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Ausschlagmessbrücke zur Bestimmung hoher Widerstandswerte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausschlagmessbrücke zur Bestimmung hoher
Widerstandswerte.
Zur Bestimmung hoher Widerstandswerte werden bekannte transistorisierte Ausschlagmessbrücken verwendet, bei denen der Messeingang, d. i. die eine Klemme der Messdiagonale der Brücke, deren
Klemmen durch die Basen der Brückentransistoren gebildet ist, an einen Spannungsteiler angelegt ist.
Dieser Spannungsteiler ist an die Brückenspeisespannung angeschlossen und er besteht aus der
Kollektor-Emitter-Strecke eines Feldeffekt-Transistors und einem vorzugsweise veränderbaren Widerstand. Die Basis des Feldeffekt-Transistors bildet dabei den einen Pol des Messeinganges, dessen andern Pol eine Klemme der Brückenspeisespannung bildet. Der Feldeffekt-Transistor wirkt dabei als Impedanzwandler hinsichtlich des hohen zu messenden Widerstandes.
Messschaltungen dieser Art sind in der Regel durch eine stabilisierte Spannungsquelle gespeist, wobei die Stabilisierung zweckmässig durch einen gesteuerten Transistor in einem Zweig der Spannungszuführung erfolgt.
Nachteil solcher Messbrücken ist, dass die Anzeigeskala des in der Brücke verwendeten Messinstrumentes, z. B. eines Galvanometers einen linearen Verlauf besitzt, so dass z. B. bei Verwendung der Brücke zur Bestimmung extrem hoher Widerstände, Ablesungen in dem niedrigeren Messwerten zugeordneten Skalenbereich nicht mehr genau möglich und somit wertlos sind.
Die Erfindung zielt nun darauf hin, diesen Nachteil zu beheben, und sie bedient sich dazu eines im Messeinang der Brücke angeordneten"Radiziergliedes"in Form einer hochohmigen Diode, vorzugsweise ebenfalls eines Feldeffekt-Transistors, in Diodenschaltung, welche bzw. welcher zwischen der Basis des im erwähnten Spannungsteiler liegenden Feldeffekt-Transistors und einer innerhalb des Wertes der Brückenspeisespannung liegenden Bezugsspannung geschaltet ist.
Die diesen Schaltungselementen eigenartige Spannungs-Strom-Charakteristik schafft, wie noch später näher ausgeführt wird, eine nichtlinaere Widerstandtransformation am Brückeneingang, mit der Wirkung, dass gewisse Endbereiche der Messinstrumentenskala gedreht und damit genauer ablesbar werden. Die Dehnung ist zwar ebenfalls nichtlinear, jedoch lässt sich dann die Skala ohne weiteres durch Prüfmessungen mit bekannten Werten bestimmen.
Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäss ausgebildete bekannte Messschaltung, z. B. zur Bestimmung hochohmiger Widerstände.
Der zentrale Teil der Schaltung, eine bekannte transistorisierte Messbrücke besteht aus den beiden Brückenzweig-Transistoren--l und 2--mit je zugeordneten Widerständen--3 und 4--. Die Messdiagonale der Brücke verläuft von der Basis des einen Transistors-l- über den Verbindungspunkt seines Emitters mit dem zugeordneten Widerstand--3--, einem Fest-und einem veränderbaren Widerstand-5 bzw. 6--, dem Messinstrument-7-, dem Verbindungspunkt des Emitters des zweiten Transistors--2--zur Basis desselben. Die Kollektoren der beiden Transistoren --1 und 2--und die freien Klemmen der Widerstände-3 und 4-liegen an der Brückenspeisespannung die wie noch beschrieben, stabilisiert ist.
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Die eine Klemme der Brückendiagonale, nämlich die Basis des Transistors--l-liegt in bekannter Weise an einem an die Speisespannung--B--angeschlossenen Spannungsteiler, der aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Feldeffekt-Transistors--8--, einem Fest-und einem variablen Widerstand--9 bzw. 10--gebildet ist. Die Basis dieses Feldeffekt-Transistors--8--ist über einen Festwiderstand--11--an einen Brücken-Messeingang--12--angeschlossen. Der zweite Messeingang--13--wird von einem Pol (+B) der stabilisierten Speisespannung gebildet. Der Eingang --12-- ist gegenüber den Speisespannungsklemmen durch Kondensatoren--14, 15-, abgeblockt.
An der Basis des Feldeffekt-Transistors --8-- liegt die Basis eines als Diode geschalteten weiteren Feldeffekt-Transistors--16--, dessen zusammengeschaltete Emitter-Kollektor-Klemmen
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Potentiometer--19--angeschlossenAusgangsklemmen--23, 24-- des Stabilisators ein aus zwei Festwiderständen--25, 26-- und einer Diode--27--bestehender Spannungsteiler geschaltet, wobei die Verbindungspunkte der Festwiderstände--25, 26-- an die Basis des Brückentransistors--2--angeschlossen sind.
Die Funktion der Messbrücke als solche kann als bekannt vorausgesetzt werden. Jedenfalls ergeben an die Eingangsklemmen--12 und 13--angeschlossene verschiedene Widerstände, verschiedene
Ausschläge des Messinstrumentes --7--. Mit dem variablen Widerstand -6-- lässt sich, wie bekannt, die Skalenlänge festlegen, d. h. bei einer mit 0 bis 100 bezifferten Skala ein nahe "null" gelegener Messendpunkt (etwa bei "9") der als Grenzpunkt der Messung fungiert.
Das Potentiometer--19--dient als Justierorgan für den sogenannten"Prüfpunkt"des Messinstrumentes--7--, der bei obgenannter Teilung der Skala etwa beim Skalenpunkt"60"liegt, und durch dessen Justierung bzw. durch dessen Erreichen bei einer Probemessung die richtige Funktion der Brücke (z. B. eine noch taugliche Speisespannungsquelle) festgestellt werden kann. Der veränderliche Widerstand --10-- dient in bekannter Weise als Justierwiderstand für den Feldeffekt-Transistor --8--. Schliesslich dient der veränderliche Widerstand --17-- zur Justierung des Endpunktes "100" der Instrumentenskala.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäss vorgesehenen Eingangs-Feldeffekt-Transistors-16- (oder auch einer hochohmigen Diode) lässt sich wie folgt erklären : ein an den Brücken-Messeingang - -12, 13-- angelegter Widerstand --28-- (als zu bestimmender Widerstand gestrichelt eingezeichnet) bestimmt zusammen mit den Widerständen bzw. Schaltgliedern--11, 16, 17, 19 und 18--eine bestimmte Spannung an der Basis des Feldeffekt-Transistors--8--und damit eine bestimmte Anzeige am Instrument--7--.
Wird nun dieser Widerstand --28-- fortlaufend verringert, so erhöht sich ebenso fortlaufend die Spannung an der Basis des Feldeffekt-Transistors--8--, aber zugleich auch über den dort angeschlossenen Feldeffekt-Transistor--16--, dessen Innenwiderstand jedoch in einer gewissen funktionellen, nichtlinearen Abhängigkeit abnimmt. Dies hat aber zur Folge, dass der Spannungsverlauf an der Basis des Feldeffekt-Transistors--8--flacher wird, als er wäre, wenn der Feldeffekt-Transistor--16--nicht vorhanden wäre, was wieder bewirkt, dass eine "Stauchung" der Anzeigeskala des Instrumentes--7--für den, den geringeren Werten des Eingangswiderstandes --28-- zugeordneten Messbereich auftritt, so dass hiemit das Erfindungsziel erreicht ist.
Es ist klar, dass diese Funktionsweise stark von den Eigenwerten der verschiedenen Schaltungselemente abhängt. Beispielsweise lässt sich eine Schaltung erstellen, die für einen Messbereich der Brücke zwischen 0, 1 und etwa 30000 Megohm ausgelegt ist, wobei der Prüfpunkt"P"einen Wert von etwa 10 Megohm darstellt und beim Punkt "60" einer Skalenteilung 0 bis 100 liegt. Das bedeutet also, dass für die Messung zwischen 10 und 0, 1 Megohm 40% der Skalenteilung zur Verfügung stehen.
Die Diode--27--im Spannungsteiler--25, 26, 27-- wirkt hinsichtlich ihrer Temperatur-Charakteristik gleichlaufend mit der Temperatur-Charakteristik des Feldeffekt-Transistors --16--, so dass bei Temperaturschwankungen die Spannung an der Messbrückendiagonale praktisch temperaturunabhängig wird. Wie bereits erwähnt, eignet sich für den Brückeneingang am besten ein Feldeffekt-Transistor (--16--), jedoch kann auch mit hochohmigen Dioden ausgewählter Charakteristik oder sogar mit Zenerdioden an dieser Stelle der angestrebte Erfolgt erzielt werden.
Im Beispiel wurde die Brücke mit Verwendung als Widerstandsmessbrücke beschrieben, und sie kann vorteilhaft im Rahmen bekannter Methoden zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Körpern angewendet werden, wo ja grosse Widerstandsunterschiede auftreten. Es ist aber ohne weiteres
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erkennbar, dass ihr Anwendungsgebiet damit nicht beschränkt ist, und sie ebensogut zur Bestimmung von Spannungen oder Strömen verwendet werden kann, sofern diese in funktionelle Beziehung zu einem Widerstand gesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ausschlagmessbrücke zur Bestimmung hoher Widerstandswerte, welche Messbrücke in zwei Brückenzweigen mit Transistoren ausgestattet ist, deren Basen die Messdiagonale der Brücke bilden, und eine Klemme der Messdiagonale an einen an die Brückenspeisespannung angeschlossenen Spannungsteiler angelegt ist, der aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Feldeffekt-Transistors und einem vorzugsweise veränderbaren Widerstand besteht, wobei an die Basis des Feldeffekt-Transistors und an eine Klemme der Brückenspannung der zu bestimmende Widerstand angeschlossen ist,
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innerhalb des Wertes der Brückenspeisespannung (B) liegenden Bezugsspannung eine hochohmige Diode (16), vorzugsweise ein Feldeffekt-Transistor in Diodenschaltung geschaltet ist.
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