DE818214C

DE818214C - Electrical controller for all physical quantities that are measured by pointer instruments, in which the deflection of the pointer instrument serves as a pulse generator

Info

Publication number: DE818214C
Application number: DEP11723A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr-Ing Kuemmich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-10-22

Description

Elektrischer Regler für alle physikalischen Größen, die durch Zeigerinstrumente gemessen werden, bei dem der Ausschlag des Zeigerinstruments als Impulsgeber dient Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Regelvorrichtung, hei der der Ausschlag (genauer: seine Abweichung gegenüber dem Sollwert) eines Zeigers, der die zu messende Größe, wie Strom, Spannung, Temperatur anzeigt, als Impulsgeber dient.Electrical controller for all physical quantities, which are indicated by pointer instruments can be measured using the deflection of the pointer instrument as a pulse generator The invention relates to an electrical control device, called the deflection (more precisely: its deviation from the nominal value) of a pointer that indicates the Size, such as current, voltage, temperature indicates, serves as a pulse generator.

Es ist schon eine Anzahl solcher Regelvorrichtungen bekannt. Einige lassen durch den Zeiger den auf eine Photozelle fallenden Lichtstrom einer Lampe steuern, andere einen glühenden Draht abkühlen und dadurch seinen Widerstand ändern. Auf diese Weise lassen sich aber nur sehr kleine Steuerspannungen (Größenordnung i mV) erzielen, die erst hoch verstärkt werden müssen, bevor man mit ihrer Hilfe den Regelmechanismus betätigen kann. Eine wesentlich ökonomischere Anordnung erhält man, wenn, wie gleichfalls bekannt, der Zeiger oder eine mit ihm verbundene Elektrode die eine Belegung eines Kondensators bildet, während die andere Belegung fest angeordnet ist. Dabei ändert sich durch die Bewegung des Zeigers die Kapazität dieses Kondensators, und durch Anwendung einer hohen Kondensatorspannung lassen sich auf diese Weise relativ große Steuerspannungen (Größenordnung io V) erzielen, so daß durch sie ohne zusätzliche Verstärkung ein Elektronenendrohr ausgesteuert und mit dessen Anodenstrom unmittelbar ein Motor in Betrieb gesetzt werden kann. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß infolge der Kapazitätsänderung eine mechanische Kraft in der Ausschlagsrichtung des Zeigers auftritt, die im Prinzip die Messung fälscht.A number of such control devices are already known. Some let through the pointer the luminous flux of a lamp falling on a photocell control, others cool a glowing wire and thereby change its resistance. In this way, however, only very small control voltages (order of magnitude i mV), which must first be highly amplified before you can use them can operate the control mechanism. A much more economical arrangement is obtained if, as is also known, the pointer or an electrode connected to it which forms one assignment of a capacitor, while the other assignment is fixed is. The movement of the pointer changes the capacitance of this capacitor, and by applying a high capacitor voltage can be done in this way Achieve relatively large control voltages (order of magnitude io V), so that through them without additional amplification controlled by an electron tailpipe and with its anode current a motor can be put into operation immediately. But this arrangement has the Disadvantage that as a result of the change in capacity, a mechanical force in the Deflection direction of the pointer occurs, which in principle falsifies the measurement.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung vermeidet diese Nachteile. Sie benutzt nicht das elektrische Feld eines Kondensators zur Ableitung einer Steuerspannung, sondern ein magnetisches Wechselfeld. Dieses Magnetfeld wird erzeugt im Luftspalt einer Drosselspule a zwischen dem Eisenkern b und dem Joch c (Abb. i). Die Wicklung d ist so angeordnet, daß ihre Durchflutung ein Magnetfeld im Luftspalt erzeugt, das in bezug auf eine der Zeigerstellung beim Sollwert der Regelgröße zugeordnete Symmetrieebene auf beiden Seiten gleich stark ist, aber entgegengesetztes Vorzeichen hat. Das magnetische Kraftlinienbild im Luftspalt ist in Abb. z gezeichnet, und zwar in dem Augenblick, in dem der Strom in der Mitte nach hinten fließt. Wie man sieht, ist im allgemeinen das Magnetfeld senkrecht zum Luftspalt gerichtet; nur'in der Syrpmetrieebene und in ihrer Nähe verläuft es schräg und zum Teil parallel zum Luftspalt.The control device according to the invention avoids these disadvantages. she does not use the electric field of a capacitor to derive a control voltage, but an alternating magnetic field. This magnetic field is generated in the air gap a choke coil a between the iron core b and the yoke c (Fig. i). The winding d is arranged in such a way that its flow creates a magnetic field in the air gap, the one associated with the pointer position at the setpoint of the controlled variable The plane of symmetry is equally strong on both sides, but opposite in sign Has. The magnetic lines of force in the air gap is shown in Fig. Z, and at the moment when the current flows backwards in the middle. How one sees, the magnetic field is generally directed perpendicular to the air gap; only in the syrpmetry plane and in its vicinity it runs obliquely and partly parallel to the Air gap.

An dem Zeiger e ist nun eine magnetische Sonde befestigt, die bei der Bewegung des Zeigers dieses Magnetfeld abtastet. Diese Sonde besteht aus einer kleinen flachen, vorzugsweise rechteckigen Spule f, deren Ebene parallel zu den Wänden des Luftspalts angeordnet ist. IfAbb. Z, die einen'Querschnitt darstellt, ist diese Spule durch ihre Wicklungsquerschnitte f1 und f2 dargestellt.A magnetic probe is now attached to the pointer e the movement of the pointer scans this magnetic field. This probe consists of a small flat, preferably rectangular coil f, the plane of which is parallel to the Walls of the air gap is arranged. If Fig. Z, which represents a 'cross section, this coil is represented by its winding cross-sections f1 and f2.

Die in der Sondenspule induzierte EMK ist proportional dem magnetischen Fluß, der sie durchsetzt. Dieser aber ist gegeben durch das Flächenintegral der magnetischen Feldstärke beziehungsweise Induktion über die gesamte Spulenfläche. Da die Spulenehene parallel zum Luftspalt verläuft, kommt für die Bildung des magnetischen Flusses nur die senkrecht zum Luftspalt gerichtete Komponente der magnetischen Induktion in Betracht. Der Verlauf dieser Komponente im Luftspalt ist in Abb.3 gezeichnet. In der Symmetrieebene ist sie Null und wächst nach beiden Seiten an.The EMF induced in the probe coil is proportional to the magnetic one River that runs through them. But this is given by the area integral of magnetic field strength or induction over the entire coil surface. Since the coil level runs parallel to the air gap, the formation of the magnetic occurs Flux only the component of the magnetic induction that is perpendicular to the air gap into consideration. The course of this component in the air gap is shown in Figure 3. In the plane of symmetry it is zero and increases on both sides.

Befindet sich die Sondenspule weit außerhalb, beispielsweise links von der Symmetrieebene (mit anderen Worten: Ist der Zeiger noch weit von seiner dem Sollwert der Regelgröße entsprechenden Stellung entfernt), dann wird sie vollständig von dem starken Magnetfeld durchsetzt und liefert eine relativ hohe induzierte EMK. Nähert sich die Spule der Symmetrieebene beziehungsweise der Zeiger seiner »Sollwert«-Stellung, dann verringert sich die aktive Komponente des Magnetfeldes und damit die in der Spule induzierte EMK. Gelangt die eine Seite der Prüfspule ein Stück über die Symmetrieebene hinaus, dann wird die Spule teilweise von dem entgegengesetzt gerichteten Magnetfeld durchsetzt, und die induzierte EMK wird dadurch stark vermindert. Befindet sich die Spulenmitte genau in der Symmetrieebene, das heißt, zeigt der Zeiger genau auf den Sollwert der Regelgröße, dann heben sich die die Spule durchsetzenden Felder rechts und links der Symmetrieebene gerade auf; die induzierte EMK ist Null. Bei weiterer Bewegung des Zeigers beziehungsweise der Spule nach rechts überwiegt nun zur Bildung des Flusses das Magnetfeld auf der rechten Seite der Symmetrieebene, so daß eine kleine Steuer-EMK mit umgekehrtemVorzeichen entsteht. Diese EMK ist um so größer, je weiter rechts sich die Spule von der Sy mmetriecbene befindet, und nähert sich schließlich einem Grenzwert. Der Verlauf der Steuer-EMK ist ähnlich dem in Abb. 3 gezeichneten Verlauf der aktiven Komponente der Feldstärke.If the probe coil is far outside, for example on the left from the plane of symmetry (in other words: Is the pointer still far from its removed from the position corresponding to the setpoint of the controlled variable), then it becomes complete permeated by the strong magnetic field and provides a relatively high induced emf. If the coil approaches the plane of symmetry or the pointer approaches its "setpoint" position, then the active component of the magnetic field is reduced and thus that in the Coil induced emf. If one side of the test coil reaches a little over the plane of symmetry addition, then the coil is partially affected by the oppositely directed magnetic field permeated, and the induced emf is thereby greatly reduced. Is located the center of the coil exactly in the plane of symmetry, that is, the pointer shows exactly the setpoint of the controlled variable, then the fields penetrating the coil are lifted right and left of the plane of symmetry straight up; the induced emf is zero. at further movement of the pointer or the coil to the right now predominates the magnetic field on the right side of the plane of symmetry to form the flux, so that a small control emf with the opposite sign arises. This EMF is the greater the further to the right the coil is from the symmetry plane, and eventually approaches a limit. The course of the control EMF is similar the course of the active component of the field strength shown in Fig. 3.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung erhält man also an den Klemmen der Sondenspule eine Steuerspannung, die in der Nähe des Sollwerts nach Betrag und Vorzeichen proportional der Abweichung der Zeigerstellung von der »Sollwert«-Stellung ist. Bei der normalen Betriebsfrequenz von 5o Hz läßt sich mit geringem technischem Aufwand eine Steuerspannung von o, l V erzielen, bei höheren Frequenzen entsprechend mehr.The arrangement according to the invention therefore gives the terminals the probe coil a control voltage that is close to the setpoint according to amount and Sign proportional to the deviation of the pointer position from the "nominal value" position is. At the normal operating frequency of 50 Hz, with little technical Effort to achieve a control voltage of 0.1 V, correspondingly at higher frequencies more.

Damit die Sondenspule keine Rückwirkung auf das Magnetfeld hat, die mit einer mechanischen Kraft auf die Spule verknüpft wäre, muß die Spule stromlos sein, also im Leerlauf betrieben werden. Dies ist erfüllt, wenn sie an das Gitter einer Verstärkerröhre g gelegt wird, die, beispielsweise mittels Widerstandsverstärkung, ein Endrohr i, vorzugsweise eineEndpentode, voll aussteuert(Abb.4). Im Anodenkreis der Endröhre liegt entweder direkt oder über einen Anpassungstransformator die eine Wicklung m eines Ferrarismotors k, der den Regelmechanismus betätigt. Die andere Wicklung n des Motors ist entweder unmittelbar oder über einen Phasenschieber o an die Spannungsquelle S der Drosselspule angeschlossen.So that the probe coil does not have any reaction on the magnetic field that would be linked to a mechanical force on the coil, the coil must be de-energized, i.e. it must be operated in idle mode. This is fulfilled when it is placed on the grid of an amplifier tube g which, for example by means of resistance reinforcement, fully modulates an end tube i, preferably an end pentode (Fig. 4). In the anode circuit of the end tube, either directly or via a matching transformer, there is one winding m of a Ferrari motor k, which actuates the control mechanism. The other winding n of the motor is connected either directly or via a phase shifter o to the voltage source S of the choke coil.

Damit der Motor ein möglichst großes Drehmomententwickelt, müssen die Ströme in den Wicklungen m und n. um 9o° phasenverschoben sein. Dies ist schaltungsmäßig automatisch erfüllt, wenn der indrzktive Widerstand der Drossel groß ist gegen den Ohmschen Widerstand. Bei räumlich so kleinen Drosselspulen, wie sie hier verwendet werden sollen, läßt sich aber diese Bedingung nicht erfüllen, jedenfalls nicht bei 5o Hz Betriebsfrequenz. Dadurch ergibt sich ein Phasenfehler, der durch den Phasendreher o kompensiert werden kann. Dabei ist zu beachten, daß sich Phasenfehler bis zu 30° im Drehmoment kaum merklich auswirken.In order for the motor to develop the greatest possible torque, the currents in the windings m and n must be phase-shifted by 90 °. This is automatically fulfilled in terms of the circuit if the inductive resistance of the choke is large compared to the ohmic resistance. With choke coils that are spatially as small as they are to be used here, however, this condition cannot be met, at least not at an operating frequency of 50 Hz. This results in a phase error which can be compensated for by the phase rotator o. It should be noted that phase errors of up to 30 ° in the torque have hardly any noticeable effect.

Um die Rückwirkung der Sondenspule auf das Magnetfeld vernachlässigbar klein zu halten, ist kein vollkommener Leerlauf erforderlich. Es genügt, wenn der äußere (induktive) Widerstand groß ist gegen den inneren. Man kann daher die Sondenspule beispielsweise an die Primärwicklungp eines Transformators r anschließen, deren induktiver Widerstand etwa zehnmal so groß ist wie der der Sondenspule (Abb. 5). Dies ergibt immer noch eine räumlich kleine Primärwicklung, insbesondere bei Verwendung einer hochpermeablen Eisenlegierung, so daß die Sekundärwicklung q mit etwa hundertfacher Winidungszahl ausgeführt werden kann. An den Klemmen der Sekundärwicklung erhält man auf diese Weise eine genügend große Steuerspannung, so daß man damit unmittelbar das Endrohr aussteuern kann. An die Stelle der Verstärkerröhre g in Abb. d ist jetzt einfach der Transformator r getreten.The reaction of the probe coil on the magnetic field is negligible Keeping it small does not require a complete idle. It is enough if the external (inductive) resistance is great compared to internal. One can therefore use the probe coil for example, connect to the primary winding of a transformer r whose inductive resistance is about ten times that of the probe coil (Fig. 5). This still results in a spatially small primary winding, especially when used a highly permeable iron alloy, so that the secondary winding q with about a hundredfold Winidungszahl can be executed. Receives at the terminals of the secondary winding one in this way a sufficiently large control voltage, so that one with it immediately can control the tailpipe. Instead of the amplifier tube g in Fig. D has now simply stepped on transformer r.

Durch Verwendung einer hohen Betriebsfrequenz (über iooo Hz) kann man aber auch direkt so hohe Steuerspannungen aus der Sondenspule entnehmen, daß der Transformator r beziehungsweise die Verstärkerröhre g überflüssig sind.By using a high operating frequency (over iooo Hz) you can but you can also take such high control voltages directly from the probe coil that the transformer r and the amplifier tube g are superfluous.

Zur Einstellung des Sollwerts wird erfindungsgemäß die Drosselspule tun die Instrumentendrehachse schwenkbar angeordnet.According to the invention, the choke coil is used to set the setpoint value do the instrument rotation axis pivotably arranged.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrical controller for all physical quantities, which are measured by pointer instruments, lrei the deflection of the pointer instrument serves as a pulse generator, characterized in that the pointer with a magnetic Probe is connected to the magnetic field in the air gap of a choke coil with Scans iron core, the winding of which is arranged so that the magnetic field strength at all symmetrically to a symmetry axis assigned to the setpoint of the controlled variable lying points have the same amount but opposite direction. a. Regulator according to claim i, characterized in that the magnetic probe consists of a flat, preferably rectangular test coil, the plane of which is parallel to the walls of the air gap is arranged. 3. Regulator according to claim i and a, characterized in that that the probe coil is connected to a transformer with high gear ratio. 4. Regulator according to claim i, characterized in that the choke coil about the instrument axis of rotation is pivotably arranged. 5. Regulator according to claim i, characterized in that the operating frequency is selected to be greater than 100 Hz.