Rückführung des Istwerts praktisch auf den gewünschten Sollwert erforderliche Größe erreicht Aus den vorstehenden Ausführungen geht somit hervor, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr vorteilhaft zur Verwendung bei Verfahrensregelanlagen eignetAfter the above-mentioned initial response, the feedback capacitor 114 114 certain speed charges with by the RC combination of resistor 100 and the capacitor. The feedback circuit around the device 70 actually acts as an integrator and ensures a feedback effect in the controller output signal in order to ensure that the valve control signal finally reaches a value practically required for returning the actual value to the desired setpoint The device according to the invention is very advantageously suitable for use in process control systems
Die Anlage gemäß Fig.6 weist außerdem eine Einrichtung zur stoßfreien, abgleichlosen Umschaltung zwischen automatischem und manuellem Betrieb auf. Indem der Schalter 94/4 in die Hand-Position gelegt wird, wird der Eingang des Verstärkers 108 effektiv geerdet bzw. an Masse gelegt und die Motorspule 26 stromlos gemacht Danach kann das in Fig. 5 dargestellte bewegbare Glied 20 von Hand verschoben werden, um das Ausgangssignal zum Ventil zu regeln. Gewünschtenfalls können die links der Linie 74/4 gelegenen hauptsächlichen Teile des Regelfunktionsgenerators ausgebaut werden, um etwa erforderliche Instandsetzungen oder Einstellungen zu ermöglichen, ohne daß hierdurch auf irgendeine Weise der weitere Betrieb der Ausgangssignalabschnitte der Vorrichtung, einschließlich der Speichervorrichtung 30 und des bewegbaren Glieds 20, gestört wird. Der Regler kann anschließend wieder in seinen Betriebszustand zurückversetzt und auf die aktive Steuerung des Antriebsmotors 24 zurückgeschaltet werden, ohne daß »Stöße« im Verfahren auftreten oder eine Abgleicheinstellung vor dem Umschalten auf automatischen Betrieb erforderlich wäre.The system according to FIG. 6 also has a device for bumpless, adjustment-free switching between automatic and manual operation. By placing the switch 94/4 in the manual position, the input of the amplifier 108 is effectively grounded or connected to ground and the motor coil 26 is de-energized. Thereafter, the movable member 20 shown in FIG. 5 can be shifted by hand to regulate the output signal to the valve. If desired , the main parts of the control function generator located to the left of the line 74/4 can be removed in order to enable any repairs or adjustments that may be required without in any way impairing the further operation of the output signal sections of the device, including the storage device 30 and the movable member 20, is disturbed. The controller can then be returned to its operating state and switched back to the active control of the drive motor 24 without "jolts" occurring in the process or without having to adjust the balance before switching to automatic operation.
In F i g. 7 ist die erfindungsgemäße Speichervorrichtung 70 bei einer Verfahrensregelanlage dargestellt, bei welcher das primäre Regelsignal von einem elektronischen Rechner 120 geliefert wird, z. B. in Form von pulsierenden Signalen, etwa solchen bei denen die Impulsdauer die Größe darstellt, um welche das Verfahrensventil verstellt werden soll, während die Umpulspolarität die Richtung der Ventilverstellung angibt. Die Rechnersignale werden einem Eingangsverstärker 122 zur Steuerung der Arbeitsweise des bewegbaren Glieds, z. B. des Glieds 20, eingespeist, dessen Position durch eine Magnetteilchen-Speichervorrichtung 30 zwischen den geforderten Positionsänderungen sicher festgehalten wird. Die Position bzw, Ausrichtung des bewegbaren Glieds wird ständig abgegriffen, um ein Ventilregel-Ausgangssignal von einem Ausgangsverstärker 124 zu erzeugen.In Fig. 7 shows the memory device 70 according to the invention in a process control system in which the primary control signal is supplied by an electronic computer 120 , e.g. B. in the form of pulsating signals, such as those in which the pulse duration represents the size by which the process valve is to be adjusted, while the Umpulspolarität indicates the direction of the valve adjustment. The computer signals are fed to an input amplifier 122 for controlling the operation of the movable member, e.g. B. the member 20, fed, the position of which is securely held by a magnetic particle storage device 30 between the required changes in position. The position or orientation of the moveable member is continuously sensed to produce a valve control output from an output amplifier 124 .
Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Dreistellungs-Schalter 126 vorgesehen, welcher ein Umschalten der Anlage von Rechnerregelung aul Überlagerungs-Analogregelung oder auf Handregelung ermöglicht In der zuletzt genannten Stellung kann ein von Hand betätigbarer Zweistellungs-Schalter 12f kurzzeitig betätigt werden, um einen Strom beliebigei Polarität über einen großen Widerstand 130 zurr Eingangsverstärker 122 zu schicken, wodurch die Stellung des bewegbaren Glieds der Vorrichtung 7( variiert und das Ventilregelsignal entsprechend geändert wird. Sobald das Ventilsignal auf den gewünschter Wert eingestellt worden ist, hält es die Speichervorrich-In the illustrated embodiment, a three-position switch 126 is provided which a switch the system from computer control aul overlay analog control or hand control enables In the latter position, a manually operable two-position switches are briefly actuated 12f, a current beliebigei polarity via a large resistor 130 to the input amplifier 122 , whereby the position of the movable member of the device 7 (varies and the valve control signal is changed accordingly. As soon as the valve signal has been set to the desired value, it holds the memory device.
tung 70 sicher auf diesem Wert fest, d. h. sie wirkt als sogenannte »harte« Handregelung. Wenn der Schalter 126 in die Unterstatzungsstellung umgelegt ist, wird ein Analogregler mit ähnlicher Anordnung gebildet, wie sie in Verbindung mit F i g. 6 beschrieben wurde. Da dieser Regler normalerweise nur im Notfällen verwendet wird, wenn eine Präzisionsregelung nicht unbedingt wesentlich ist, brauchen die verschiedenen Reglerbauteile nicht von der kostspieligsten höchsten Qualität zu sein. Beispielsweise könnten die Kondensatoren 132 und 134 gewöhnliche Elektrolytkondensatoren sein.device 70 securely fixed to this value, i. H. she acts as so-called "hard" manual control. When the switch 126 is switched to the support position, a Analog regulators formed with a similar arrangement as in connection with F i g. 6 has been described. Since this Controller is normally only used in emergencies, when precision control is not essential, the various controller components do not need to be of the most expensive highest quality. For example, capacitors 132 and 134 be ordinary electrolytic capacitors.
Fig.8 veranschaulicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung auf eine Meßstreifen-Aufzeichnungsvorrichtung der Art, bei welcher ein Schreibstift permanente Markierungen auf einem sich bewegenden Meßstreifen erzeugt Die Anlage gemäß F i g. 8 weist eine Anzahl solcher Meßstreifen-Aufzeichnungseinheiten 150A 150B, 150C auf, die jeweils ihre eigene Speichervorrichtung aufweisen und sämtlich auf Zeitteiler-Basis durch eine gemeinsame, durch einen Verstärker 152 angedeutete Betätigungseinrichtung bedient werden.Fig. 8 illustrates the application of the memory device according to the invention to a measuring strip recording device of the type in which a Pen creates permanent markings on a moving measuring strip F i g. 8 has a number of such gauge recording units 150A, 150B, 150C, each having its own have their own storage device and all on a time divider basis by a common, by one Amplifier 152 indicated actuator are operated.
Jede Aufzeichnungseinheil; 150 weist ein schwenkbar gelagertes Glied 20 auf, das einen Schreibstift 154 zur Aufzeichnung von Kurven auf dem sich bewegenden Meßstreifen 156 trägt. Wie erwähnt, wird das Glied 20 durch einen Antriebsmotor 24 betätigt, und seine Stellung wird ständig durch einen Fühler 50 abgegriffen, wodurch ein die Schreibstiftposition angebendes Anzeigesignal erzeugt wird. Das bewegbare Glied 20 ist außerdem an eine Speichervorrichtung 30 angekoppelt, welche die Reibungseigenschaften von winzigen, ma· gnetisierten Teilchen der vorher beschriebenen Art ausnutztEach recording unit; 150 has a pivotable mounted member 20, which has a pen 154 for recording curves on the moving Measuring strip 156 carries. As mentioned, the member 20 is operated by a drive motor 24, and his Position is continuously picked up by a sensor 50, whereby an indicator signal is generated which indicates the pen position. The movable member 20 is also coupled to a storage device 30, which stores the frictional properties of tiny, ma uses gnetized particles of the type previously described
Das Zeitteiler-System kann von einer beliebigen, bereits verwendeten Form sein. Eine Ausführungsform eines solchen Systems ist in Fig.8 lediglich zur Veranschaulichung des Erlmdungsgedankens dargestellt Bei diesem System werden drei Multiplex-Schalter 160, 162,164, die eine kommutatorartige Funktion erfüllen, gemeinsam durch einen Schaitersynchronisator 160 angetrieben. Hierdurch werden 1. die einzelnen Aufzeichnungseinheiten 150 der Reihe nach mit der gemeinsamen Betätigungseinrichtung verbunden, um ein Motorsteuersignal zur jeweils gewählten Aufzeichnungseinheit zu schicken und ein Schreibstiftstellungs-Kupplungssignal von der betreffenden Einheit zum einen Eingang des Verstärkers 152 zu liefern, und wird 2. der andere Eingang des Verstärkers 152 mit einem der gewählten Aufzeichnungseinheit entsprechend Meßwert- bzw. Istwertsignal verbunden.The time division system can be of any form already in use. One embodiment such a system is shown in FIG. 8 merely to illustrate the concept of explanation. In this system, three multiplex switches 160, 162, 164, which have a commutator-like function meet, together by a switch synchronizer 160 powered. As a result, 1. the individual recording units 150 are sequentially marked with the common actuating device connected to send a motor control signal to the respectively selected recording unit and a pen position coupling signal from the unit concerned to to provide one input of amplifier 152, and becomes 2. the other input of amplifier 152 to one of the selected recording unit according to the measured value or actual value signal.
Auf diese Weise wird jede Aufzeichnungseinheit periodisch durch ein entsprechendes Istwertsignal aktiviert, um ihren Schreibstift entsprechend dem jeweiligen Signalpegel einzustellen. Das Stellungs-Rückkopplungssignal wird, wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5, über eine konduktive Rückkopplungsschaltung geliefert, so daß der Schreibstift ständig in eine Position getrieben wird, welche unmittelbar dem angelegten Istwertsignal entspricht. Während der Zeitspannen zwischen diesen- Betätigung der einzelnen Aufzeichnungseinheiten halten die zugeordneten Speichervorrichtungen 30 die Schreibstifte sicher in den vorher erreichten Stellungen fest, so daß die einwandfreie Anzeige und Aufzeichnung der Meßdaten ungestört weiter möglich ist Wenn einer der Aufzeichnungs-Schreibstifte während dieser Zeitspannen in eine neue Position verschoben, wird, gewährleisten dieIn this way, each recording unit periodically activated by a corresponding actual value signal to your pen according to the to set the respective signal level. The position feedback signal is, as in the embodiment according to FIG. 5, supplied through a conductive feedback circuit so that the pen is constantly is driven into a position which corresponds directly to the applied actual value signal. During the Periods of time between these- actuation of each Recording units hold the associated storage devices 30 securely in the pens positions reached before, so that the correct display and recording of the measurement data If one of the recording pens is inserted into a moved to a new position, ensure the Reibungseigenschaften des magnetischen Materials, wie vorstehend im einzelnen erläutert, ein besonders günstiges Servoansprechen, wodurch eine genaue Verstellung bzw. Positionierung innerhalb der bei einem Zeitteiler-System verfügbaren, verkürzten Aktionszeit sichergestellt wird.Frictional properties of the magnetic material, such as explained in detail above, a particularly favorable servo response, whereby an accurate Adjustment or positioning within the shortened action time available with a time divider system is ensured.
Aus der vorstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ist ersichtlich, daß ein besonderes Merkmal der Erfindung in derFrom the above description of various embodiments of the invention it can be seen that a special feature of the invention in the
ίο Verwendung kleiner, magnetisierbarer Teilchen zur Hervorbringung von Reibungswirkungen besteht, wodurch eine besonders vorteilhafte Speichervorrichtung für Signalwerte geschaffen wird, welche die Größen von physikalischen Zuständen u.dgl. angeben. Die Ver-ίο Use of small, magnetizable particles for Creation of frictional effects exists, creating a particularly advantageous storage device for signal values which indicate the quantities of physical states and the like. The Ver-
is wendbarbeit von kleinen, magnetisierbaren Teilchen war selbstverständlich lange vor der Erfindung bekannt Beispielsweise veranschaulicht die US-PS 25 00 953 die Verwendung von magnetischen Teilchen in einem sogenannten Magnetwiderstand. Die US-PS 25 75 360is reversible for small, magnetizable particles was of course known long before the invention. For example, US Pat. No. 2,500,953 illustrates the Use of magnetic particles in a so-called magnetoresistance. The US-PS 25 75 360 lehrt die Verwendung magnetischer Teilchen in einer drehmoment- und kraftübertragenden Vorrichtung, d. h. einer Megnetkupplung. Gemäß der US-PS 26 67 237 werden magnetische Teilchen in einem magnetischen Flüsüigkeits-Stoßdämpfer und in ähnlichen Vorrichtunteaches the use of magnetic particles in a torque and force transmitting device; H. a megnet coupling. According to US-PS 26 67 237 magnetic particles are in a magnetic Liquid shock absorbers and similar devices gen verwendet Die US-PS 26 29 552 zeigt die Verwendung einer magnetischen Flüssigkeitskupplung in einem Regelsystem. Die US-PS 26 03 103 offenbart eine variable Trägheitsvorrichtung unter Verwendung von magnetisierbaren Teilchen. Gemäß der US-PSgen used The US-PS 26 29 552 shows the Use of a magnetic fluid coupling in a control system. The US-PS 26 03 103 discloses a variable inertia device using magnetizable particles. According to the U.S. PS 27 92 565 werden fließfähige magnetische Teilchen, die durch Magnetismus verfestigt wurden, zur Verhinderung jeglicher Bewegung eines Mechanismus verwendet; diese Patentschrift offenbart auch eine variable Widerstandseinheit mit in öl suspendiertem Carbonyl27 92 565, flowable magnetic particles solidified by magnetism are used to prevent any movement of a mechanism; this patent also discloses a variable Resistance unit with carbonyl suspended in oil eisen. Die US-PS 29 96 267 veranschaulicht eine Schwingungsdämpfereinrichtung mit einem Puffer variabler Viskosität, der fließfähige Magnetteilchen enthält Keine dieser Patentschriften nimmt jedoch die vorliegende Erfindung vorweg. Obgleich vorstehendiron. The US-PS 29 96 267 illustrates one Vibration damper device with a variable viscosity buffer, the flowable magnetic particles None of these patents, however, anticipate the present invention. Although prominent verschiedene spezielle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen lediglich die Vorteile und Merkmale der Erfindung erläutern, keinesfalls aber als die Erfindung einschränkend angesehen werden, da demIt is intended that various specific embodiments of the invention are illustrated and described Embodiments only explain the advantages and features of the invention, but in no way as that Invention to be considered limiting, since the Fachmann selbstverständlich verschiedene Abwandlungen und Änderungen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit eineOf course, various modifications and changes to the illustrated and described embodiments are possible without the prior art Deviated from the scope of the invention. In summary, the invention is thus a
so Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung bei industriellen Instrumentensystemen und dgl. geschaffen, die eine Speichereinrichtung zur Aufrechterhaltung eines Signalpegels während langer Zeitspannen ohne Abweichung bzw. Drift aufweist. Ein Eingangssignalpethus created signal processing apparatus for use in industrial instrument systems and the like, the one memory device for maintaining a signal level for long periods of time without Has deviation or drift. An input signal pe gel wird in eine Verschiebung eines bewegbaren Glieds umgewandelt, und zwar mit Hilfe eines durch das Eingangssignal und ein Stellungs-Rückkopplungssignal gesteuerten Stellmotors. Mit dem bewegbaren Glied ist eine dieses in einer vorgegebenen Stellung haltendegel turns into a displacement of a movable member converted by means of an input signal and a position feedback signal controlled servomotor. The movable member is one that holds it in a predetermined position Reibungsvorrichtung gekoppelt, die somit als Speicher für den Eingangssignalwert bzw. -pegel dient. Die Reibungsvorrichtung weist ein dünnes, fahnenartiges Element auf, das am bewegbaren Glied befestigt und im Luftspalt eines Dauermagneten angeordnet ist DieserCoupled friction device, which thus serves as a memory for the input signal value or level. the Friction device has a thin, flag-like element that is attached to the movable member and in the This is arranged in an air gap of a permanent magnet Luftspalt enthält außerdem eine Masse winziger, magnetisierbarer Teilchen, die unter dem Einfluß des Magnetfelds an den Oberflächen des fahnenartigen Elements angreifen und gegenüber diesem eineAir gap also contains a mass of tiny, magnetizable particles under the influence of the magnetic field on the surfaces of the flag-like Attack elements and against this one
Reibungs-Hemmkraft erzeugen. Diese Reibungs-Hemmkraft ist bei der Bewegung aus einer Ausgangsstellung zunächst vergleichsweise gering, nimmt aber anschließend progressiv bis bis auf einen gleichbleibenden Wert zu, wodurch überlegene dynamische LeistungGenerate frictional inhibiting force. This frictional inhibiting force is initially comparatively low when moving from an initial position, but it increases then progressively down to a steady value, resulting in superior dynamic performance speziell in einem Servo-Positioniersysteni gewährleistet wird. Die Erfindung ist für verschiedene Anwendungsfälle einsetzbar, einschließlich Verfahrensreglern und Meßstreifen-Aufzeichnungssystemen.is especially guaranteed in a servo positioning system. The invention is useful in a variety of applications including process controllers and Measuring strip recording systems.
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