DE885936C

DE885936C - Einrichtung zur stufenlosen Umwandlung einer mechanischen Messbewegung in eine aequivalente elektrische Groesse

Info

Publication number: DE885936C
Application number: DES10276D
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl-Ing Eckermann; Hans Koehler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-04-29
Filing date: 1942-04-29
Publication date: 1953-08-10

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.
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.
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.
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.
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.
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.
Dabei können die Abmessungen des A.bgriffskondensators durch Wahl höherer Frequenzen verringert werden.
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.
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.
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..

Claims

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.