Einrichtung zur Gleichstromverstärkung und algebraischen Summierung mehrerer physikalischer Grössen.
Es sind Messeinrichtungen oder auch Fernmesseinrichtungen bekannt, bei denen die Angaben durch Gleichströme übermittelt werden, die den messtechnisch zu erfassenden physikalischen Graben verhältnisgleich sind.
Sehr oft ist dabei die Aufgabe zu losen, mittels einer geeigneten Einrichtung die Summe oder Differenz solcher Messwerte zu bilden.
Die Schwierigkeit besteht gewohnlich darin, diese Einrichtungen so zu bauen, dass sich keine gegenseitigenBeeinflussungen undVer- änderungen der einzelnen Messgrossen ergeben, wobei auch gefordert werden muss, dass Ver änderungen der Hilfsspannungen und Sehaltelemente, wie Röhren, ohne Einfluss bleiben.
Die bisher bekannt gewordenen Einrieh tungen mit Serie-oder Parallelschaltung der einzelnen Teilmesswerte zwecks Speisung eines Summeninstrumentes sind trotz teilweise erheblichem Aufwand und Energieverbrauch von gegenseitigen Beeinflussungen nicht völlig frei.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleichstromverstär- kung und algebraischer Summierung mehrerer physikalischer Grossen, welche Summe gegebenenfalls fernübertragen werden kann, bei der die Veränderungen der Hilfsspan- nung sowie der Kennlinie der verwendeten Verstärkerrohre innerhalb vorgegebener Grenzen praktisch ohne Einfluss auf die Anzeige bleiben.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daB die algebraisch zusammenzufassenden physikalischen Grössen zunächst in eine entsprechende Anzahl von Gleichspannungen umgewandelt werden, welche den Strom eines Instrumentes beeinflus- sen, das einerseits an einen veränderbaren Anschlusspunkt eines zu einer Hilfsspannung parallel geschalteten Spannungsteilers,. anderseits an den Verbindungspunkt einer Rei henschaltung einer Verstärkerröhre mit einem ihr zugeordneten Eathodenwiderstand und eines der Kompensation des das Instru ment durehfliessenden Ruhestromes dienenden Widerstandes angeschlossen ist, wobei auch der Gitterkreis der Röhre an einen ver änderbaren Anschlusspunkt des Spannungsteilers angeschlossen ist.
Das Messinstrument kann auf der Kathodenscite der Rohre angeschlossen sein.
Gegenseitige Beeinflussung der einzelnen zusammenzufassenden Grossen werden insbe- sondere dann vermieden, wenn die ihnen entsprechenden Gleichspannungen, je nachdem ob sie zu-oder abgezählt werden sollen, mit gleichem bezw. entgegengesetztem Richtungs- sinn hintereinander in den praktisch stromlosen Gitterkreis der R¯hre eingeschaltet sind.
Anstatt auf der Kathodenseite der R¯hre kann das Messinstrument auch auf der Anodenseite angeschlossen sein, wobei dann der Instrumentenwiderstand f r die Grosse des Messstromes keine Rolle mehr spielt. Bei dieser Anordnung befindet sich dann auch der Kompensationswiderstand auf der Anodenseite.
Es kann auch die Bildung von Teilsummen vorgesehen sein. In diesem Falle sind dann im allgemeinen mehrere, den verschie- denen Teilsummen entsprechende Instrumente vorhanden, welche an ihrer einen Klemme miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsleitung über das gemeinsame Summeninstrument zum veränderbaren An schlusspunkt des Spannungsteilers führt. Die versehiedenen Gitter-, Anode-, Kathoden- rnd Kompensationskreise sind dabei einzeln parallelgesebaltet und mit den passenden Anzapfungen des Spannungsteilers verbunden.
Die folgende Beschreibung dient zur nÏheren Erläuterung verschiedener Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, wobei auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen wird. Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Summierung zweier beliebiger, in die Form entsprechender Gleichspannungen umgewandelter physikalischer Grössen. Fig. 2 stellt eine Abänderung der vorstehenden Einrichtung dar. während sich Fig. 3 auf eine Ein riehtung bezieht, mit welcher unter gleich- zeitiger Angabe der einzelnen Teilmessinstrumente die algebraische Summe dreier Grossen gebildet wird.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine Gleichstrom- quelle hoher Spannung, 2 eine Triode mit grossem Verstärkungsfaktor, 3 das passende Messinstrument, 4 den Spannungsteiler mit mehreren Anzapfungen, 5 einen veränder- baren Widerstand, 6 und 7 die Anschluss- stellen der zu addierenden Spannungen und 8 einen weiteren Widerstand. In dieser, wie auch in den andern Figuren sind die Heizkreisc als unwesentlicher Bestandteil der Schaltungen nicht eingezeichnet. Es bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeit, sie zu ergänzen.
Die Berechnung dieser Schaltung zeigt, dass wenn einerseits gilt :
K ? R0 ? 100 ? R1, wobei K den Verstärkungsfaktor der Triode, Ri ihr innercr Widerstand und Ro den resultierenden Widerstand des Kathodenkreises bedeutet, und anderseits
VB-VC = VA-VB/K gewählt wird, wobei VA, FB. T'c die Potentiale der Anschlusspunkte A, B, C des Span nungsteilers sind, eine Einrichtung erhalten wird, welche folgende Eigenschaften besitzt :
) Die praktisch üblichen Veränderungen der Hilfsspannungsquelle bleiben ohne Einfluss auf die Anzeige des Messinstrumentes. b) Der Einfluss einer Veränderung des Verstärkungsfaktors ist vernachlässigbar klein.
Die Spannungen, deren Summe oder auch Differenz gebildet werden soll, werden bei 6 und 7 angeschlossen und bestimmen den Potentialunterschied zwischen Gitter und Punkt C. Mit dem Widerstand 5 wird der durch das Instrument 3 fliessende Ruhestrom kompensiert, wobei die Messspannungen an den Klemmen 6 und 7 zunächst den Wert . Null" haben miissen. Wird nun eine posi tive oder negative resultierende Messspan- nung angelegt, so weicht das Instrument in der einen oder andern Richtung aus seiner Nullage ab. Weil bei dieser Schaltung kein Gitterstrom fliesst, können sich die beiden Messspannungen auch nicht gegenseitig beeinflussen.
Der Strom im Instrument 3 bestimmt sich aus dem Verhältnis der Gitterspannung zum resultierenden Kathoden- widerstand, welcher sich aus dem Widerstand 8 und der Kombination des Widerstandes 5 mit dem Instrumentenwiderstand ergibt. Demzufolge wird also die Spannung am resultierenden Kathodenwiderstand gleich der Gitterspannung. Die Rohre dient hierbei nicht eigentlich Verstärkungszwecken, son dern der Steuerung der an das Instrument abgegebenen Leistung.
Fig. 2 zeigt eine Abart der obigen Einrichtung, bei welcher das Messinstrument statt in den Kathoden-in den Anodenkreis eingeschaltet ist. Die den verschiedenen Ziffern zugeordneten Schaltungsteile stimmen mit den entsprechenden der Fig. 1 über- ein. Widerstand 5 und Triode 2 haben hier den Platz getauscht und das Potential des Punktes C ist hoher als VB. Die Kompen- sation des das Instrument 3 durchfliessenden Ruhestromes geschieht durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 5. Der Strom im Kathodenwiderstand 8 bestimmt sich aus dem Verhältnis der durch die Spannungen 6 und 7 gegebenen Gitterspannung zu diesem Widerstand.
Er fliesst auch durch die Widerstände 3 und 5, ist jedoch im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 1 von ihrem Werte praktisch unabhängig.
Diese können somit innert gewissen Grenzen beliebige Werte annehmen, ohne seine Grosse zu beeinflussen. Macht man durch passende Wahl des Materials die Temperaturabhängig- keit des Widerstandes 8 zu Null, so bleiben temperaturbedingte Anderungen des Widerstandes 3 ohne Einfluss auf die Anzeige.
Wie bei der vorherigen Schaltung hat auch hier eine in praktischen Grenzen bleibende Schwankung der Spannung der Stromquelle 1 keinen Einfluss auf die Anzeige des Messinstrumentes 3. Ebenfalls ist der Einfluss einer Veränderung des Verstärkungsgrades der Rbhre praktisch ausgeschaltet.
Fig. 3 zeigt, wie Einrichtungen beispielsweise nach Art der Fig. 2 zwecks Erzielung der Anzeige von Teilsummen kombiniert werden können. Die hier algebraisch zu addierenden, den Teilsummen entsprechenden Spannungen werden bei 9, 10 und 11 angeschlossen. Anstatt die resultierende Spannung 9 zu addieren, kann die ihr entsprechende Grosse durch Umpolung mittels des ITmschalters 12 von der Summe der beiden andern Graben 10 und 11 abgezogen werden.
Der an die Klemmen der Gleichstromquelle 25 angeschlossene Spannungsteiler 4 dient zur Einstellung der verschiedenen Hilfsspannungen der Einrichtung. Die drei Roh ren sind mit 13, 14, 15, die Kathodenwider- stände mit 16, 17, 18, die TeilsummenmeB- instrumente mit 19, 20, 21 sowie die Kom- pensationswiderstände mit 22, 23 und 24 bezeichnet. Das SummenmeBinstrument 26 erhält die Summe der durch die Teilsummen meBinstrumente flieBenden Strome. Die Kompensation des Ruhestromes in 19 durch Einstellung des Widerstandes 22 bringt auch den entsprechenden Teilstrom im Instrument 26 auf Null.
Die Arbeitsbedingungen sind hier die gleichen wie bei Fig. 2. Beispielsweise hängt auch hier der Strom durch das Instrument 19 nur von der Gitterspannung 9 und dem Widerstande 16 ab. Das entsprechende gilt für die andern Stromkreise. Der dem Summenstrom und dem Instrumentenwiderstand entsprechende Spannungsabfall an 26 gehort zu allen Anodenstromkreisen, ist aber ohne EinfluB auf die Anzeige, weil die Anoden strome unabhangig von den Widerständen der Anodenkreise sind.
Natürlich können auch bei 9, 10 und 11 Spannungen angeschlossen werden, welche jeweils nur einer einzigen physikalischen Grole entsprechen, wobei dann die Instrumente 19, 20, 21 zur Angabe des einzelnen MeBwertes dienen.
Haben die einzelnen zu addierenden Mess- graben nicht die gleichen Messkonstanten, das heisst entsprechen gleichen Änderungen der Messgrössen ungleiche Änderungen der diesen entsprechenden Messspannungen 9, 10 oder 11, so wird man Übereinstimmung erzielen durch Anordnung von passend angeschlos- senen Spannungsteilern in den Gitterkreisen oder besondere Wahl der Kathodenwider stände 16, 17, 18. Dabei ist es zweckmässig, Messgrossen gleicher Konstante jeweils schon im Gitterkreis durch Hintereinanderschaltung der ihnen entsprechenden Gleichspannungen zusammenzufassen.
Diese bilden dann die eine Teilsumme. Ungleiche hlesskonstanten lassen sich auch beriieksichtigen durch Anordnung eines Mehrfachnebenschlusses zum Summeninstrument 26, wie dies Fig. 4 zeigt.
In dieser Abbildung bedeutet 28 den Neben widerstand, 29, 30 und 31 sind die An schlüsse zu den versehiedenen Teilmesswert- instrumenten und 32 die Verbindung zur Hilfsstromquelle 25.
Die Erfindung lässt sich ohne Schwierig- keit auch auf den Fall der Zusammenfassung von mehr als nur drei Messgrossen oder Gruppen von solehen anwenden. Dabei ist es sehr einfach, sie im Sinne der Addition oder Subtraktion der Messgrosse wahlwelse mit Umschaltern anzuschliessen, wie dies für die Messspannung 12 in Fig. 3 beschrieben worden ist.
Device for direct current amplification and algebraic summation of several physical quantities.
There are measuring devices or remote measuring devices are known in which the information is transmitted by direct currents which are proportional to the physical trench to be detected by measurement.
Very often the task to be solved is to use a suitable device to calculate the sum or difference of such measured values.
The difficulty is usually to build these devices in such a way that there are no mutual influences and changes in the individual measured variables, whereby it must also be required that changes in the auxiliary voltages and holding elements, such as tubes, remain without influence.
The previously known Einrieh lines with series or parallel connection of the individual partial measured values for the purpose of supplying a sum instrument are not completely free of mutual influences, despite sometimes considerable effort and energy consumption.
The present invention relates to a device for direct current amplification and algebraic summation of several physical quantities, which sum can optionally be transmitted remotely, in which the changes in the auxiliary voltage and the characteristic curve of the amplifier tubes used remain practically without influence on the display within specified limits .
This device is characterized in that the physical quantities to be algebraically summarized are first converted into a corresponding number of direct voltages, which influence the current of an instrument which is connected to a variable connection point of a voltage divider connected in parallel to an auxiliary voltage. on the other hand, connected to the connection point of a series circuit of an amplifier tube with an associated cathode resistor and one of the compensation of the quiescent current flowing through the instrument, the grid circuit of the tube is also connected to a variable connection point of the voltage divider.
The measuring instrument can be connected on the cathode side of the tubes.
Mutual influencing of the individual variables to be summarized are avoided in particular if the DC voltages corresponding to them, depending on whether they are to be added or counted, have the same or opposite sense of direction are switched one after the other into the practically currentless grid circle of the tube.
Instead of being connected to the cathode side of the tube, the measuring instrument can also be connected to the anode side, in which case the instrument resistance no longer plays a role for the magnitude of the measuring current. With this arrangement, the compensation resistor is then also on the anode side.
The formation of partial sums can also be provided. In this case, there are generally several instruments corresponding to the various partial sums, which are connected to one another at one of their terminals, the connecting line leading via the common sum instrument to the variable connection point of the voltage divider. The various grid, anode, cathode and compensation circuits are individually built in parallel and connected to the appropriate taps on the voltage divider.
The following description serves to provide a more detailed explanation of various exemplary embodiments of the subject matter of the invention, reference being made to FIGS. 1 to 4. 1 shows a device for adding up any two physical quantities converted into the form of corresponding direct voltages. Fig. 2 shows a modification of the above device. While Fig. 3 relates to a device with which the algebraic sum of three variables is formed while specifying the individual partial measuring instruments.
In Fig. 1, 1 denotes a high voltage direct current source, 2 a triode with a large gain factor, 3 the appropriate measuring instrument, 4 the voltage divider with several taps, 5 a variable resistor, 6 and 7 the connection points for the voltages to be added and 8 another resistor. In this, as in the other figures, the heating circuits are not shown as an insignificant component of the circuits. It is not difficult for the person skilled in the art to supplement them.
The calculation of this circuit shows that if on the one hand applies:
K? R0? 100? R1, where K is the gain factor of the triode, Ri is its internal resistance and Ro is the resulting resistance of the cathode circuit, and on the other hand
VB-VC = VA-VB / K is selected, where VA, FB. T'c are the potentials of the connection points A, B, C of the voltage divider, a device is obtained which has the following properties:
) The usual changes in the auxiliary voltage source do not affect the display of the measuring instrument. b) The influence of a change in the gain factor is negligibly small.
The voltages, the sum or difference of which is to be formed, are connected at 6 and 7 and determine the potential difference between the grid and point C. The resistor 5 compensates for the quiescent current flowing through the instrument 3, with the measurement voltages at terminals 6 and 7 first the value. If a positive or negative resultant measuring voltage is applied, the instrument deviates from its zero position in one or the other direction. Because there is no grid current with this circuit, the two measuring voltages cannot influence each other .
The current in the instrument 3 is determined from the ratio of the grid voltage to the resulting cathode resistance, which results from the resistor 8 and the combination of the resistor 5 with the instrument resistance. As a result, the voltage across the resulting cathode resistance is equal to the grid voltage. The tubes are not actually used for amplification purposes, but rather to control the power delivered to the instrument.
FIG. 2 shows a variant of the above device in which the measuring instrument is switched into the anode circuit instead of the cathode. The circuit parts assigned to the various digits agree with those of FIG. 1. Resistor 5 and triode 2 have swapped places here and the potential of point C is higher than VB. The compensation of the quiescent current flowing through the instrument 3 is done by setting the resistor 5 accordingly. The current in the cathode resistor 8 is determined from the ratio of the grid voltage given by the voltages 6 and 7 to this resistance.
It also flows through the resistors 3 and 5, but in contrast to the arrangement according to FIG. 1, it is practically independent of their values.
These can therefore assume any values within certain limits without influencing its size. If the temperature dependency of the resistor 8 is reduced to zero by a suitable choice of material, then temperature-related changes in the resistor 3 have no effect on the display.
As with the previous circuit, a fluctuation in the voltage of the power source 1 that remains within practical limits has no influence on the display of the measuring instrument 3. The influence of a change in the degree of gain of the tube is also practically eliminated.
FIG. 3 shows how devices, for example in the manner of FIG. 2, can be combined in order to achieve the display of partial sums. The voltages to be added algebraically here and corresponding to the partial sums are connected at 9, 10 and 11. Instead of adding the resulting voltage 9, the value corresponding to it can be subtracted from the sum of the two other trenches 10 and 11 by reversing the polarity by means of the IT switch 12.
The voltage divider 4 connected to the terminals of the direct current source 25 is used to set the various auxiliary voltages of the device. The three tubes are labeled 13, 14, 15, the cathode resistors 16, 17, 18, the partial sum measuring instruments 19, 20, 21 and the compensation resistors 22, 23 and 24. The total measuring instrument 26 receives the sum of the currents flowing through the partial total measuring instruments. The compensation of the quiescent current in 19 by setting the resistor 22 also brings the corresponding partial current in the instrument 26 to zero.
The working conditions here are the same as in FIG. 2. For example, here too the current through the instrument 19 only depends on the grid voltage 9 and the resistor 16. The same applies to the other circuits. The voltage drop at 26 corresponding to the total current and the instrument resistance belongs to all anode circuits, but has no effect on the display because the anode currents are independent of the resistances of the anode circuits.
Of course, voltages can also be connected at 9, 10 and 11, each of which corresponds to only one physical variable, in which case the instruments 19, 20, 21 are used to indicate the individual measured value.
If the individual measurement trenches to be added do not have the same measurement constants, i.e. if the same changes in the measured quantities correspond to unequal changes in the measurement voltages 9, 10 or 11 corresponding to them, agreement can be achieved by arranging appropriately connected voltage dividers in the grid circles or special ones Choice of cathode resistors 16, 17, 18. It is useful to combine measured quantities of the same constant in the grid circle by connecting the corresponding DC voltages in series.
These then form the partial total. Unequal hless constants can also be taken into account by arranging a multiple shunt to the sum instrument 26, as FIG. 4 shows.
In this figure, 28 means the secondary resistance, 29, 30 and 31 are the connections to the various partial measuring instruments and 32 the connection to the auxiliary power source 25.
The invention can also be used without difficulty in the case of combining more than just three measured variables or groups of such. It is very easy to connect them in the sense of adding or subtracting the measurement variable Wahlwelse with changeover switches, as has been described for the measurement voltage 12 in FIG.