DE739355C

DE739355C - Arrangement for temperature compensation for remote speed measuring systems

Info

Publication number: DE739355C
Application number: DED81222D
Authority: DE
Inventors: Dr Arnold Keller
Original assignee: Deuta Werke GmbH
Current assignee: Deuta Werke GmbH
Priority date: 1939-09-16
Filing date: 1939-09-16
Publication date: 1943-09-22

Description

Anordnung zum Temperaturausgleich für Ferndrehzahlmeßanlagen Die Drehzahlmeßanlagen arbeiten so, daß eine Dynamo (der Geber) mit der zu messenden Drehzahl angetrieben wird und die von ihr erzeugte Spannung am Empfangsort gemessen wird, meist mit einem Gleichstrominstrument iiber Gleichrichter oder mit einem elektrodynamischen Meßinstrument.Arrangement for temperature compensation for remote speed measuring systems The speed measuring systems work in such a way that a dynamo (the encoder) is driven at the speed to be measured and the voltage it generates is measured at the receiving location, usually with a Direct current instrument via rectifier or with an electrodynamic measuring instrument.

Die so erhaltene Anzeige erfährt nun bei höheren Geherte;nperaturen eine Verminderung aus zwei Gründen: einmal durch tlen steigenden Wicklungswiderstand im Geber, ferner durch die Verminderung der Magnetstärke, wie sie jeder Magnet zeigt. Der erstere Einfluß ist meist erheblich größer als der letztere. Der Kupferwiderstand ändert sich um 40/o auf 100 C, der dadurch ent stehende Fehler in der Drehzahlanzeige ist gleich dem Verhältnis dieser Widerstandsänderung zum Ohmschen Gesamtwiderstand des Stromkreises. Um ihn klein zu machen, müßte man einen sehr hohen konstanten Vorwiderstand verwenden. Da der Stromverbrauch des Anzeigegerätes nicht beliebig verändert werden kann, müßte man den Geber sehr stark, also groß und schwer machen, was meist unerwünscht ist. Die Temperaturänderung des Magnetflusses ist von der Größenordnung 0,3 °/0 auf 100 C, der tatsächlich auftretende Anzeigefehler ist aber vielfach, besonders bei hohen Drehzahlen, noch höher als die erwähnte Größenordnung. The display obtained in this way is now used by higher audiences a decrease for two reasons: on the one hand due to the increasing winding resistance in the encoder, and also by reducing the strength of the magnet, as shown by every magnet. The former influence is usually considerably greater than the latter. The copper resistance changes by 40 / o to 100 C, the resulting error in the speed display is equal to the ratio of this change in resistance to the total ohmic resistance of the circuit. To make it small you would have to have a very high constant Use series resistor. Since the power consumption of the display device is not arbitrary can be changed, the giver would have to be made very strong, i.e. large and heavy, which is mostly undesirable. The temperature change of the magnetic flux is of the The order of magnitude is 0.3 ° / 0 at 100 C, but the display error that actually occurs is in many cases, especially at high speeds, even higher than the order of magnitude mentioned.

Bei den meisten Ferndrehzahlmeßanlagen erfolgt der Temperaturausgleich des Gebers dadurch, daß die Magnetstärke durch magnetisches Parallelschalten eines Ringes 0. dgl. aus einer Eisen-Nickel-Legierung in temperaturabhängiger Weise verändert wird. Bei steigenden Temperaturen werden dabei weniger Kraftlinien über den Eisen-Nickel-Körper kurzgeschlossen, so daß die induzierte Spannung steigt. Most remote speed measuring systems use temperature compensation of the encoder in that the magnetic strength by magnetic parallel connection of a Ring 0. Like. Changed from an iron-nickel alloy in a temperature-dependent manner will. As the temperature rises, there are fewer lines of force across the iron-nickel body short-circuited, so that the induced voltage increases.

Dieses Verfahren hat zwei erhebliche Nachteile: I. ist- schon bei geringen magnetischen Inhomogenitäten des Materials oder bei etwas angleichmäßiger Magnetisierung die Reproduktion eines bestimmten Temperaturverlaufs außerordentlich schwierig und 2. entsteht durch diese Art des Temperaturausgleichs ein systematischer Kurvenfehler bei höheren Temperaturen. Bei endlicher Strombelastung des Gebers durch das Anzeigegerät nämlich wirkt eine Anderung des Magnetflusses au,f die Drehzahlanzeige bei höheren Drehzahlen relativ stärker als bei kleineren, da die Stromstärke nicht proportional mit der Drehzahl, sondern bei größeren Drehzahlen langsamer ansteigt. Da eine Widerstandsänderung des Gebers durch die Temperatursteigerung für alle Drehzahlen die gleiche relative Änderung der Drebzahlanzeige hervorruft. hat diese Erscheinung zur Folge, daß ein Geber, der für mittlere Drehzahlen richtig ausgeglichen st, bei höheren Drehzahlen überkompensiert und bei kleineren Drehzahlen unterkompensiert ist. This procedure has two significant disadvantages: I. is already at small magnetic inhomogeneities of the material or something more even Magnetization, the reproduction of a certain temperature profile is extraordinary difficult and 2. this type of temperature equalization creates a systematic one Curve error at higher temperatures. With finite current load of the encoder through This is because the display unit affects a change in the magnetic flux for the speed display at higher speeds it is relatively stronger than at lower speeds, since the amperage is not proportional to the speed, but increases more slowly at higher speeds. There is a change in resistance of the encoder due to the increase in temperature for all speeds causes the same relative change in the speed display. has this appearance As a result, an encoder that is properly balanced for medium speeds is at overcompensated for higher speeds and undercompensated at lower speeds is.

Die natürliebste Art des Ausgleichs wäre offenbar das Vorschalten eines Widerstandes, der mit zunehmender Temperatur derart abnimmt, daß der Temperaturfehler ausgeglichen wird Widerstände dieser Art gibt es jedoch nur entweder mit sehr großen oder mit sehr kleinen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes. Körper mit sehr hohen Temperaturkoeffizienten sind insbesondere WIetalloxyde Ihre Temperaturkoeffizienten betragen einige Prozent je Grad Celsius. Die Folge davon ist, daß die absolute Änderung dieser Widerstände bei tieferen Temperaturen wesentlich größer ist als bei höheren. Beispielsweise verringert sich der Widerstand von Kupferoxydwiderständen bei 300 CTemperatursteigerung auf die Hälfte, so daß dann auch die differentielle Änderung ihres Widerstandes z. B bei 500 C nur noch etwa die Hälfte beträgt von der bei 200 C. Obviously, the most natural way to balance things would be to connect them upstream a resistance which decreases with increasing temperature in such a way that the temperature error it is compensated Resistances of this type are only available with either very large ones or with very small negative temperature coefficients of the electrical resistance. Bodies with very high temperature coefficients are in particular WIetalloxyde yours Temperature coefficients are a few percent per degree Celsius. The consequence of this is that the absolute change in these resistances is essential at lower temperatures is greater than higher. For example, the resistance of copper oxide resistors is reduced at 300 C the temperature increases by half, so that the differential Change of their resistance z. B at 500 C is only about half of the one at 200 C.

Andererseits reicht meistens die Leistung der Geber nicht aus, um einen hinreichend großen Vorwiderstand zur Verfügung zu haben für den Temperaturausgleich mittels Vorwiderständen mit kleinen negativen Temperaturlioeffizienten Derartige Widerstände, z. B. gewisse Kohlesorten, haben einen Temperaturkoeffizienten von einigen Zehntel Prozent auf 100 C Temperaturänderung. Da der Temperaturkoeffizient des Kupfers °/0 auf 100 C beträgt, müßte der Vorwiderstand also größenordnungsmäßig zehnmal so groß sein als der Kupferwiderstand, was extrem große und schwere Geber erfordern würde.On the other hand, the donors usually do not perform well enough to to have a sufficiently large series resistor available for temperature compensation by means of series resistors with small negative temperature coefficients such Resistors, e.g. B. certain types of coal, have a temperature coefficient of a few tenths of a percent per 100 C temperature change. Because the temperature coefficient of copper is 0/0 to 100 C, the series resistor should therefore be of the order of magnitude be ten times as large as the copper resistance, making extremely large and heavy encoders would require.

Gemäß vorliegender Erfindung läßt sich nun ein Temperaturausgleich mit verhältnismäßig kleinen Vorwiderständen unter Benutzung von Widerständen mit sehr großen Temperaturkoeffizienten erreichen, dadurch, daß man einen Vorwiderstand vorsieht, bei dem ein stark temperaturempfindlicher sogenannter Heißleiter einem schwach temperatur veränderlichen Widerstand parallel geschaltet ist. Bei richtiger Bemessung der Wider stände läßt sich eine praktisch völlig lineare Viderstandsabhängigkeit von der Temperatur erreichen. Eventuell kann man dem ganzen System noch einen kleinen Heißleiterwiderstand vorschalten, um eine noch vefl>esserte Linearität zu erreichen. Eine noch größere Annäherung an lineare oder gegebenenfalls auch nichtlineare Temperaturabhängigkeiten läßt sich erzielen durch Zuschaltung (gemischte Reihen- und Parallelschaltung) noch weiterer stark bzw schwach temperaturabhängiger Widerstände zu einem Netzwerk NIit dieser Anordnung läßt sich im allgemeinen eine praktisch völlig ausreichende lineare Tem peraturkompensation erreichen mit einem Vor widerstand, der insgesamt bei der tiefsten in Frage kommenden Temperatur etwa doppelt so groß ist als der Betrag, um den er sich bei Temperatursteigerung verringern muß. According to the present invention, temperature compensation can now be achieved with relatively small series resistors using resistors with Achieve very large temperature coefficients by using a series resistor provides, in which a highly temperature-sensitive so-called NTC thermistor is a resistance with a weak temperature variable is connected in parallel. With correct Dimensioning of the resistances can be a practically completely linear resistance dependence of temperature reach. Maybe you can add a little to the whole system Connect an NTC resistor upstream in order to achieve an even better linearity. An even closer approximation to linear or possibly also non-linear temperature dependencies can still be achieved by switching on (mixed series and parallel connection) further strongly or weakly temperature-dependent resistances to a network NIit this arrangement can generally be a practically completely sufficient linear Achieve temperature compensation with a series resistor that is a total of lowest temperature in question is about twice as large as the amount by which it has to decrease when the temperature rises.

In der Technik sind Hochohmwiderstände, insbesondere solche für Rundfunkgeräte, bekannt, bei denen zwei Widerstände mit positiven und negativen Temperaturkoeffizienten einander parallel geschaltet sind und dereii Temperaturabhängigkeit so bemessen ist, daß sie sich gegenseitig aufhebt, so daß ein stets konstanter Widerstand erzielt wird. Für die Zwecke der Erfindung sind derartige Widerstände nicht brauchbar, da nicht Temperatur unabhängigkeit, sondern eine Temperaturabhängigkeit erstrebt wird, und zwar in der Weise, daß Temperatureinflüsse, die an anderer Stelle auftreten, z. B. in der in Reihe mit der Widerstandseinheit geschalteten Geberwicklung, gerade aufgehoben werden. In technology, high-ohmic resistances, especially those for radio equipment, known where two resistors with positive and negative temperature coefficients are connected in parallel with each other and the temperature dependence is dimensioned in such a way is that they cancel each other out so that an always constant resistance is achieved will. For the purposes of the invention, such resistors are not useful because not temperature independence, but rather a temperature dependency is sought, in such a way that temperature influences that occur elsewhere, z. B. in the sensor winding connected in series with the resistance unit, straight To get picked up.

Da außer dem Einfluß des Kupferwiderstandes im Geber auch noch der Magnet eine Verminderung der Anzeige bei höheren Temperaturen zur Folge hat (Verringerung des Flusses um etwa 0,30/0 auf 100 C), muß, wenn man einen Eisen-Nickel-N ebenschluß völlig vermeiden will, eine gewisse zusätzliche lineare Abnahme des Gesamtwiderstandes herbeigeführt werden, die den Temperaturkoeffizienten des Magnets ausgleicht Dieser Umstand hat nun zur Folge, daß eine Ungleichmäßigkeit der Tempernturkompen sation bei verschiedenen Drehzahlen entsteht und zwar im umgebehrten Sinn wie bei der Kompensation des Kupferwiderstandeinflusses mittels magnetischen Nebenschlusses (s. o.) und im allgemeinen von wesentlich ge ringerem Betrag. Es ist also jetzt der Geber zunächst noch bei hohen Drehzahlen unterkompensiert und bei niedrigen Drehzahlen überkompensiert, wenn er bei mittleren Drebzahlen richtig kompensiert ist. Für diesen noch verbleibenden Fehler läßt sich nach vorliegender Erfindung nun noch ein Ausgleich schaffen durch die Eigenerwärmung des Heißleiters bei Stromdurchgang. Da der Halbleiter einem annähernd oder vollständig konstanten Widerstand parallel geschaltet ist, sein Widerstand andererseits bei höheren Temperaturen wesentlich kleiner ist, so fließt bei höheren Temperaturen ein größerer Strom hindurch, der infolge der Eigenerwärmung den Widerstand noch mehr herabsetzt. Dies geschieht natürlich im stärksten Maße bei hohen Drehzahlen, da dann der Strom am größten ist. Dadurch wird der Strom und damit die Anzeige bei höheren Temperaturen und größeren Drehzahlen größer, was dem obengenannten Fehler entgegenwirkt. Durch zweckentsprechende Wärmeisolation des Heißleiters läßt sich diese Ausgleichwirkung derartig bemessen, daß ein praktisch vollständiger Ausgleich der Temperaturfehler bei verschiedenen Drehzahlen erreicht wird. Since, in addition to the influence of the copper resistance in the encoder, there is also the Magnet results in a reduction in the display at higher temperatures (reduction of the flow by about 0.30 / 0 to 100 C), must if you have an iron-nickel shunt wants to completely avoid a certain additional linear decrease in the total resistance be brought about, which compensates for the temperature coefficient of the magnet This The fact now has the consequence that an unevenness of the Tempernturkompen sation arises at different speeds, in the opposite sense as in the case of compensation the influence of the copper resistance by means of a magnetic shunt (see above) and im generally of a much smaller amount. So it is now the giver first still undercompensated at high speeds and overcompensated at low speeds, if it is correctly compensated at medium speed. For this one that remains Error can be found according to the present Invention now a compensation created by the self-heating of the thermistor when the current passes through. Because the semiconductor is connected in parallel with an approximately or completely constant resistance, on the other hand, its resistance is much smaller at higher temperatures, so At higher temperatures, a larger current flows through it, which is due to self-heating reduces resistance even more. This, of course, happens to the greatest extent at high speeds, because then the current is greatest. This will make the electricity and so that the display at higher temperatures and higher speeds is larger, what the counteracts the above errors. Appropriate thermal insulation of the NTC thermistor, this compensating effect can be so dimensioned that a practical complete compensation of temperature errors achieved at different speeds will.

Um auch bei örtlich nicht gleichmäßigen Gebertemperaturen eine richtige Anzeige zu erhalten, empfiehlt es sich, den Heißleiter möglichst nah an den Kupferspulen des Gebers zu montieren, ihn z B. zwischen zwei Spulen zu schieben oder mit in eine Spule einzuwickeln. Die obenerwähnte optimale Wärmeisolation kann hierbei dadurch hergestellt werden, daß man den Widerstand vorher mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versieht. Ist die Wärmeisolation zu hoch, so kann man sich dadurch helfen, daß man zwei Widerstände der gleichen Größe oder einen räumlich größeren Widerstand vorsieht, der dann natürlich eine weniger starke Eigenerwärmung erfährt. In order to find a correct one even with locally non-uniform encoder temperatures To get a display, it is advisable to keep the NTC thermistor as close as possible to the copper coils of the encoder, e.g. pushing it between two coils or in one To wrap the bobbin. The above-mentioned optimal thermal insulation can thereby can be made that the resistor is previously covered with a heat-insulating jacket provides. If the thermal insulation is too high, you can help yourself by provides two resistors of the same size or a spatially larger resistor, which then naturally experiences less self-heating.

Da ferner nicht nur der Geber, sondern auch das Anzeigegerät, und zwar vielfach in anderer Weise als der Geber, temperaturbeeinflußt ist, kann man zur Vermeidung dadurch bedingter Fehler auch das Anzeigegerät in der beschriebenen Weise mit Temperaturausgleich versehen. Hierbei gelten alle früher angestellten Betrachtungen sinngemäß. Furthermore, since not only the encoder, but also the display device, and although it is often influenced by temperature in a different way than the encoder, one can to avoid errors caused by this, also the display device described in the Way provided with temperature compensation. All previously employed apply here Analogous considerations.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Arrangement for temperature compensation for remote speed measuring systems, characterized in that in series with the winding of the encoder the parallel connection of a highly temperature-sensitive resistor and a weakly temperature-sensitive resistor is connected, the total resistance of which decreases with temperature in such a way that the temperature error of the encoder may be including the temperature error of the magnet is canceled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the resistors are dimensioned in such a way that there is practically a linear dependency within the working range of resistance consists of temperature.

3. Arrangement according to claim I and 2, characterized in that in Series to the parallel connection of a strongly and a = weakly variable resistor an additional small, highly variable resistor of small size is placed is.

4. Arrangement according to claim I to 3, characterized by a plurality of strongly interconnected in mixed series and parallel connection or slightly variable resistances as temperature compensation.

5. Arrangement according to claim I to 4, characterized in that the highly temperature-sensitive resistor as close as possible to the copper coils of the encoder arranged, e.g. B. pushed between two coils or wrapped in a coil is.

6. Arrangement according to claim I to 5, characterized in that in addition a nickel-iron shunt as a magnetic temperature compensation for the through Temperature change of the magnet resulting display error is provided.

7. Arrangement according to claim I to 6, characterized in that the highly temperature sensitive resistor by wrapping it in an appropriately designed dimensioned thermal insulation is additionally heated when current flows to a dependency to cancel the temperature compensation from the speed.

8. Arrangement according to claim I to 7, characterized in that also the display instrument both with regard to the temperature dependence of its resistance as well as possibly compensated with regard to magnetic temperature influences is.