CH384680A - Anordnung zum Vergleich zweier elektrischer Grössen - Google Patents

Description

      Anordnung    zum Vergleich     ,zweier        elektrischer    Grössen    Auf vielen Anwendungsgebieten ist es erforder  lich, zwei elektrische Grössen, insbesondere eine einem  Sollwert und eine einem     Istwert    entsprechende Grösse,  miteinander zu vergleichen und das Ergebnis dieses  Vergleichs beispielsweise zu messen, als     Messgrösse     festzuhalten oder als     Einflussgrösse    einer Steuer- oder  Regeleinrichtung zuzuführen.  



  Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe,  die erreichbare Genauigkeit bei derartigen Vergleichs  bildungen zu verbessern. Hierbei sollen insbesondere  Störungen durch äussere Einflüsse ausgeschaltet wer  den. Die vorliegende Erfindung ist hierbei besonders  geeignet für die Anwendung bei einer elektrischen  Regelung, beispielsweise einer Geschwindigkeitsrege  lung, bei der der     Istwert    in digitaler Form, die  Regelgrösse in analoger Form zur Verfügung steht.  



  Nach der Erfindung ist die Anordnung zum  Vergleich zweier elektrischer Grössen, insbesondere  zum Soll- und     Istwertvergleich    in elektrischen Regel  einrichtungen dadurch im Sinne der vorgenannten       Aufgabestellung    verbessert worden, dass sowohl die  Eingangsgrösse wie auch die Vergleichsgrösse in       Digitalform    über zwei gleichartig durchgebildete  Kreise geführt werden, in denen die Impulse in  gleicher Weise in einen diesen proportionalen     Strom-          oder    Spannungswert umgeformt werden.  



  Verwendet man für die beiden Grössen zwei  Kreise, die hinsichtlich der wesentlichen Bestandteile  völlig gleich sind, dann werden störende äussere Ein  flüsse in gleicher Weise auf beide Kreise wirken.  Die dadurch bedingten gleichen Fehler heben sich  aber bei der     Differenzbildung    gegenseitig auf, so dass  ein Ergebnis mit besonders hoher Genauigkeit erzielt  wird. Mit besonderem Vorteil enthält hierbei jeder  Kreis einen Impulsumformer, der die zugeführten  Impulse in     Rechteckimpulse    umformt. Dieser Impuls-         uniformer    kann so ausgeführt sein, dass er gleich  zeitig als Verstärker wirkt.  



  Einzelheiten und Vorteile eines Beispiels der vor  liegenden Erfindung werden durch die Beschreibung  an Hand der Zeichnungen deutlich werden:       Fig.    1 gibt ein Blockschaltbild einer Ausführungs  form der Erfindung.  



       In        Fig.    2 wird ein sehr vereinfachtes Schaltbild  eines     Digital-Analog-Umformers,    wie er in     Fig.    1  verwendet wird, gezeigt, der mit einem Sättigungs  transformator arbeitet.  



       Fig.    3 zeigt den Kern sowie das Kernmontage  blech des Sättigungstransformators.  



       Fig.    4 und 5 geben Skizzen der Draufsicht und  der Seitenansicht des     Doppelsättigungstransformators     mit den konstruktiven Massnahmen zum Ausgleich  eventuell vorhandener     Temperaturdifferenzen    zwi  schen den Kernen der Transformatoren der beiden  Kanäle.  



  In     Fig.    1 sind zwei gleichartige Kanäle gezeigt,  die beide an ihrem Eingang mit einem Digitalsignal  gespeist werden und die an ihrem Ausgang eine  analoge Grösse liefern.  



  Im folgenden wird der in     Fig.    1 oben gezeichnete  Kanal als     Reglerkanal,    d. h.     Istwertkanal,    der untere  als Bezugskanal, d. h.     Sollwertkanal    bezeichnet. Der  Eingang des     Reglerkanals    wird von dem Ausgang  eines magnetischen Gebers 1 gespeist, der mit der  Welle, deren Drehzahl geregelt werden soll, magne  tisch gekoppelt ist. Die     Impulsfolgefrequenz    der Aus  gangsgrösse des magnetischen Gebers 1 ist direkt  proportional zu der Wellendrehzahl. Dieses Ausgangs  signal wird in einem Impulsformer und Verstärker  3 verstärkt und in annähernd rechteckige Impulse  umgeformt, die zur Umwandlung in ein analoges  Signal einem Sättigungstransformator 5 zugeführt      werden.

   Die Ausgangsgrösse dieses Transformators  5 wird der negativen Eingangsklemme einer An  ordnung 7 zur     Differenzbildung    zugeführt.  



  Der Bezugskanal enthält einen     Quarzoszillator    2,  der eine konstante Ausgangswechselspannung liefert.  Dieses Signal wird ebenfalls einer Impulsformer- und       Verstärkerstufe    4 zugeführt, die     Rechteckimpulse    an  den Eingang des Sättigungstransformators 6 abgibt.  Das Ausgangssignal dieses als     Digital-Analog-Um-          former    wirkenden Sättigungstransformators wird über  ein     Präzisionspotentiometer    8 einem zweiten Eingang  der Anordnung 7 zur Bildung einer Differenz aus  Soll- und     Istwert    zugeführt. Eine gemeinsame Gleich  spannungsquelle 9 speist die beiden Verstärker 3  und 4.

   Ausserdem ist für beide Transformatoren  eine konstruktive Anordnung     (Wärmeschleuse)    vor  gesehen, die einen Temperaturausgleich zwischen den  beiden     Transformatorkernen    ermöglicht.  



  Die Anordnung arbeitet in folgender Weise: Die  Frequenz des     Quarzoszillators    2 wird so gewählt,  dass sie etwa gleich der höchstmöglichen Frequenz  der Ausgangsgrösse des magnetischen Gebers ist. Die  Impulsfrequenz am Ausgang der Stufe 3 ist propor  tional zu der zu regelnden Wellendrehzahl. Der  Sättigungstransformator, wie er in     Fig.    2 gezeigt wird,  arbeitet als     Digital-Analog-Umformer.    Der Ausgang  dieses Umformers liefert an den Lastwiderstand     RI,     eine Gleichspannung, die zur Eingangsfrequenz direkt  proportional ist.

   Mit     Hilfe    des Induktionsgesetzes  lässt sich     nämlich    zeigen, dass die     Zeitspannungs-          fläche    der Ausgangsgrösse eines Transformators einen  konstanten Wert besitzt, wenn der Kern des Trans  formators bei jedem Eingangsimpuls bis in seine  Sättigung ausgesteuert wird. Der Mittelwert der Aus  gangsspannung wird also um so grösser, je öfter der  Kern des Transformators in der Zeiteinheit in die  Sättigung gesteuert wird. Der Kern des Transfor  mators muss allerdings aus einem Material aufgebaut  sein, das eine im wesentlichen     rechteckförmige        Hy-          stereseschleife    besitzt, wie z.

   B. 4-79     Mi- Permalloy .     



  Die Ausgangsspannung der     Umformerstufe    5 ist  zur Wellendrehzahl proportional. Die Ausgangsspan  nung des     Digital-Analog-Umformers    6 ist konstant,  und zwar bestimmt durch die Frequenz des     Quarz-          oszillators    2. Diese Spannung wird über das     Präzi-          sionspotentiometer    8 der Anordnung 7 zugeführt,  in der diese Spannung mit der von der Umformer  stufe 5 gelieferten verglichen wird. Das     Präzisions-          potentiometer    kann direkt in Prozent der Höchst  drehzahl geeicht werden.

   Die gewünschte Geschwin  digkeit, die von der Anordnung eingeregelt werden  soll, kann demnach an diesem     Potentiometer    ein  gestellt werden. Wenn die Welle mit der gewünschten  Drehzahl umläuft, hat die Stehgrösse am Ausgang  der Anordnung 7 den Wert 0, weicht dagegen die  Drehzahl der Welle von dem gewünschten Wert ab,  dann ergibt sich eine     Stellgrösse,    die dieser Abwei  chung proportional ist. Die Polarität der Ausgangs  spannung der Anordnung 7 gibt hierbei an, ob die    Geschwindigkeit grösser oder kleiner als der Sollwert  ist.  



  Durch die Verwendung zweier gleichartiger Ka  näle lässt sich eine erhöhte Genauigkeit der Steh  grösse am Ausgang der Anordnung 7 erreichen.  Fehler, die z. B. durch Änderungen der Versorgungs  spannung hervorgerufen werden, werden durch die  Differenzbildung vollkommen wirkungslos auf die       Stellgrösse,    da ja die gleichen Fehler in jedem der  beiden Kanäle auftreten. Durch die Verwendung  eines     Quarzoszillators    werden ferner durch Schwan  kungen von Netzfrequenz oder Spannung hervor  gerufene Fehler vermieden. Änderungen in der Um  gebungstemperatur beeinflussen wiederum beide Ka  näle in der gleichen Weise und treten dadurch in  der     Stellgrösse    nicht in Erscheinung.  



  Ein weiterer Vorteil lässt sich erreichen, wenn  man die beiden Kanäle an den beiden Seiten eines  gemeinsamen Chassis montiert. Dieses Chassis wirkt  dann als elektrostatischer Schirm und verhindert auf  diese Weise     kapazitive    Kopplungen zwischen den  Kanälen, die eine Welligkeit der     Stellgrösse    zur Folge  haben könnten.  



  Eine weitere, jedoch sehr wichtige Fehlerquelle  ist zu beachten: Die     Zeitspannungsfläche    der Aus  gangsgrösse des Sättigungstransformators je Eingangs  impuls ist direkt proportional zu dem     Sättigungs-          fluss    des Kernes. Dieser     Sättigungsfluss    ändert sich  aber ungefähr um     lho        0/a    pro Grad Celsius. Ände  rungen des Sättigungsflusses der     Transformatorkerne,     die auf Temperaturschwankungen zurückzuführen  sind, bleiben auf die resultierende Differenzgrösse  ohne     Einfluss,    solange die Kerntemperaturen der bei  den Transformatoren in jedem Augenblick gleich  sind.

   Dies ist aber nur der Fall, wenn die Impuls  folge am Eingang der Transformatoren der beiden  Kanäle gleich gross ist. Infolge der ungefähr gleichen  Verlustleistungen ergäbe sich auch eine annähernd  gleiche Temperatur. Um nun die Kerne der beiden  Transformatoren auch dann auf     annähernd    gleicher  Temperatur zu halten, wenn die Verlustleistungen  der beiden Transformatoren verschieden gross sind,  wie es ja fast immer der Fall ist, wenn die Rechen  anlage im Betrieb ist, werden besondere konstruk  tive Massnahmen ergriffen, die einen guten und  schnellen Temperaturausgleich zwischen den beiden  Kernen auf mechanischem Wege ermöglichen. Zur  Veranschaulichung dienen die     Fig.    3, 4 und 5.

   Wie  aus     Fig.3    zu entnehmen ist, wird jeder Kern 11  auf einem     Kernmontageblech    12 befestigt. Dieses  Blech besteht aus einem Material mit hoher Wärme  leitfähigkeit, wie z. B. Kupfer. Der Innen- und  Aussendurchmesser des Kerns wie des     Kernmontage-          bleches    sind jeweils gleich. Das     Kernmontageblech     12 besitzt geeignete Laschen 14 mit einer Bohrung 13.  



  Wie aus den     Fig.4    und 5 zu sehen ist, sind  die Wicklungen 15 und 16 der Sättigungstransfor  matoren der entsprechenden Kanäle um die entspre  chenden Kerne 11 und     Kernmontagebleche    12 ge  wickelt. Die beiden     Kernmontagebleche    12 - je einer      je Kanal - sind thermisch mit dem gemeinsamen  Chassis<B>17</B> über kupferne Abstandhalter 19 ver  bunden. Mit Hilfe von Schrauben 20 und Muttern  18 sind die beiden Transformatoren mittels der an  den     Kemmontageblechen    vorhandenen Laschen sowie  mittels Abstandhalter 19 verbunden. Alle diese Bau  teile bestehen vorzugsweise aus Material mit hoher  Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Kupfer, Silber oder Alu  minium.

   Mit Hilfe dieser Konstruktion lässt sich ein  schneller und guter Wärmeausgleich zwischen den  Kernen der beiden     Transformatoren    erreichen.  



  Die vorstehenden Beschreibungen dienen ledig  lich zur Veranschaulichung, nicht jedoch zur Be  grenzung des Erfindungsgedankens.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zum Vergleich zweier elektrischer Grössen, insbesondere zum Soll- und Istwertvergleich in elektrischen Regeleinrichtungen, dadurch gekenn zeichnet, dass sowohl die Eingangsgrösse wie auch die Vergleichsgrösse in Digitalform über zwei gleich artig durchgebildete Kreise geführt werden, in denen die Impulse in gleicher Weise in einen diesen pro portionalen Strom- oder Spannungswert umgeformt werden. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass beide Kreise einen Impulsumfor mer, der gleichzeitig als Verstärker wirkt, und einen Digital-Analog-Umformer, der aus einem Sättigungs transformator 'besteht, dessen Kern aus einem Ma terial mit rechteckförmiger Hystereseschleife aufge baut ist, enthalten. 2.

   Anordnung nach Patentanspruch, für eine Geschwindigkeitsregelanlage, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sollwertkreis auf der Eingangsseite eine Spannungsquelle konstanter Frequenz zugeordnet ist und dass die Eingangsgrösse für den Istwertkreis in digitaler Form von einem magnetischen Geber ge liefert wird, während die analogen Ausgangsgrössen einer Vergleichseinrichtung zugeführt werden, wobei vor dem dem Sollwertkreis zugeordneten Eingang der Vergleichseinrichtung ein einstellbares Potentio- meter,

   insbesondere ein in Prozenten der Höchstge schwindigkeit geeichtes Präzisionspotentiometer, vor gesehen ist. 3. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bauelemente des Sollwert kreises auf der einen Seite alle Bauelemente des Istwertkreises auf der anderen Seite eines gemein samen, als Abschirmung und Wärmespeicher die nenden Chassis, das aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, montiert sind. 4.

   Anordnung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Digital-Analog-Um- former mit einer Wärmeausgleichseinrichtung ver sehen sind, in der die Kerne der beiden Trans formatoren mittels je eines Kernmontagebleches, meh rerer Abstandshalter und Schrauben aus gut wärme leitfähigem Material auf je eine der beiden Seiten des gemeinsamen Chassisbleches montiert sind. 5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass beide Kreise aus einer gemeinsa men Spannungsquelle gespeist werden.