DE1005629B

DE1005629B - A measuring device that works according to the method of automatic compensation, in which a voltage to be measured is compensated by partial voltages connected in series

Info

Publication number: DE1005629B
Application number: DEA18692A
Authority: DE
Inventors: Dr Ludolf Jenckel
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1953-08-31
Filing date: 1953-08-31
Publication date: 1957-04-04

Description

Nach dem Verfahren der selbsttätigen Kompensation arbeitendes Meßgerät, bei dem eine zu messende Spannung durch in Reihe geschaltete Teilspannungen kompensiert wird Es ist bekannt, veränderliche elektrische Spannungen oder sonstige Meßgrößen nach dem Kompensationsverfahren zu messen. Das Wesen dieses Verfahrens beruht darauf, daß die Meßgleichspannung mit einer an einem Präzisionspotentiometer abgegriffenen Kompensationsspannung über einen Zerhackerverstärker verglichen wird und bei Ungleichheit dieser beiden Spannungen über den Verstärker ein Servomotor so lange im richtigen Drehsinn bewegt wird, bis der mit dem Servomotor gekoppelte Potentiometerabgriff die Stellung für den Nullabgleich der beiden Spannungen erreicht hat. Mit dem Potentiometerabgriff verbunden ist eine Schreibfeder, die die Aufzeichnung des Meßwertes auf einem Schreibstreifen ermöglicht. Measuring device working according to the method of automatic compensation, in which a voltage to be measured is compensated by partial voltages connected in series It is known, variable electrical voltages or other measured variables to measure according to the compensation method. The essence of this procedure is based on that the DC measuring voltage is tapped with a precision potentiometer Compensation voltage is compared via a chopper amplifier and in the event of inequality of these two voltages across the amplifier a servo motor is so long in the correct Direction of rotation is moved until the potentiometer tap coupled with the servomotor has reached the position for zeroing the two voltages. With the potentiometer tap Connected to it is a pen, which records the measured value on a writing strip enables.

Diese Kompensationsschreiber haben gegenüber einfachen Ausschlagzeigern den Vorteil einer größeren Scbreibbreite und einer sehr viel höheren Anzeigegenauigkeit. Sie finden auch Anwendung für die Aufzeichnung von Massenspektrogrammen. Für diesen Zweck haben sie jedoch verschiedene Nachteile. Die Aufzeichnungsgeschwindigkeit ist zunächst bei den bisherigen Geräten nur so hoch zu bringen, daß für die volle Auslenkung der Schreibfeder über die Schreibbreite etwa 1 Sekunde benötigt wird. Sodann macht das Durchlaufen eines Massenspektrogramms normalerweise die Umschaltung der Schreibempfindlichkeit auf verschiedene Empfindlichkeitsstufen notwendig, weil die Unterschiede zwischen den einzelnen Ionen strömen oft bis zu fünf Zehnerpotenzen betragen. Die dann erforderliche Umschaltung auf andere Empfindlichkeitsstufen verlangsamt weiterhin den Schreibvorgang. Aus diesem Grunde wird in den meisten Fällen bei der Durchführung von Analysen mit dem Massenspektrometer die Verwendung eines Vierfachschleifenoszillographen mit photogräphischer Registrierung vorgezogen, bei der die Lichtstrahlen von vier verschieden empfindlichen Galvanometersystemen überlagernd auf den Schreibstreifen geworfen werden. Auch bei der Temperaturmessung ist es häufig notwendig, einen so großen Temperaturbereich zu erfassen, daß dafür ein einfacher Kompensationsschreiber nicht mehr ausreicht. Compared to simple pointers, these compensation recorders have deflection pointers the advantage of a larger writing width and a much higher display accuracy. They are also used for recording mass spectrograms. For this However, they have various disadvantages. The recording speed is initially only to be brought so high with the previous devices that for the full Deflection of the pen over the writing width takes about 1 second. Then running a mass spectrogram normally makes the switch the writing sensitivity to different sensitivity levels is necessary because the differences between the individual ions often flow up to five powers of ten be. The then required switching to other sensitivity levels is slowed down continue to write. For this reason, in most cases the Perform analyzes with the mass spectrometer using a quadruple loop oscilloscope with photographic registration preferred, in which the light rays of four different sensitive galvanometer systems superimposed on the writing strip to be thrown. When measuring temperature, it is often necessary to have one like this to record a large temperature range that a simple compensation recorder for this is no longer sufficient.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von einem nach dem Verfahren der selbsttätigen Kompensation arbeitenden Meßgerät aus, bei dem eine zu messende Spannung durch in Reihe geschaltete, den Dezimalstellen der Maßzahl entsprechende stufenweise veränderliche Teilspannungen kompensiert wird, die durch an Kontaktarmen angebrachte Gleitkontakte von den Kontakten einer Anzahl von Dekadenwiderständen, an denen im Dezimalverhältms zueinander stehende Spannungen liegen, abgegriffen werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur Erzielung einer selbsttätigen Einstellung eines jeden der Kontaktarme entsprechend dem durch eine Dezimalzahl der Meßspannung ausgedrückten Meßwert der Kontaktarm jeder Dekade außer dem Kontakt zum Abgreifen der stufenweise veränderlichen Teilspannung auf Kontakten eines zweiten Schleifkontaktes liegt, der von einem der betreffenden Dekade parallel liegenden Schleifwiderstand eine Spannung abgreift, die jeweils zwischen dem Wert der der gerade eingestellten Stufe entsprechenden Teilspannung und der Spannung der nächsthöheren Stufe dieser Dekade liegt, und daß für jede Dekade ein den Kontaktarm antreibender Servomotor vorgesehen ist, der in einem Kreise liegt, welcher sowohl die Meßspannung als auch die von der zugehörigen Dekadenstufe und die von dem diese Stufe folgenden Schleifwiderstand abgegriffene, beide der Meßspannung entgegengeschalteten Spannungen enthält, und der durch Verstellen des Kontaktarmes die Summe dieser entgegengerichteten Spannungen selbsttätig auf Null abgleicht, womit gleichzeitig die Teilspannung einer jeden Dekade auf einen Stufenwert eingestellt wird, welcher dem nach Abzug der in der jeweils folgenden Dekade zu kompensierenden Teilspannungen verbleibenden Rest ohne Überschreitung am nächsten kommt. In order to achieve the object, the invention is based on one according to the method the automatic compensation working measuring device, in which one to be measured Voltage through series-connected, corresponding to the decimal places of the dimension figure gradually changing partial voltages is compensated, which is caused by the contact arms attached sliding contacts from the contacts of a number of decade resistors, at which voltages in decimal relation to one another are tapped will. The essence of the invention is that to achieve an automatic Adjustment of each of the contact arms according to that by a decimal number the measured value of the contact arm, expressed as the measured voltage, of every decade except for the contact for tapping the gradually variable partial voltage on the contacts of a second Sliding contact lies, that of one of the relevant decade lying parallel Slip resistance taps a voltage, each between the value of the the voltage of the level that has just been set and the voltage of the next higher Level of this decade, and that for each decade there is one driving the contact arm Servomotor is provided, which lies in a circle, which both the measuring voltage as well as those of the associated decade stage and those of the one following this stage Wiper resistance tapped, both voltages connected opposite to the measuring voltage contains, and the sum of these opposing directions by adjusting the contact arm Automatically adjusts voltages to zero, which simultaneously reduces the partial voltage of a every decade is set to a level value that corresponds to the in the remaining partial voltages to be compensated for in the following decade comes closest without exceeding.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. The invention is illustrated using an exemplary embodiment.

Abb. 1 zeigt eine Aufzeichnung nach dem neuen Verfahren, Abb. 2 ein Kompensationspotentiometer zur Durchführung des Meßverfahrens nach der Erfindung, Abb. 3 eine Meßeinrichtung zur Anzeige von Meßgrößen in drei Dezimalstellen. Fig. 1 shows a recording made using the new method, Fig. 2 a compensation potentiometer for carrying out the measuring method according to the invention, Fig. 3 a measuring device for displaying measured quantities in three decimal places.

Die Aufzeichnung z. B. der Zahl 823 erfolgt nach dem neuen Registrierverfahren auf einem fortlaufenden Schreibstreifen a beispielsweise in der in Abb. 1 dargestellten Art. Dabei sind für drei aufeinanderfolgende Dezimalstellen - je zehn Schreibgriffel b, c, d vorgesehen. Die Meßspannung M1 wird, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, nach Verstärkung in einem Regelverstärker durch ein motorisch betriebenes Potentiometer P1 auf Null abgeglichen, das den höchsten Meßbereich überstreicht, z. B. den Bereich von 1 bis 10 Volt. The recording z. B. the number 823 takes place according to the new registration procedure on a continuous writing strip a, for example in the one shown in Fig. 1 Art. There are three consecutive decimal places - ten styluses each b, c, d provided. The measurement voltage M1 is, as can be seen from Fig. 3, after Amplification in a control amplifier by a motorized potentiometer P1 adjusted to zero, which covers the highest measuring range, e.g. B. the area from 1 to 10 volts.

Der Schleifdraht dieses Potentiometers ist nicht durchgehend gewickelt, sondern unterbrochen durch größere Kontaktbrücken f, die an die Abgriffe eines aus zehn gleichen Präzisionswiderständen Ro bis R9 bestehenden Spannungsteilers führen (Abb. 2). Das Potentiometer mit diesen Kontaktstreifen kann auf kleinsten Raum beschränkt und kreisförmig ausgebildet werden, da der Potentiometerabgriff nicht gleichzeitig, wie bei dem gewöhnlichen Kompensationsschreiber, auch den Schreibstift trägt. Die Widerstandsdrahtwicklungen rO bis r9 auf diesem Potentiometer brauchen nicht präzise mit einem linearen Widerstandsanstieg ausgeführt zu sein, sie haben vielmehr nur den Zweck, einen kontinuierlichen Widerstandsübergang zwischen den einzelnen Kontaktstreifen herzustellen. Sie sollen hochohmig sein gegenüber den Präzisionsfestwiderständen, so daß die Potentiale der Kontaktstreifen genau definiert sind. The contact wire of this potentiometer is not continuously wound, but interrupted by larger contact bridges f, which are connected to the taps of a ten equal precision resistors Ro to R9 lead existing voltage divider (Fig. 2). The potentiometer with this contact strip can be restricted to the smallest space and be circular, as the potentiometer tap is not at the same time, as with the usual compensation writer, also carries the pen. the Resistance wire windings r0 to r9 on this potentiometer do not need precise to be designed with a linear increase in resistance, they only have the purpose of a continuous resistance transition between the individual contact strips to manufacture. They should be high resistance to the precision fixed resistors, so that the potentials of the contact strips are precisely defined.

Beim Anlegen einer MeßspannungMl, z. B. 8,23 V, an das Schreibgerät wird der Potentiometerschleifkontakt K1 durch den Servomotor A1 über die verschiedenen Kontaktstreifen hinüber auf das Widerstandsstücl;R8 bewegt, das zwischen 8 und 9 V geschaltet ist. Die mit K1 abgegriffene Spannung von 8,23 V dient dabei zum Nullabgleich des Servomotors. When applying a measuring voltageMl, z. B. 8.23 V, to the writing instrument the potentiometer slip contact K1 is controlled by the servo motor A1 via the various Contact strip moved over to the resistance piece; R8, which is between 8 and 9 V is switched. The voltage of 8.23 V tapped with K1 is used for zeroing of the servo motor.

Der Pontentiometerarm trägt außer dem Kontakt K noch die beiden Schleifkontakte K2 und K3. Mit Kon -takt K2 wird in jedem eine Widerstandswicklung überdeckenden Winkelbereich eine Spannung abgegriffen, die gleich der kleineren Endspannung der betreffenden Widerstandswicklung R ist, in dem betrachteten Zahlenbeispiel also eine Spannung von 8 V. Mit K wird ein Kontakt geschlossen, der in einem Kreise liegt, welcher sowohl die Meßspannung als auch die von der zugehörigen Dekadenstufe und die von dem dieser Stufe folgenden Schleifwiderstand abgegriffenen, beide der Meßspannung entgegengeschalteten Spannungen enthält, und der durch Verstellen des Kontaktarmes die Summe dieser entgegengerichteten Spannungen selbsttätig auf Null abgleicht, womit gleichzeitig die Teilsparmung einer jeden Dekade auf einen Stufenwert eingestellt wird, welcher dem nach Abzug der in der jeweiIs folgenden Dekade zu kompensierenden Teilsp annung verbleibenden Rest ohne Überschreitung am nächsten kommt.In addition to the contact K, the pontentiometer arm also carries the two sliding contacts K2 and K3. With contact K2 a resistor winding is covered in each Angular range a voltage is tapped, which is equal to the smaller final voltage of the relevant resistor winding R is, in the numerical example considered a voltage of 8 V. With K a contact is closed that is in a circle, which both the measuring voltage and that of the associated decade stage and those tapped by the drag resistance following this stage, both of the measuring voltage Contains opposing voltages, and by adjusting the contact arm automatically adjusts the sum of these opposing voltages to zero, with which at the same time the partial saving of each decade is set to a level value which is to be compensated after deducting the in the respective following decade Partial tension comes closest to the remainder without exceeding.

Die Differenz zwischen der mit K2 abgegriffenen Spannung von 8 V und der Meßspannung an K1 von 8,23 V - in unserem Beispiel also 0,23 V - wird an den Eingang eines zweiten Regelverstärkers V2 gelegt, der ein zweites, motorisch betriebenes Potentiometer P2 zum Nullabgleich dieser Differenzspannung M2 bringt und genauso ausgeführt ist wie das PotentiometerP1. An seinen Endklemmen liegt jedoch nur ein Zehntel derjenigen Spannung, die am Potentiometer Pt liegt - im betrachteten Bei- spiel 1 V. In der gleichen Weise, wie das Potentiometer P1 die erste Dezimale der EingangsmeßspannungMl aufzeichnet und eine Spannung abgibt, die nach Abzug von der Ä'ileßspannung M1 die Eingangsspannung für den zweiten Dezimalverstärker liefert, zeichnet das Potentiometer P die zweite Dezimale von 0.2 V auf und gibt eine Spannung von 0,03 V ab, die nach Abzug von der Eingangsspannung M2 dieser zweiten Dezimalstufe die Eingangsspannung M3 für einen dritten Dezimalverstärker mit Potentiometer liefert. Man kann also auf diese Weise eine Reihe von Dezimalstufen hintereinander anordnen und dadurch einen Meßwert in vielen Dezimalen durch ein einfaches Schreibsvstem aufzeichnen bzw. Werte nebeneinander registrieren, die sich um viele Zehnerpotenzen unterscheiden. The difference between the voltage of 8 V tapped off with K2 and the measuring voltage at K1 of 8.23 V - in our example 0.23 V - becomes on placed the input of a second control amplifier V2, which is a second, motorized operated potentiometer P2 brings this differential voltage M2 to zero and is designed in the same way as the potentiometer P1. However, it is at its end clamps only a tenth of the voltage that is applied to the potentiometer Pt - in the considered At- play 1 V. In the same way as the potentiometer P1 the first decimal the input measurement voltageMl records and emits a voltage that after subtracting the measuring voltage M1 supplies the input voltage for the second decimal amplifier, the potentiometer P records the second decimal of 0.2 V and outputs a voltage of 0.03 V, which after subtracting the input voltage M2 of this second decimal level supplies the input voltage M3 for a third decimal amplifier with potentiometer. So you can arrange a number of decimal levels one after the other in this way and thereby a measured value in many decimal places through a simple writing system record or register values next to each other that are many powers of ten differentiate.

Die Vorteile des neuen Ddadenschreibers bestehen in der Möglichkeit einfacher Registrierung von stark unterschiedlichen Meßwerten bzw. der sehr genauen Registrierung eines Meßwertes, wobei die reine Registnergenauigkeit nur durch die Anzahl der Dezimalstufen bedingt ist. Er hat eine schnelle Einstellgeschwinidigkeit trotz Direktschreibung wegen der festen Schreibgriffel und kleinen Potentiometerabmessungen, wodurch die bewegten Teile sehr trägheitsarm gehalten werden können. Kontaktstörungen am Schleifdraht werden dadurch vermieden. daß die Stellung des Kontaktes auf dem Schleifdraht unkritisch ist. Die Afteßwerte lassen sich unmittelbar ohne Ausmessung ablesen. Dadurch ergibt sich eine Zeitersparnis bei der Auswertung. Es ist auch eine einfache Zahlenanzeige, auch Fernanzeige, dadurch möglich, daß in den Stromkreis der Schreibstifte Relais geschaltet werden, die den Meßwert direkt in Zahlen erscheinen lassen oder auch die Zahlenwerte auf Registrierkarten drucken (z. B. bei elektrischen Waagen). The advantages of the new dad writer consist in the possibility simple registration of very different measured values or the very precise Registration of a measured value, the pure register accuracy only through the Number of decimal levels is conditional. It has a fast setting speed despite direct writing because of the fixed stylus and small potentiometer dimensions, whereby the moving parts can be kept with very little inertia. Contact disorders on the grinding wire are avoided. that the position of the contact on the Grinding wire is not critical. The measured values can be taken directly without measurement read off. This saves time in the evaluation. It is also a simple number display, also remote display, possible by being in the circuit the pens relays are switched, which the measured value appear directly in numbers or print the numerical values on registration cards (e.g. for electrical Scales).

Die Meßwerte lassen sich direkt in Rechenmaschinen oder Lochkartensystemen zur automatischen Auswertung von Meßergebnissen (z. B. für spektrometrische Analysen) einschalten. The measured values can be entered directly into calculating machines or punch card systems for the automatic evaluation of measurement results (e.g. for spectrometric analyzes) turn on.

Schließlich besteht die Möglichkeit der Anwendung als Mehrfachschreiber, wenn verschiedene Meßwerte unabhängig voneinander aufgezeichnet werden sollen, wobei eine geringe Genauigkeit der Aufzeichnung in Kauf genommen werden kann. Man kann die Gesamtheit der Dezimalstufen in einzelne Gruppen unterteilen. So kann z. B. ein Schreibsystem die Aufzeichiiung eines Meßwertes in vier Dezimalen durch eine einfache Umschaltung auch für Aufzeichnung zweier unabhängiger Meßwerte in zwei Dezimalen Anwendung finden. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht in dem geringen Papierbedarf. Für die auf zwei bis drei Dezimalen genaue Aufzeichnung eines Meßwertes mit einem normalen Kompensographen ist eine Papierbreite von 20 bis 30 cm notwendig. Der Papierverbrauch und die durch die große Papierbreite bedingten Abmessungen des Schreibers sind dementsprechend groß. Bei einem Dekadeuschreiber kann die Papierbreite ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit für die Aufzeichnung von drei Dezimalen auf wenige Zentimeter beschränkt bleiben, da es nur darauf ankommt, dreißig Striche unterscheidbar nebeneinander anzuordnen. Der durch die Papierbreite bedingte mechanische Aufwand für den Papiervorschub ist ebenfalls ,entsprechend geringer. Finally, there is the possibility of using it as a multiple writer, if different measured values are to be recorded independently of one another, where a low accuracy of the recording can be accepted. One can divide the totality of the decimal levels into individual groups. So z. B. a writing system the recording of a measured value in four decimal places by a simple switchover also for recording two independent measured values in two Decimal apply. Another important advantage is that it is low Paper requirements. For recording a measured value with an accuracy of two to three decimal places With a normal compensograph, a paper width of 20 to 30 cm is necessary. The paper consumption and the dimensions of the Writer's are accordingly large. With a decade recorder, the paper width can be without compromising the accuracy for recording three decimal places Restrict a few centimeters, as it only depends on thirty lines to be arranged distinguishably next to each other. The mechanical one due to the width of the paper The effort for the paper feed is also correspondingly lower.

Es ist auch möglich, einen gewöhnlichen Kompensographen in seinem Meßbereich dadurch zu erweitern, daß man eine oder mehrere Dekadenstufen ihm vorschaltet. It is also possible to have an ordinary compensograph in his To expand the measuring range by adding one or more decade steps in front of it.

Das neue Dekadensystem kann sinngemäß auch in Verhindung mit nicht elektrischen Kompensationsverfahren und Vorrichtungen Anwendung finden. The new decade system can also be used in conjunction with not electrical compensation methods and devices are used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. According to the method of automatic compensation working measuring device, in which a voltage to be measured by means of series-connected, Gradually variable partial voltages corresponding to the decimal places of the dimension figure is compensated by the sliding contacts attached to the contact arms a number of decade resistors with a decimal ratio to each other Tensions lie, are tapped, characterized in that to achieve an automatic adjustment of each of the contact arms according to the a decimal number of the measured voltage, expressed as the measured value of the contact arm of each decade apart from the contact for attacking the gradually variable partial voltage Contacts of a second sliding contact is from one of the relevant decade parallel sliding resistor picks up a voltage, each between the value of the partial voltage corresponding to the level just set and the Voltage of the next higher level of this decade, and that one for each decade the servomotor driving the contact arm is provided, which lies in a circle, which both the measuring span as well as that of the associated decade level and those tapped by the drag resistance following this stage, both of the measuring voltage Contains opposing voltages, and by adjusting the contact arm automatically adjusts the sum of these opposing voltages to zero, with which at the same time the partial voltage of each decade is set to a step value which is to be compensated after deducting the in the following decade Partial voltages remaining as close as possible without exceeding the remainder.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that subsections each sliding resistance corresponding to the positions of the contact arm for which Adjacent tap contacts of the assigned decade resistance from the tapping contact be bridged, are designed as resistance-free sliding tracks.

3. Measuring device, in particular according to claim 1 and 2, characterized in that that a group (b, c, d) of fixed writing pens is provided for each decade, those on electrosensitive paper (a) corresponding to the individual decade digits Register numerical values.

Documents considered: German Patent No. 606 364; Swiss Patent No. 216452; French patent specification No. 969 960.