Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen in einer Brückenschaltung mittelst Wechselstrom. Zur Messung von Widerstandsänderungen bedient man sich gerne der Brückenschaltung, weil dieselbe grosse Messgenauigkeit erlaubt. Wenn es sich aber um sehr kleine Wider standsänderungen handelt, wie sie beispiels weise bei Temperaturmessungen mit der Wider standsbrücke vorkommen, so waren diese Messungen bisher nur mit Gleichstrom mög lich, weil es zur Zeit kein technisches Wech- selstrommessinstrument gibt, das die erforder liche Empfindlichkeit für die Messung der geringfügigen Stromschwankungen besitzt.
Es ist nun häufig erwünscht, derartige Mes sungen mit Wechselstrom ausführen zu können, wenn nämlich dieser zur Verfügung steht, Gleichstrom dagegen nicht.
Durch die Erfindung wird es möglich, Wechselstrom für die Speisung der Wider standsbrücke zu benutzen und dennoch einen genügend grossen Ausschlag am Messinstrument zu erzielen. Erfindungsgemäss wird als Mess- instrument ein fremd erregtes h'erro-Dynamo- meter verwendet, das heisst ein Instrument, das aus einem Wechselstromelektromagneten und einer in eine Unterbrechungsstelle seines Eisenkreises eingefügten Drehspule mit Gegen feder besteht.
Dieses Instrument ist primär an das Wechselstromnetz angeschlossen, wäh rend es sekundär, das heisst mit seiner Dreh spule an zwei Diagonalpunkten einer Wheat- stone'scheii Brücke liegt, die ihrerseits die der Änderung unterworfenen Widerstände enthält. An den beiden andern Diagonalpunkten liegt ein Blindwiderstand, zum Beispiel eine Selbstinduktion. Diese bewirkt, dass bei Un- symmetrie der Brücke in die Drehspule ein Strom solcher Phase geschickt wird, der mit dem Primärfeld des Instrumentes ein Dreh moment erzeugt.
In der Zeichnung, die drei Ausführungs beispiele für die Erfindung enthält, ist ein Hitzdrahtvakuummeter von bekanntem Prinzip dargestellt, nach welchem die Veränderlich keit der Wärmeabgabe eines elektrisch ge heizten Drahtes von grossem elektrischen Temperaturkoeffizienten mit den Schwankun gen der Luftleere zur Messung und direkten Anzeige des Vakuums benutzt wird. Darin bedeutet g das Messinstrument und m die Widerstandsbrücke, die beispielsweise aus zwei einandör gegenüberliegenden, im Vakuum angeordneten Hitzdrähten a und c und zwei dazwischenliegenden Vergleichswiderständen b und d besteht.
Die Erregerspule e des Instru mentes<I>g</I> wird vom Wechselstromnetz<I>f'</I> un mittelbar oder über einen Transformator und gegebenenfalls noch über einen Vorschalt- widerstand gespeist, der in der Zeichnung weggelassen ist und zwecks Ausgleich der primären Spannungsschwankungen ein Eisen drahtwiderstand in Wasserstoffatmosphäre sein kann. Die Drehspule lt, des Instrumentesg, die auch, wie zum Beispiel in Fig. ä gezeigt, als sogenannte Kreuzspule ausgeführt sein kann, ist an zwei diagonale Ecken A und C des Widerstandsviereckes na angeschlossen.
In der Drehspule<I>lt,</I> wird durch Transformator wirkung ein zusätzlicher Heizstrom für die Hitzdrähte a und c erzeugt. Da die Brücke induktionsfrei ist und die Drehspule lt eben falls praktisch verschwindend kleine Selbst induktion besitzt, erzeugt dieser Zusatzstrom in dem Wechselfeld der Spule e kein Dreh moment, auch dann nicht, wenn die Zweige a und c der Brücke ihren Widerstand - durch Wärmeschwankungen infolge Vakuumvaria- tionen - ändern.
Schickt man nun gemäss Fig. 1 durch die Brücke einen Strom in der Richtung der andern Diagonale BD, so heizt dieser einer seits die Widerstände a und c und überlagert sich denn genannten Zusatzstrom, ohne bei abgeglichener Brücke an den Diagonalpunk- ten AC eine Potentialdifferenz hervorzurufen.
Sind dagegen die Widerstände der Brücke infolge Vakuumänderungen beziehungsweise Erwärmung der Zweige a, r, <I>-</I> nicht mehr abgeglichen, so sind die Spannungsabfälle in den Zweigen a und c verschieden von den jenigen in den Zweigen b und d, infolge dessen tritt eine Potentialdifferenz an den Punkten A und C auf, und es fliesst ein zusätzlicher Strom durch die Drehspule 1a des Instrumentes g. Wenn dieser Strom gegen die Netzspannung keine Phasenverschiebung hat, so ist er gegen das von der Erregerspule e erzeugte Feld um 90 verschoben und erzeugt daher kein Drehmoment.
Um aber ein solches und damit einen Ausschlag des Drehsystems gegen die Kraft seiner Gegenfeder i zu er halten, fügt rnan in den bei B und.D ange schlossenen Hilfsstromkreis eine gegebenenfalls einstellbare Drosselspule k ein.
In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Schaltung durch ein einfaches Vektordia- gramm erläutert. Die Netzspannung E ruft in der Primärspule e des Ferrodynamometers g einen um fast 90 nacheilenden Magnetisie- rungsstrorn Im hervor, mit dem auch das von ihm erzeugte Feld (I) in Phase ist. Durch dieses wird in der Drehspule lt transforma- torisch eine Spannung Ed induziert, die ihrer seits gegen den Kraftfuss (I) um 90 zeitlich zurückverschoben ist.
Diese Spannung schickt bei<B>AG</B> in die Brücke aya den zusätzlichen Heizstrom Ii, der mit der Spannung E" in Phase ist, weil die Induktivität der Spule h selbst vernachlässigbar klein ist und die Brückenwiderstände a, <I>b, e, d</I> induktionsfrei sind.
Da er gegen das Feld 0 um 90 ver schoben ist, erzeugt er kein Drehmoment in der Spule h. Gleichzeitig ist die Brücke bei BD über die Drosselspule k an die Netz spannung E angeschlossen, so dass in Rich tung BD ein gegen die Spannung E nach eilend phasenverschobener Heizstrom 1, flieht.
Wenn bei Erwärmung der Brückenzweige a und c: die Brücke unsymmetrisch wird, fliesst ein Teil Z'6 dieses Stromes I, durch die Dreh spule lt des Instrumentes und setzt sich hier mit dem Zusatzstrom I, zu einem resul tierenden Strom I zusammen. Diejenige Kom ponente A von 1, die mit dem Feld 0 in Phase ist, erzeugt nun ein Drehmoment in der Spule h, die so weit ausschlägt, bis das Gegenmoment der Feder i dem Drehmoment der Spule lr, das Gleichgewicht hält.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist eine besondere Drosselspule k entbehrlich. Hier wird der 1Vlagnetisierungsstrom Im der Er regerspule e unmittelbar bei E und D in die Brücke geschickt. Da im allgemeinen der volle Magnetisierungsstrorn eine zu starke Belastung der Brückenwiderstände darstellen würde, ist an die Punkte<I>B</I> und<I>D</I> ein Parallelwiderstand a angeschlossen, der einen Teil des Stromes Im aufnimmt. Der Rest dieses Stromes 1m dient zur Heizung der Hitzdrähte a und c.
Bei Unsymmetrie der Brückenzweige fliesst nun ein Teil I2 des Magnetisierungsstromes Im durch die Drehspule h, so dass auch hier wieder ein Drehmoment entsteht, das dem Produkt aus dem Feld (l' und dem Strom I2 entspricht. In der Spule h selbst fliesst, wie aus dem Diagramm Fig. 4 bervorgeht, der resultierende Strom I.
Bei der Schaltung nach Fig. 5 ist die Brücke nur einfach gespeist, und zwar von der Spule<I>lt</I> aus, so dass hier zwischen Instru ment und Brücke nur zwei Leitungsdrähte erforderlich sind. Bei abgeglichenen Brücken zweigen fliesst lediglich der Wattstrom h von A nach 0. Dieser allein heizt hier die Brücke. Entsteht nun durch Vakuumänderung in den Zweigen a und c zwischen den Eck- punkten <I>B</I> und<I>D</I> eine Potentialdifferenz, so fliesst ein Ausgleichstrom 12 durch die an diesen Punkten angeschlossene Drosselspule o und gibt dem Heizstrom eine induktive Kom ponente 12.
Diese Komponente erzeugt mit dem Feld (I ein Drehmoment in der Spule<I>lt.</I> Diagrammatisch wird diese Schaltung eben falls durch Fig. 4 veranschaulicht.
Statt der Drosselspulen k in Fig. 7 und o in Fig. 5 könnten auch Kondensatoren ver wendet werden, denn ein gegen das Feld um 180 verschobener Strom erzeugt mit ihm das gleiche Drehmoment wie ein Strom, der mit ihm in Phase ist.
Die Stärke des Stromes Z2 ist bei allen Ausführungsbeispielen von der Brückenver stimmung und diese wiederum ist von Vakuum abhängig, da die beiden im Vakuum ange ordneten Brückenwiderstände a und c bei zunehmender Verdünnung des wärmeableiten den Gases wärmer werden und ihren Wider stand erhöhen. Das Drehmoment der Spule h aber ist, da das Feld 0 konstant ist, eine direkte Funktion des Stromes 12 und damit des zu messenden Vakuums.
Wie erwähnt, kann die neue Einrichtung auch zu Temperaturmessungen, zum Beispiel für Fernthermometer oder Feuermelder, ferner zur Messung von andern, mit kleinen Wider standsänderungen verbundenen Vorgängen ver wendet werden.
Device for measuring small changes in resistance in a bridge circuit using alternating current. The bridge circuit is often used to measure changes in resistance because it allows great measurement accuracy. If, however, there are very small changes in resistance, such as those that occur, for example, when measuring temperature with the resistance bridge, these measurements were previously only possible with direct current, because there is currently no technical alternating current measuring instrument with the required sensitivity for measuring the slight current fluctuations.
It is now often desirable to be able to carry out such measurements with alternating current, namely when this is available, but direct current is not.
The invention makes it possible to use alternating current to feed the resistance bridge and still achieve a sufficiently large deflection on the measuring instrument. According to the invention, an externally excited h'erro dynamometer is used as the measuring instrument, that is to say an instrument which consists of an alternating current electromagnet and a rotating coil with a counter spring inserted into an interruption point in its iron circuit.
This instrument is primarily connected to the alternating current network, while it is secondary, that is, with its rotating coil at two diagonal points of a Wheatstone bridge, which in turn contains the resistances subject to change. At the other two diagonals there is a reactance, for example a self-induction. This has the effect that if the bridge is asymmetrical, a current of such a phase is sent into the moving coil that generates a torque with the primary field of the instrument.
In the drawing, which contains three execution examples for the invention, a hot wire vacuum meter of a known principle is shown, according to which the changeable speed of the heat output of an electrically heated wire of large electrical temperature coefficient with the fluctuations of the vacuum for measurement and direct display of the vacuum is used. Here, g denotes the measuring instrument and m the resistance bridge, which consists, for example, of two opposing hot wires a and c, arranged in a vacuum, and two comparative resistances b and d in between.
The excitation coil e of the instrument <I> g </I> is fed from the alternating current network <I> f '</I> directly or via a transformer and possibly also via a series resistor, which is omitted in the drawing and for the purpose An iron wire resistance in a hydrogen atmosphere can compensate for the primary voltage fluctuations. The moving coil lt, of the instrument, which, as shown for example in Fig. A, can be designed as a so-called cross coil, is connected to two diagonal corners A and C of the resistance square na.
In the moving coil <I> lt, </I> an additional heating current for the hot wires a and c is generated by a transformer effect. Since the bridge is induction-free and the moving coil lt also has practically negligible self-induction, this additional current does not generate any torque in the alternating field of coil e, even if branches a and c of the bridge show their resistance - due to thermal fluctuations due to vacuum variability - functions - change.
If a current is now sent through the bridge in the direction of the other diagonal BD as shown in FIG. 1, this on the one hand heats the resistors a and c and superimposes the mentioned additional current without causing a potential difference at the diagonal points AC when the bridge is balanced .
If, on the other hand, the resistances of the bridge are no longer balanced due to vacuum changes or heating of branches a, r, <I> - </I>, then the voltage drops in branches a and c are different from those in branches b and d, as a result a potential difference occurs at points A and C, and an additional current flows through the moving coil 1a of the instrument g. If this current has no phase shift relative to the mains voltage, it is shifted by 90 relative to the field generated by the excitation coil e and therefore does not generate any torque.
However, in order to maintain such a deflection of the rotary system against the force of its counter spring i, an optionally adjustable choke coil k is added to the auxiliary circuit connected at B and D.
In FIG. 2, the mode of operation of the circuit is explained by a simple vector diagram. The mains voltage E causes a magnetization current Im in the primary coil e of the ferrodynamometer g, which is almost 90 degrees behind, with which the field (I) it generates is also in phase. This induces a voltage Ed in the moving coil lt, which in turn is shifted back in time by 90 against the force foot (I).
At <B> AG </B>, this voltage sends the additional heating current Ii into the bridge aya, which is in phase with the voltage E ", because the inductance of the coil h itself is negligibly small and the bridge resistances a, <I> b , e, d </I> are induction-free.
Since it is displaced by 90 against field 0, it does not generate any torque in coil h. At the same time, the bridge at BD is connected to the mains voltage E via the choke coil k, so that a heating current 1, which is rapidly out of phase with the voltage E, escapes in the direction BD.
If the bridge becomes asymmetrical when the bridge branches a and c: are heated, part Z'6 of this current I flows through the rotating coil lt of the instrument and is here with the additional current I to form a resulting current I. That component A of 1, which is in phase with the field 0, now generates a torque in the coil h, which deflects so far until the counter-torque of the spring i, the torque of the coil Ir, maintains the equilibrium.
In the arrangement according to FIG. 3, a special choke coil k is unnecessary. Here the magnetic current Im of the excitation coil e is sent to the bridge directly at E and D. Since, in general, the full magnetizing current would place too great a load on the bridge resistors, a parallel resistor a is connected to points <I> B </I> and <I> D </I>, which absorbs part of the current Im. The rest of this current 1m is used to heat the hot wires a and c.
If the bridge branches are asymmetrical, part I2 of the magnetizing current Im now flows through the moving coil h, so that here, too, a torque is generated which corresponds to the product of the field (l 'and the current I2. In the coil h itself flows as if out 4, the resulting current I.
In the circuit according to FIG. 5, the bridge is only fed once, from the coil <I> lt </I>, so that only two lead wires are required here between the instrument and the bridge. In the case of balanced bridge branches, only the watt current h flows from A to 0. This alone heats the bridge here. If a potential difference arises between the corner points <I> B </I> and <I> D </I> as a result of the vacuum change in branches a and c, a compensating current 12 flows through the choke coil o connected to these points and is there an inductive component 12 for the heating current.
With the field (I, this component generates a torque in the coil <I> according to </I>. This circuit is also illustrated diagrammatically by FIG. 4.
Instead of the choke coils k in Fig. 7 and o in Fig. 5, capacitors could also be used, because a current displaced by 180 against the field generates the same torque with it as a current that is in phase with it.
The strength of the current Z2 is in all embodiments of the Brückenver mood and this in turn is dependent on the vacuum, since the two bridge resistors a and c in the vacuum are arranged with increasing dilution of the heat dissipating the gas warmer and their resistance increased. The torque of the coil h is, however, since the field 0 is constant, a direct function of the current 12 and thus of the vacuum to be measured.
As mentioned, the new device can also be used for temperature measurements, for example for remote thermometers or fire alarms, and also for measuring other processes associated with small changes in resistance.