<Desc/Clms Page number 1>
Servoantrieb für das Anzeige- oder Schreiborgan von elektrischen Messgeräten
Die Erfindung betrifft einen Servoantrieb für das Anzeige- oder Schreiborgan von elektrischen Messgeräten, bei welchem der bewegliche Messwerkteil durch ein vom Stellmotor ausgeübtes Drehmoment in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird, indem durch Verdrehung der Richtkraftspirale das von der Messgrösse erzeugte Drehmoment kompensiert wird.
Derartige Antriebe sind an sich bekannt. Sie sind aber in mehrfacher Hinsicht für besondere Anwendungsfälle, u. zw. bezüglich ihrer dieEinsatzfähigkeit bestimmenden Merkmale, wie Einstellgenauigkeit, Einstellgeschwindigkeit, Aufwand an mechanischen und elektrischen Bauteilen, Störanfälligkeit usw., mit mehr oder weniger grossen Nachteilen behaftet.
So ist z. B. ein Servoantrieb bekannt, bei dem der Stellmotor das Schreiborgan des Messgerätes betätigt und gleichzeitig das äussere Ende der die Richtkraft erzeugenden Spiralfeder des die Messgrösse abbildenden Messwerkes so weit verdreht, bis das Messwerk, das unter der Wirkung der Messgrösseausgeschla- gen hatte, durch die so vergrösserte oder verringerte Richtkraft wieder in seine Ursprungslage zurückgeführt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Einstellzeit des schreibenden Messgerätes grösser ist oder bestenfalls näherungsweise gleich der Einstellzeit des verwendeten Messwerkes sein kann.
Die Einstellzeit eines Servoantriebes der oben beschriebenen Art kann nun dadurch wesentlich verkürzt werden, dass erfindungsgemäss eine zusätzliche Feder, z. B. eine Spiralfeder, oder eine zusätzliche, von einem von der Messgrösse abhängigen Strom durchflossene Rähmchenwicklung oder eine permanentmagnetische Fesselung, insbesondere in Form eines am beweglichen Messwerkteil angebrachten Weicheisenstückes mit einem diesem in der Abgleichstellung gegenüberliegenden Permanentmagnet, zur Erzeugung eines zusätzlichen, auf den beweglichen Messwerkteil einwirkenden Drehmomentes vorgesehen wird, welches Drehmoment dem bei Änderung der Messgrösse erzeugten Drehmoment entgegengesetzt ist und in der Abgleichstellung den Wert Null hat.
EMI1.1
zur Erzeugung einer zusätzlichen Rückführkraft für den beweglichen Messwerkteil vorgesehen.
Ein Merkmal der Erfindung ist weiters darin gelegen, dass der Stellmotor im Zweig einer Brückenschaltung liegt, die vom Ausgang eines Messgrössenverstärkers gespeist ist, wobei die weitere Rähmchenwicklung an die Diagonale der Brücke angeschlossen ist.
Merkmal der Erfindung ist es auch, dem dem Motor benachbarten Brückenwiderstand einen Kondensator parallel zu schalten.
Schliesslich kann gemäss der Erfindung der Stellmotor in den Ausgang eines Messgrössenverstärkers gelegt und mit einem Generator gekuppelt werden, der vom Verstärkerausgang erregt ist, und der Generatorausgang kann mit der weiteren Rähmchenwicklung verbunden sein, so dass die vom Generator erzeugte EMK als Rückführgrösse auf das Rähmchen einwirkt.
<Desc/Clms Page number 2>
Während solche an sich bekannte Rückführgrössen unmittelbar in den Verstärkereingang gegengekoppelt sind, ist die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes damit erklärt, dass der nur während des Abgleichvorganges wirksame Rückführstrom auf eine zusätzliche Rähmchenwicklung des Messwerkes gegeben ist und dadurch das Einstellmoment des Messwerkes wesentlich vergrössert und die Einstellzeit damit wesentlich verkürzt, so dass es dem schnellen Abgleich durch den Stellmotor folgen kann. Durch die Verknüpfung der Rückführgrösse mit der Geschwindigkeit bzw.
Beschleunigung des Stellmotors und der Verstärkerausgangsspannung, wird das dasEinstellmoment vergrössernde Gegenmoment bei Stillstand des Stellmotors unwirksam, so dass in der Abgleichstellung das Messwerk die ursprüngliche Empfindlichkeit und Ansprechempfindlichkeit hat. Es ist für die Anwendung des neuen Servoantriebes ohne Belang, mit welcher Art von bekannten Zeigerabgriffen gearbeitet wird und welche Art Servomotoren zum Einsatz kommen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt.
Gemäss Fig. 1 besteht das Messwerk 2 aus dem Rähmchen 2a, welches eine von der darzustellenden Spannung Ust gespeiste Wicklung und eine zusätzliche Wicklung l trägt, die vom Differenzstrom der beiden Photowiderstände 3a, 3b durchflossen wird. Zur Erzeugung der Rückstellkraft für das Rähmchen ist die
EMI2.1
towiderstände gegenüber der nicht gezeigten Lichtquelle abdeckt. Der von der Batterie gelieferte und die zusätzliche Wicklung l durchfliessendeStrom steuert den Verstärker 5, mit welchem der Stellmotor 6 gekuppelt ist, welcher über die Welle 7, eine Kupplung 8 und ein Getriebe mit einer Gewindespindel gekuppelt ist, die den Schreibstift 9 od. dgl. über den Registrierstreifen 10 führt.
Der Schreibstift od. dgl. ist mit Hilfe einer nur schematisch angedeuteten und mit 18 bezeichneten Verbindung mit dem freien Ende der Spiralfeder 14 gekuppelt. Wird nun das Messwerk 2 durch Veränderung der Eingangsgrösse U ausgelenkt, so fliesst ein Differenzstrom, der nach eventueller Verstärkung im Gleichstromverstärker 5 den Stellmotor 6 so bewegt, dass dieser über die mechanische Kupplung 7 und das Getriebe 8 den Schreibstift 9 od. dgl. und mit mittels der Verbindung 18 damit gekuppelte Richtkraftspirale 14 des Messwerkes 2 in Richtung des Pfeiles 21 so lange verstellt, bis das Messwerk in seine Ausgangslage zurückgedreht ist und damit denDifferenzstrom wieder zuNull werden lässt, indem im Abgleichpunkt die am Rähmchen 2a befestigte Steuerfahne 4 die Photowiderstände 3a, 3b abdeckt, dass der Differenzstrom Null ist.
Das zusatz- liche Drehmoment der Wicklung 1 auf dem Messwerk ist also nur während des Abgleichvorganges wirksam.
An Stelle der von dem Differenzstrom der Photowiderstände durchflossenen zusätzlichen Rähmchenwicklung 1 kann eine zusätzliche Sprialfeder (nicht dargestellt) oder eine magnetische Fesselung auf dem Messwerk angebracht werden, so dass ein Zusatzdrehmoment auf das bewegliche System des Messwerkes nur dann ausgeübt wird, wenn dieses nicht am Abgleichpunkt steht. Zur mechanischen Erzeugung eines zusätzlichen Drehmomentes kann eine dritte Spiralfeder am beweglichen Messwerkteil vorgesehen sein, welche keinerlei leitende Verbindung darstellt und die so angeordnet ist, dass das von ihr ausgeübte Drehmoment in der Abgleichstellung Null ist.
Die permanentmagnetische Fesselung kann mittels eines am beweglichen Teil des Messwerkes angebrachten Weicheisenstückchens erreicht werden, welchem in der Abgleichstellung gegenüberliegend ein kleiner Permanentmagnet zugeordnet ist.
In der Anordnung gemäss Fig. 1 wird zwar die Empfindlichkeit des Messwerkes für Endausschlag nicht geändert, jedoch verringert sich die Ansprechempfindlichkeit des Systems. In der weiteren Ausführungsform gemäss Fig. 2 bleibt auch die Ansprechempfindlichkeit des Systems erhalten. Hier ist zum Abtasten der Stellung des Zeigers 4a der bekannte Hochfrequenzabgriff verwendet, bei welchem durch Eintauchen des Fähnchens 4b zwischen zwei inKopplung befindlicheSpulen lla, llb ein Hochfrequenz-Generator und ein diesem nachgeschalteter, nicht näher beschriebener Gleichstromverstärker gesteuert wird (mit 12 bezeichnet). Dieser Verstärker speist den Stellmotor 6.
Die Rückführgrösse wird, wie aus dem Schaltbild ersichtlich, dadurch gewonnen, dass der Gleichstrommotor 6 im Zweig einer Wheatstonel sehen Brücke liegt, die vom Verstärkerausgang gespeist wird. Die von der Drehzahl des Motors abhängige Verstimmung der Brücke liefert den geschwindigkeitsabhängigen Anteil der Rückführung, während sich der vom Verstärker- ausgang abhängige Anteil unmittelbar dadurch ergibt, dass die Brücke aus dem Verstärkerausgang gespeist wird.
Das zeitabhängige Glied in Form des Kondensators 13, welcher dem dem Motor benachbarten Brückenwiderstand 22 parallelgeschaltet ist, verbessert nochmals das Einstellverhalten dadurch, dass der Bewegungsenergie des Stellmotors 6 die im Kondensator 13 gespeicherte Energie bei Erreichen des Abgleichpunktes entgegenwirkt. Die Rückführgrösse wird auf eine weitere, auf dem Rähmchen befindliche Wick-
<Desc/Clms Page number 3>
lung 1 gegeben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die Drehung des Motors 6 einerseits die Spirale 14 des Messwerkes 2 und anderseits der Schreibstift 9 des Schreibers verstellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist im Prinzip in Fig. 3 dargestellt. Als Zeigerabgriff dient hier der an sich bekannte induktive Abgriff. Hiefür ist ein magnetisches Wechselfeld, welches mit Hilfe von nicht gezeigten, welchselstromdurchflossenen Spulen erzeugt wird, vorgesehen, in welchem das zwei zusätzliche Spulen tragende Rähmchen des Messwerkes in Abhängigkeit von der darzustellenden Grösse U st verdrehbar gelagert ist. Je nach der Stellung des Rähmchens innerhalb des Wechselfeldes wird in der ersten der beiden zusätzlichen Spulen eine Wechselspannung induziert, welche dem Verstärker 12 zugeführt wird. Die von dem Verstärker 12 verstärkte Spannung dient zur Speisung des in diesem Falle als Ferrarismotor ausgebildeten Motors 6, der mit einem Generator 15 gekuppelt ist.
Die Erregung dieses Generators wird dadurch bewerkstelligt, dass parallel zu dem Motor 6 eine Gleichrichtereinrichtung vorgesehen ist, die die zur Erregung des Generators erforderliche Gleichspannung liefert. Es ist klar, dass die Höhe dieser Gleichspannung zwischen Null und einem Höchstwert schwankt, je nachdem, welche Lage die Messwerkspule im Wechselfeld einnimmt. Der Ausgang des Generators ist mit der zweiten der zusätzlich auf dem Rähm- chen angeordneten Spulen verbunden, so dass diese Spule von der vom Generator erzeugten Gleichspannung durchflossen wird. Der Motor 6 ist, wie angedeutet, wieder mit der Schreibeinrichtung verbunden und steht weiters mit dem äusseren Ende der Rückstellfeder 14 in Verbindung.
Eine Veränderung der darzustellenden Messgrösse Us., was eineÄnderung des die Messspule des Messwerkrähmchens durchfliessenden Stromes zur Folge hat, bewirkt eine Verdrehung des Rähmchen im Wechselfeld. Damit wird in der ersten zusätzlichen Spule dieses Rähmchens eine Wechselspannung induziert, die im Verstärker 12 verstärkt und dem Motor 6 zugeführt wird.
Der Motor verstellt damit die Schreibeinrichtung, verdreht das äussere Ende der Rückstellfeder im Sinne einer Rückstellung des Messwerkrähmchens und treibt überdies den Generator 15 an, welcher nunmehr in Abhängigkeit von der von der ersten Zusatzspule herrührenden Wechselspannung, die nach Verstärkung und Gleichrichtung als Erregerspannung für den Generator 15 dient, eine Gleichspannung liefert, die an die zweite Zusatzspule am Rähmchen gelegt wird und dort ein Magnetfeld ?'= erzeugt, welches die zusätzliche Rückstellkraft (in Verbindung mit dem vom Permanentmagneten des Messwerkes erzeugten Magnetfeld) bildet.
Die praktische Anordnung desServoantriebes in einem schreibenden Messgerät ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Stellmotor 6 treibt über das Getriebe 8 die Seilscheibe 16 und damit den am Seil 17 befestigten Schreibstift 9 an, welcher die Messgrösse auf dem Schreibstreifen 10 zur Abbildung bringt. An der Seilscheibe 16 ist ein hinreichend grosses Drehmoment vorhanden, um über die Welle 18 die Spiralfeder 14 des Messwerkes 2 (in Fig. 1, 2 und 3 gezeichnet)'zu verdrehen, u. zw. so lange bis das Zeigerabgriffsystem die Verstärkerausgangsspannung zu Null steuert. Dabei wird der mechanische Aufbau in vorteilhafter Weise so vorgenommen, dass die einzelnen Baugruppen nach dem Baukastenprinzip aufgeteilt und zusammengestellt werden. Somit ist es mit wenigen Handgriffen möglich, z.
B. das Gehäuse 19, welches das Messwerk 2 und die Abtasteinrichtung 3, 4 bzw. 4a, l1a, llb enthält, aus seinerBefestigung zu lösen, wobei die Verbindung in einfacher Weise über die Steckkupplung 20 erfolgen kann. In gleicher Weise können die übrigen Baugruppen, z. B. der Stellmotor 6 und das Getriebe 8 über eine andere Steckkupplung 20 aus ihrer mechanischen Wirkverbindung gelöst werden.
Neben den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Erfindungsgedanke mit jeder andern möglichen Schaltungsanordnung in Verbindung mit bekannten Zeigerabgriffeinrichtungen und Servomotoren verwirklicht werden, die zu der beschriebenen Rückführung führen.
In messtechnischer Hinsicht haben die hier beschriebenen Servoantriebe den Vorteil, dass das Messwerk nur in einem ganz bestimmten Punkt arbeitet und die Skalencharakteristik beispielsweise bei einem Drehspul-Messwerk nur durch die Charakteristik der Spiralfeder gegeben ist. Bei Verwendung von Wattmetern ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Lage des beweglichen Systems im Abgleichpunkt so gewählt werden kann, dass Unsymmetriefehler und Wechselinduktionsfehler zu Null werden. Ein solches Wattmeter in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Servoantrieb ermöglicht also die Erzielung einer hohen Messgenauigkeit.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.