Einrichtung zur Gleichstromverstärkung und algebraischen Summierung mehrerer physikalischer Grössen.
Es sind Messeinrichtungen oder auch Fernmesseinrichtungen bekannt, bei denen die Angaben durch Gleichströme übermittelt werden, die den messtechnisch zu erfassenden physikalischen Graben verhältnisgleich sind.
Sehr oft ist dabei die Aufgabe zu losen, mittels einer geeigneten Einrichtung die Summe oder Differenz solcher Messwerte zu bilden.
Die Schwierigkeit besteht gewohnlich darin, diese Einrichtungen so zu bauen, dass sich keine gegenseitigenBeeinflussungen undVer- änderungen der einzelnen Messgrossen ergeben, wobei auch gefordert werden muss, dass Ver änderungen der Hilfsspannungen und Sehaltelemente, wie Röhren, ohne Einfluss bleiben.
Die bisher bekannt gewordenen Einrieh tungen mit Serie-oder Parallelschaltung der einzelnen Teilmesswerte zwecks Speisung eines Summeninstrumentes sind trotz teilweise erheblichem Aufwand und Energieverbrauch von gegenseitigen Beeinflussungen nicht völlig frei.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleichstromverstär- kung und algebraischer Summierung mehrerer physikalischer Grossen, welche Summe gegebenenfalls fernübertragen werden kann, bei der die Veränderungen der Hilfsspan- nung sowie der Kennlinie der verwendeten Verstärkerrohre innerhalb vorgegebener Grenzen praktisch ohne Einfluss auf die Anzeige bleiben.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daB die algebraisch zusammenzufassenden physikalischen Grössen zunächst in eine entsprechende Anzahl von Gleichspannungen umgewandelt werden, welche den Strom eines Instrumentes beeinflus- sen, das einerseits an einen veränderbaren Anschlusspunkt eines zu einer Hilfsspannung parallel geschalteten Spannungsteilers,. anderseits an den Verbindungspunkt einer Rei henschaltung einer Verstärkerröhre mit einem ihr zugeordneten Eathodenwiderstand und eines der Kompensation des das Instru ment durehfliessenden Ruhestromes dienenden Widerstandes angeschlossen ist, wobei auch der Gitterkreis der Röhre an einen ver änderbaren Anschlusspunkt des Spannungsteilers angeschlossen ist.
Das Messinstrument kann auf der Kathodenscite der Rohre angeschlossen sein.
Gegenseitige Beeinflussung der einzelnen zusammenzufassenden Grossen werden insbe- sondere dann vermieden, wenn die ihnen entsprechenden Gleichspannungen, je nachdem ob sie zu-oder abgezählt werden sollen, mit gleichem bezw. entgegengesetztem Richtungs- sinn hintereinander in den praktisch stromlosen Gitterkreis der R¯hre eingeschaltet sind.
Anstatt auf der Kathodenseite der R¯hre kann das Messinstrument auch auf der Anodenseite angeschlossen sein, wobei dann der Instrumentenwiderstand f r die Grosse des Messstromes keine Rolle mehr spielt. Bei dieser Anordnung befindet sich dann auch der Kompensationswiderstand auf der Anodenseite.
Es kann auch die Bildung von Teilsummen vorgesehen sein. In diesem Falle sind dann im allgemeinen mehrere, den verschie- denen Teilsummen entsprechende Instrumente vorhanden, welche an ihrer einen Klemme miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsleitung über das gemeinsame Summeninstrument zum veränderbaren An schlusspunkt des Spannungsteilers führt. Die versehiedenen Gitter-, Anode-, Kathoden- rnd Kompensationskreise sind dabei einzeln parallelgesebaltet und mit den passenden Anzapfungen des Spannungsteilers verbunden.
Die folgende Beschreibung dient zur nÏheren Erläuterung verschiedener Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, wobei auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen wird. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Summierung zweier beliebiger, in die Form entsprechender Gleichspannungen umgewandelter physikalischer Grössen. Fig. 2 stellt eine Abänderung der vorstehenden Einrichtung dar. während sich Fig. 3 auf eine Ein riehtung bezieht, mit welcher unter gleich- zeitiger Angabe der einzelnen Teilmessinstrumente die algebraische Summe dreier Grossen gebildet wird.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine Gleichstrom- quelle hoher Spannung, 2 eine Triode mit grossem Verstärkungsfaktor, 3 das passende Messinstrument, 4 den Spannungsteiler mit mehreren Anzapfungen, 5 einen veränder- baren Widerstand, 6 und 7 die Anschluss- stellen der zu addierenden Spannungen und 8 einen weiteren Widerstand. In dieser, wie auch in den andern Figuren sind die Heizkreisc als unwesentlicher Bestandteil der Schaltungen nicht eingezeichnet. Es bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeit, sie zu ergänzen.
Die Berechnung dieser Schaltung zeigt, dass wenn einerseits gilt :
K ? R0 ? 100 ? R1, wobei K den Verstärkungsfaktor der Triode, Ri ihr innercr Widerstand und Ro den resultierenden Widerstand des Kathodenkreises bedeutet, und anderseits
VB-VC = VA-VB/K gewählt wird, wobei VA, FB. T'c die Potentiale der Anschlusspunkte A, B, C des Span nungsteilers sind, eine Einrichtung erhalten wird, welche folgende Eigenschaften besitzt :
) Die praktisch üblichen Veränderungen der Hilfsspannungsquelle bleiben ohne Einfluss auf die Anzeige des Messinstrumentes. b) Der Einfluss einer Veränderung des Verstärkungsfaktors ist vernachlässigbar klein.
Die Spannungen, deren Summe oder auch Differenz gebildet werden soll, werden bei 6 und 7 angeschlossen und bestimmen den Potentialunterschied zwischen Gitter und Punkt C. Mit dem Widerstand 5 wird der durch das Instrument 3 fliessende Ruhestrom kompensiert, wobei die Messspannungen an den Klemmen 6 und 7 zunächst den Wert . Null" haben miissen. Wird nun eine posi tive oder negative resultierende Messspan- nung angelegt, so weicht das Instrument in der einen oder andern Richtung aus seiner Nullage ab. Weil bei dieser Schaltung kein Gitterstrom fliesst, können sich die beiden Messspannungen auch nicht gegenseitig beeinflussen.
Der Strom im Instrument 3 bestimmt sich aus dem Verhältnis der Gitterspannung zum resultierenden Kathoden- widerstand, welcher sich aus dem Widerstand 8 und der Kombination des Widerstandes 5 mit dem Instrumentenwiderstand ergibt. Demzufolge wird also die Spannung am resultierenden Kathodenwiderstand gleich der Gitterspannung. Die Rohre dient hierbei nicht eigentlich Verstärkungszwecken, son dern der Steuerung der an das Instrument abgegebenen Leistung.
Fig. 2 zeigt eine Abart der obigen Einrichtung, bei welcher das Messinstrument statt in den Kathoden-in den Anodenkreis eingeschaltet ist. Die den verschiedenen Ziffern zugeordneten Schaltungsteile stimmen mit den entsprechenden der Fig. 1 über- ein. Widerstand 5 und Triode 2 haben hier den Platz getauscht und das Potential des Punktes C ist hoher als VB. Die Kompen- sation des das Instrument 3 durchfliessenden Ruhestromes geschieht durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 5. Der Strom im Kathodenwiderstand 8 bestimmt sich aus dem Verhältnis der durch die Spannungen 6 und 7 gegebenen Gitterspannung zu diesem Widerstand.
Er fliesst auch durch die Widerstände 3 und 5, ist jedoch im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 1 von ihrem Werte praktisch unabhängig.
Diese können somit innert gewissen Grenzen beliebige Werte annehmen, ohne seine Grosse zu beeinflussen. Macht man durch passende Wahl des Materials die Temperaturabhängig- keit des Widerstandes 8 zu Null, so bleiben temperaturbedingte Anderungen des Widerstandes 3 ohne Einfluss auf die Anzeige.
Wie bei der vorherigen Schaltung hat auch hier eine in praktischen Grenzen bleibende Schwankung der Spannung der Stromquelle 1 keinen Einfluss auf die Anzeige des Messinstrumentes 3. Ebenfalls ist der Einfluss einer Veränderung des Verstärkungsgrades der Rbhre praktisch ausgeschaltet.
Fig. 3 zeigt, wie Einrichtungen beispielsweise nach Art der Fig. 2 zwecks Erzielung der Anzeige von Teilsummen kombiniert werden können. Die hier algebraisch zu addierenden, den Teilsummen entsprechenden Spannungen werden bei 9, 10 und 11 angeschlossen. Anstatt die resultierende Spannung 9 zu addieren, kann die ihr entsprechende Grosse durch Umpolung mittels des ITmschalters 12 von der Summe der beiden andern Graben 10 und 11 abgezogen werden.
Der an die Klemmen der Gleichstromquelle 25 angeschlossene Spannungsteiler 4 dient zur Einstellung der verschiedenen Hilfsspannungen der Einrichtung. Die drei Roh ren sind mit 13, 14, 15, die Kathodenwider- stände mit 16, 17, 18, die TeilsummenmeB- instrumente mit 19, 20, 21 sowie die Kom- pensationswiderstände mit 22, 23 und 24 bezeichnet. Das SummenmeBinstrument 26 erhält die Summe der durch die Teilsummen meBinstrumente flieBenden Strome. Die Kompensation des Ruhestromes in 19 durch Einstellung des Widerstandes 22 bringt auch den entsprechenden Teilstrom im Instrument 26 auf Null.
Die Arbeitsbedingungen sind hier die gleichen wie bei Fig. 2. Beispielsweise hängt auch hier der Strom durch das Instrument 19 nur von der Gitterspannung 9 und dem Widerstande 16 ab. Das entsprechende gilt für die andern Stromkreise. Der dem Summenstrom und dem Instrumentenwiderstand entsprechende Spannungsabfall an 26 gehort zu allen Anodenstromkreisen, ist aber ohne EinfluB auf die Anzeige, weil die Anoden strome unabhangig von den Widerständen der Anodenkreise sind.
Natürlich können auch bei 9, 10 und 11 Spannungen angeschlossen werden, welche jeweils nur einer einzigen physikalischen Grole entsprechen, wobei dann die Instrumente 19, 20, 21 zur Angabe des einzelnen MeBwertes dienen.
Haben die einzelnen zu addierenden Mess- graben nicht die gleichen Messkonstanten, das heisst entsprechen gleichen Änderungen der Messgrössen ungleiche Änderungen der diesen entsprechenden Messspannungen 9, 10 oder 11, so wird man Übereinstimmung erzielen durch Anordnung von passend angeschlos- senen Spannungsteilern in den Gitterkreisen oder besondere Wahl der Kathodenwider stände 16, 17, 18. Dabei ist es zweckmässig, Messgrossen gleicher Konstante jeweils schon im Gitterkreis durch Hintereinanderschaltung der ihnen entsprechenden Gleichspannungen zusammenzufassen.
Diese bilden dann die eine Teilsumme. Ungleiche hlesskonstanten lassen sich auch beriieksichtigen durch Anordnung eines Mehrfachnebenschlusses zum Summeninstrument 26, wie dies Fig. 4 zeigt.
In dieser Abbildung bedeutet 28 den Neben widerstand, 29, 30 und 31 sind die An schlüsse zu den versehiedenen Teilmesswert- instrumenten und 32 die Verbindung zur Hilfsstromquelle 25.
Die Erfindung lässt sich ohne Schwierig- keit auch auf den Fall der Zusammenfassung von mehr als nur drei Messgrossen oder Gruppen von solehen anwenden. Dabei ist es sehr einfach, sie im Sinne der Addition oder Subtraktion der Messgrosse wahlwelse mit Umschaltern anzuschliessen, wie dies für die Messspannung 12 in Fig. 3 beschrieben worden ist.