DE633493C

DE633493C - Einrichtung zur elektrischen Bestimmung eines Vektors aus seinem Koordinaten

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Publication number: DE633493C
Application number: DEB167083D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-10-04
Filing date: 1934-10-04
Publication date: 1936-08-03

Description

Einrichtung zur elektrischen Bestimmung eines Vektors .aus seinem Koordinaten In der Meßtechnik ist mitunter folgende Aufgabe zu lösen: Ein Punkt B (Bild i) hat gegenüber einem anderen, den Ursprung eines Koordinatensystems XY bildenden Punkte A eine veränderliche Lage, die durch die Koordinaten x und y gegeben ist. Zwei Hebel oder Schieber mögen sich entsprechend dieser beiden Größen von einer Nulllage aus bewegen. Gesucht werden die Bestimmungsstücke des dem Punkte B zugeordneten Vektors AB, nämlich sein Absolutwert AB=r und seine durch den Winkel XAB = a. gegebene Richtung. Beide Werte sollen an Zeigerinstrumenten o. dgl. abgelesen werden können.
Die beiden Teile der Aufgabe laufen darauf hinaus, die Größen bzw. arc tan _y zu finden. Es können auch Fälle vorkommen, wo nur die eine der beiden Größen verlangt wird.
Es seien z. B. auf einem Scliiffe zwei Erdinduktoren aufgestellt, jeder mit einem zweiteiligen Kollektor versehen, die so eingerichtet sind, daß bei ihrer Umdrehung die von ihnen gelieferten (in, bekannter Weise durch Filterketten beruhigten) Gleichströme den Komponenten des. Erdmagnetismus in der Längs- bzw. Querrichtung des Schiffes proportional sind. Sendet man die beiden Ströme durch je ein Drehspulenmeßgerät mit Nullpunkt in der Mitte, so- entsprechen deren Ausschläge den Komponenten x und y des erdmagnetischen Feldes, die Größe r der Stärke desselben und der Winkel a der Kompaßrichtung.
Wie die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann, zeigt Bild 2. Es bedeuten i i und 12 die Achsen von Drehspulmeßgeräten, deren Ausschläge den Komponentenx und y proportional sind. Auf den Achsen sitzen Kantakthebel 13 und 1q., die ihre Ruhelage in der Mitte haben, so daß die gezeichneten Stellungen ungefähr Bild i entsprechen. Die Hebel tragen Schleifstücke 15 und 17 bzw. 16 und 18, die die Widerstände i9 und 21 bzw. 2o und 22 mit den Segmenten 23 und 25 bzw. 2¢ und 26 leitend verbinden. Der von der Stromquelle 27 gelieferte Strom durchfließt in Reihe die beiden Widerstände von der Mitte nach den Enden zu. Die zwischen der Mitte der Widerstände und den zugehörigen Kontaktstücken liegenden Teile beider Widerstände und das Drehspulenmeßgerät 29 sind in Reihe geschaltet. Letzteres besitzt einen im Vergleich zu, den als Potentiometer wirkenden Widerständen i g und 2o hohen. Widerstand und wird daher von einem Strom durchflossen, der der Summe der Teilspannungen an beiden. Potentiometern proportional ist. Der Widerstandsdraht ist auf den Potentiometern so verteilt, daß die abgegriffene Spannung dem Quadrat des Abstandes aus der Mittellage entspricht, somit x2 bzw. y2, wie dies Bild 3 andeutet. Wenn die Skala des Meßgerätes 29 so geteilt ist, daß die Anzeige der Wurzel aus dem durchfließenden Strom entspricht, so liest man an ihr Y- ab. Um eine mit der Größer . angenähert linear steigende. Skala zu erhalten;; braucht man nur den Eisenspalt für die Dreh-, spule in bekannter Weise sichelförmig zu* machen. _ Die Potentiometer 21 und 22 liegen mit' ihren Enden parallel an der Stromquelle 30 und liefern eine der Abweichung von der Mittellage proportionale Spannung. Sie sind zu den Wicklungen eines gekreuzten Spulenpaar es 31 und 32 geführt, deren andere Enden mit der Mitte eines an derselben Stromquelle liegenden Widerstandes 33 verbunden sind. In der Mitte der Spule schwebt eine (nicht sichtbare) Magnetnadel, die den Zeiger 34 trägt, der sich daher in bekannter Weise in die Richtung des. resultierenden Magnetfeldes einstellt und somit die Richtung des Vektors Y anzeigt. Fehler, die sich aus der endlichen Größe des Widerstandes der Spulen ergeben, können dadurch ausgeglichen werden, däß man die Widerstände 2 1 und 2 2 nicht genau proportional macht.
Statt die Spannung von zwei Potentiometern kann man auch #die Ströme zweier Widerstände 35 und 36 (Bild 4) addieren und sie einem Strommesser 29 zuführen. In diesem Falle gilt natürlich die Charakteristik nach Bild 3 für die Ströme. .
Wenn man nur die Länge des Vektors bestimmen will, kann man die die Größen x und y anzeigenden Geräte von vornherein so einrichten, daß ihr Ausschlag dem Quadrate dieser Größen proportional ist, z. B. indem man Hitzdrahtmeßgeräte benutzt oder Drehspulgeräte mit elektromagnetischem, von dem zu messenden Strom selbst erregten Felde.
Genügt es, die Richtung des Winkels ca innerhalb - des betreffenden Quadranten zu kennen, so kamt man die Anordnung nach Bild 5 treffen. Die. Widerstände 21 .und. 22 werden von Strömen der Quelle 3o von der Mitte aus nach beiden Seiten durchflossen. Ihre Stromcharakteristik, bezogen auf den Ausschlag, ist bei linearer Charakteristik der Meßgeräte (Bild 2) linear, bei quadratischer radizierend (Bild 6). Die beiden Ströme, deren Stärke also x bzw. y proportional ist, .werden einem Drehspulgerät 39 (Bild 5) mit gekreuzten Spulen zugeführt, das in bekannter Weise ihr Verhältnis anzeigt. Dabei kann außerdem der Quadrant- durch eine Einrichtung wie in Bild 2, die aber einfacher und ungenauer sein darf, angezeigt 1,verden.
In! den meisten Fällen, so in dem eingangs beschriebenen, werden die die Koordinaten .anzeigenden Instrumente 'nicht die Kraft liefern können, um Widerstände zu regeln. Man kann dann die von Kompaßübertragungen her bekannten Nachlaufeinrichtungen benutzen, die mit Hilfe zarter Kontakte, einer photoelektrischen Zelle o. dgl., bewirken, daß ,ein kräftiger Motor eine Achse synchron mit -dedes Meßgerätes dreht.
'')Die Summierung von Ausschlägen, die cdem Quadrate von Meßgrößen proportional `sind, läßt sich auch noch in anderer Weise ausführen als durch die Summierung von Spannungen oder Strömen, nämlich magnetisch, mechanisch oder optisch.
Magnetisch erfolgt die Summierung zum Beispiel, werin in Bild 2 die Drehspule des Meßgerätes 29 zwei Wicklungen trägt, denen die von den Potentiometern z9 und 2o. abgegriffenen Spannungen getrennt zugeührt werden.
Die mechanische Summierung kann z. B. durch ein Planetengetriebe erfolgen oder durch ähnliche Einrichtungen, wie sie Bild zeigt. Die zwei von den Kdordinatenströmen durchflossenen Hitzdrähte 51 und 52 wir:lzen über die Fäden 53 und 54 auf eine Rolle 56, die den Zeiger 57 trägt. Wenn der von jedem Hitzdralit für sich .erzeugte Ausschlag dem Quadrate des. zugehörigen Stromes entspricht, so gibt der Zeiger die Summe der Quadrate an und eine geeignete Teilung die Wurzel daraus.
Die optische Addition kann dadurch bewerkstelligt werden, daß ein Lichtstrahl nacheinander von zwei Spiegeln zurückgeworfen wird, deren Drehung den Quadraten der beiden Koordinaten proportional ist.

Claims

PATRNTAN51'RÜCIIG: t. Einrichtung zur elektrischen Bestimmung eines Vektors aus : seinen Koordinaten x und y, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungen oder Ströme, welche x bzw. y proportional sind, hergestellt und je einem elektrischen Meßgerät zugeführt werden, dessen Wirkung (Ausschlag, abgegriffene Spannung, gesteuerter Strom) dem Quarate der Meßgröße proportional ist, und daß diese Wirkungen in bekannter Weise addiert und diese Summen einer radizierenden Meßvorrichtung zugeführt werden, so daß letztere den Absolutwert r des Vektors (1l x2 =j-y2) anzeigt.
2. Einrichtung »ach Anspruch r, bei der die beiden Meßgeräte Spannungen oder Ströme steuern, die x2 bzw. y2 proportional sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spannungen bzw. Ströme als solche (durch Reihen- bzw. Parallelschaltung) addiert und einem elektrischen Meßgerät zugeführt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschläge der beiden Meßgeräte den Größen x bzw. y proportional sind und die Quadrierung durch Anwendung von Widerständen mit quadratischer Charakteristik erfolgt. ¢.
Einricbtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anzeigende Gerät so gebaut ist, daß sein Ausschlag genau oder angenähert der Größer proportional ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Vektors dadurch angezeigt wird, daß das Verhältnis zweier Spannungen oder Ströme, welche den Größenx bzw. y proportional sind, gemessen wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch eine Magnetnadel erfolgt, die sich* im Felde zweier gekreuzter Spulen befindet, denen die beiden Ströme zugeführt werden. 7. -Einrichtung nach Anspruch ¢, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch ein Drehspulgerät mit Kreuzspule erfolgt. B. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Größen x und y anzeigenden Meßgeräte mit je einer Nachlaufvorrichtung versehen sind, die ihrerseits die erforder lichen Steuerungen ausführt.