DE1293895B

DE1293895B - Automatic compensator with digital balancing process

Info

Publication number: DE1293895B
Application number: DE1965G0045435
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rainer; Strehl
Original assignee: P Gossen and Co GmbH
Current assignee: P Gossen and Co GmbH
Priority date: 1964-12-22
Filing date: 1965-12-11
Publication date: 1969-04-30
Also published as: AT254330B

Description

Ausgehend von dem bekannten Poggendorf-Kompensator wird ein neues Verfahren beschrieben, das eine digitale Messung von elektrischen Größen und gleichzeitig die Zuordnung einer Winkelstellung zur Meßgröße gestattet. A new one is based on the well-known Poggendorf compensator Method described that a digital measurement of electrical quantities and simultaneously the assignment of an angular position to the measured variable is permitted.

Eine selbstabgleichende Anordnung, wie sie in automatischen Kompensatoren und Kompensationsschreibern bereits vielfältige Anwendung gefunden hat, ist im Prinzip in F i g. 1 gezeigt. Die Eingangsspannung Um wird mit dem am Schleifer 1 des Potentiometers2 abgegriffenen Teil U, der Normalspannung 3 über den Nullindikator 4 verglichen. Der Schleifer wird so lange nachgestellt, bis die Differenz beider Spannungen Null ist. Die Nachstellung des Schleifers geschieht durch den Motor 5, welcher mechanisch, meist über ein Getriebe, mit der Achse des Potentiometers gekuppelt ist und von der Differenzspannung zwischen Ue und Uv meist über einen Verstärker gesteuert wird. Mit der Achse des Potentiometers ist entweder direkt oder über einen Seilzug ein Anzeige- bzw. Schreiborgan verbunden, dessen Stellung ein Maß für die Eingangsgröße ist. A self-balancing arrangement as used in automatic expansion joints and compensation recorder has already found a wide variety of applications, is in principle in Fig. 1 shown. The input voltage Um is compared with that of the wiper 1 of the potentiometer2 tapped part U, compared to the normal voltage 3 via the zero indicator 4. The grinder is readjusted until the difference between the two voltages is zero is. The adjustment of the grinder is done by the motor 5, which is mechanically, usually via a gear, with the axis of the potentiometer is coupled and from the differential voltage between Ue and Uv is usually controlled by an amplifier. With the axis of the potentiometer is either directly or via a cable pull Connected display or writing element, the position of which is a measure of the input variable is.

Die fortschreitende Automatisierung der Meßwerterfassung und die Bestrebungen, Meßergebnisse in Ziffernform anzuzeigen und zu drucken, machen es erforderlich, den Anwendungsbereich der sehr genauen Kompensationsschreiber durch zusätzliche Einrichtungen zur digitalen Darstellung des Meßergebnisses zu erweitern. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß mit dem Potentiometer ein digitaler Winkelstellungsgeber gekoppelt wird. The advancing automation of data acquisition and the Efforts to display and print measurement results in numerical form make it required, the scope of the very precise compensation recorder to expand additional facilities for the digital representation of the measurement result. This is achieved, for example, by using a digital potentiometer Angle position encoder is coupled.

Digitale Winkelstellungsgeber sind Geräte, die einem Drehwinkel oder der einem Drehwinkel proportionalen Größe einen codierten Zahlenwert zuordnen. Als Beispiel sei die Zuordnung der Ziffern 0 bis 1000 zu den Winkelstellungen 0 bis 3600 angeführt, wobei die Endwerte beispielsweise 1000/o des zu erfassenden Wertebereichs einer physikalischen Größe entsprechen. Digital angular position encoders are devices that provide an angle of rotation or assign a coded numerical value to the variable proportional to an angle of rotation. as An example is the assignment of the digits 0 to 1000 to the angular positions 0 to 3600, where the end values are, for example, 1000 / o of the range of values to be recorded correspond to a physical quantity.

Das Prinzip des digitalen Winkelstellungsgebers ist in Fig. 2 dargestellt. Mit der Achse 6, deren Drehwinkel erfaßt werden soll, ist der Codeträger 7 verbunden, auf dem in mehreren konzentrischen Ringbahnen ein Coderaster angebracht ist. Je nach der Anzahl der zu unterscheidenden Winkelstellungen und dem verwendeten Code wird eine bestimmte Anzahl von Coderingen benötigt. Für meßtechnische Anwendungen werden einschrittige Codes bevorzugt, die auf einfache Weise in einen bewertbaren Binärcode umgesetzt werden können. Als bewertbare Codes kommen insbesondere tetradische Codes in Betracht, welche vier Binär-Einheiten pro Dekade enthalten und beispielsweise nach den Wertigkeiten 8-4-2-1 (natürlicher Binärcode) oder 2-4-2-1 (Aiken Code) gestuft sind. Für jedeDekade sind in diesem Fall vier Coderinge erforderlich, bei einem Auflösungsvermögen von 1000 für 3600 dementsprechend zwölf. The principle of the digital angular position transmitter is shown in FIG. The code carrier 7 is connected to the axis 6, the angle of rotation of which is to be detected, On which a code grid is attached in several concentric ring tracks. Ever according to the number of angular positions to be differentiated and the code used a certain number of code rings is required. For metrological applications One-step codes are preferred, which can be easily converted into an assessable Binary code can be implemented. Tetradic codes, in particular, can be used as evaluable codes Consider codes which contain four binary units per decade and, for example according to the valences 8-4-2-1 (natural binary code) or 2-4-2-1 (Aiken code) are tiered. In this case, four code rings are required for each decade, at a resolution of 1000 for 3600 accordingly twelve.

Die Ablesung des Codes erfolgt mit der Abtastvorrichtung 8 beispielsweise nach einem optischen Verfahren, bei welchem ein transparenter Coderaster durchleuchtet und von lichtempfindlichen Elementen (Photodiode, Phototransistor, Photowiderstand) erfaßt wird oder nach einem elektromechanischen Verfahren, bei welchem die Codebahnen leitend sind und über Bürsten elektrische Stromkreise schließen. Die zu den einzelnen Codebahnen gehörenden Abtastelemente geben in ihrer Gesamtheit den der Winkelstellung entsprechenden Code ab. The code is read using the scanning device 8, for example according to an optical method in which a transparent code grid is illuminated and light-sensitive elements (photodiode, phototransistor, photoresistor) is detected or by an electromechanical method in which the code tracks are conductive and close electrical circuits via brushes. The to the individual Scan elements belonging to code tracks give in their entirety that of the angular position corresponding code.

Eine weitere Art der digitalen Meßwertdarstellung besteht bei einem selbstabgleichenden Kompensator darin, die Potentiometerachse mechanisch mit Zählrädern zu koppeln, auf denen man den Meßwert digital ablesen kann. Schließlich hat man auch vorgeschlagen, die digitale Meßwertdarstellung durch das Umschalten auf eine weitere selbstabgleichende Brückenschaltung zu bewirken. Another type of digital display of measured values exists with a self-balancing compensator in it, the potentiometer axis mechanically with counting wheels to couple, on which one can read the measured value digitally. Finally one has also proposed the digital display of measured values by switching to a to effect further self-balancing bridge circuit.

In allen diesen Fällen wird jedoch ein stetig abgleichendes Potentiometer verwendet, was sich wegen des auftretenden Verschleißes nachteilig auf die Anzeigegenauigkeit auswirkt. In all of these cases, however, a continuously balancing potentiometer is used used, which is detrimental to the display accuracy because of the wear that occurs affects.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß in Anlehnung an die oben beschriebene, selbstabgleichende Anordnung die Vergleichsspannung Uv unter Weglassung des Potentiometers 2 mit Hilfe eines digitalen Winkelstellungsgebers dadurch erzeugt, daß der der Winkelstellung entsprechende Ziffernwert in eine proportionale elektrische Größe umgesetzt wird. Bei optischer Abtastung des Codeträgers ist als besonderer Vorteil dieser Anordnung der berührungsfreie Abgriff zu nennen. In contrast, according to the invention based on the above-described, self-balancing arrangement the comparison voltage Uv with omission of the potentiometer 2 generated with the help of a digital angular position transmitter that the angular position corresponding digit value is converted into a proportional electrical quantity. With optical scanning of the code carrier is a particular advantage of this arrangement to name the contact-free tap.

Liegt nach F i g. 3 die Winkelstellung einer Achse 6 nach Erfassung mit einem digitalen Winkelstellungsgeber 7 und 8 und nötigenfalls nach entsprechender Codeumsetzung 9 als tetradisch bewertbarer Code vor, so wird eine dem Ziffernwert der digitalen Darstellung entsprechende analoge elektrische Größe dadurch erzeugt, daß jede der vier Stufen einer Dekade einen Schalter 10 betätigt, beispielsweise einen Relaiskontakt, der aus einer Normalspannungsquelle 11 über einen Normalwiderstand 12 einen definierten Teilstrom über den Summierwiderstand 13 fließen läßt. Je nachdem, ob eine Stufe »ein«- oder »aus«-geschaltet ist, ist der von ihr gelieferte Teilstrom gleich ihrer Wertigkeit oder gleich Null. Der Spannungabfall am Widerstand 13 ist dann proportional der Summe der Teilströme. Soll nach diesem Verfahren eine in tetradischer Form vorliegende dreistellige Zahl in einen proportionalen Strom umgesetzt werden, so sind die Teilströme der Hunderter-Dekade durch geeignete Dimensionierung der Normalwiderstände 100mal so groß, die der Zehner-Dekade 10mal so groß wie die der Einer-Dekade festzulegen und über den gemeinsamen Widerstand zu summieren. According to FIG. 3 the angular position of an axis 6 after detection with a digital angular position transmitter 7 and 8 and, if necessary, according to Code conversion 9 as a tetradically evaluable code, one becomes the numerical value analog electrical quantity corresponding to the digital representation is generated by that each of the four stages of a decade actuates a switch 10, for example a relay contact that comes from a normal voltage source 11 via a normal resistor 12 allows a defined partial current to flow through the summing resistor 13. Depending on, Whether a stage is "on" or "off" is the partial flow it delivers equal to their valence or equal to zero. The voltage drop across resistor 13 is then proportional to the sum of the partial currents. If, according to this procedure, a tetradic Form the present three-digit number can be converted into a proportional current, so are the partial flows of the hundred-decade by suitable dimensioning of the Normal resistances 100 times as great, those of the decade 10 times as great as those of the Determine one-decade and sum over the common resistance.

Um die Genauigkeit der Teilströme zu gewährleisten, muß die Spannung an den Widerständen 12 mit Hilfe einer Regelschaltung 11 konstant gehalten werden. Durch diese Maßnahme ist es außerdem möglich, in Serie mit dem Widerstand 13 einen Lastwiderstand 14, beispielsweise eine Fernanzeige, zu legen, welcher dann von einem eingeprägten und der Meßgröße proportionalen Gleichstrom durchflossen wird.To ensure the accuracy of the partial currents, the voltage be kept constant at the resistors 12 with the aid of a control circuit 11. By this measure, it is also possible in series with the resistor 13 a Load resistor 14, for example, a remote display to put, which is then from a impressed and the measured variable proportional direct current flows through.

Der Spannungsabfall am Widerstand 13 ist ein Maß für die Winkelstellung der Achse 6 und stellt die Vergleichsspannung Uv dar, deren Differenz mit der Eingangsspannung Ue über einen Nullverstärker 15 den Servomotor 16 steuert. Dieser verstellt die Achse 6 über ein Getriebe, bis Ue und Uv gleich groß sind. Fest mit der Achse 6 verbunden ist außerdem eine Seilscheibe 17 mit einem Seilzug 18, welche die drehende Bewegung der Achse 6 in eine Längsbewegung des Schlittens 19 überführen. Damit ist die Anzeige der Meßgröße auf einer Linearskala 20 oder die Registrierung ermöglicht. Eine digitale Anzeige 21 wird beispielsweise über einen weiteren Relaiskontakt gesteuert. The voltage drop across the resistor 13 is a measure of the angular position the axis 6 and represents the comparison voltage Uv, its difference with the input voltage Ue controls the servomotor 16 via a null amplifier 15. This adjusts the Axis 6 via a gear until Ue and Uv are equal. Fixed to the axis 6 connected is also a pulley 17 with a cable 18, which the rotating Convert the movement of the axis 6 into a longitudinal movement of the slide 19. So is enables the display of the measured variable on a linear scale 20 or the registration. A digital display 21 is controlled, for example, via a further relay contact.

Soll nach F i g. 4 an Stelle der Eingangsspannung Ue ein Eingangsstrom Ie gemessen werden, so tritt an Stelle der Vergleichsspannung Uv der Vergleichsstrom I,, und die Differenz der beiden Ströme steuert über den stromempfindlichen Nullverstärker 15 den Motor 16. Should according to FIG. 4 an input current instead of the input voltage Ue Ie are measured, the comparison current takes the place of the comparison voltage Uv I ,, and the difference between the two currents is controlled via the current-sensitive zero amplifier 15 the engine 16.

Das beschriebene Verfahren geht von der Annahme aus, daß der Eingangsgröße eine Winkelstellung zugeordnet ist und daß diese einerseits mit Hilfe des digitalen Winkelstellungsgebers in die Vergleichsgröße umgesetzt, andererseits über eine Seilscheibe auf einer Linearskala angezeigt wird. Unter Beibehaltung des Abgleichprinzips ist es natürlich möglich, an Stelle des kreisförmigen Codeträgers einen linearen Codeträger zu verwenden, was unter Umständen konstruktive Vorteile bringt. The method described is based on the assumption that the input variable an angular position is assigned and that this on the one hand with the help of the digital Angular position encoder converted into the comparative value, on the other hand via a pulley is displayed on a linear scale. While maintaining the alignment principle is It is of course possible to use a linear code carrier instead of the circular code carrier to use, which may bring constructive advantages.

Claims

Claims: 1. Automatic compensator for digital representation and for measuring or registering electrical voltages and currents, d a u r c h indicated that the comparison span nung Uv gradually with the help of a digital Is generated by the angular position of the system axis (6) a numerical value is assigned and this numerical value is converted into an analog electrical voltage or a stream is implemented.

2. Compensator according to claim 1, characterized in that the comparison voltage due to the voltage drop of four direct currents per decade at a common Resistance (13) is caused, the partial currents from a normal voltage source (11) flow via standard resistors (12) and depending on the position of the angular position transmitter to be switched off or off.

3. Compensator according to claim 1 and 2, characterized in that with the help of a control circuit, the voltage at the standard resistors (12) is constant is held and thus via the common resistor (13) or via a with This load resistor in series stood (14) an impressed direct current flows.