DE718749C

DE718749C - Capacitive follow-up control unit

Info

Publication number: DE718749C
Application number: DEC55061D
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Fischer
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1939-02-06
Filing date: 1939-05-16
Publication date: 1942-03-19

Description

Kapazitives Nachlaufsteuerorgan Die Erfindung bezieht sich auf ein kapazitives Nachlaufsteuerorgan .in Differentialschaltung oder Brückenschaltung, d. h. auf eine Vorrichtung, die sich durch die Kombination des bekannten elektrischen Nachlauf -systems mit einem an sich ebenfalls bekannten sogenannten Differentialkondensator ergibt. Im besonderen betrifft sie die zur Erzielung großer Nachlaufgenauigkeiten günstige Bemessung der verschiedenen Beläge des Differentialkondensators hinsichtlich ihrer gegenseitigen Anordnung.Capacitive follow-up control element The invention relates to a capacitive follow-up control organ. in differential circuit or bridge circuit, d. H. on a device that is characterized by the combination of the known electrical Follow-up system with what is known as a differential capacitor, which is also known per se results. In particular, it concerns those to achieve great tracking accuracies favorable dimensioning of the various coverings of the differential capacitor with regard to their mutual arrangement.

Die Verwendung von Kondensatoren in Differentialschaltung oder Brückenschaltung ist bekannt. Man verwendet sie beispielsweise zur Anzeige des Verdrehungswinkels von drehbaren Gegenständen in Form einer elektrischen Größe, z. B. einer Spannung. Ebenfalls bekannt ist die Kombination eines Differentialkondensators mit dem bekannten elektrischen Nachlaufsystem, wobei die vom Differentialkondensator gemessene Größe nicht nur .angezeigt, sondern gleichzeitig auch zur Rückgängigmachung der durch die Drehung des sog. Indikatorteils hervorgerufenen Verdrehung gegenüber dem sog. Nachlaufteil und zur Steuerung ver-,vendet wird, indem sie auf Antriebsmittel einwirkt, welche den Nachlaufteil entsprechend dem verstellbaren Indikatorteil nachstellen.The use of capacitors in differential circuit or bridge circuit is known. They are used, for example, to display the angle of rotation of rotating objects in the form of an electrical quantity, e.g. B. a voltage. Also known is the combination of a differential capacitor with the known electrical tracking system, the quantity measured by the differential capacitor not only .indicated, but at the same time also to undo the through the rotation of the so-called indicator part caused twist compared to the so-called. Trailing part and is used for control by acting on drive means, which adjust the trailing part according to the adjustable indicator part.

Während jedoch bisher mit den auf diesem Grundgedanken der kapazitiven Nachlaufsteuerorgane aufgebauten Vorrichtungen keine großen Genaui.gkeiten erreicht werden konnten, erlaubt die vorliegende Erfindung, auch die kleinsten Verstellungen des Indikatorteils mit größter Genauigkeit zur Nachstellung zu messen. Dies ist im wesentlichen auf die günstige Bemessung und .;gegenseitige Anordnung der verschiedenen Beläge des Differentialkondensators zurückzuführen sowie auf die Anbringung eines Schirmbelages auf dem Indikatorteil. Damit weist das der Erfindung zugrunde liegende Nachlaufsteuerorgan mindestens vier Beläge auf, von denen mindestens je -zwei auf jedem der bewegten Teile, Indikatorteil und Nachlaufteil, untergebracht sind, und es besteht erfindungsgemäß der bewegte Indikatorteil aus mindestens zwei verschiedenartigen Belägen, von denen einer als Indikator dient, während mindestens ein weiterer störende Streufelder abschirmt.However, while so far with the on this basic idea of the capacitive Follower control organs built devices do not achieve great accuracies the present invention allows even the smallest adjustments of the indicator part to measure with the greatest accuracy for adjustment. This is essentially on the favorable dimensioning and.; mutual arrangement of the various Differential capacitor pads attributed to the Attachment of a screen covering to the indicator part. This shows the invention underlying follow-up control organ has at least four coverings, of which at least - two on each of the moving parts, indicator part and trailing part, housed are, and according to the invention the moving indicator part consists of at least two different types of coverings, one of which serves as an indicator, while at least another disruptive stray fields.

In der folgenden Beschreibung, in der zur leichteren Verständlichkeit auf die Abb. i bis 3 Bezug genommen wird, sind neben Bekannten der Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen kapazitiven Nachlaufsteuerorgans niedergelegt und die gegenüber den bekannten Ausführungsformen neuen und verbesserten Merkmale zusam.mengefaßt.In the following description, for ease of understanding Reference is made to Figs. i to 3, besides acquaintances, the structure and the Operation of the capacitive follow-up control element according to the invention laid down and the new and improved features compared to the known embodiments summarized.

Die Wirkungsweise der Erfindung läßt sich am einfachsten an Hand von Abb. i erklären, die einen bekannten Differentialkondensator mit den Belägen i, 2 und 3 darstellt. An die Beläge i und 2 wird eine beispielsweise von einem Transformator .I abgenommene Spannung angelegt, wobei die :Mitte der Transformatorwicklung z. B. zu einer Meßeinrichtung 5 geführt wird. Der Meßbelag 3 befindet sich auf dem drehbaren Teil 6, dessen Verdrehung gemessen werden soll .und ist ebenfalls mit der Meßeinrichtung 5 verbunden. In der Nullstellung des beweglichen Teiles 6 sind die Kapazitäten zwischen dem Belag 3 und den zwei Belägen -i und 2 gleich groß, d. h. die durch die beiden Kondensatoren i-3 und 2-3 und dem Transformator .4 gebildete Brücke ist ab.-bestimmt.The mode of operation of the invention can be most easily illustrated by means of Fig.i explain a well-known differential capacitor with the pads i, 2 and 3 represents. A transformer is attached to pads i and 2, for example .I applied voltage, where the: center of the transformer winding z. B. is led to a measuring device 5. The measuring pad 3 is on the rotatable part 6, the rotation of which is to be measured .und is also with the measuring device 5 connected. In the zero position of the movable part 6 are the capacities between surface 3 and the two surfaces -i and 2 are the same, d. H. that formed by the two capacitors i-3 and 2-3 and the transformer .4 Bridge is off-determined.

Diese Verhältnisse können an Hand von Abb. 2 noch besser verfolgt werden. Abb. 2 stellt das Ersatzschema des in Abb. i .gezeigten Differentialkondensators dar. Darin bedeuten i-3 und 2-3 die Kapazitäten zwischen den Belägen i und 3 bzw. 2 und 3, .4d und .IU stellen je eine Hälfte der Ausgangswicklung des Transformators .4 dar, und mit 5 ist wiederum die Meßeinrichtung bezeichnet.These relationships can be followed even better with the aid of Fig. 2 will. Fig. 2 shows the equivalent scheme of the differential capacitor shown in Fig i-3 and 2-3 mean the capacities between pads i and 3 or 2 and 3, .4d and .IU each represent one half of the transformer's output winding .4, and 5 again denotes the measuring device.

Bei einer Drehung des Teils 6 mit dem Meßbelag 3 ändern sich natürlich die Kapazitätswerte der Kondensatoren i-3 und 2-3. und zwar derart, daß der eine Wert zunimmt, wenn der andere Wert abnimmt. Aus dem Ersatzschema (Abb. 2) ist leicht ersichtlich, daß in diesem Falle die Brückenschaltun verstimmt wird und an der Meßeinrichtung 5 eine Spannung gemessen werden kann, die proportional der Verdrehung des bewegten Teiles 6 ist. Der Übergang vom gezeigten Ditierentialkondensator zum Nachlaufsteuerorgan ist verhältnismäßig einfach. Jetzt wird nicht nur der Teil 6, sondern auch der die Beläge i und .2 tragende Teil ? drehbar ausgebildet. und zwar so, daß er durch ein von der -Meßeinrichtung 5 indiziertes Steuerorgan dein Teil 6 stets so lange nachgedreht wird, bis die durch die Kondensatoren i-3 und 2-3 sowie die Transformatorwicklungen q.,t und d;, gebildete Brücke wieder im Gleichgewicht ist.When the part 6 with the measuring pad 3 is rotated, the capacitance values of the capacitors i-3 and 2-3 change, of course. in such a way that one value increases when the other value decreases. From the substitute scheme (Fig. 2) it is easy to see that in this case the bridge circuit is detuned and a voltage can be measured at the measuring device 5 which is proportional to the rotation of the moving part 6. The transition from the shown differential capacitor to the follow-up control element is relatively simple. Now not only part 6, but also the part bearing pads i and .2? designed to be rotatable. in such a way that it is always rotated by a control element indexed by the measuring device 5 until the bridge formed by the capacitors i-3 and 2-3 and the transformer windings q., t and d ;, again is in balance.

Ohne besondere Vorkehrungen ist es allerdings nicht möglich, mit einem derartigen kapazitiv en Nachlaufsteuerorgan große Nachlaufgenaugkeiten zu erreichen. Demgegenüber bringt die vorliegende Erfindung den Vorteil der großen Genauigkeit, so daß damit auch kleinste Verdrehungen des Indikatorteils gemessen «-erden können. Der Anwendungsbereich der kapazitiven Nachlaufsteuerorgane wird dadurch stark erweitert.Without special precautions, however, it is not possible with a to achieve such a capacitive follow-up control element great follow-up accuracy. In contrast, the present invention has the advantage of great accuracy, so that even the smallest rotations of the indicator part can be measured. The area of application of the capacitive follow-up control organs is thereby greatly expanded.

Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Abb. 3 schematisch dargestellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Abb. i. Neu isr vor .allem die in der Drehrichtung (Bewegungsrichtung) kleine Abmessung des Meßbelages 3, am .als Indikator dienenden Teil, die erfindungsgemäß kleiner ist als o,5 mm. Ferner ist der neue Belag 8 hinzugekommen, der den Meßbelag 3 umschließt und als Schirmbelag dient. Damit sind sowohl au dem bewegten Indikatorteil6 als auch auf dem bewegten Nachlaufteil 7 mindestens je zwei Beläge vorhanden.The structure of a device according to the invention is shown schematically in FIG shown. Identical parts are denoted by the same numbers as in Fig. i. What is new, above all, is the small dimension in the direction of rotation (direction of movement) of the measurement coating 3, on the part serving as an indicator, which according to the invention is smaller is as 0.5 mm. Furthermore, the new coating 8 has been added, which encloses the measuring coating 3 and serves as a screen covering. This means that both on the moving indicator part6 and also on the moving trailing part 7 at least two pads are present.

Die rechnerische Behandlung des kapazitiven Nachlaufsteuerorgans mit dem erfindungsgemäßen Schirmbelag 8 und dein z. B. draht- oder lamellenförmig ausgebildeten Meßbelag 3 (schmäler als o,5 mm in der Bewegungsrichtung) hat ergeben, daß eine sehr große Empfindlichkeit des Systems und damit große Nachlaufgenauigkeiten dann erreicht werden, wenn der Abstand zwischen dem bewegten Indikatorteil6 und dem bewegten Nachlaufteil7 mindestens an einer Stelle, nämlich in der Umgebung des Meßbela es 3 kleiner ist als o.5 min, und wenn die beiden Beläge i und -2 des Nachlaufteiles 7 mit einer solchen Fuge zusammenstoßen, daß ihr gegenseitiger Abstand mindestens an einer Stelle, nämlich in der Umgebung .des Meßbelages 3, kleiner ist als o, 5 mm. -Zur Steigerung der gewünschten Schirmwirkung wird der Schirmbelag 8 erfindungsgemäß auf ein Potential gebracht, das gleich ist dein arithmetischen Mittel der Potentiale der Beläge i und 2 auf dein andern bewegten Teil des Nachlaufsteuerorgans. Auch die Zuleitung 9 zum Meßbelag 3 wird zweckmäßig abgeschirmt ausgebildet, wobei das Potemti.al .der Abschirmung wie dasjenige des Schirmbelages 8 gleich dem arithmetischen Mittel -der Potentiale der Beläge i und 2 gemacht wird. Zur Vermeidung schädlicher Kapazitäten kann die Zuleitung 9 als kapazitätsarmes Kabel ausgebildet werden.The arithmetic treatment of the capacitive follow-up control element with the screen covering 8 according to the invention and your z. B. wire or lamellar Measurement coating 3 (narrower than 0.5 mm in the direction of movement) has shown that a very high sensitivity of the system and thus high tracking accuracies can be achieved when the distance between the moving indicator part6 and the moving Nachlaufteil7 at least at one point, namely in the vicinity of the Meßbela it 3 is less than o.5 min, and if the two pads i and -2 of the trailing part 7 collide with such a joint that their mutual distance is at least at one point, namely in the vicinity of the measurement coating 3, is smaller than 0.5 mm. To increase the desired shielding effect, the shield covering 8 is according to the invention brought to a potential that is equal to your arithmetic mean of the potentials the pads 1 and 2 moved on your other Part of the follow-up control organ. The feed line 9 to the measuring layer 3 is expediently shielded, with the Potemti.al. of the shield as that of the shield covering 8 equal to the arithmetic Mean -of the potentials of the coatings i and 2 is made. To avoid harmful Capacities, the feed line 9 can be designed as a low-capacitance cable.

In vielen Fällen wird es vorteilhaft sein, den Meßbelag 3 nicht unmittelbar mit einer Meßeinrichtung 5 zu verbinden, sondern zuerst auf einen Verstärker zu schalten; in diesen Fällen wird die abgeschirmte Zuleitung 9 z. B. mit dem Gitter eines Verstärkerrohresio verbunden.In many cases it will be advantageous not to direct the measuring coating 3 to connect to a measuring device 5, but first to an amplifier switch; in these cases, the shielded supply line 9 z. B. with the grid connected to an amplifier tube.

Es ist selbstverständlich, daß die zwischen verschiedenen Belägen des erfindungsgemäßen Nachlaufsteuerorgans auftretenden Potentialdifferenzen wegen der teilweise kleinen Abstände nicht .beliebig groß gemacht werden dürfen. Die obere Grenze der zulässigen Potentialdifferenz ist durch die Ionisierungsspannung der Luft gegeben. Bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Nachlaufsteuerorgan werden daher in der Regel zwischen verschiedenen Belägen keine Potentialdifferenzen vorkommen, die größer sind als 15 Volt.It goes without saying that the between different coverings of the tracking control element according to the invention occurring because of potential differences the sometimes small gaps. may not be made as large as you want. The upper The limit of the permissible potential difference is due to the ionization voltage Given air. In a follow-up control element constructed according to the invention, therefore as a rule, there are no potential differences between different coverings, that are greater than 15 volts.

Die Erfindung ist xiatürlich nicht nur auf kapazitive Nachlaufsteuerorgane beschränkt, die wie in dem zu ihrer Erklärung in Abb. 3 angegebenen Ausführungsbeispiel einen zylinderförmigen Aufbau aufweisen. Mit einer plattenförmig ausgebildeten Vorrichtung, welche die erfindungsgemäßen Merkmale in sinngemäßer Übertragung angewendet aufweist, werden selbstverständlich die gleichen Vorteile gegenüber den bisher bekannten Nachlaufsteuerorganen erzielt.The invention is of course not limited to capacitive tracking control elements limited, as in the embodiment given for their explanation in Fig. 3 have a cylindrical structure. With a plate-shaped device, which has the features according to the invention applied in analogous transfer, Obviously, the same advantages over the previously known follow-up control organs achieved.

Es ist im übrigen klar, daß das in der vorstehenden Beschreibung erwähnte Beispiel nur eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen darstellt, die von einem Fachmann nicht nur leicht nachgebaut, sondern auch ohne große Mühe variiert werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzugehen.Incidentally, it is clear that what is mentioned in the foregoing description Example represents only one of the possible constructive embodiments that of Not only easily copied by a specialist, but also varied without great effort can be without departing from the inventive concept.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Capacitive follow-up control element in differential circuit or bridge circuit with a moving indicator part and one of at least moving trailing part consisting of two coverings, characterized in that the moving indicator part consists of at least two different coverings, of which one. serves as an indicator, while at least one other disturbing stray fields shields.

2. Capacitive follow-up control element according to claim i, characterized in that that the distances between the individual coverings and the effective width in the Direction of movement of the part serving as an indicator in the same order of magnitude and are smaller than 0.5 nim.

3. Capacitive follow-up control element according to the claims i and 2, characterized in that the or the shield of the indicator part serving coverings are brought to a potential that corresponds to the arithmetic mean corresponds to the potentials of the surfaces of the trailing part. q ..

Capacitive follow-up control unit according to claims i to 3, characterized in that the serving as an indicator Covering. Is connected to a screened line, the screen of which: on the same Potential like the coverings serving to shield the indicator part is brought.

5. Capacitive follow-up control element according to claims i to q., Characterized in that that the shielded lead to the facing of small dimensions in the direction of movement is connected to the grid of an amplifier pipe.

6. Capacitive follow-up control unit according to claims i to 5, characterized in that the between different Deposits of the follow-up control element occurring potential difference is less than 15 volts.