<Desc/Clms Page number 1>
Selbstabgleichender Kompensationsverstärker mit konstantem Kompensationswiderstand und veränderlichem Kompensationsstrom
EMI1.1
bekannten selbstabgleichenden Kompensationsverstärkem nachLindeck-Rotheschaltung die Grösse des Kompensationsstromes IK durch Veränderung eines Widerstandes R im Kompensationsstromkreis mit der Hilisspannung UH und dem Anzeigegerät A so lange geändert, bis Gleichheit zwischen der zu messenden Spannung Ux und dem Spannungsabfall I. R besteht. Die Spannungsgleichheit wird mittels eines empfindlichen Drehspulgalvanometers G festgestellt. Eine Störung des Gleichgewichtes, z.
B. durch eine Änderung der Messspannung, verursacht einen Galvanometerausschlag, der zur Veränderung des Widerstandes R und damit zur Veränderung des Kompensationsstromes ausgenutzt wird. Als veränderlicher Widerstand im Kompensationsstromkreis, d. h. als Stellglied des Regelkreises, kann z. B. ein Photowiderstand, eine Elektronenröhre oder ein Transistor verwendet werden. Die Beeinflussung durch das Galvanometer kann auf optischem Wege mit lichtempfindlichen Schaltelementen (lichtelektrischer Kompensationsverstärker) oder über eine Änderung der Dämpfung oder Kopplung einer HF-Schwingung durch eine vom Galvanometer betätigte Schirmfahne erfolgen.
In jedem Fall erfolgt eine stetige Änderung des Widerstandes R im Kompensationsstromkreis und die Höhe des Kompensationsstromes IK ist proportional der zu messenden Spannung Ux. Zur Anzeige dient ein Strommessgerät A mit einem dem Kompensationsstrom proportionalen Ausschlag. Für eine digitale Anzeige, also eine Anzeige der Messspannung in Ziffern, wie sie z. B. zum Zwecke der Datenverarbeitung erwünscht ist, ist diese Art der Messung nicht unmittelbar geeignet.
Der im folgenden beschriebene Kompensationsverstärker arbeitet ebenfalls mit einem konstanten Kompensationswiderstand RK und veränderlichem Kompensationsstrom IK (Fig. 2). Gleichheit zwischen der zu messenden Spannung Ux und dem SpannungsabfalllK. RK ist bei Stromlosigkeit des Galvanometers G gegeben.
Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren wird der vom Galvanometer erfasste arithmetische Mittelwert des Kompensationsstromes aber nicht durch Veränderung der Höhe des Kompensationsstromes, sondern durch Änderung des Verhältnisses von Stromfluss und Strompause eines periodischen, rechteckförmigen Stromes konstanter Höhe und konstanter Periodendauer durchgeführt. Dies erfolgt mit Hilfe eines im Kompensationsstromkreis mit der Hilfsspannung UH, einem Widerstand R und dem Anzeigegerät A liegenden, vom Galvanometerausschlag steuerbaren Schalters S. Die Zeitdauer ts des Stromflusses ist dann ein Mass für die zu messende Spannung Ux.
Bei diesem Verfahren steht also als Ausgangsgrösse neben dem mit einem Drehspulgerät messbaren arithmetischen Mittelwert des Kompensationsstromes L, die Zeitdauer ts des Stromflusses zur Verfügung. Es tritt eine Spannungs-Zeit-Umformung auf und die Messgrösse kann mit einem handelsüblichen Zeitmessgerät in digitaler Form einfach zur Anzeige gebracht werden.
Zur Erzeugung des rechteckförmigen Verlaufs des Kompensationsstromes wird ein Transistor als ge- steuerter Schalter verwendet. Um die Forderung der konstanten Rechteckhöhe leichter erfüllen zu können, wird nicht ein einfacher Schalter, sondern eine symmetrisch aufgebaute bistabile Transistor-Kippstufe ver-
EMI1.2
von einer Steuerspannung U mit der konstanten Periodendauer T angestossen werden. Die monostabile Stufe I mit der Ausgangsspannung UI kippt nach einer festen Zeit T in ihre Ausgangslage zurück und gibt
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Galvanometer G ist damit die Stromflussdauer ts proportional der zu messenden Spannung Ux.
Wird die Periodendauer T der Steuerspannung z. B. zu 20 ms und die maximale Stromflussdauer ts des Kompensationsstromes zu t = 10 ms gewählt, so kann diese Zeit und damit die zu messende Spannung Ux mit einem elektronischenzeitmesser mit einer kleinsten messbaren Zeiteinheit von 10 ps mit einer Genauigkeit von 1'700 in einfacher Form digital angezeigt werden. Die Spannungsmessbereiche können durch Wahl des Kompensationswiderstandes RK festgelegt werden, wobei zu beachten ist, dass der Gesamtwiderstand im Kompensationskreis konstant bleibt. Eine Registrierung des Messergebnisses ist durch Anschluss eines Druckers mit der gleichen Genauigkeit möglich.
Die für die Genauigkeit der Messung wesentliche hohe Konstanz der Periodendauer der Steuerspannung und der Zählfrequenz des Zeitmessers ist nicht erforderlich, wenn man durch Frequenzteilung die Frequenz der Steuerspannung aus der Zählfrequenz des Zeitmessers ableitet, so dass beide in einem festen Verhältnis zueinander stehen.
Der arithmetische Mittelwert des rechteckförmigen Kompensationsstromes L, mit der Rechteckhöhe
EMI2.2
Das Ausmessen der Zeit t mit einem elektronischen Zeitmesser mit der kleinsten Zeiteinheit Tz ergibt die Zahl
EMI2.3
EMI2.4
Kompensation des durch den Galvanometerstrom bedingten Fehlers.
Bei vollständigem Abgleich der Schaltung, d. h. bei Galvanometerstrom IG = 0, ist entsprechend den
EMI2.5
EMI2.6
der an den Widerständen im Kompensationskreis einen Spannungsabfall hervorruft. Nimmt man an, dass bei grösster Rechteckbreite des Kompensationsstromes der kleinste Galvanometerstrom fliesst, der mit abnehmender Rechteckbreite zunimmt, so kann man hiefür den Ansatz machen IG = k (T-t). Man erhält dann für die Spannung Ux die Beziehung : IG = k (T - ts) : UX + IG (Ri + RG + RK) = IK RK
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Es ist jetzt also keine Proportionalität mehr zwischen und t, sondern es treten im Vergleich mit Gleichung4 noch zwei weitere Ausdrücke auf. Diese lassen sich kompensieren durch einen parallel zum ge- steuerten Schalter S liegenden Widerstand R.
Dieser bewirkt, dass bei geöffnetem Schalter S der Kompensationsstrom IK nicht auf 0 abnimmt, sondern ein Reststrom mit der Höhe L weiterfliesst (Fig. 5b).
Man erhält dann die Beziehung
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
und der Widerstände im Kompensationskreis auf die Anzeige eliminieren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstabgleichender Kompensationsverstärker mit konstantem Kompensationswiderstand und ver- änderlichem Kompensationsstrom, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsstrom periodischen rechteckförmigen Verlauf konstanter Höhe und veränderlicher Rechteckbreite hat und der selbsttätige Abgleich durch Veränderung der Rechteckbreite so erfolgt, dass als Ausgangsgrösse eine der zu messenden Spannung (Ux) proportionale Zeit (t.) entsteht, die digital gemessen werden kann.
EMI3.5
<Desc / Clms Page number 1>
Self-balancing compensation amplifier with constant compensation resistance and variable compensation current
EMI1.1
known self-balancing compensation amplifiers according to Lindeck-Rotheschaltung, the size of the compensation current IK changed by changing a resistor R in the compensation circuit with the auxiliary voltage UH and the display device A until there is equality between the voltage to be measured Ux and the voltage drop I.R. The voltage equality is determined by means of a sensitive moving-coil galvanometer G. A disturbance of the balance, e.g.
B. by changing the measurement voltage, causes a galvanometer deflection, which is used to change the resistance R and thus to change the compensation current. As a variable resistance in the compensation circuit, i.e. H. as an actuator of the control loop, z. B. a photoresistor, an electron tube or a transistor can be used. The influence of the galvanometer can be done optically with light-sensitive switching elements (photoelectric compensation amplifier) or by changing the damping or coupling of an HF oscillation by means of a shield flag operated by the galvanometer.
In any case, there is a constant change in the resistance R in the compensation circuit and the level of the compensation current IK is proportional to the voltage Ux to be measured. An ammeter A with a deflection proportional to the compensation current is used for the display. For a digital display, i.e. a display of the measurement voltage in digits, as it is e.g. B. is desired for the purpose of data processing, this type of measurement is not immediately suitable.
The compensation amplifier described below also works with a constant compensation resistor RK and a variable compensation current IK (FIG. 2). Equality between the voltage to be measured Ux and the voltage drop lK. RK is given when the galvanometer G is de-energized.
In contrast to previous methods, the arithmetic mean value of the compensation current recorded by the galvanometer is not carried out by changing the level of the compensation current, but by changing the ratio of current flow and current pause of a periodic, rectangular current of constant magnitude and constant period. This is done with the aid of a switch S located in the compensation circuit with the auxiliary voltage UH, a resistor R and the display device A, controllable by the galvanometer deflection. The duration ts of the current flow is then a measure of the voltage Ux to be measured.
In this method, in addition to the arithmetic mean value of the compensation current L, which can be measured with a moving coil device, the time duration ts of the current flow is available as an output variable. A voltage-time conversion occurs and the measured variable can be easily displayed in digital form using a commercially available timing device.
A transistor is used as a controlled switch to generate the square-wave profile of the compensation current. In order to be able to meet the requirement of the constant rectangular height more easily, not a simple switch, but a symmetrically constructed bistable transistor multivibrator is used.
EMI1.2
be triggered by a control voltage U with the constant period T. The monostable stage I with the output voltage UI tilts back to its starting position after a fixed time T and returns
<Desc / Clms Page number 2>
EMI2.1
Galvanometer G is therefore the current flow duration ts proportional to the voltage to be measured Ux.
If the period T of the control voltage z. B. selected to 20 ms and the maximum current flow time ts of the compensation current to t = 10 ms, this time and thus the voltage to be measured Ux can be easily measured with an electronic timer with a smallest measurable time unit of 10 ps with an accuracy of 1,700 Shape to be displayed digitally. The voltage measuring ranges can be determined by selecting the compensation resistor RK, whereby it should be noted that the total resistance in the compensation circuit remains constant. The measurement result can be registered by connecting a printer with the same accuracy.
The high constancy of the period duration of the control voltage and the counting frequency of the timer, which is essential for the accuracy of the measurement, is not required if the frequency of the control voltage is derived from the counting frequency of the timer by frequency division so that both are in a fixed ratio to one another.
The arithmetic mean value of the square compensation current L, with the square height
EMI2.2
Measuring the time t with an electronic timepiece with the smallest time unit Tz gives the number
EMI2.3
EMI2.4
Compensation for the error caused by the galvanometer current.
With complete alignment of the circuit, i. H. at galvanometer current IG = 0, is corresponding to the
EMI2.5
EMI2.6
which causes a voltage drop at the resistors in the compensation circuit. If one assumes that with the largest rectangular width of the compensation current the smallest galvanometer current flows, which increases with decreasing rectangular width, one can make the assumption IG = k (T-t) for this. The following relationship is then obtained for the voltage Ux: IG = k (T - ts): UX + IG (Ri + RG + RK) = IK RK
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
So there is no longer any proportionality between and t, but two further expressions appear in comparison with equation 4. These can be compensated for by a resistor R lying parallel to the controlled switch S.
This has the effect that when the switch S is open, the compensation current IK does not decrease to 0, but instead a residual current at the level L continues to flow (FIG. 5b).
You then get the relationship
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
and eliminate the resistances in the compensation circuit on the display.
PATENT CLAIMS:
1. Self-balancing compensation amplifier with constant compensation resistance and variable compensation current, characterized in that the compensation current has a periodic rectangular course of constant height and variable rectangular width and the automatic adjustment is carried out by changing the rectangular width so that the output variable is one of the voltage to be measured (Ux) proportional time (t.) is created, which can be measured digitally.
EMI3.5