Selbstabgleichender Kompensator
Die Erfindung betrifft einen selbstabgleichenden Kompensator, welcher als Gleichstromverstärker oder als Messwertumformer für Messzwecke, vorzugsweise für Fernmesszwecke, geeignet ist.
Selbstabgleichende Kompensatoren enthalten ein richtkraftloses Messwerk, z. B. ein richtkraftloses Galvanometer oder ein Ferrarismesswerk, dem die zu messende Grösse zugeführt wird. Dieses Messwerk ist mit einer Abtastvorrichtung versehen, welche einen Verstärker steuert. Der Verstärker liefert einen Gleichstrom, welcher auf das Messwerk zurückwirkt und die Wirkung der Eingangsgrösse kompensiert. Je nach der Art, wie die Rückwirkung des Verstärkers auf das Eingangsmesswerk zustande kommt, unterscheidet man verschiedene Schaltungen. Bei der Drehmomentkompensationsschaltung durchfliesst der Ausgangsstrom des Verstärkers ein zweites Messwerk, welches mit dem Eingangsmesswerk mechanisch verbunden ist und zu diesem ein Gegendrehmoment erzeugt.
Die Lindeck-Rothe-Schaltung und die Saug- schaltung enthalten beide je ein einziges Messwerk, und zwar ein richtkraftioses Galvanometer, an das neben der Eingangsgrösse, die in diesem Falle eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom ist, auch der Ausgang des Verstärkers elektrisch angeschlossen ist.
In stationärem Zustand ist bei selibstabgleichenden Kompensatoren der Ausgangsstrom des Verstärkers zur Eingangsgrösse proportional und kann dabei praktisch ohne Rückwirkung auf die Eingangsgrösse Anzeigegeräte betätigen und über grosse Entfernungen geführt werden.
Die bekannten Abtastvorrichtungen solcher selbstabgleichender Kompensatoren sind meistens photoelektrisch, kapazitiv, induktiv, bolometrisch oder arbeiten mit einem Hochfrequenzfeldl. Diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Beispielsweise benötigen sie Bauteile, die nur eine beschränkte Lebensdauer aufweisen. Ferner sind sie für Schwankungen der Netzspannung emp findlich, sie können nicht ganz rückwirkungsfrei aus geführt werden oder sie e sind zu hochohmig, was die Verwendung der vorteilhaften Transistorenverstärker erschwert.
Die Erfindung betrifft einen selbstabgleichenden Kompensator, welcher die erwähnten Nachteile nicht aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass derselbe mit einer magnetfeldabhängige Widerstände aufweisenden Abtastvorrichtung versehen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema eines selbstabgleichenden Kompensator, in DrehmomentkompensatiolnsschalL tung,
Fig. 2 eine Ausführung der dazugehörigen Messwerke mit Abtasteinrichtung,
Fig. 3 und 4 verschiedene Ansichten einer anderen Ausführung der Abtasteinrichtung.
In der Fig. 1 wird den Eingangskiemmen 1 ein zu messender Gleichstrom i zugeführt, welcher die Spule 2 eines richtkraftlosen Messwerkes durchfliesst. Die Spule 2 ist mit einer Abtastvorrichtung mechanisch verbunden, welche zwei Widerstände 3, 4 enthält, deren Widerstandswerte mit Hilfe einer anscbliessend beschriebenen Anordnung unter Ausnutzung des Gausseffektes in gegenläufiger Weise veränderlich sind.
Als Gausseffekt wird bekanntlich das Ansteigen des elektrischen Widerstandes von Leitern oder Halbleitern im Magnetfeld verstanden. Die magnetfeldabhängigen Widerstände 3, 4 sind mit Widerständen 5, 6 und einem Potentiometer 7 zu einer Strombrücke geschaltet, an welche ein durch Transistoren 8 bis 11 und Widerstände 12 bis 18 gebildeter Gegentaktverstärker angeschlossen ist. An den durch die Kollek toren der Transistoren 10 und ! 11 gebildeten Ausgang des Gegentaktverstärkers ist die e Reihenschaltung einer Spule 19 eines weiteren richtkraftlosen Messwerkes, eines Anzeigegalvanometers 20 und eines Widerstandes 21 angeschlossen.
Die Spule 19 ist mit der Spule 2 mechanisch verbunden und derart angeordnet, dass das durch den Ausgangsstrom i1 des Gegentaktverstärkers in der Spule 19 erzeugte Drehmoment dem Drehmoment der Spule 2 entgegenwirkt und dieses kompensiert. Die Schaltung ist an die Pole f, - einer Gleichspannungsquelle angeschlossen.
In der Fig. 2 ist eine Ausführung der die Spulen 2 und 19 enthaltenden Messwerke und der Abtastvorrichtung dargestellt. Die beiden Spulen 2 und 19 sind mit Hilfe von Rohrstücken 22 auf einem um einen Zapfen 23 drehbaren Waagebalken 24 befestigt. Die Spulen 2 und 19 befinden sich im Magnetfeld je eines Dauermagneten 25 bzw. 26. Neben den Spulen 2, 19 sind die magnetfeldabhängigen Widerstände 3 und 4 angeordnet, und zwar so, dass sie sich am Rande des zugeordneten, Magnetfeldes befinden. Bei einer Schwenkung des Waagebalkens 24 bewegt sich somit der eine magnetfeldabhängige Widerstand aus dem zugeordneten Magnetfeld ; heraus und der andere in das ihm zugeordnete Magnetfeld hinein.
Auf Grund des Gausseffektes entsteht dabei eine entgegengesetzte Widerstandsänderung der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände 3 und 4, durch welche die durch die Widerstände 3 bis 6 und das Potentiometer 7 gebildete Strombrücke beeinflusst und der Verstärker gesteuert wird. Zur Vermeidung zusätzlicher, störender Drehmomente sind die magnetfeldabhängigen Widerstände 3, 4 bifilar angeordnet.
In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführung der Abtasteinrichtung dargestellt. Auf einer drehbar gelagerten Spindel 27 ist eine Platte 28 befestigt, welche sich zwischen den Polen eines fest angeordneten Dauermagneten 29 bewegt. Auf der Platte 28 sind zwei bifilar angeordnete magnetfeldabhängige Widerstände 30, 31 befestigt. Leitungsdrähte 32, 33, 34 dienen der Verbindung der magnetfeldabhängigen Widerstände 30, 31 mit unbeweglichen Anschlussösen 35, 36, 37.
Die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände 30, 31 sind bei dieser zweiten Ausführungsform an gegenüberliegenden Rändern des Magnetfeldes zwischen den Polen des Dauermagneten 29 angeordnet, derart, dass bei einer Schwenkbewegung der Platte 28 einer der magnetfeldabhängigen Widerstände aus diesem Magnetfeld heraus, der andere in dieses hinein bewegt wird. Auf diese Weise entspricht die Funktion der magnetfeldabhängigen Widerstände 30, 31 derjenigen der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände 3, 4 der zuerst beschriebenen Anordnung.
Als Material für die magnetfeldabhängigen Wi derstände 3, 4 bzw. 30, 31 kann ein beliebiges, den Gausseffekt aufweisendes Material verwendet werden, vorzugsweise ein solches mit grosser Beweglichkeit seiner Ladungsträger, wie z. B. Indiumantimonid und Indiumarsenid. Vorzugsweise werden die magnetfeldabhängigen Widerstände aus Wismut hergestellt, und zwar deshalb, weil aus diesem Material durch Ätzen von Folien Widerstände mit geeignetem Widerstandswert hergestellt werden können. Die bifilare Anordnung wird bei einer solchen Folie z. B. dadurch erhalten, dass sie in der Mitte umgebogen wird und die beiden Hälften aufeinandergelegt werden.
Ander seits können einfach auch zwei Folien aufeinandergelegt und entsprechend verbunden werden oder ein dünner Isolierstreifen wird beidseitig so geätzt, dass zwei zueinander parallel liegende Strompfade entstehen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Widerstände 5, 6 der Strombrücke solche zu verwenden, deren Temperaturkoeffizient annähernd gleich ist, wie der der magnetfeldabhängigen Widerstände 3, 4. Dadurch wird einer Beeinflussung der Brücke durch Temperaturänderungen entgegengewirkt. Eine solche Beeinflussung hat zwar auf den Ausgangsstrom des Verstärkers und damit auf das Messergebnis keine Wirkung, da sie sofort durch eine Verstellung des Waagebalkens 24 bzw. der Platte 28 kompensiert wird, hingegen wird durch sie der mögliche Messbereich des gesamten Gerätes verschoben und nach der einen oder der anderen Seite eingeschränkt.