DE1099073B

DE1099073B - AC measuring bridge circuit

Info

Publication number: DE1099073B
Application number: DEV16978A
Authority: DE
Inventors: Fritz Muenger
Original assignee: Vibro Meter GmbH
Current assignee: Meggitt GmbH
Priority date: 1959-07-29
Filing date: 1959-07-29
Publication date: 1961-02-09
Also published as: CH384709A

Description

Wechselstrom-Meßbrückenschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstrom-Meßbrücliensehaltung, deren aus je zwei Brükkenzweigen gebildeten, symmetrisch zur Speisediagonale liegenden Brückenhälften über zwei jeweils bezüglich ihrer Primär- und Sekundärwieklungen in Reihe liegender, zur Impedanzanpassung zwisehen den 13 rückenhäl ften vorgesehener Transformatoren miteinander gekoppelt sind und bei der die unmittelbar zusammengeschalteten Transformatorwicklungsenden mit den jeweils zugeordneten, gegenüberliegenden Meßdiagonal-Eckpunkten der Brücke verbunden sind und eine dieser Verbindungen als Meßaulsgang der Brückeldient. Solche Schaltungen sind bekannt und dienen vor allem dazu, bei Verwendung von Brückenelementen mit notwendigerweise geringer Impedanz, z. B. bei Widerstandsstreifen zur Dehnungsmessung oder dergleichen, eine Impedanzanpassung vornehmen und damit die Empfindlichkeit der Brücke günstiger gestalten zu können.AC Bridge Circuit The present invention relates to an alternating current measuring bridge, each of which is made up of two bridge branches, symmetrically to the dining diagonal lying bridge halves over two each with respect to Their primary and secondary waves in series, between the impedance matching the 13 back halves of the transformers provided are coupled to one another and in which the directly interconnected transformer winding ends with the respectively associated, opposite measuring diagonal corner points of the bridge and one of these connections is used as a measurement output for the bridge. Such circuits are known and are mainly used when using bridge elements with necessarily low impedance, e.g. B. with resistance strips for strain measurement or the like, make an impedance matching and thus the sensitivity to make the bridge cheaper.

Bei bekannten Brücken dieser Art beschränkt man sich darauf, einzelne Brückenzweige transformatorisch in die Brücke zu koppeln, mit welcher Maßnahme außer der erwähnten Impedanzanpassung keinerlei Vorteile verbunden sind. Praktisch in allen Fällen ist ein Aufwand von mindestens zwei separaten Transformatoren für zwei Brückenzweige erforderlich. Ist die Tnansformation weiterer Größen erwünscht, so ist die Zahl unaibhängiger Transformatoren weiter zu steigern, was rasch zu einem großen Aufwand an Schaltmitteln führt. Known bridges of this type are limited to individual ones To couple bridge branches into the bridge in a transformer, with which measure except the impedance matching mentioned is not associated with any advantages. Practically in all cases is an expense of at least two separate transformers for two Bridge branches required. If the transformation of further quantities is desired, see is the number of independent transformers to increase further, which quickly becomes a leads to a large amount of switching means.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, mit einem geringen Aufwand an Schaltmitteln, insbesondere Transformatoren, eine Meßbrückenschaltung zu schaffen, die über die mit der eigentlichen Imp;edanzanpassung verbundenen Vorteile hinaus wesentliche zusätzliche Vorteile bietet. Die Wechselstrom-Meßr brückenschaltung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeEichnet, daß an Stelle der beiden Transformatoren ein einziger mit je einem Wicklungsabgriff auf der Primär- und der Sekundärseite versehener Transformator vorgesehen ist und ferner ein weiterer Transformator, dessen eine Wicklung in die eine und dessen andere Wicklung in die andere Verbindung des jeweiligen Wicklungsabgriffes des ersten Transformators mit dem jeweils zugeordneten Eckpunkt der Meßdiagoorale eingeschaltet ist. Damit wird das Ausgangssignal der die Meßzweige enthaltenden Brückenseite auf die andere Brückenseite übertragen, wodurch es möglich wird, den Transformator zur Impedanzanpassung als eigentlichen Speisetrausformator mit einem gemeinsamen Kern und Wicklungen mit Mittelanzapfung für die z. B. niederohmige Brückenseite auszubillden. Zwar sind also in diesem Falle auch zwei separate Transformatoren vorhanden, aber gegenüber der einfachen Ankopplung zweier Brückenzweige rad die Brücke mittels separater Transformatoren hat die erfindungsgemäße Maßnahme wesentliche Vorteile, auf die später eingegangen wird. It is the aim of the present invention with little effort to create a measuring bridge circuit on switching means, in particular transformers, the advantages beyond those associated with the actual impedance adjustment offers significant additional advantages. The AC current measuring bridge circuit according to the invention is characterized in that instead of the two transformers a single one with one winding tap each on the primary and secondary side provided transformer is provided and also another transformer whose one winding in one and its other winding in the other connection of the respective winding tap of the first transformer with the respectively assigned Corner point of the measuring diagonal is switched on. The output signal is the transfer the bridge side containing the measuring branches to the other side of the bridge, which makes it possible to use the transformer for impedance matching as the actual Feed transformer with a common core and windings with center tap for the z. B. Auszubillden low-resistance bridge side. It is true that in this case there are also two separate transformers, but compared to the simple one Coupling two bridge branches wheel the bridge by means of separate transformers has the invention Measure significant advantages that will be discussed later.

Es ist zwar auch bereits bekannt, die Ausgangsdiagonale einer übliehen Wechlselstrom-Meßbrücke ohne trausformatorisch angekoppelte Zweige über einen Transformator mit der Eingangsdiagonale einer brückenartigen Auswertungsschaltung zur phasenabhängigen Gleichrichtung des Ausgangssignals der Meßbrücke zu verbinden. Bereits der rein formale Unterschied, daß hier Eingangs- und Ausgangsdiagonale der beiden Brückenschaltungen transformatonsch gekoppelt sind, läßt den wesentlichen Unterschied erkennen. Auch sind bei dieser bekannten Schaltung keine Zweige feder beiden Brückenschaltungen direkt transformatorisch gekoppelt. Eine Impedanzanpassung zwischen Brüclcenhälften ist nicht angestrebt, und der Transformator hat lediglich die Aufgabe, eine direkte galvanische Verbindung der zu koppelnden Brücken diagonalen zu umgehen. It is also already known that the starting diagonal should be used AC measuring bridge without transformer-coupled branches with the input diagonal of a bridge-like evaluation circuit for phase-dependent To connect rectification of the output signal of the measuring bridge. Already the pure formal difference, that here the input and output diagonals of the two bridge circuits are transformer-coupled, reveals the essential difference. Even are in this known circuit no branches spring the two bridge circuits directly coupled in a transformer. An impedance matching between bridge halves is not aimed at, and the transformer only has the task of providing a direct to avoid galvanic connection of the bridges to be coupled diagonally.

In der Zeichnung ist eine Ausführung der Brückenschaltung dargestellt. An embodiment of the bridge circuit is shown in the drawing.

Die Schaltung weist eine Brückenseite 1 auf, in welcher zwischen den Speiseklemmen 1 die die Zweige der einen Brückenhälite bildenden Abgleichlimpedlanzen 2 und 2' sowie zwei symmetrische Wicklungen 3 und 3' eines ersten Transformators 7 angeschlossen sind. Zwischen den Abgleichimpedanzen 2 und 2' ist gegen Masse eine Ausgangsbelastung 4 angeschlossen, über der das eigentliche Ausgangssignal entsteht. Mit der Mittelanzapfung der symmetrischen Wicklung 3 und 3' ist die Wicklung 5 eines weiteren Transformators mit Kern 6 angeschlossen. Die Wicklungen 3 und 3' befinden sich auf'einem gemeinsamen Kern des Transformators 7, der außerdem mit symmetrischen Wicklungen 8 und 8' versehen ist. Die Enden der Wicklungen 8 und 8' sind unit den die andere Brückenhälfte bildenden Meßzweigen 9 und 9' der anderen Brückenseite II verbunden, wobei diese Brückenzweige in an sich bekannter Weise von ruder zu messenden Größe entweder im Gegentakt verändert werden können, oder wobei nur einer dieser Zweige veränderbar ist. Die Mittelanzapfung der Wicklung8, 8' ist über einen Umschalter 10 mit einer Wicklung 11 des Übertragers 6 verbunden. Durti;eine strichpunktierte Linie ist in der Figur angedeutet, daß die rechts derselben liegenden Teile der in der Nähe -des Meßgerätes liegt genden Brückenschaltung angehören, während tdie links dargestellten Teile am Meßobjekt, also vom Meßgerät entfernt, angeordnet sind. The circuit has a bridge side 1, in which between the supply terminals 1, the balancing limit lances that form the branches of a bridge half 2 and 2 'and two symmetrical windings 3 and 3' of a first transformer 7 are connected. Between the balancing impedances 2 and 2 'there is one to ground Output load 4 connected, over which the actual output signal arises. With the center tap of the symmetrical winding 3 and 3 ', the winding 5 is one another transformer connected with core 6. The windings 3 and 3 'are on a common core of the transformer 7, which also is provided with symmetrical windings 8 and 8 '. The ends of the windings 8 and 8 'are unit of the measuring branches 9 and 9' of the other, which form the other half of the bridge Bridge side II connected, these bridge branches in a known manner of rudder to be measured size can either be changed in push-pull, or only one of these branches can be changed. The center tap of the winding8, 8 ′ is connected to a winding 11 of the transformer 6 via a changeover switch 10. Durti; a dot-dash line is indicated in the figure that the one to the right of the same parts lying in the vicinity of the measuring device belong to the bridge circuit, while the parts shown on the left are on the measuring object, i.e. away from the measuring device, are arranged.

Wie aus der Figur leicht ersichtlieh ist, liegt die Wicklung 11 des Transformators 6 zwischen der Mittelanzapfung der Wicklung 8, 8' des Transformators 7 und dem Diagonaleckpunkt zwischen den Meßzweigen 9 und 9'. Analog liegt die Wicklung 5 des Übertragers 6 in Serie mit der Belastung 4 zwischen der Mittelanzapfung der Wicklung 3, 3! und dem Diagonaleckpunkt zwischen den Abgleichzweigen 2 und 2'. Mit andern Worten, es wird das Ausgangssignal der Brückenseite II in den Ausgang der Brückenseite 1 unter Umgehung des Transformators 7 übertragen, womit der Transformator 7 von der Ubertragung der Brückenverstimmung entbunden wird und daher mit einem gemeinsamen Kern versehen werden kann. Es wird angenommen, daß im dargestellten Beispiel die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren 6 und 7 gleich sind. As can be easily seen from the figure, the winding 11 of the Transformer 6 between the center tap of the winding 8, 8 'of the transformer 7 and the diagonal corner point between the measuring branches 9 and 9 '. The winding is analogous 5 of the transformer 6 in series with the load 4 between the center tap of the Winding 3, 3! and the diagonal corner point between the calibration branches 2 and 2 '. With In other words, it is the output signal of the bridge side II in the output of the Transfer bridge side 1, bypassing the transformer 7, whereby the transformer 7 is released from the transmission of the bridge detuning and therefore with a common core can be provided. It is assumed that in the illustrated Example the transformation ratios of transformers 6 and 7 are the same.

Die Arbeitsweise der Schaltung ist durch das oben Erwähnte bereits weitgehend klargestellt. Die Schaltung wird an den' Klemmen 1 mit Wechselstrom gespeist, wobei im abgeglichenen Zustand in der als Meßausgang dienenden Verbindung zwischen der Mittelanzapfung der Wicklung 3, 3' und dem Meß'diagonal-Eckpunkt zwischen den Zweigen 2 und-2' kein Strom fließt. Ist die Brücke anfänglich verstimmt, d. h. sind z. B. die Zweige 9 und- 9' nichts genau gleich, so fließt im -Meßausgang- auf der Brückenseite II ein Strom, der durch den Transformator 6- auf die Brückenseite 1 iibertragení wird. Die Impedanzen 2 und 2' sind aber geeignet, eine solche Verstimmung abzugleichen. Tritt nach erfolgter Nullpunktabstimmung bei der Messung wieder eine gegenseitige Veränderung der Meßimpredanzen 9 bzw. 9' ein; so fließt lauf der Brückenseite II erneut ein Strom, der über - den Transformator 6 übertragen wird und am Meßausgang auf der Brücken seite I erscheint, wo das Signal verstärkt und angezeigt werden kann, Es kann erwünscht sein, die Schaltung zur Verwendung- mit verschieden großen Meßimpedanzen herzurichten, in welchem Falle alle Wicklungen 3,3', 5, 8, 8' und 11 mit entsprechenden Anzapfungen versehen sein können, tdie eine Veränderung der Übersetzungsverhältnisse gestatten. Damit ist innerhalb -gewisser Grenzen stets eine strom- und impedanzmäßig richtige Anpassung-möglich, für welche-minimlale Empfindlichkeitsverluste in Kauf genommen werden müssen. Be kenntlich sind diese Verluste lam geringsten, wenn alle Brückenzweige gleiche Impedanz aufweisen. The operation of the circuit is already clear from what has been mentioned above largely clarified. The circuit is supplied with alternating current at terminals 1, wherein in the balanced state in the connection serving as the measurement output between the center tap of the winding 3, 3 'and the measuring' diagonal corner point between the Branches 2 and 2 'no current flows. If the bridge is initially out of tune, i. H. are z. B. the branches 9 and 9 'nothing exactly the same, then flows in the -measurement output- on the Bridge side II a current that flows through the transformer 6- to the bridge side 1 is transferred. The impedances 2 and 2 'are, however, suitable for such a detuning to match. If the measurement occurs again after the zero point has been adjusted mutual change of the measurement impedances 9 and 9 'a; so the course of the bridge flows II again a current which is transmitted via the transformer 6 and at the measuring output on the bridge side I appears, where the signal is amplified and displayed It may be desirable to use the circuit with different sized Prepare measuring impedances, in which case all windings 3, 3 ', 5, 8, 8' and 11 can be provided with corresponding taps, which change the Allow gear ratios. This is always within certain limits Correct adjustment in terms of current and impedance is possible, for which minimal loss of sensitivity must be accepted. It is evident that these losses are the least, if all bridge branches have the same impedance.

Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dem Transformator 6 dasselbe Übersetzungsverhältnis zu erteilen wie dem Transformator 7, weil diese Verhältnisse -nicht unbedingt in einem direkten Zusammen- hang stehen müssen. Der Transformator 5, 6, 11 hat nämlich eher eine Anpassung zwischen dem durch die Belastung 4 und die nicht dargestellten, angeschlossenen Auswertungsgeräte gebildete Ausgangsimpedanz der-Brücke und der optimalen Ausgangsbelastung auf - der' Brückenseite II vorzunehmen. An sich wäre es nämlich erwünscht, dem Transformator 6 ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis zu erteilen, damit die Ausgangssignale von der Brückenseiteil mit möglicht hoher Spannung auf die Brückenseite I und somit an den Meßausgang übertragen werden. Da aber hierbei auch die Belastung an der Ausgangsverbindung der Brückenseite II zunimmt, die die Empfindlichkeit herabzusetzen tnachtet, ist ein Optimalwert für das Übersetzungsverhältnis des Transformators 6 zu errechnen, das von der Ausgangsimpedanz 4 und von den Größen auf der Brückenseite II abhängt, aber nicht unbedingt gleich sein muß dem tÇbersetzungsverhältnis des Transformators 7. However, it is not absolutely necessary for the transformer 6 to be the same Transfer ratio to be given as the transformer 7, because these ratios -not necessarily in a direct relationship- have to stand on a slope. The transformer 5, 6, 11 has more of an adaptation between that caused by the load 4 and the output impedance formed by the connected evaluation devices (not shown) the bridge and the optimal initial load on - the 'bridge side II. In fact, it would be desirable to give the transformer 6 a very high transformation ratio to issue so that the output signals from the bridge side part with as high as possible Voltage can be transmitted to the bridge side I and thus to the measurement output. There but here the load on the exit connection of the bridge side II also increases, which tends to reduce the sensitivity, is an optimal value for the transmission ratio of the transformer 6 to calculate that of the output impedance 4 and the sizes on the bridge side II depends, but does not necessarily have to be the same as the transmission ratio of the transformer 7.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist es nicht nur möglich, an die Wicklung8, 8' deS Transformators 7 eine aus den Meßimpedanzen 9 und 9' bestehende Brückenhälfte anzuschließen, sondern es kann auch eine Rollbrücke mit vier Zweigen angeschlossen werden. Diese Möglichkeit ist in der Figur gestrichelt durch zwei zusätzliche Hilfszweige 12 und 12' angedeutet. Diese Hilfszweige können z. B. auch am Meßobjekt angebracht sein und in an sich bekannter Weise der Temperaturkompensation dienen. Sie können ab er auch den Elementen 9 und 9' entsprechend verschiedene Charakteristiken aufweisen und passend geschaltet -sein, um die Meßempfindlichkeit zu erhöhen. Bei Anschaltung einer Vollbrücke ist der Transformator 6 nicht mehr an die Mittelanzapfung der Wicklung 8, 8', sondern zwischen den Hilfszweigen 12 und 12' anzuschließen. Der Umschalter 10 ist hierzu in die gestrichelt dargestellte Lage umzuschalten, um die Wicklung 11 mit der Ausgangsklemme zwischen den Impedanzen 12 und- 12' zur verbinden. In diesem Falle ist es noch eindrücklicher, daß -der- Transformator 7 lediglich als Speisetransformator für eine an sich normale Brücke, bestehend aus den Elementen 9, 9', 12 und 12', dient, wobei das Ausgangssignal dieser BrückelBdúrch den Transformator 6 in den Meßausgang übertragen wird. Ein ganz erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht also darin, daß Halb- oder Volibrücken ohne Veränderung der Schaltung angeschlossen werden können, wobei bei Übergang vom einen zum anderen Betrieb lediglich der Umschtalter 10 zu betätigen-ist. As indicated in the drawing, it is not only possible to use the Winding 8, 8 'of the transformer 7 consists of the measuring impedances 9 and 9' To connect half of the bridge, it can also be a roller bridge with four branches be connected. This possibility is dashed by two in the figure additional auxiliary branches 12 and 12 'indicated. These auxiliary branches can, for. Belly be attached to the test object and the temperature compensation in a manner known per se to serve. You can also select different characteristics according to elements 9 and 9 ' have and appropriately switched -be in order to increase the measurement sensitivity. at When a full bridge is connected, the transformer 6 is no longer connected to the center tap the winding 8, 8 ', but between the auxiliary branches 12 and 12'. The changeover switch 10 is to be switched to the position shown in dashed lines for this purpose, around the winding 11 with the output terminal between the impedances 12 and -12 'to associate. In this case it is even more impressive that -the- transformer 7 only as a supply transformer for a normal bridge, consisting of the elements 9, 9 ', 12 and 12', the output signal of this BrückelBdúrch the transformer 6 is transferred to the measurement output. A very significant advantage the arrangement according to the invention consists in the fact that half or full bridges without Changing the circuit can be connected, with the transition from one for the other operation only the switch 10 is to be operated.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der lerfindungsgemäßen Anordnung hat sich darin gezeigt, daß beim Arbeiten mit über der Netzfrequenz liegenden Tonfrequenzen praktisch keine Brummempfindlichkeit besteht. Die Brumm-Modulation tritt durch Eisensättigung in den Transformatoren infolge der induzierten Ströme von-Netzfrequenz auf. Bei separat über Transformatoren angeschlossenen Brückenzweigen gemäß bekannten Schaltungen treten in einzelnen Wicklungen die vollen induzierten Ströme -ganzer Brückenmaschen auf, welche Ströme auch voll zur Eisensättigung beitragen. Bei der oben -beschriebenen Schaltung treten dagegen in allen Fällen nur Sättigungen auf, welche durch die Differenz zweier Fremdströmegegeben sind. Another essential advantage of the arrangement according to the invention it has been shown that when working with audio frequencies above the mains frequency there is practically no hum sensitivity. The hum modulation occurs through iron saturation in the transformers as a result of the induced currents of the mains frequency. at Bridge branches connected separately via transformers according to known circuits The full induced currents of the entire bridge mesh occur in individual windings which currents also fully contribute to iron saturation. In the case of the one described above Switching, on the other hand, only saturations occur in all cases, which are caused by the difference two extraneous currents are given.

Die Praxis hat gezeigt, daß sich Idamit mag,netische Absch.irmungen-einsparen lassen, die bei bekannten - Schaltungen unumgänglich sind. Practice has shown that Idamit likes to save on netic shielding leave, which are inevitable in known - circuits.

Normalerweise wird die BrückenseiteI hochohmig und die Brückenseite II niederohmig sein. Es kann aber natürlich auch der entgegengesetzte Fall eintreten. Normally the bridge side I becomes high resistance and the bridge side II be low resistance. The opposite case can of course also occur.

Claims

PATENT CLAIM: 1. AC measuring bridge circuit, whose from each two bridge branches formed symmetrically to the dining diagonal bridge halves via two in series with regard to their primary and secondary winding, for impedance matching between the bridge halves of transformers with one another are coupled and in which the directly interconnected transformer winding ends with the respectively assigned, opposite measuring diagonal corner points of the bridge are connected and one of these connections serves as the measuring output of the bridge, dadurh characterized in that instead of the two transformers, a single one with one each Winding tap on the primary and secondary side of the transformer (7) is provided and furthermore a further transformer (6), one winding (11) of which in one and its other winding (5) in the other connection of the respective Winding tap of the first transformer (7) with each because assigned corner point the measuring diagonal is switched on.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that on the the bridge side does not contain the measurement output, two auxiliary branches in series (12, 12 ') are provided parallel to the bridge branches (9, 9') located on this side are and that a changeover switch (10) is provided in such a way that the tap the winding end connected to the transformer winding (8, 8 ') of said bridge side of the further transformer (6) optionally to the series connection point of the auxiliary branches (12, 12 ') can be switched on.

3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the transformation ratio of at least some of the existing transformers or transformer is variable.

Documents considered: German Patent No. 623 274; German interpretative document No. 1 004 724.