DE1030046B

DE1030046B - Device for measuring or recording proportionally fast changing sizes

Info

Publication number: DE1030046B
Application number: DEN9055A
Authority: DE
Inventors: Gerard Willem Van Santen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-06-17
Filing date: 1954-06-12
Publication date: 1958-05-14

Description

Vorrichtung zum Messen oder Aufzeichnen sich verhältnismäßig schnell ändernder Größen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen oder Aufzeichnen von physikalischen Größen, wie elektrische Spannungen, Drücke, mechanische Spannungen, Temperaturen usw., die sich verhältnismäßig schnell ändern, bei welcher eine von der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe abgeleitete elektrische Spannung nebst einer zweiten, durch die Lage eines diese Größe anzeigenden Organs bestimmten elektrischen Spannung in einem Kreise wirksam ist.Device for measuring or recording is relatively quick changing quantities The invention relates to a device for measuring or recording of physical quantities, such as electrical voltages, pressures, mechanical tensions, Temperatures etc. which change relatively quickly, at which one of The electrical voltage derived from the quantity to be measured or recorded a second electrical one determined by the position of an organ indicating this quantity Tension is effective in a circle.

Die Spannungen können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Zur Erzeugung der ersten Spannung kann häufig eine von einem Wechselstromnetz gespeiste Brückenschaltung verwendet werden. Die zweite Spannung kann dabei einer zweiten, von demselben Netz gespeisten Brücke entnommen werden, von der zwei Zweige von einem Potentiometer gebildet werden, dessen von einem Motor angetriebener Schiebekontakt direkt mit einem Aufzeichnungsorgan gekoppelt ist. Wenn die aufzuzeichnende Größe gleich Null ist, so befindet sich der Schiebekontakt an einem solchen Punkt des Potentiometers, daß die im Kreis zum Antrieb des Motors wirksame Gesamtspannung gleich Null ist. Dies ist der Nullpunkt der Skala für die zu messende bzw. aufzuzeichnende Größe.The stresses can be generated in different ways. To the generation the first voltage can often be a bridge circuit fed by an alternating current network be used. The second voltage can be a second one from the same network The powered bridge can be taken from the two branches of a potentiometer are formed, whose sliding contact driven by a motor directly with is coupled to a recording organ. When the size to be recorded is zero is, the sliding contact is at such a point on the potentiometer, that the total voltage effective in the circuit for driving the motor is zero. This is the zero point of the scale for the variable to be measured or recorded.

In einzelnen Fällen ist die der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe entsprechende Spannung ganz bestimmten langsamen, nicht mit dieser Größe zusammenhängenden Änderungen unterworfen. Wenn z. B. mechanische Spannungen mittels sogenannter Dehnungsmeßstreifen gemessen werden, so sind diese Meßstreifen häufig solchen atmosphärischen Einflüssen, insbesondere Wärmeeinflüssen ausgesetzt, daß unerwünschte Änderungen der Streifenimpedanzen auftreten. Folglich liegt eine Abweichung von der Nullage des Meß- oder Aufzeichnungsorgans vor, auch wenn die Meßstreifen nicht einer Dehnung unterworfen sind. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen.In individual cases it is the one to be measured or recorded Size corresponding voltage very specific slow, not related to this size Subject to change. If z. B. mechanical stresses by means of so-called strain gauges are measured, these measuring strips are often such atmospheric influences, particularly exposed to heat that undesirable changes in the strip impedances appear. Consequently, there is a deviation from the zero position of the measuring or recording element before, even if the measuring strips are not subjected to stretching. The invention aims to eliminate this disadvantage.

Bei einer Meß- oder Aufzeichnungsvorrichtung für sich verhältnismäßig schnell ändernde Größen, bei der eine von der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe abgeleitete elektrische Spannung nebst einer zweiten, durch die Lage eines Anzeigeorgans für diese Größe bedingten elektrischen Spannung in einem Kreis wirksam ist und die Differenzspannung, gegebenenfalls nach erfolgter Verstärkung, auf einen Motor wirkt, der das Anzeigeorgan zusätzlich beeinflußt, und bei welcher ferner Mittel für eine solche Regelung der zweiten Spannung vorgesehen sind, durch die langsame, mit der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe nicht zusammenhängende Änderungen der ersten Spannung im Kreis ausgeglichen werden, wird erfindungsgemäß die zweite Spannung einer Brückenschaltung entnommen, deren einer Zweig wenigstens teilweise aus einem Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten besteht, der im Wärmekontakt mit einem in Abhängigkeit von der Lage des Anzeigeorgans geheizten Heizelement steht.In the case of a measuring or recording device, this is relatively in itself rapidly changing quantities, one of which is to be measured or recorded Quantity derived electrical voltage along with a second one, through the location of a Display organ for this size caused electrical voltage effective in a circle and the differential voltage, if necessary after amplification, to one Motor acts, which also influences the display element, and in which further Means are provided for such a regulation of the second voltage, by the slow quantity that is not related to the quantity to be measured or recorded Changes in the first voltage in the circle are compensated for, according to the invention the second voltage is taken from a bridge circuit, one branch of which is at least partially consists of a resistor with a high temperature coefficient, which is im Thermal contact with a heated depending on the position of the display member Heating element is standing.

Bedingung ist im allgemeinen, daß während einer vorbestimmten Zeit die Summe sämtlich-er Zeiten, in denen die zu messende Größe gleich Null ist, größer als die Summe der Zeiten ist, in denen diese Größe einen vorbestimmten von Null abweichenden Wert hat.The condition is generally that during a predetermined time the sum of all times in which the variable to be measured is equal to zero is greater than the sum of the times when this quantity is a predetermined one of zero has a different value.

Im allgemeinen wird vorzugsweise ein Widerstandselement mit negativem Temperaturkoeffizienten gewählt, da die Widerstandsänderung eines solchen Elementes je Grad Wärmeänderung größer ist als die von Widerstandselementen mit positivem Temperaturkoeffizienten.In general, a resistance element with negative Temperature coefficient chosen because the change in resistance of such an element per degree of heat change is greater than that of resistance elements with positive Temperature coefficient.

Bei der Erfindung handelt es sich nicht etwa um eine der bekannten Programmregelungen, bei denen eine von der Regeleinrichtung beeinflußte Größe in Abhängigkeit von der Zeit oder von einer anderen Größe eine ganz bestimmte Gesetzmäßigkeit aufweisen soll. Diese Abhängigkeit ist dabei das Programm. Bei der Erfindung handelt es sich vielmehr um eine Kompensation von Zustandsänderungen, die mehr oder weniger zufällig eintreten und sich außerdem vergleichsweise langsam abspielen. Sie hängen mit der zu messenden Größe nicht zusammen, sollen aber trotzdem in einfacher und wirksamer Weise kompensiert werden.-Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung erläutert. Fig. 1 stellt ein vereinfachtes Schaltschema einer Meß- oder Aufzeichnungsvorrichtung nach der Erfindung dar. Mit 1 ist eine- Vorrichtung zum Ableiten einer elektrischen Spannung aus der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe bezeichnet. Letztere kann,-z: B. eine mechanische Spannung in einem Maschinenteil, insbesondere in einem Teil einer Walze sein. Angenommen ist ferner, daß die mechanische Belastung sich verhältnismäßig schnell mit der Zeit ändert; sie kann z. B. aus einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Aufeinanderfolge- von Spitzenbelastungen bestehen.The invention is not one of the known ones Program controls in which a variable influenced by the control device in Depending on the time or on another quantity, a very specific law should have. This dependency is the program. The invention is Rather, it is a compensation for changes in state that are more or less occur randomly and also take place comparatively slowly. they hang not related to the size to be measured, but should despite this be compensated in a simple and effective manner. The invention is based on the Drawing explained. Fig. 1 shows a simplified circuit diagram of a measuring or Recording device according to the invention. With 1 is a device for Deriving an electrical voltage from the voltage to be measured or recorded Size. The latter can, e.g. a mechanical tension in a machine part, in particular be in part of a roller. It is also assumed that the mechanical Exposure changes relatively quickly over time; she can z. B. from a regular or irregular succession of peak loads exist.

Die Vorrichtung 1 ist als Brücke dargestellt, die über einer, Transformator 2 aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Beim Messen mechanischer Spannungen bestehen die Brückenzweige aus Widerständen, deren Werte von der zu messenden mechanischen Spannung abhängig ist: Es ist bekannt, als solche sogenannte Dehnungsmeßstreifen zu benutzen, die in entsprechender Weise am Maschinenteil befestigt werden, in dem die Spannung als Funktion von der Zeit festgestellt werden soll. Es ist grundsätzlich möglich, einen der vier Brückenwiderstände als Dehnungsmeßstreifen auszubilden, aber vorzugsweise werden Dehnungsmeßstreifen für alle vier Widerstände gewählt, die derart am Maschinenteil befestigt werden, daß zwei in der Brücke einander gegenüberliegende Streifen einer Dehnung unterworfen sind und die beiden anderen nicht belastet oder einer Druckbelastung unterworfen sind. Auf diese Weise kann der Einfluß der Umgebungstemperatur gewissermaßen ausgeglichen werden.The device 1 is shown as a bridge over a transformer 2 is fed from the AC network. Exist when measuring mechanical stress the bridge branches made of resistors whose values depend on the mechanical to be measured Stress is dependent: It is known as such so-called strain gauges to use, which are attached in a corresponding manner to the machine part in which the voltage is to be determined as a function of time. It is fundamental possible to design one of the four bridge resistors as a strain gauge, but preferably strain gauges are chosen for all four resistances, which are attached to the machine part in such a way that two opposite each other in the bridge Strips are subject to stretching and the other two are not loaded or are subjected to a pressure load. In this way, the influence of the ambient temperature to be balanced, so to speak.

Infolge der ungleichmäßigen Erwärmung der Dehnungsmeßstreifen treten aber noch unerwünschte Änderungen der Widerstandswerte auf, die in einer Verschiebung des Nullpunktes des Anzeigeinstrumentes zum Ausdruck kommen.As a result of the uneven heating of the strain gauges occur but still unwanted changes in resistance values result in a shift of the zero point of the display instrument.

Das Anzeigeinstrument besteht im vorliegenden Falle aus dem Arm eines -Potentiometers 5, der eine Seite einer zweiten Brücke 3. bildet, die über einen Transformator 4 aus demselben Wechselstromnetz wie die erste Brücke gespeist wird. Der Einfluß von Änderungen der Netzspannung auf die Anzeige wird auf diese Weise beseitigt. Die zwei oberen Diagonalpunkte der beiden Brücken sind direkt miteinander verbunden. Der untere Diagonalpunkt der Brücke 1 und der Schiebekontakt des Potentiometers 5 sind an einen -Verstärker 6 angeschlossen, dessen Ausgangskreis direkt oder mittels eines Relais mit Schaltern einen Motor 7 speist, der den Schiebekontakt des Potentiometers antreibt. -Angenommen ist, daß die Brücke 1 im Gleichgewicht ist, wenn die zu messende Größe gleich Null ist; der Schiebekontakt befindet sich dann zum Beispiel in der von einer gestrichelten Linie angegebenen Lage, in der die am Verstärker 6 wirksame Spannung gleich Null ist. In diesem Falle ist der Motor 7 in Ruhe. Bei einer Störung des Gleichgewichtes der Brücke 1 infolge einer mechanischen Belastung des Maschinenteiles, an dem die Dehnungsmeßstreifen befestigt sind, tritt im Eingangskreis des Verstärkers 6 eine Wechselspannung auf, wodurch der Motor 7 anläuft und den Schiebekontakt über eine solche Lage hinweg verschiebt, daß die Spannung im Eingangskreis des Verstärkers wieder gleich Null wird. Der Weg, über den der Schiebekontakt verschoben wird, ist ein Maß für die zu messende Größe. Der Schiebekontakt wird daher mit einem Anzeige- und/oder Aufzeichnungsorgan verbunden: Infolge der ungleichmäßigen Erwärmung der Widerstandselemente der Brücke 1 treten Änderungen des Nullpunktes der Skala längs des Widerstandes 5 auf. Um dies zu vermeiden, besteht der Widerstand eines der Zweige der Brücke 3 teilweise aus einem Widerstand 8 mit hohem negativen Temperaturkoeffizienten. Dieser kann in Reihe mit einem festen Widerstand 9 liegen. Der Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten 8 ist mit einem Heizelement 10 vereinigt, das vorzugsweise aus einer kleinen Glühlampe besteht, die über einen Schalter 11 an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Der Schalter 11 kann mit dem Schiebekontakt des Widerstandes 5 derart gekoppelt sein, daß, wenn dieser Kontakt eine Lage rechts von der durch die gestrichelte Linie angedeuteten Nullage einnimmt, der Schalter geschlossen ist. Der Schalter wird vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Relais oder eines Verstärkers mit dem Schiebekontakt gekoppelt.In the present case, the display instrument consists of the arm of a Potentiometer 5, which forms one side of a second bridge 3. that has a Transformer 4 is fed from the same AC network as the first bridge. The influence of changes in the mains voltage on the display is in this way eliminated. The two upper diagonal points of the two bridges are directly with each other tied together. The lower diagonal point of bridge 1 and the sliding contact of the potentiometer 5 are connected to an amplifier 6, the output circuit of which is directly or by means of a relay with switches feeds a motor 7, which feeds the sliding contact of the potentiometer drives. - It is assumed that bridge 1 is in equilibrium when the one to be measured Size is zero; the sliding contact is then, for example, in the indicated by a dashed line position in which the amplifier 6 effective Voltage is zero. In this case, the motor 7 is at rest. In the event of a malfunction the equilibrium of the bridge 1 as a result of a mechanical load on the machine part, to which the strain gauges are attached, occurs in the input circuit of the amplifier 6 an alternating voltage, whereby the motor 7 starts and the sliding contact over such a position shifts away that the voltage in the input circuit of the amplifier becomes zero again. The way the sliding contact is moved is a measure of the size to be measured. The sliding contact is therefore provided with a display and / or recording device connected: As a result of the uneven heating of the Resistance elements of bridge 1 occur changes in the zero point along the scale of the resistor 5. To avoid this, there is resistance from one of the branches the bridge 3 partially consists of a resistor 8 with a high negative temperature coefficient. This can be in series with a fixed resistor 9. The resistance with negative Temperature coefficient 8 is associated with a heating element 10, which is preferably consists of a small incandescent lamp that is connected to the AC mains via a switch 11 connected. The switch 11 can be connected to the sliding contact of the resistor 5 be coupled in such a way that if this contact is a layer to the right of the through the dashed line assumes zero position, the switch is closed. The switch is preferably with the interposition of one or more relays or an amplifier coupled to the sliding contact.

Wenn die beispielsweise als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Widerstände der Brücke 1 nicht mechanisch belastet sind, die Brücke aber z. B. infolge einer ungleichmäßigen Erwärmung dieser Widerstände außer Gleichgewicht ist, so befindet sich der Schiebekontakt z. B. rechts vom Nullpunkt. Der Widerstand 8 wird dadurch langsam aufgeheizt, so daß der Motor 7, der phasenempfindlich ist, in einem solchen Sinne zu drehen anfängt, daß der Schiebekontakt nach links geführt wird; links von der Nullage ist der Schalter geöffnet. Die Heizung des Widerstandes 8 hört dann auf, so daß der Schiebekontakt vom Motor nach rechts verschoben wird. Die Vorrichtung kann derart sein, daß die Abweichung von der Nullage infolge dieser Ein-und Ausregelung sehr gering bleibt.If the resistors, which are designed, for example, as strain gauges the bridge 1 are not mechanically loaded, but the bridge z. B. as a result of a uneven heating of these resistors is out of balance, so is located the sliding contact z. B. to the right of the zero point. The resistor 8 is thereby slowly heated, so that the motor 7, which is phase sensitive, in such a Sense begins to turn that the sliding contact is led to the left; to the left of the switch is open for the zero position. The heating of the resistor 8 then stops so that the sliding contact is moved to the right by the motor. The device can be such that the deviation from the zero position as a result of this adjustment and adjustment remains very low.

Um zu vermeiden; daß diese Regelung auch auf die verhältnismäßig schnellen Änderungen der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe anspricht, welche die Brücke 1 außer Gleichgewicht bringt, wird dem Widerstand 8 eine größere Wärmeträgheit gegeben. Es ist im allgemeinen erforderlich, zur Erhöhung der Wärmeträgheit des Widerstandselementes entsprechende Mittel zu verwenden.In order to avoid; that this regulation also applies to the relatively fast Changes in the size to be measured or recorded, which the bridge 1 brings out of equilibrium, the resistor 8 is given a greater thermal inertia. It is generally necessary to increase the thermal inertia of the resistance element to use appropriate funds.

In Fig.2 ist eine Ausführungsform der Kombination des Widerstandselementes mit dem Heizelement dargestellt. Das Heizelement, z. B. eine Glühlampe 10, ist in einer Höhlung eines Blocks 12, z. B-aus Aluminium, angebracht. In der Nähe dieser Höhlung ist im Block eine kanalförmige Öffnung vorgesehen, die das Widerstandselement 8 enthält. Letzteres ist gegenüber dem Block isoliert. Es wurde festgestellt, daß auf diese Weise eine hinreichend hohe Wärmeträgheit, sowie eine günstige Heizung und Abkühlungscharakteristik erreicht wird.In Fig.2 is an embodiment of the combination of the resistance element shown with the heating element. The heating element, e.g. B. an incandescent lamp 10 is in a cavity of a block 12, e.g. B-made of aluminum, attached. Close to this Cavity, a channel-shaped opening is provided in the block, which the resistance element 8 contains. The latter is isolated from the block. It was found that in this way a sufficiently high thermal inertia, as well as a cheap heating and cooling characteristic is achieved.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Meßvorrichtungen mit Dehnungsstreifen. Auch beim Messen und Aufzeichnen elektrischer Spannungen und anderer Größen kann es vorkommen, daß man schnelle Änderungen einer Größe aufzeichnen will, jedoch langsamere auf unbestimmte Ursachen zurückführende Änderungen nicht. In allen diesen Fällen ist die Vorrichtung nach der Erfindung verwendbar.The invention is not limited to measuring devices with stretch marks. Can also be used when measuring and recording electrical voltages and other quantities there are times when you want to record rapid changes in a size, but slower ones no changes attributable to indefinite causes. In all of these cases the device according to the invention can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring or recording relatively rapidly changing variables, in which an electrical voltage derived from the variable to be measured or recorded is effective in a circle along with a second electrical voltage determined by the position of an organ indicating this variable and which Differential voltage, if necessary after amplification, acts on a motor, which additionally influences the display element, and in which further means are provided for such a regulation of the second voltage, through which slow changes in the first voltage that are not related to the variable to be measured or recorded are balanced in a circle, characterized in that the second voltage is taken from a bridge circuit, one branch of which consists at least partially of a resistor with a high temperature coefficient, which is heated in thermal contact with a depending on the position of the display element n The heating element is at a standstill.

2. Device according to claim 1, characterized in that that one side of the bridge consists of a potentiometer, the sliding contact of which at which the second voltage is picked up, is coupled to the display element.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the first Voltage is also taken from a bridge circuit by the same The voltage source is fed like the bridge circuit supplying the second voltage, that the first voltage occurs when the bridge equilibrium is disturbed, and that two diagonal points of the two bridges are connected while the other two diagonal points, one of which is formed by the sliding contact is connected to the motor circuit with the interposition of an amplifier are.

4. Device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that that the thermal inertia of the resistor with high temperature coefficient thereby is increased that the resistor is arranged in a block made of a highly thermally conductive material is. Documents considered: German Patent No. 894 455; ATM J 015-6 (December 1942), Sect.

5, V 91122-12 (August 1950), sections 6 and 6 a; K rö n e r t: "Measuring bridges and compensators", 1935, pp. 121 to 124.