DE1172371B

DE1172371B - Resistance measuring bridge

Info

Publication number: DE1172371B
Application number: DEV19939A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Buse; Dipl-Ing Guenter Seelhorst
Original assignee: Vorwerk and Co Elektrowerke GmbH and Co KG
Current assignee: Vorwerk and Co Elektrowerke GmbH and Co KG
Priority date: 1961-01-04
Filing date: 1961-01-04
Publication date: 1964-06-18

Description

Widerstandsmeßbrücke Die Erfindung betrifft eine mit Gleichstrom gespeiste Brückenschaltung zum Bestimmen des Gleichstromwiderstandes eines in einen der Brückenzweige eingeschalteten, an seinen Anschlußklemmen eine Wechselspannung führenden Prüflings, der in demselben Brückenzweig oder über den einen der Anzeigediagonal-Eckpunkte der Brücke im anschließenden Brückenzweig mit einer Sekundärwicklung eines induktiven Übertragers in Reihe liegt, dessen Primärwicklung von einer von der Prüflingswechselspannung abgeleiteten Hilfswechselspannung im Sinne der Kompensierung des Einflusses der Prüflingswechselspannung auf die Brückenmessung gespeist ist.Resistance measuring bridge The invention relates to a direct current fed Bridge circuit for determining the DC resistance of one of the bridge branches switched on test object carrying an alternating voltage at its connection terminals, the one in the same branch of the bridge or over one of the display diagonal corner points the bridge in the subsequent bridge branch with a secondary winding of an inductive The transformer is in series, the primary winding of which is dependent on one of the AC voltage of the test object derived auxiliary AC voltage in the sense of compensating for the influence of the AC voltage under test is fed to the bridge measurement.

Bei diesen bekannten Brückenschaltungen erfolgt die Wechselstromeinspeisung über ein Gleichstromtrennglied, z.B. einen Trennkondensator, der auch Teil eines Reihenschwingkreises sein kann, um zu vermeiden, daß der Prüfling gleichstrommäßig durch die Wechselspannungsquelle kurzgeschlossen wird. In these known bridge circuits, the alternating current is fed in Via a DC isolator, e.g. an isolating capacitor, which is also part of a Series resonant circuit can be in order to avoid that the DUT is direct current is short-circuited by the AC voltage source.

Die Hilfswechselspannung zur Kompensierung der Prüflingswechselspannung wird auf der der Wechselspannung zugewandten Seite des Gleichstromtrenngliedes abgegriffen, so daß die Wechselspannung innerhalb der Meßbrücke auf den Spannungsabfall am Gleichstromtrennglied und den tXbersetzungsfehler des Übertragers begrenzt wird.The auxiliary alternating voltage to compensate for the test object alternating voltage is tapped on the side of the DC isolator facing the AC voltage, so that the AC voltage within the measuring bridge to the voltage drop at the DC isolator and the translation error of the transmitter is limited.

Bei dieser Kompensierung der Wechselspannung liegt die Primärwicklung des Übertragers parallel zum Prüfling an der speisenden Wechselspannung und belastet die Wechselspannungsquelle mit dem Magnetisierungsstrom des Übertragers. Dies ist uninteressant, wenn der Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle sehr klein ist, z. B. bei Speisung aus dem Netz. Wenn jedoch Messungen an Prüflingen vorgenommen werden, deren Wechselspannungsquelle einen merkbaren Innenwiderstand aufweist, wie abgegriffene Wicklungsteile - z. B. Feldspulen von Kollektormotoren - oder induzierte Wicklungsteile - z. B. abgeschaltete Hilfsphasenwicklungen von laufenden Einphasenmotoren -, so kann die Stromaufnahme des Übertragers zu Verfälschungen führen oder gar die Messung ganz unmöglich machen. With this compensation of the alternating voltage, the primary winding is located of the transformer parallel to the test item on the feeding AC voltage and loaded the AC voltage source with the magnetizing current of the transformer. This is of no interest if the internal resistance of the AC voltage source is very small, z. B. when fed from the network. However, if measurements are made on test items whose AC voltage source has a noticeable internal resistance, such as tapped winding parts - z. B. field coils of collector motors - or induced Winding parts - e.g. B. switched off auxiliary phase windings of running single-phase motors -, the current consumption of the transformer can lead to falsifications or even the Make measurement completely impossible.

Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei der Messung von Prüflingen mit Uberstromschutzschaltern. Hierbei muß man entweder den Magnetisierungsstrom des Übertragers mit über den Schutzschalter führen und diesen dadurch zusätzlich belasten, oder man läuft bei einem Anschluß der Primärwicklung vor dem Schutzschalter Gefahr, daß durch eine Auslösung die Wechselspannung nur am Prüfling verschwindet, nicht jedoch an den Sekundärwicklungen des Übertragers. Another difficulty arises when measuring test objects with overcurrent protection switches. Here you either have to set the magnetizing current of the transformer over the circuit breaker and thereby additionally load, or you run in front of the circuit breaker when the primary winding is connected There is a risk that the alternating voltage will only disappear at the device under test when triggered, but not on the secondary windings of the transformer.

Diese geschilderten Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, wenn man vor die Primärwicklung des Übertragers einen Verstärker schaltet. In diesem Falle kann die Eingangswechselspannung praktisch stromlos abgenommen werden, wenn der Verstärkereingang hochohmig ausgeführt wird. Die Verwendung eines Verstärkers zur möglichst stromlosen Messung von kleinen Spannungen, wie sie an Germanium-Hall-Generatoren auftreten, ist bekannt. Wenn man bei den bekannten Brückenschaltungen vor die Primärwicklung des Übertragers einfach einen Verstärker setzen will, so muß dieser eine Spannungsverstärkung von w = -1 aufweisen, und jede Betrags-und Winkelabweichung von der Spannungsverstärkung » = -1 äußert sich als Restwechselspannung in der Meßbrücke. These difficulties can be avoided if you switches an amplifier in front of the primary winding of the transformer. In this case the AC input voltage can be tapped practically without current if the The amplifier input is designed with high resistance. The use of an amplifier for Measurement of small voltages with as little current as possible, such as those on germanium Hall generators occur is known. If you in the known bridge circuits in front of the primary winding of the transformer simply wants to set an amplifier, it must have a voltage gain of w = -1, and any deviation in magnitude and angle from the voltage gain »= -1 is expressed as residual alternating voltage in the measuring bridge.

Zur Umgehung der genannten Nachteile wird für eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, nach der Erfindung die Hilfswechselspannung über ein den Brückengleichstrom sperrendes Mittel an der Reihenschaltung aus dem Prüfling und der Sekundärwicklung des Übertragers abzunehmen und der Primärwicklung des Übertragers über einen belastungsfähigen, einen Eingangswiderstand von mindestens 10 Kiloohm aufweisenden Verstärker zuzuführen. To circumvent the disadvantages mentioned, the Proposed type described above, according to the invention, the auxiliary AC voltage via a means blocking the bridge direct current to the series circuit from the DUT and the secondary winding of the transformer and the primary winding of the transformer has a load-bearing input resistance of at least To feed 10 kiloohms having amplifier.

Mit dieser Schaltung ist die Kompensation der Wechselspannung durch Gegenschalten einer identischen Spannung verlassen worden. Zur Speisung der Primärwicklung des Übertragers wird ein spannungs- und leistungsverstärkender Verstärker verwendet. Die Eingangsspannung des Verstärkers wird an den beiden äußeren Klemmen der Reihenschaltung Prüfling-Übertragerseknndärwicklung abgenommen, also gerade an den Klemmen, zwischen denen die Wechselspannung verschwinden soll. Die verstärkte Spannung wird an der Sekundärwicklung des Übertragers gegenphasig zum Eingang abgegeben und verkleinert die an der Reihenschaltung anstehende Wechselspannung. Bei dieser Schaltung kann die Wechselspannung an der Reihenschaltung Prüfling-Übertragersekundärwicklung sehr klein werden, jedoch niemals Null, da der Verstärker ja gerade von der Restspannung ausgesteuert wird. Die Größe der Restspannung hängt von der Spannungsverstärkung und der am Prüfling anstehenden Wechselspannung ab, es gilt folgende Gleichung: Upriif Urest = Uritf l-a Bei negativer Verstärkung also Ausgangsspannung gegenphasig zur Eingangsspannung, wird die Restspannung stets kleiner als die Spannung am Prüfling. Bei dieser Schaltung muß der Betrag der Spannungsverstärkung nur einen Mindestwert einhalten, jede Vergrößerung der Spannungsverstärkung verbessert die Wechselspannungskompensation; Winkelabweichungen im Verstärker und im Übertrager sind uninteressant, wenn sie nicht gerade zur Selbsterregung führen. Die Restwechselspannung ändert durch eine Winkelabweichung nur ihre Phasenlage, bezogen auf die Wechselspannung am Prüfling, dies hat jedoch keinerlei Einfluß auf die Messung. Der Verstärker weist einen Eingangswechselstromwiderstand von mindestens 10 Kiloohm für die Grundwelle der zu kompensierenden Wechselspannung auf. Bei der Beurteilung dieses Eingangswiderstandes ist zu beachten, daß an ihm nur die Restwechselspannung anliegt, die etwa lo/o der am Prüfling anliegenden Wechselspannung beträgt. Wenn man den durch den Verstärkereingang fließenden Wechselstrom auf die Wechselspannung am Prüfling bezieht, so ergibt sich daraus für den Verstärker ein fiktiver Eingangswiderstand parallel zum Meßobjekt von mindestens 1 Megohm. With this circuit, the compensation of the alternating voltage is through Counter-switching an identical voltage has been left. For supplying the primary winding of the transformer, a voltage and power amplifying amplifier is used. The input voltage of the amplifier is applied to the two outer terminals of the series connection DUT transformer secondary winding removed, i.e. just at the terminals, between those the alternating voltage should disappear. The increased voltage is applied to the secondary winding of the transformer in phase opposition to the input and reduces the size of the series connection pending alternating voltage. With this circuit, the AC voltage can be applied to the Series connection of the UUT secondary winding will be very small, but never Zero, because the amplifier is currently being controlled by the residual voltage. The size the residual voltage depends on the voltage gain and that applied to the device under test AC voltage, the following equation applies: Upriif Urest = Uritf l-a With negative Amplification, i.e. output voltage in phase opposition to input voltage, becomes the residual voltage always lower than the voltage on the test item. With this circuit, the amount the voltage gain only adhere to a minimum value, any increase in the Voltage gain improves AC voltage compensation; Angular deviations in the amplifier and in the transformer are of no interest if they are not for self-excitation to lead. The residual AC voltage only changes its phase position due to an angular deviation, based on the AC voltage on the test item, but this has no influence on the measurement. The amplifier has an input ac resistance of at least 10 kiloohms for the fundamental wave of the alternating voltage to be compensated. In the Assessment of this input resistance, it should be noted that only the residual AC voltage is present on it is applied, which is about lo / o of the AC voltage applied to the test object. if the alternating current flowing through the amplifier input to the alternating voltage on the device under test, this results in a fictitious input resistance for the amplifier parallel to the test object of at least 1 megohm.

Das den Brückengleichstrom sperrende Mittel, über das die Hilfswechselspannung an der Reihenschaltung aus dem Prüfling und der Sekundärwicklung des Übertragers abgenommen wird, besteht zweckmäßig in bekannter Weise aus einem Kondensator. Es hat sich weiterhin zur Vermeidung von selbsterregten Schwingungen innerhalb des Kompensationskreises als zweckmäßig erwiesen, den Verstärker zwischen dem den Brückengleichstrom sperrenden Kondensator und der Primärwicklung des Übertragers mit einer durchgehenden galvanischen Kopplung auszuführen, also wie ein Gleichstromverstärker. The means blocking the DC bridge current through which the auxiliary AC voltage on the series connection of the device under test and the secondary winding of the transformer is removed, consists expediently in a known manner from a capacitor. It has continued to avoid self-excited vibrations within the Compensation circuit proved to be useful, the amplifier between the bridge direct current blocking capacitor and the primary winding of the transformer with a continuous perform galvanic coupling, i.e. like a direct current amplifier.

Da die Sekundärwicklungen des Übertragers vom Brückengleichstrom durchflossen werden, müßte ein Mittel vorgesehen werden, um die Auswirkungen der Gleichstromdurchflutung kleinzuhalten. Hierzu wird vorgeschlagen, daß der Übertrager eine Zusatzwicklung aufweist, die von einem Hilfsgleichstrom zur Kompensation der durch den Gleichstrom des betreffenden Brückenzweiges verursachten Durchflutung des Obertragerkerns erregt ist. Because the secondary windings of the transformer from the bridge direct current flow through, a means should be provided to counter the effects of the Keep direct current flow small. For this purpose, it is proposed that the transformer has an additional winding, which is from an auxiliary direct current to compensate for the Flooding caused by the direct current of the bridge branch in question of the upper carrier core is excited.

Da der Abgriff der Eingangsspannung des Verstärkers innerhalb der Meßbrücke erfolgt, hat ein Spannungsabfall an dem zur Wechselstromquelle hin vorgeschalteten und den vollen Wechselstrom des Prüflings führenden Gleichstromtrennglied keinen Einfluß auf die Restwechselspannung. Die Messung von Prüflingen mit Überstromschutzschaltern bereitet keine Schwierigkeiten da der Verstärker jetzt von der Restwechselspannung in der Brücke ausgesteuert wird und sich jeder Objektspannung anpaßt, auch der Objektspannung Null. Since the tap of the input voltage of the amplifier is within the Measuring bridge takes place, has a voltage drop on the upstream to the alternating current source and the DC isolator carrying the full alternating current of the test object Influence on the residual alternating voltage. The measurement of test objects with overcurrent circuit breakers does not cause any problems as the amplifier now uses the residual AC voltage is controlled in the bridge and adapts to every object voltage, including the object voltage Zero.

Im folgenden soll der Erfindungsgedanke an einem Beispiel erläutert werden. Die Zeichnung zeigt die Meßanordnung mit der beschriebenen Verstärkeranordnung. In the following, the idea of the invention will be explained using an example will. The drawing shows the measuring arrangement with the amplifier arrangement described.

Die Gleichstromwiderstandsmeßbrücke (Wheatstone-Brücke) hat vier Brückenzweige, nämlich Rt, R2, R4 und den Prüfling Rx. sowie eine Meßdiagonale R,. Der Zweig R, setzt sich aus einem Widerstand r1 und dem Gleichstromwiderstand der Wicklung 6 eines Übertragers 6, 7, 14 zusammen. Die Meßdiagonale R5 besteht aus einem Widerstand r5, dem Gleichstromwiderstand der Wicklung 7 des Übertragers und dem Innenwiderstand eines Nullgalvanometers 8. Der Anschluß des Prüflings Rx an die Wechselspannung geschieht über ein Gleichstromtrennglied, das aus einem Reihenschwingkreis 9 und einem Parallelkondensatorl0 besteht. Ein Verstärker 11 greift die zwischen zwei Punkten 12 und 13 in der Meßanordnung anstehende Wechselspannung ab und gibt sie verstärkt und gegenphasig über die Primärwicklung 14 des Übertragers wieder in die Anordnung hinein. Der Übertrager ist gleichzeitig Ausgangsübertrager des Verstärkers 11, die Primärwicklung 14 ist z. B. für Gegentaktbetrieb ausgelegt. Die Wicklungen 6 und 7 sollen möglichst eng gekoppelt sein, um unterschiedliche Spannungen durch verschiedene Streuungen zu vermeiden, man wickelt zweckmäßig die Drähte direkt parallel. Die Anschlußleitungen der Primärwicklung 14 des Übertragers an den Ausgang des Verstärkersll sind gekreuzt gezeichnet, um die Gegenphasigkeit der thbertragerausgangsspannung gegenüber der Verstärkerausgangsspannung zu betonen. Im Verstärkereingang liegt ein Kondensator 15, um den Brückengleichstrom abzusperren, der Wechselstrom-Eingangswiderstand eines ausgeführten Verstärkers beträgt beispielsweise 1 Megohm. Die in den Übertragerwicklungen 6 und 7 induzierte Spannung ist von gleicher Größe wie die Spannung an Rx, dieser jedoch entgegengesetzt. Bei Maschenumläufen um die Brückenmaschen R1, R2, R4, Rx und R5, R4, Rx heben sich die Wechselspannungen in beiden Fällen auf: in der Meßbrücke fließt also kein Wechselstrom. The DC resistance bridge (Wheatstone bridge) has four Bridge branches, namely Rt, R2, R4 and the test item Rx. as well as a measuring diagonal R ,. The branch R consists of a resistor r1 and the direct current resistance of the Winding 6 of a transformer 6, 7, 14 together. The measuring diagonal R5 consists of a resistor r5, the DC resistance of the winding 7 of the transformer and the internal resistance of a zero galvanometer 8. The connection of the test item Rx to the alternating voltage occurs via a direct current isolating element, which consists of a series resonant circuit 9 and a parallel capacitor 10. An amplifier 11 intervenes between two points 12 and 13 in the measuring arrangement pending alternating voltage and gives it is amplified and in phase opposition via the primary winding 14 of the transformer into the arrangement. The transformer is also the output transformer of the Amplifier 11, the primary winding 14 is z. B. designed for push-pull operation. The windings 6 and 7 should be coupled as closely as possible to different To avoid tensions due to different spreads, it is advisable to wind the Wires straight in parallel. The connecting lines of the primary winding 14 of the transformer at the output of the amplifier11 are shown crossed to show the phase opposition Emphasize the transformer output voltage versus the amplifier output voltage. In the amplifier input there is a capacitor 15 to cut off the bridge direct current, the AC input resistance of a implemented amplifier is, for example 1 megohm. The voltage induced in the transformer windings 6 and 7 is the same Size as the voltage at Rx, but opposite to this. With mesh circulations the alternating voltages rise around the bridge meshes R1, R2, R4, Rx and R5, R4, Rx in both cases: there is no alternating current flowing in the measuring bridge.

Falls aus irgendwelchen Gründen die in der Brücke anstehende Restwechselspannung als zu groß und damit störend empfunden wird, ist es selbstverständlich möglich, in an sich bekannter Weise in die Brückenzweige Drosseln und Ableitkondensatoren für den Wechselstrom einzubauen. Es ist jedoch hierbei zu beachten, daß alle diese Glieder die Einschwingzeit der Brücke beim Einschalten des Brückengleichstroms vergrößern und eventuell auch bei sehr schnellen Widerstandsänderungen zu einem Nacheilen des abgelesenen Meßwertes führen. If for any reason the residual AC voltage in the bridge is perceived as too big and therefore annoying, it is of course possible in a manner known per se in the bridge branches chokes and discharge capacitors for the alternating current. It should be noted, however, that all of these Elements increase the settling time of the bridge when switching on the bridge direct current and possibly also with very rapid changes in resistance to a lagging of the lead measured value.

Claims

Claims: 1. Bridge circuit fed with direct current for Determination of the DC resistance of a connected in one of the bridge branches, at its connection terminals an alternating voltage carrying test object, which in the same Bridge branch or across one of the display diagonally Corner points the bridge in the subsequent bridge branch with a secondary winding of an inductive The transmission is in series, the primary winding of which is dependent on one of the AC voltage of the test object derived auxiliary AC voltage in the sense of compensating for the influence of the AC voltage of the test object is fed to the bridge measurement n -z ei c h n e t that the auxiliary AC voltage over a bridge direct current blocking means (15) on the series circuit (13, 12) from the test item (Rx) and the secondary winding (6) of the upper carrier (6, 7, 14) removed and the primary winding (14) of the transformer (6, 7, 14) via a load-bearing, one input resistor is supplied by an amplifier (11) having at least 10 kilohms.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the the Bridge direct current blocking means (15) in a manner known per se from a capacitor consists.

3. Circuit according to claim 2, characterized in that the amplifier (11) between the capacitor (15) blocking the bridge direct current and the primary winding of the transformer (14, 6, 7) has a continuous galvanic coupling.

4. A circuit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the transformer (6, 7, 14) has an additional winding that is powered by an auxiliary direct current to compensate for the caused by the direct current of the bridge branch in question Flooding of the transformer core is excited.

Documents considered: German Patent No. 973121; "Kältetechnik", 10 (1958), no. 10, pp. 322 to 324.