DE885936C - Device for the stepless conversion of a mechanical measuring movement into an equivalent electrical quantity - Google Patents

Device for the stepless conversion of a mechanical measuring movement into an equivalent electrical quantity

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DE885936C
DE885936C DES10276D DES0010276D DE885936C DE 885936 C DE885936 C DE 885936C DE S10276 D DES10276 D DE S10276D DE S0010276 D DES0010276 D DE S0010276D DE 885936 C DE885936 C DE 885936C
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    • H03F3/38—Dc amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers

Description

Einrichtung zur stufenlosen Umwandlung einer mechanischen Meßbewegung in eine äquivalente elektrische Größe Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stufenlosen Umwandlung einer mechanischen Meß'bewegung in eine äquivalente elektrische Größe mit Hilfe von Schwingkreisen. Derartige Einrichtungen haben den Zweck, die von Meßgeräten gelieferten mechanischen Meßbewegungen, die nur eine geringe Verstellkraft besitzen, elektrisch abzubreifen, um .mit den hierbei erhaltenen Stromwerten einen einwandfreien Meß- oder Steuerbetrieb durchführen zu können. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen rückwirkungsfreien, stufenlosen elektrischen Abgriff mit festem Nullpunkt zur Messung kleinster Abstands- oder Winkeländerungen zu schaffen, der insbesondere für den Flugzeugbordbetrieb geeignet ist.Device for the stepless conversion of a mechanical measuring movement into an equivalent electrical quantity. The invention relates to a device for the stepless conversion of a mechanical measuring movement into an equivalent electrical one Size with the help of oscillating circles. Such facilities have the purpose that Mechanical measuring movements supplied by measuring devices that only have a low adjusting force have to tap off electrically in order to .with the current values obtained in this way a to be able to carry out perfect measuring or control operation. The invention lies now the task is based on a reaction-free, stepless electrical tap to create a fixed zero point for measuring the smallest changes in distance or angle, which is particularly suitable for aircraft operations.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung von zwei in ihrer Resonanzlage verschiedenen Schwingkreisen, die von einer .gemeinsamen, vorzugsweise hochfrequenten Spannung erregt werden, mit Hilfe eines entsprechend der Meßbewegung einstellbaren frequenzbestimmenden Gliedes die Frequenzbeziehungen zwischen. denbeiden Schwingkreisen änderbar sind. :Dabei Tann durch das frequenzbestimmende Gliedentweder die Frequenz der Erregerspannungen in dem Bereich, in dem der Widerstand des einen Schwingkreises zu- und der des anderen Schwi.ngkre'ises abnimmt, oder die Eigenfrequenz des einen Sch-winigkreises derart geändert werden, daß dessen Spannung gegenüber der des anderen Schwingkreises steigt oder fällt.According to the invention, this object is achieved in that using of two oscillating circles with different resonance positions, which are connected by a common, preferably high-frequency voltage are excited with the help of a corresponding the measuring movement adjustable frequency-determining member the frequency relationships between. the two oscillating circuits can be changed. : Tann through the frequency-determining Term either the frequency of the excitation voltages in the area in which the resistance of the one Oscillating circuit and that of the other oscillating circuit decreases, or the natural frequency of one Sch-winig circuit can be changed in such a way, that its voltage increases or decreases compared to that of the other resonant circuit.

Ein Aus,führungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In Fig. i ist mit i ein Hochfrequenzgenerator in beikannter Schaltung bezeichnet. Die von ihm erzeugte Hochfrequenz wird zwei Schwinädkrei-sen I und II zugeführt, von denen der erstere eine feste Resonanzlage, d. h. eine unveränderliche Kapazität 2 und eine unveränderliche Induktivität 3 besitzt. Der Schwingkreis Il weist eine unveränderliche Indu'ktivität 4, aber eine veränderliche Kapazität 5 auf. Die Änderung dieser Kapazität wird von der mechanischen Meßbewegung gesteuert. An die beiden Schwingkreise ist über Spulen 6 und 7 eine mit gegenpoliger Gleichrichtung arbeitende Gleichrichterbrücke induktiv angekoppelt, die außer zwei Gleichrichtern 8 und noch zwei Vergleichswiderstände io@ und i i enthält. Im Nullzweig der Brücke ist ein Anzeigeinstrument oder, wie in diesem Fall, ein Nachlaufmotor i2 angeordnet, der einen ,parallel zum Kondensator 5 des Schwingkreises II liegenden Drehkondensator 13 einstellt.An from, exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. In Fig. I, i denotes a high-frequency generator in a known circuit. The high frequency generated by it is fed to two Schwinädkreis I and II, of which the former has a fixed resonance position, d. H. an immutable capacity 2 and has an invariable inductance 3. The resonant circuit Il has a invariable inductance 4, but a variable capacitance 5. The change this capacity is controlled by the mechanical measuring movement. To both of them Oscillating circuit is one working with opposite polarity rectification via coils 6 and 7 Rectifier bridge inductively coupled, the except for two rectifiers 8 and still contains two comparison resistors io @ and i i. In the null branch of the bridge there is a Display instrument or, as in this case, a follower motor i2 arranged, the a variable capacitor lying parallel to the capacitor 5 of the resonant circuit II 13 sets.

Diese Schaltunghat folgende Arbeitsweise. Durch die verschieden gewählte Resonanzlage zeigt die Schaltung eine Charakteristik nach Fig. 2. Der Schnittpunkt der beiden Resonanzkurven ui und ui, ist der jeweilige Arbeitspunkt. Durch die Steuerung der Eigenfrequenz des Schwingkreises Il in Ab-@hängi,gkeit von der Meß@bewegung wird die Resonanzkurve uü in dem durch die beiden senkrechten Striche angedeuteten Arbeitsbereich verschoben. Dadurch erhält man im Nullzweig der Gleichrichterbrücke aus der jeweiligen Differenz ui und un eine Gleichspannung u= entsprechend dem ebenfalls eingezeichneten Verlauf.This circuit works as follows. By the differently chosen The resonance position shows the circuit a characteristic according to FIG. 2. The point of intersection of the two resonance curves ui and ui, is the respective working point. Through the control the natural frequency of the oscillating circuit II as a function of the measuring movement the resonance curve is indicated by the two vertical lines Work area moved. This gives the rectifier bridge in the neutral branch from the respective difference ui and un a direct voltage u = corresponding to this as well drawn course.

In der,Schaltunig nach Fig. i wird von der Meßbewegung die Eigenfrequenz des Schwingkreises 2 ,gesteuert. Ebensogut hätte natürlich von ihr auch die Induktivität 4 geändert werden können. Wird beispielsweise die mechanische Meßbewegung von einem Dosenmeßgerät geliefert, so ist der eine Belag des Kondensators 5 an der Dose selbst befestigt. Bei Zusammenziehung oder Aus,dehnting wird demzufolge der Abstand zwischen diesem Belag und :dem ihm gegenüber unverrückbar angeordneten zweiten Belag des Kondensators und damit die Kapazität verändert. Dies ruft eine Verstimmung der Gleichrichterbrücke hervor, und die alsdann im Nullzweig fließende Differenzspannung läßt den Motor 12 anlaufen, welcher den Parallelkondensator 13 verstellt. Dabei muß die Differenzspannung derart auf den Naehlaufmotor geschaltet sein, daß dieser bei steigender Kapazität des Kondensators 5 die Kapazität des Drehkondensators 13 verringert und umgekehrt. Der Motor wird alsdann stets zur Ruhe kommen, wenn die Summe der Kapazitäten einen bestimmten Wert erreicht. Ein von der Motorachse gleichzeitig eingestellter Zeiger kann an einer entsprechend geeichten. Skala die Größe der Meßbewegung angeben. Wird an Stelle des Zeigers ein Kontaktarm und für die Skala ein Potentiometerwiderstand benutzt, kann durch die Meßbewegung ein Steuervorgang ausgelöst werden.In the circuit according to FIG. I, the natural frequency of the resonant circuit 2 is controlled by the measuring movement. Of course, the inductance 4 could just as well have been changed by it. If, for example, the mechanical measuring movement is supplied by a can measuring device, one layer of the capacitor 5 is attached to the can itself. In the event of contraction or extension, the distance between this coating and: the second coating of the capacitor, which is immovably arranged opposite it, and thus the capacitance is changed. This causes the rectifier bridge to be detuned, and the differential voltage then flowing in the zero branch causes the motor 12 to start, which adjusts the parallel capacitor 13. The differential voltage must be switched to the close-up motor in such a way that, as the capacitance of the capacitor 5 increases, it reduces the capacitance of the variable capacitor 13 and vice versa. The motor will then always come to rest when the sum of the capacities reaches a certain value. A pointer set at the same time by the motor axis can be calibrated accordingly on a. Scale indicate the size of the measuring movement. If a contact arm is used instead of the pointer and a potentiometer resistor is used for the scale, a control process can be triggered by the measuring movement.

Die Einrichtung nach der Erfindung zeigt außerdem noch weitere Vorteile. Durch die Benutzung der Flanken der Resonanzkurven bei Hochfrequenz wird ein ,sehr empfindlicher Abgriff erreicht, wobei ,der Abgriffskondensator bzw. die Induktiv ität sehr 'klein und leicht sein 'können, des weiteren völlig rückwirkungs- und stufenfrei sind und keinerlei Abnutzung zeigen. Der Nullpunkt des Abgriffs, d. h. Spannungsgleichheit an beiden Resonanzkreisen, hängt entscheidend nur von den Kreiswiderständen (Kapazität, Induktivität und Dämpfung), nicht aber von irgendwelchen Röhrendaten ab. Der Nullpunkt läßt sich daher sehr genau und dauerhaft einstellen und wird .durch den Flugbetrieb (Spannungsschwankungen und Erschütterungen) nicht wesentlich beeinflußt. Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit liegt in der Möglichkeit, den Röhrengenerator mit Hilfe eines Quarzes zu steuern, wodurch eine Erhöhung der Resonanzschärfe erreicht wird. Insbesondere läßt sich aber der -beim Ausführungsbeispiel gewählte kapazitive Abgriff räumlich in den verschiedensten Formen ausbilden, z. B. als Dreh- oder Plattenkondensatoren mit großen oder mehrfachen Platten zur Erzielung großer Steilheit bei kleinen Winkel- oder Abstandsänderungen.The device according to the invention also shows other advantages. By using the edges of the resonance curves at high frequency, a, very sensitive tap reached, wherein, the tap capacitor or the inductive ity can be very 'small and light', furthermore completely retroactive and are step-free and show no signs of wear and tear. The zero point of the tap, i.e. H. Equal voltage at both resonance circuits depends crucially only on the circuit resistances (Capacitance, inductance and attenuation), but not of any tube data away. The zero point can therefore be set very precisely and permanently and is .by does not significantly affect flight operations (voltage fluctuations and vibrations). A further increase in sensitivity is the possibility of using the tube generator with the help of a quartz, which increases the sharpness of the resonance will. In particular, however, the capacitive one selected in the exemplary embodiment can be used Train tap spatially in a wide variety of shapes, z. B. as rotary or plate capacitors with large or multiple plates to achieve great steepness with small angular or distance changes.

Dabei können die Abmessungen des A.bgriffskondensators durch Wahl höherer Frequenzen verringert werden.The dimensions of the A.bgriffskondensators can be chosen by choosing higher frequencies are reduced.

Dieser Abgriff erlaubt ferner, ungleichmäßige Charakteristiken der Meßgeräte, insbesondere Nichtlinearität, auszugleichen. Beispielsweise kann einem Drehkondensator durch Formgebung der Platten mit einfachen Mitteln ein beliebiger Kapazitätsgang igegeben werden.. Hierdurch ist eine weitgehende Umformung der Charakteristik auf elektrischem Wege möglich.This tap also allows uneven characteristics of the Measuring devices, especially non-linearity, to compensate. For example, a Any variable capacitor by shaping the plates with simple means Capacity curve can be given. This results in an extensive transformation of the characteristic possible by electrical means.

Von außerordentlicher Bedeutung ist die Möglichkeit, die Frequenzerzeugung und die Gleichrichtung der Spannungen an den Resonanzkreisen in die Nähe des Abgriffs zu verlegen. Dadurch kann der Aufwand beschränkt werden. Außerdem werden Einflüsse der Zwischenleitung ,en vermieden, wodurch mit sehr hohen Frequenzen gearbeitet und nach außen leicht abgeschirmt werden kann. Durch diesen geringeren Aufwand bestehen keine Bedenken, die genannten Teile zu einer Einheit zusammenzufassen und die für jeden Abgriff erforderliche Hochfrequenz :gesondert zu erzeugen. Das Bauelement, bestehend aus Hochfrequenzgenerator mit Resonanzkreisen und Gleichrichtung, kann dabei vereinheitlicht und ,für die verschiedensten Abgriffe unverändert übernommen werden.The possibility of frequency generation is extremely important and the rectification of the voltages at the resonance circuits in the vicinity of the tap relocate. This can limit the effort. There are also influences the intermediate line, en avoided, which worked with very high frequencies and can be easily shielded from the outside. Because of this lesser effort exist do not hesitate to combine the mentioned parts into a single unit and the for high frequency required for each tap: to be generated separately. The component consisting of a high frequency generator with resonance circuits and rectification, can unified and adopted unchanged for a wide variety of taps will.

Soll an Stelle der im Ausführungsbeispiel vorgenommenen Steuerung der Eigenfrequenz des einen Schwingkreises durch die mechanische Meß@bewegung von dieser die Speisefrequenz .geändert werden, so wäre ganz entsprechend entweder die Kapazität oder -die Inddktivität des Erregerkreises der Röhre i zu ändern. Ebenso kann es erwünscht sein, die im Nullzweig der Gleichrichterbrücke auftretende .Differenzspannung vorerst zu verstärken und dann zum Betreiben des Nac.hlaufmotors zu benutzen. Für diesen Fall ist es dann zweckmäßig, die gleichgerichtete Spannung nicht dem Nullzweig der Brücke, sondern über den Vergleichswiderständen io und i i zu entnehmen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die beabsichtigte Verstärkung in einem Gleichstrommagnetverstärker vorzunehmen..Should instead of the control carried out in the exemplary embodiment the natural frequency of one oscillating circuit due to the mechanical measuring movement of If the feed frequency were to be changed, either the Capacity or inductivity of the excitation circuit of the Tube i to change. It may also be desirable to have the rectifier bridge in the zero branch occurring .differential voltage to amplify for the time being and then to operate the To use auxiliary motor. In this case it is then advisable to use the rectified Voltage not in the neutral branch of the bridge, but across the comparison resistors io and i i can be found. In this case, it is appropriate to use the intended reinforcement to be carried out in a DC magnet amplifier ..

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur stufenlosen Umwandlung einer mechanischen Meßlbewe.gung in eine äquivalente elektrische Größe mit Hilfe von Schwingkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von zwei in ihrer Resonanzlage verschiedenen Schwingkreisen, die von einer gemeinsamen, vorzugsweise hochfrequenten Spannung erregt -,verden, mit Hilfe eines entsprechend der Meßbewegung einstellbaren frequenzbestimmenden Gliedes die Frequenzbezie'hungen zwischen den beiden Schwingkreisen änderbar sind. z. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch das frequenzbestimmende Glied die Frequenz der Erregerspannung in dem Bereich, in dem der Widerstand des einen zu- und der des anderen Schwingkreises abnimmt, geändert wird. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch das frequenzbestimmende Glied die Eigenfrequenz des einen Schw ingikreises derart veränderlich ist, daß dessen Spannung ,gegenüber der des anderen . .Schwingkreises steigt oder fällt. q.. Einrichtung nach Anspruch i und a oder i und 3., dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der beiden Schwingkreise in einer angekoppelten Gleichrichterbrücke miteinander vergleichbar sind, in deren Nullzweig ein Anzeigegerät angeordnet ist. 5. Einrichtung nach Anspruch. q., dadurch gekennzeichnet, -daß in dem Nullzweig ein die durch die Meß.bewegung ausgelöste Verstellung des frequenzbestimmenden Gliedes aufhebender Nachlaufmotor angeordnet ist. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Nachlaufmotor ein dem von der Meßbewegung eingestellten, frequenzbestimmenden Glied, z. B. einem Kondensator, parallel .geschalteter Dreh=kondensator, einstellbar ist, derart, daß bei einer durch die Meßbewegung bewirkten Kapazitätserhöhung die Kapazität des Drehkondensators verringert wird und umgekehrt. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen entsprechenden Plattenschnitt des Drehkondensators die Beziehung, zwischen der Meßgröße und der von ihr gesteuerten MeMewegung änderhar ist. B. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden, da=durch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung für die. beiden Schwingkreise mit Hilfe eines Hochfrequenzröhrengenerators erzeugt wird, der mit den Schwingkreisen und der Gleichrichterbrücke zu einer Einheit zusammengefaßt ist. g. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Hochfrequenzröhre, Schwinbatkreisen und G.leichrichterbrücke geb4,ldete Einheit an, dem die in eine elektrische Größe umzuwandelnde Meßbewegung liefernden Gerät angeordnet ist.PATENT CLAIMS: i. Device for the stepless conversion of a mechanical Measurement movement into an equivalent electrical quantity with the help of oscillating circuits, characterized in that using two different in their resonance position Resonant circuits that are based on a common, preferably high-frequency voltage excited -, verden, with the help of a frequency-determining which can be set according to the measuring movement Link the frequency relationships between the two oscillating circuits can be changed. z. Device according to Claim i, characterized in that the frequency-determining Term the frequency of the excitation voltage in the range in which the resistance of the one increases and that of the other resonant circuit decreases. 3. Establishment according to claim i, characterized in that by the frequency-determining member the natural frequency of one oscillation circuit is so variable that its Tension, opposite that of the other. . Oscillating circuit rises or falls. q .. establishment according to claim i and a or i and 3, characterized in that the voltages of the two oscillating circuits in a coupled rectifier bridge are comparable, in whose zero branch a display device is arranged. 5. Establishment according to claim. q., characterized in that in the zero branch a through the Measurement movement triggered adjustment of the frequency-determining element canceling Follower motor is arranged. 6. Device according to claim 5, characterized in that that by the follow-up motor a frequency-determining which is set by the measuring movement Member, e.g. B. a capacitor, parallel .geschalteter rotary = capacitor, adjustable is such that with a capacity increase caused by the measuring movement Capacity of the variable capacitor is reduced and vice versa. 7. Set up after Claim 6, characterized in that by a corresponding plate cut of the variable capacitor, the relationship between the measured variable and that controlled by it Me movement is changing. B. Device according to claim i or the following, da = through characterized in that the excitation voltage for the. both oscillating circuits with the help a high-frequency tube generator is generated with the oscillating circuits and the rectifier bridge is combined into one unit. G. Establishment according to Claim 8, characterized in that the high-frequency tube, Schwinbat circles and G. rectifier bridge geb4, connected unit to which the in an electrical quantity is arranged to be converted measuring movement delivering device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1131900B (en) * 1958-09-30 1962-06-20 Hagenuk Neufeldt Kuhnke Gmbh Process for converting mechanical displacements or vibrations into electrical current or voltage values
DE1141464B (en) * 1956-02-07 1962-12-20 Wayne Kerr Lab Ltd Capacitive measuring device for measuring small distances
DE1256431B (en) * 1955-04-21 1967-12-14 Andre Coyne Method and device for measuring physical quantities by means of two vibration generators of the same type
DE1300305C2 (en) * 1967-09-15 1974-05-02 Spinner, Dr.-Ing. Georg, 8000 München ELECTRONIC PRECISION DEVICE FOR MEASURING AND MONITORING MECHANICAL SIZES

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