Wechselstromgespeiste Brückenschaltung mit Gleichstromausgang Eine Anzahl der in der Mess- und Regelungstech nik verwendeten Fühler, wie z. B. induktive Geber, Leitfähigkeits- und Konzentrationsfühler, benötigen für ihren Betrieb Wechselstrom, während für An zeige und Steuerung von Regelgeräten oft Gleich stromausgang erwünscht ist. Bei Verwendung derar tiger Fühler in einer Brückenschaltung macht die Gleichrichtung im Brückenausgang Schwierigkeiten.
So benötigen niederohmige Gleichrichter hohe Strom stärken, die der Brückenausgang nicht zu liefern ver mag, während der Einsatz von Gleichrichtern, die bei kleinen Strömen ausgelastet sind, oft an ihrer Hoch- ohmigkeit scheitert. Ausserdem versagt jede Gleich richtung in der Brückendiagonale gerade dann, wenn die Brücke am empfindlichsten ist, nämlich im Brük- kenabgleich beim Ausgang Null. Ist in einem günstig gelegenen Fall Gleichrichtung im Brückenausgang möglich, so macht sich bei manchen Anwendungen die Abhängigkeit der Gleichrichter von der Raum temperatur störend bemerkbar.
Die Erfindung betrifft eine wechselstromgespeiste Brückenschaltung mit Gleichstromausgang, welche die vorstehend erwähnten Nachteile nicht aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass in zwei am Brückenausgang zusammenhängenden Zweigen Gleichrichter angeordnet sind und in einem Zweig ein auf eine physikalische Grösse ansprechender Füh ler vorgesehen ist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele und Diagramme näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Brückenschaltung, bestehend aus einer einzigen Brücke, Fig. 2 und 3 je eine aus zwei Brücken bestehende Brückenschaltung, Fig. 4 ein Diagramm zu Fig. 3, Fig. 5 eine andere Ausführung der Schaltung ge mäss der Fig. 3, Fig. 6 eine Schaltung mit mehreren parallel ge schalteten Brücken und Fig. 7 ein Diagramm.
In der Fig. 1 ist eine Brücke dargestellt, welche Widerstände 1, 2 und 3, einen Fühler 4 und Gleich richter 5 und 6 enthält. Eine nicht dargestellte, an die Klemmen 7 und 8 angeschlossene Spannungs quelle speist die Brücke mit Wechselstrom. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung fliesst in den Brük- kenzweigen 3 und 4 ein Wechselstrom. In d!en Brük- kenzweigen 1, 5 und 2, 6 fliesst hingegen nur jeweils während einer halben Periode Strom, während sie in der anderen halben Periode gesperrt sind, so dass während der zweiten halben Periode im Brückenaus gang kein Strom fliesst.
Die Schaltungsanordnung weist also jeweils nur während einer halben Periode Brückenfunktion auf und kann deshalb als Halbwel- lenbrücke bezeichnet werden. Da der Arbeitstakt der Gleichrichter 5, 6 nicht durch den Brückenausgang bestimmt wird, wird der Übergang von Durchlass zu Sperrung und umgekehrt im allgemeinen nicht in den Nulldurchgang des Brückenausgangsstromes fallen.
Sorgt man jedoch dafür, dass zwischen dem B@rücken- ausgangsstrom und dem Durchlassstrom der Gleich richter keine Phasendifferenz besteht oder ist in einer Brücke mit rein Ohmschen Widerständen die Phasen gleichheit von selbst gegeben, so erstreckt sich die Durchlasszeit bzw.
die Sperrzeit auch für den Brük- kenausgangsstrom von Nulldurchgang zu Nulldurch gang, so dass dann der Brückenausgang einen Halb wellen-Gleichstrom liefert, während die aus den Zwei gen 3, 4 bestehende Brückenseite vom vollen Wech selstrom durchflossen wird. In dieser Schaltung kann also ein wechselstromdurchflossener Fühler den Gleichstromausgang einer Brücke steuern. Die in der Schaltung verwendeten Gleichrichter müssen lediglich ausreichend gute Sperreigenschaften aufweisen. Es können also geeignete Sperrschicht gleichrichter, wie z. B. Siliziumdioden oder auch Kontaktgleichrichter, verwendet werden.
Der Durch lasswiderstand der benutzten Gleichrichter ist natürlich am Brückenabgleich beteiligt, was jedoch bei vielen Anwendungen nicht stört. Da der volle Brückenstrom und nicht der Brückenausgang den Arbeitstakt der Gleichrichter bestimmt, ist die Brücke auch im Abgleich beim Ausgang Null brauchbar.
Eine even tuell vorhandene Abhängigkeit des Durchlasswider- standes der Gleichrichter von der Umgebungstem peratur ist in der beschriebenen Anordnung nicht mehr von Bedeutung, da durch Verwendung von zwei Gleichrichtern in entgegengesetzten Brückenzweigen weitgehend Kompensation eintritt.
Dadurch, dass die beschriebene Brückenschaltung jeweils nur während einer halben Periode der spei senden Wechselspannung als Brücke arbeitet, kann der in einem wechselstromdurchflossenen Brücken zweig liegende Fühler 4 jeweils während der darauf folgenden anderen halben Periode eine zweite Brücke steuern, mit der dann eine andere Funktion ausgeübt werden kann. Fig.2 zeigt eine derartige Brücken schaltung. Sie besteht aus zwei Brücken<I>A</I> und<I>B,</I> welche zwei durch einen Widerstand 9 und einen Fühler 10 gebildete, wechselstromdurchflossene Brük- kenzweige gemeinsam haben.
Die Brücken<I>A</I> und<I>B</I> enthalten weiter die Widerstände 11, 12 und die Gleichrichter 13, 14 bzw. die Widerstände 15, 16 und die Gleichrichter 17, 18. Wie aus der Fig. 2 er sichtlich ist, sind die Gleichrichter 13 und 14 den Gleichrichtern 17 und 18 entgegengesetzt geschaltet. Ist die Phasenlage gleich, wie dies zum Beispiel bei einer aus Ohmschen Widerständen aufgebauten Brücke stets der Fall ist, dann fällt bei umgekehrter Polung der Gleichrichter der Anfang der Arbeits phase der Zweige 11, 13 und 12, 14 auf das Ende der Arbeitsphase der Zweige 15, 17 und 16, 18.
Man erhält dadurch zwei funktionsmässig voneinan der unabhängige und für sich abgleichbare Brücken mit Gleichstromausgang, die -die Wechselstromseite gemeinsam haben und je mit einer Halbwelle des Speisestromes arbeiten. Eine solche Schaltungsanord nung kann als Halbwellen-Doppelbrücke bezeichnet werden. Grundsätzlich kann jeder der sechs Brücken widerstände 9 bis 12, 15 und 16 variabel gedacht und als Fühler benutzt werden.
Dabei ergibt sich funktionsmässig der Unterschied, dass ein Fühler in einem Gleichstromzweig 11, 12, 15, 16 jeweils nur einen der beiden Brückenausgänge beeinflusst, wäh rend ein Fühler in den Wechselstromzweigen 9, 10 beide Brückenausgänge steuert.
Da jede Brücke für sich abgleichbar ist, können die beiden vom gleichen wechselstromdurchflossenen Fühler gesteuerten Brük- kenausgänge durch entsprechenden Abgleich ver schiedenen Funktionen angepasst werden.
In der Fig. 3 ist .ein Anwendungsbeispiel für die Schaltung gemäss der Fig. 2 dargestellt, und zwar zur Messung und Überwachung einer durch den Fühler 10 erfassten physikalischen Grösse.
Letztere wird mit einem in der Brücke B liegenden Messinstrument 19 gemessen, während die überwachung durch eine über einen in der Brücke A liegenden Verstärker 20 be tätigte Alarmeinrichtung 21 erfolgt. Die Alarmein richtung soll ansprechen, wenn die durch ddn Füh ler 10 erfasste physikalische Grösse x den höchstzuläs sigen Wert x1;", überschreitet.
Zu dem Zweck hat die Brücke A ihren Abgleich bei x = xl"it und positiven Ausgang 'A <I>für x</I> r xl;rit (s. Kurve 22 in Fig. 4). Der für Werte x < xk,it vorhandene, gestrichelt gezeich nete negative Ausgang ist für den verwendeten Ver stärker ohne Bedeutung. Die Brücke B ist ihrerseits so dimensioniert, dass sie beim Wert x = 0 abgegli chen ist. Für Werte x > 0 ergibt sich dann ein der Verstimmung entsprechender Ausgangsgleichstrom il; (s.
Kurve 23 in Fig. 4), der über das Messinstrument 19 zur Anzeige der Grösse x benutzt wird.
Bei der nicht abgeglichenen Halbwellenbrücke gemäss Fig. 1 resultiert auf der Wechselstromseite 3, 4 infolge des nur während einer Halbwelle fliessenden Brückenausgangsstromes eine leichte Asymmetrie des Stromdurchganges in den beiden Halbwellen, welche bei Leitfähigkeitsfühlern unter Umständen Polarisa tion verursachen kann.
Aus diesem Grunde ist für Leitfähigkeitsfühler besonders die Halbwellen-Dop- pelbrücke geeignet, welche bei symmetrischem Auf bau keine Asymmetrie in den beiden Halbwellen auf weist. Fig. 5 zeigt eine solche, von einem Leitfähig keitsfühler 10 gesteuerte Doppelbrücke, welche sym metrisch ist, solange im Dauerbetrieb der über einen Widerstand 24 geschlossene Ausgang der Brücke B benutzt wird. In diesem Betriebszustand sind die bei den Brücken<I>A, B</I> gemäss der Kurve 22 in der Fig. 4 auf den Alarmpunkt xl;rit abgeglichen.
Der Wider stand 24 ist so bemessen, dass der Brückenausgangs strom der Brücke <I>B</I> gleich demjenigen der Brücke<I>A</I> wird. Zur Vornahme einer Messung kann durch Be tätigung eines Druckknopfes 25 die den Widerstand 24 enthaltende Brückendiagonale kurzzeitig geöffnet und eine andere, das Messinstrument 19 enthaltende Brückendiagonale geschlossen werden, womit gleich zeitig mittels eines Widerstandes 26 die Änderung des Abgleiches der Brücke B vom Alarmpunkt x"rir auf den Wert x = 0 erfolgt und die Messung gemäss der Kurve 23 in Fig. 4 stattfindet.
Da die beiden Brücken<I>A</I> und<I>B</I>in Fig. 3 von einander unabhängig sind, kann eine der Brücken abgetrennt und wieder angeschlossen werden, ohne dass dadurch die Funktion der anderen Brücke be einflusst wird. Es ist daher möglich, wie in Fig. 6 dar gestellt, eine beliebige Anzahl von Alarmeinrichtun gen betätigende Brücken A1, Ae, A3 <B>...</B> mit Hilfe eines die andere Halbwelle benutzenden Doppelzwei ges 15, 17, 16, 18 wahlweise zu Doppelbrücken zu ergänzen.
Bei gleicher Polung der Brücken Al, A#" A3, . . und entgegengesetzt gepolten Doppelzweigen 15, 17, 16, 18 können die letzteren fest an die Speise spannung 7, 8 angeschlossen sein, so dass die Ergän- zung zu Doppelbrücken jeweils nur die Herstellung der entsprechenden, das Messinstrument 19 enthal tenden Diagonalverbindung erfordert, was mit Hilfe eines Umschalters 27 geschehen kann.
Eine weitere Anwendung der Halbwellen-Doppel- brücke ergibt sich, wenn der Abgleich der Brücke A gemäss der Kurve 28 der Fig. 7 und derjenige der Brücke B gemäss der Kurve 29 erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass bei Unterschreiten des Sollwertes x, des Fühlerwiderstandes 10 die Brücke A und bei über schreiten des Sollwertes <I>x,</I> die Brücke<I>B</I> einen Aus gangsstrom liefert, der zur Betätigung korrigierender Regeleingriffe benutzt werden kann.