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Drehspulgalvanometer mit geradliniger Zeigerbewegung Die Erfindung
betrifft Registrierinstrumente, z. B.
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Drehspulgalvanometer zur Aufzeichnung von elektrischen Signalen, die
mit einem Schreibstift oder einer Schreibfeder arbeiten. Insbesondere betrifft die
Erfindung Drehspulgalvanometer, bei denen die Kreisbewegung einer Antriebs spule
im Luftspalt eines Magneten in eine geradlinige Bewegung umgeformt wird, die von
der Schreibspitze eines Schreibstiftes oder einer Schreibfeder ausgeführt wird.
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Die Umwandlung der Kreisbewegung der Spule in eine geradlinige Bewegung
ist weitgehend linear, solange die Schreibspitze der Aufzeichnungsvorrichtung keine
allzu große Auslenkung erfährt. Der durch die Nichtlinearität hervorgerufene Fehler
ist nicht sehr groß. Wenn die Schreibspitze jedoch über einen weiten Bereich ausgelenkt
wird, dann ist der Fehler von einer Größe, die für ein genaues Registriergerät nicht
mehr tragbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehspulgalvanometer
vorzuschlagen, das insbesondere für große geradlinige Auslenkungen geeignet ist
und bei dem Fehler, die durch eine Umwandlung der Kreisbewegung in eine geradlinige
Bewegung mit Hilfe eines Lenkermechanismus entstehen, durch eine stabilisierte Hilfsvorrichtung
oder eine Rückkopplungsschaltung kompensiert werden. Diese erzeugt eine nichtlineare
Funktion, die im wesentlichen die durch den Lenkermechanismus bedingte Nichtlinearität
aufhebt.
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Die Erfindung geht von einem Drehspulgalvanometer mit einem Magneten
aus, zwischen dessen Polschuhen eine kreisende Antriebsspule angeordnet ist.
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Ferner ist ein Lenkermechanismus vorgesehen, der die Kreisbewegung
der Spule in eine geradlinige Bewegung einer Schreibspitze umformt, so daß die Auslenkung
dieser Schreibspitze auf einem Aufzeichnungsträger eine vorgewählte, nichtlineare
Funktion der Auslenkung der Spule ist. Weiterhin enthält das Drehspulgalvanometer
einen Auslenkungsfühler zur Feststellung der Auslenkung der Spule und eine Erregerschaltung
für die Spule.
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Gemäß der Erfindung führt der Auslenkungsfühler der Erregerschaltung
ein Signal zu, das proportional der Auslenkung der Spule ist und für die jeweilige
Auslenkung um einen vorgewählten, nichtlinearen Betrag korrigiert ist.
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Die Erfindung wird nun auch an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben,
wobei alle aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Einzelheiten
oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinn der Erfindung beitragen können und
mit dem
Willen zur Patentierung in die Patentanmeldung aufgenommen wurden.
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Fig. 1 zeigt einen Lenkermechanismus zur Umformung einer Kreisbewegung
in eine geradlinige Bewegung bei einem Drehspulgalvanometer; F i g. 2 zeigt eine
zu dem Galvanometer gehörige Schaltungsanordnung; Fig. 3 zeigt die durch den Lenkermechanismus
bedingte Abweichung von der Linearität; F i g. 4 ist eine Draufsicht auf einen Auslenkungsfühler,
der eine Funktion zur Kompensation der in Fig. 3 gezeigten Abweichung erzeugt; F
i g. 5 ist eine Draufsicht auf einen Teil des in der Fig. 4 gezeigten Auslenkungsfühlers;
F i g. 6 ist eine Seitenansicht des in der Fig. 5 gezeigten Teils; Fig.7 und 8 sind
Draufsichten auf einzelne Schichtungen, aus denen die in den F i g. 5 und 6 gezeigten
Teile gefertigt sind.
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Nach einem Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung ein Drehspulgalvanometer
mit einer Schreibfeder oder einem Schreibstift vor, die auf einen Aufzeichnungsträger
schreibt. Die Schreibspitze der Schreibfeder wird dabei von einer Spule angetrieben,
die in dem Luftspalt eines Magneten schwenkbar angeordnet ist. Zwischen der Spule
und der Schreibfeder ist weiterhin ein Lenkermechanismus vorgesehen, der die Kreisbewegung
der Spule in eine geradlinige Bewegung der Schreibspitze auf dem Aufzeichnungsträger
umwandelt. Unglücklicherweise
bringt dieser Lenkermechanismus jedoch
eine nichtlineare Funktion mit sich, so daß die Querauslenkung der Schreibspitze
auf dem Aufzeichnungsträger eine nichtlineare Funktion von der jeweiligen Auslenkung
der Spule ist. Mit der Antriebsspule sind weiterhin eine elektrische Schaltung mit
einem Eingangsteil und einem Differentialverstärker sowie ein Auslenkungsfühler
verbunden. Der letztere stellt die Stellung der Schreibspitze fest, wenn diese sich
über den Aufzeichnungsträger bewegt, und ist außerdem auch mit der elektrischen
Schaltung verbunden, um ihr ein elektrisches Signal zuzuführen, welches proportional
zur Auslenkung der Schreib spitze ist. Dadurch wird eine Korrektur für die Nichtlinearität
des Lenkermechanismus hergestellt.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein Registrierinstrument gezeigt, z. B.
ein mit einer Schreibfeder arbeitendes Drehspulgalvanometer, dessen Schreibspitze
10 geradlinig über einen sich bewegenden Aufzeichnungsträger 11 geführt wird. Die
Schreibspitze 10 wird durch eine Antriebsspule 12 angetrieben, die an einer Achse
13 befestigt und mittels nicht gezeigter Halterungen im Luftspalt 14 eines Magneten
15 angebracht ist. Ein Lenkermechanismus 16 formt die Kreisbewegung der Spule 12
und der Achse 13 in eine geradlinige Bewegung der Schreibspitze 10 einer Schreibfeder
17 um.
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Eine Rückkopplungsschaltung für den Antrieb der Spule enthält eine
Stabilisierung und eine Dämpfung und außerdem einen Auslenkungsfühler gemäß der
F i g. 2. Eine derartige Schaltung wurde bereits in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen
(USA. Ser.
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Nr. 409 699, vom 9. November 1964, deutsches Aktenzeichen noch unbekannt).
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Bei bekannten Geräten des hier zugrunde gelegten Typs ist die Spulenachse
um etwa 150 zu beiden Seiten der Nullage auslenkbar, und die durch den Lenkermechanismus
bedingte Nichtlinearität kann in Kauf genommen werden, da sie klein genug ist. Nach
der Erfindung ist jedoch die Spulenachse um 350 aus der Nullage auslenkbar, und
daher wird eine sehr viel größere Nichtlinearität erzeugt, die bei Präzisionsinstrumenten
nicht mehr tragbar ist. Nach der Erfindung ist daher eine Korrektur vorgesehen,
die die auftretende Nichtlinearität auf ein ertragbares Maß reduziert.
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Der Lenkermechanismus 16 nach der F i g. 1 formt die Kreisbewegung
der Spule 12 in eine geradlinige Bewegung der SchreibspitzelO auf dem Aufzeichnungsträger
11 um. Es ist erwünscht, daß zwischen der Auslenkung der Spule 12 und der Ablenkung
der Schreibspitze 10 eine lineare Beziehung besteht. Das heißt, für einen Teilwinkel,
um den die Spule 12 ausgelenkt wird, soll die Schreibspitze um einen gegebenen Betrag
bewegt werden. Für Auslenkungen der Schreibspitze bis zu 40 mm ist der durch die
Nichtlinearität des Lenkermechanismus 16 bedingte Fehler genügend klein und kann
auch bei einem Präzisionsinstrument vernachlässigt werden. Bei größeren Auslenkungen
wird jedoch der Fehler größer, und bei einer Auslenkung der Spule bis zu 350 auf
einer Seite erhält man bei 200 einen Fehler von etwa 1,40/0. Das ist mehr als für
ein Präzisionsinstrument zulässig ist Die Fig.3 zeigt die Abhängigkeit der Auslenkung
d der Schreibspitze auf dem Aufzeichnungsträ ger in Abhängigkeit vom Auslenkungswinkel
0- der Antriebsspule. Die gestrichelte Kurve 20 zeigt die erwünschte lineare Beziehung,
während die durch-
gezogene Kurve 21 die vorhandene nichtlineare Beziehung zeigt,
die durch die Gleichung d = asine+bsinKöausgedrückt werden kann. Der vertikale Abstand
zwischen den beiden Kurven gibt für jedes beliebige 0 den Fehler an, der durch den
Lenkermechanismus bedingt ist.
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Der bisher benutzte Auslenkungsfühler erzeugt ein elektrisches Ausgangs
signal in Abhängigkeit von der Lage eines auf den Fluß ansprechenden Bügels, der
von der kreisenden Spule mitbewegt wird. Infolgedessen ergibt sich für große Auslenkungen
eine unkorrigierte, nichtlineare Beziehung.
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Der in den Fig.4 bis 8 gezeigte Auslenkungsfühler 36 bedingt in der
in der Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung ein nichtlineares elektrisches Ausgangssignal,
dessen Größe für einen gegebenen Winkel e im wesentlichen gleich dem in der F i
g. 3 gezeigten Fehler für diesen Winkel ist und auch in der gleichen Richtung wie
dieser Fehler in der F i g. 3 verläuft. Mit anderen Worten erzeugt der Auslenkungsfühler
36 in Abhängigkeit von zu ein Ausgangssignal, das um etwa den gleichen Betrag und
in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der Schreibspitze in Abhängigkeit von
0 nichtlinear ist. Das Ausgangssignal des Auslenkungsfühlers wird auf einen Differentialverstärker
132 zum Antreiben der Spule 12 zurückgekoppelt, wie es in der bereits erwähnten
früheren Erfindung beschrieben ist, was zur Folge hat, daß die Schreibspitze 10
der Schreibfeder eine lineare Beziehung in bezug zur Größe des Eingangssignals bis
zu einem Fehler von maximal 0,2°lo hat.
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Der Auslenkungsfühler 36 erzeugt das nichtlineare Ausgangssignal
wegen einer Veränderung der Schichtungen, aus denen gemäß der älteren Erfindung
eine bogenförmige Erweiterung 142 eines mittleren Schenkeis 141 besteht. Bei dem
bereits vorgeschlagenen Auslenkungsfühler besteht der mittlere Schenkel aus einer
Anzahl von identischen Schichtungen gemäß der Fig. 7.
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Der Auslenkungsfühler 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
besteht aus 15 Schichtungen L gemäß der F i g. 7 und 5 Schichtungen L' gemäß der
Fig. 8, die ähnlich den SchichtungenL sind, aber im Gegensatz zu diesen abgeschnittene
Enden aufweisen. Nach der Fig. 6 liegen drei SchichtungenL' auf der einen Endseite
des Stapels, während zwei Schichtungen L' auf der anderen Endseite des Stapels liegen.
Ein bewegbarer Bügel 75 wird mit der Spule 12 angetrieben und im Luftspalt 76 bewegt.
Er erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das wegen der abgeschnittenen Enden
nichtlinear ist.