Einrichtung zum Beseitigen von Pendelengen an selbstkompensierenden Verstärkern. Es sind selbstkompensierende Verstärker für elektrische Ströme oder Spannungen be kannt, bei denen die Eingangsgrösse das Messwerk eines Galvanometers beeinflusst, das eine von einer Hilfsstromquelle gespeiste Widerstandsanordnung steuert. Die Hilfs- stromquelle erzeugt einen verstärkten Strom, der zum Beispiel einen Tintenschreiber zum Aufzeichnen der Eingangsgrösse durchfliesst.
Derartige Verstärker sind in der Regel mit Trägheit behaftet. Wenn zum Beispiel als Widerstandsanordnung in an sich be kannter Weise eine Bolometerschaltung be nutzt wird, deren Widerstände von der Hilfs- stromquelle erwärmt und durch einen von dem Messwerk des Galvanometers gesteuerten Luftstrom gekühlt werden, so vergeht bei Änderungen der Eingangsgrösse eine gewisse Zeit, bis die Stromverteilung in der Bolo- meteranordnung sich der jeweiligen Einstel lung des Galvanometermesswerkes angepasst hat.
Infolgedessen tritt ein Pendeln des Gal- vanometermesswerkes auf, das ein ordnungs gemässes Arbeiten des Verstärkers unmöglich macht.
Dieser Übelstand kann zum Beispiel durch kapazitive oder induktive Widerstände be seitigt werden, die so geschaltet und bemes sen sind, dass sie von den Änderungen des verstärkten Stromes abhängige Ströme oder Spannungen erzeugen, die unmittelbar dem Messwerk zugeleitet werden und solche Grösse haben, dass die Trägheit des Verstärkungs vorganges in ihrer Wirkung auf das Mess- werk nahezu kompensiert wird.
Wenn man einen Kondensator benutzt, so wird dieser so geschaltet, dass der Spannungsabfall an einem von dem verstärkten Strom durchflos- senen Widerstand Lade- bezw. Entlade ströme hervorruft, die unmittelbar dem Mess- werk zugeleitet werden. Dadurch wird er reicht, dass bei richtiger Bemessung des Kon densators die Trägheit des Verstärkungsvor- Banges im Messwerk nicht zur Wirkung kommt.
Statt dessen kann man aber auch einen Transformator benutzen, in dessen Primär wicklung der verstärkte Strom fliesst und in dessen Sekundärwicklung eine von der Än derung des Primärstromes abhängige Span nung induziert wird. die sich zu dem Span nungsabfall an einem mit ihr in Reihe ge schalteten Nebenwiderstand addiert.
In der Zeichnung sind vier Ausführungs beispiele der Erfindung schematisch darge stellt.
Fig. 1 und 5 zeigen je einen Verstärker mit Mitteln zum Aufzeichnen eines elektri schen Stromes; Fig. 2 und 4 zeigen je einen Verstärker mit Mitteln zum Aufzeichnen einer elek trischen Spannung; Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der An ordnungen nach Fig. 1 und 2.
In Fig. 1 ist an die Eingangsklemmen für den zu verstärkenden Strom i die Dreh spule 1 eines Galvanometers angeschlossen. dessen Zeiger eine Fahne 2 trägt. An das Galvanometer schliesst sich ein Stromkreis an, der einen verhältnismässig kleinen Wider stand R" und einen verhältnismässig grossen Widerstand R,. enthält.
An die Klemmen des Widerstandes R" ist die Reihenschaltung einer aus (]ei, Widerständen 3, 4, 5, 6 be stehenden Bolometeranordnung und eines Tintenschreibers 7 anrieschlossen. Die Bolo- meterwiderstände sind nach Art einer Brük- kensehaltiing miteinander verbunden, die an eine Gleichstromduelle 8 angeschlossen ist.
Die Bolometerwiderstände sind in an sich bekannter Weise so angeordnet, dass die Fahne 2 je nach ihrer Stellung entweder die Widerstände 3 und 5 oder die Widerstände 4 und 6 mehr oder weniger abdeckt und so vor der Abkühlung durch einen in beliebiger Weise erzeugten Luftstrom schützt. 9 ist ein Kondensator, der zu der Reihenschaltung des Widerstandes R, und des Tintenschreibers 7 parallel geschaltet ist. In abgeglichenem Zustande fliesst durch die Galvanometerspule 1 kein Strom, und'- es ist <I>i</I> . R@ - (J-i) <I>.</I> Rn.
wobei J der verstärkte Strom ist, der von dem Tintenschreiber aufgezeichnet wird. Daraus folgt:
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das heisst der Strom J ist proportional i und im Verhältnis
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verstärkt. Wenn nun der Eingangsstrom i zum Beispiel ansteigt, so fliesst durch die Galvanometerspule ein Strom, der die Fahne 2 z. B. nach rechts bewegt. Dadurch ver ändert sich die Stromverteilung in der Bolo- meterschaltung so lange, bis der Abgleich wieder hergestellt ist. Infolge der thermi schen Trägheit der Bolometerwiderstände er folgt der Abgleich aber erst allmählich.
In dem gleichen Sinne wirkt auch die Anker rückwirkung des Tintenschreibermesswerkes. Infolgedessen treten störende Pendelungen des Galvanometermesswerkes auf.
Nimmt man nun zum Beispiel an, dass die Fahne 2 sich plötzlich um eine gewisse Strecke bewegt. so folgt die Widerstands änderung der Bolometerschaltung dieser Be wegung nicht augenblicklich, sondern erst allmählich, das heisst die Stromstärke J und damit auch die Galvanometerstromstärke ig steigt etwa nach einer Egponentialkurve an, wie sie in Fig. 3 durch die mit i,. bezeichnete Kurve dargestellt ist.
Infolge des von dem Strom J in dem Widerstand des Tinten schreibers 7 erzeugten Spannungsabfalles tritt in dem Kreise des Kondensators 9 ein Ladestrom auf, der der ersten Ableitung des Stromes J entspricht, also
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gesetzt werden kann. Der Ladestrom 'k nimmt dabei nach einer Exponentialkurve ab, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Fahne 2 plötzlich nach der andern Seite aus schlägt, so nimmt der Strom J nicht augen blicklich, sondern ebenfalls allmählich nach einer Exponentialkurve ab.
In diesem Falle entsteht in dem Kondensatorkreis ein Erst ladestrom, der ebenfalls nach einer Exponen- tialkurve abnimmt entsprechend der Dar stellung in Fig. 3.
Da nun der Kondensator 9 so geschaltet ist, dass der Lade- bezw. Erstladestrom ik sich dem Galvanometerstrom ig. überlagert, so werden die Pendelungen des Galvano- metermesswerkes verschwinden, wenn der es durchfliessende Gesamtstrom i, + ik konstant bleibt.
Man erkennt nun aus der Fig. 3 leicht, dass es möglich ist, den Kondensator 9 so zu bemessen, dass diese Bedingung stets an nähernd erfüllt ist, so dass die Trägheit des Verstärkungsvorganges im Galvanometer- messwerk nicht zur Wirkung kommt und die Schwankungen des Eingangsstromes i wert getreu durch den Strom J von dem Tinten schreiber aufgezeichnet werden.
Im wesentlichen in der gleichen Weise wirkt auch der in Fig. 2 dargestellte Ver stärker mit Mitteln zum Aufzeichnen einer Spannung e. Hier fehlt der Widerstand R,.. Vielmehr ist der Galvanometerkreis über einen Widerstand Rn geschlossen, an dessen Klemmen die Reihenschaltung der von dem Messwerk des Galvanometers gesteuerten, von der Hilfsstromquelle 8 gespeisten Wider stände 3, 4, 5, 6 und des Tintenschreibers 7 angeschlossen ist. Der Kondensator 9 ist zu der Reihenschaltung des Galvanometers 1 und der von dessen Fahne 2 gesteuerten Wi derstandsanordnung parallel geschaltet.
Auch hier ist es möglich, den Kondensator so zu bemessen, dass die Trägheit des Verstär kungsvorganges kompensiert wird.
In Fig. 4 liegt an der zu messenden Spannung e ein Drehspulmesswerk 1, z. B. ein Galvanometer, dessen Zeiger mit einer Fahne 2 versehen ist, die über den Bolometer- widerständen 3, 4, 5, 6 spielt und in der an sich bekannten Weise dadurch die Küh lung der Widerstände durch einen Luftstrom steuert. In den Galvanometerstromkreis ist ein Nebenwiderstand 10 geschaltet, von des sen Bemessung die Empfindlichkeit der Ein richtung abhängig ist.
Mit der Widerstands anordnung 3, 4, 5, 6 ist ein Anzeigeinstru ment, zweckmässig ein Tintenschreiber 7, in Reihe geschaltet, in dem der verstärkte Strom zur Wirkung kommt. Mit diesem Instrument 7 und dem Regelmesswerk sind nun die Pri mär- und Sekundärwicklungen 11a und<B>Il b</B> eines Wandlers in Reihe geschaltet.
Die Bolometerwiderstände 3, 4, 5, 6 sind so angeordnet, dass die Fahne 2 des Regelmesswerkes beim Ausschlag entweder über den Widerständen 4 und 5 oder 3 und 6 spielt. Dadurch treten an den Diagonal punkten der aus den Widerständen gebil deten Brücke Spannungsänderungen auf, die im Regelmesswerk einen Strom J2 erzeugen, der sich durch folgende Beziehung ergibt:
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Hierin bedeuten R; den innern Widerstand der Bolometerbrücke, R6 den innern Wider stand des Anzeigeinstrumentes, R1 den ohm- sehen Primärwiderstand des Transformators, L, die primäre Selbstinduktion des Trans- formators, R= den ohmschen Widerstand der Sekundärwicklung des Transformators, L2 die sekundäre Selbstinduktion, M die Wech selinduktion des Transformators,
Rs den Widerstand des Regelmesswerkes, RR den ohmschen Wert des Nebenwiderstandes 10 und U', die Diagonalspannung der Bolometer- L, +L = brücke. Nun ist JI <I>=</I> , und<I>L,.</I> L1
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Wird nun das Steuergalvanometer plötz lich um einen kleinen Winkel abgelenkt, so erscheint die Spannung U, nicht plötzlich, sondern nach einem Zeitgesetz.
das sich aus dem Erwärmungsvorgang der Bolometer- widerstände ergibt. Dieses Zeitgesetz kann näherungsweise durch eine Egponentialfunk- tion dargestellt werden.
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das heisst. wählt man den Transformator so, daB seine Wechselinduktion nahe an dem Wert liegt, der sich aus dem Produkt der Ersatzzeitkonstante der Widerstände und dem Ohmwert des Nebenwiderstandes 10 er gibt, so wird die thermische Trägheit bis auf einen Restbetrag T.. kompensiert.
Die dif ferenzierende elastische Rückführung ist dann richtig, wenn dieser Restbetrag T= kleiner ist als die Trägheit T, der Bolometer- widerstände.
Die gleiche differenzierende Rückführung kann man nun auch in einer Schaltung, wie sie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist, erzielen. In diesem Falle liegt das Regel- messwerk 1 an den Eingangsklemmen für den zu verstärkenden Strom i und in Reihe dazu ist ein weiterer Widerstand 12 mit relativ grossem Ohmwert geschaltet. Die Berech nung der Wechselinduktion des Transforma tors 9 entspricht derjenigen für die Schal tungen in Fig. 4. Es ergibt sich wiederum für den Wert J1 das Produkt R" <I>.
T"</I> und in dem Restbetrag T.= tritt ausserdem noch der ohmsche Wert des Widerstandes 12 auf. ist ungefähr gleich M2. Ferner ist. R" immer klein gegenüber den übrigen Widerständen. Bei diesen Vernachlässigungen ergibt sich: Dabei ist T, die Ersatzzeitkonstante der Widerstände.
Fordert man, dass der das Gal- vanomter durchfliessende Strom J: einem ähnlichen Zeitgesetz gehorcht, so kann man für J_ schreiben:
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Setzt man diese Werte und Beziehungen in die zweite Gleichung für U, ein, so wird diese durch folgende Werte erfüllt: Auch in diesem Falle wird also eine Kom pensation bis auf einen unwesentlichen Rest betrag erreicht.