DE1182740A

DE1182740A - Circuit arrangement for voltage measurement

Info

Publication number: DE1182740A
Application number: DE1963S0085959
Authority: DE
Inventors: Crowborough Sussex Richard Crawford Steel (Großbritannien)
Original assignee: Servomex Controls Ltd
Current assignee: Servomex Controls Ltd
Filing date: 1963-07-02
Publication date: 1964-12-03

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: G Ol rBoarding school Kl .: G Ol r

Deutsche Kl.: 2Ie- 36/01German class: 2Ie- 36/01

Nummer: 1 182 740Number: 1 182 740

Aktenzeichen: S 85959IX d/21 eFile number: S 85959IX d / 21 e

Anmeldetag: 2. Juli 1963Filing date: July 2, 1963

Auslegetag: 3. Dezember 1964Opened on: December 3, 1964

Die Erfindung betrifft Temperatarkompensations-Schaltungsanordnungen sowie Einrichtungen, insbesondere Transformatoren, zur Verwendung in solchen Schaltungsanordnungen.The invention relates to temperature compensation circuit arrangements and devices, in particular transformers, for use in such circuit arrangements.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Temperaturkompensation bei spannungsstabilisierendea Schaltungsanordnungen, bei denen eine von einem Transformator gespeiste Wheatstosie-Brücke verwendet wird.A particular field of application of the invention lies in temperature compensation in voltage stabilizing a Circuit arrangements in which a Wheatstosie bridge fed by a transformer is used.

Es ist bekannt, die Spannung eines Wechselstromes mittels eines nichtlinearen Widerstandes zu messen oder zu stabilisieren. Wenn beispielsweise eine Wheatstone-Brücke drei Zweige mit unveränderbaren Widerständen aufweist und der vierte Zweig einen temperaturempfindlichen Widerstand, z. B. einen Thermietor oder eine Glühlampe, enthält, ist die Brücke nur bei einem einzigen Wert der angelegten Spannung abgeglichen. Wird eine Glühlampe verwendet, so erhöht sich beim Anlegen einer Spannung, die größer ist als die Spannung, bei welcher die Brücke abgeglichen ist, die Temperatur des Glühlampendrahtes und damit dessen Widerstand. Die nicht mehr abgeglichene Brücke liefert dann eine Ausgangsspannung, die eine bestimmte Phasenbeziehung zur angelegten Spannung hat. Liegt die angelegte Spannung unterhalb der Abgleichsspannung, so zeigt umgekehrt die Ausgangsspannung die entgegengesetzte Phasenbeziehung zur angelegten Spannung.It is known to measure the voltage of an alternating current by means of a non-linear resistor or stabilize. For example, if a Wheatstone bridge has three branches with immutable resistances and the fourth branch has a temperature sensitive resistor, e.g. B. a thermal door or an incandescent lamp, the bridge is only at a single value of the applied voltage matched. If an incandescent lamp is used, the higher the voltage when the voltage is applied is than the voltage at which the bridge is balanced, the temperature of the filament lamp and with it its resistance. The no longer balanced bridge then supplies an output voltage, which has a certain phase relationship to the applied voltage. If the applied voltage is below the adjustment voltage, conversely the output voltage shows the opposite phase relationship to the applied voltage.

Bei derartigen Schaltungen ist in der Praxis die Verwendung von Glühlampen üblich, jedoch mit der Einschränkung, daß Starkstromlampen den Nachteil der Zerbrechlichkeit der Drähte haben und daß auch die Bewegung des Drahtes den Spannungsabfall zwischen seinen Enden ändert. Um diesen Nachteilen zu begegnen ist es bereits bekannt, in der mittels eines Abwärtstransformators gespeisten Wheatstone-Brükkenschaltung eine Schwachstromlampe zu verwenden.In such circuits, the use of incandescent lamps is common in practice, but with the Limitation that high current lamps have the disadvantage of the fragility of the wires and that too the movement of the wire changes the voltage drop between its ends. To these disadvantages too it is already known to encounter this in the Wheatstone bridge circuit fed by means of a step-down transformer to use a low-voltage lamp.

Jedoch führt diese Maßnahme zu einer weiteren Schwierigkeit. Die Wicklungen eines Abwärtstransformators haben wegen des Widerstandes des Kupferdrahtes einen beträchtlichen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall ändert sich mit der Temperatur des Transformators, und zwar sowohl beim Warmwerden des Transformators beim Einschalten als auch bei Änderungen der Umgebungstemperatur.However, this measure leads to another problem. The windings of a step-down transformer have a significant voltage drop due to the resistance of the copper wire. This The voltage drop changes with the temperature of the transformer, both when it warms up of the transformer when switching on as well as when the ambient temperature changes.

In der Praxis wurde gefunden, daß diese Änderung die Hauptquelle des Temperaturfehlers bei derartigen Schaltungen zur Spannungsmessung oder -Stabilisierung ist und daß sie den auf Temperataränderungen der festen Brückenwiderstände oder auf Änderungen des Lampenwiderstandes beruhenden Fehler erheblich übersteigt. Je kompakter und wirtschaftlicher der ver-Schaltungsanordnung zur SpannungsmessungIn practice it has been found that this change is the main source of temperature error in such Circuits for voltage measurement or stabilization and that they are based on temperature changes the fixed bridge resistances or errors due to changes in the lamp resistance exceeds. The more compact and economical the circuit arrangement for voltage measurement

Anmelder:Applicant:

Servomex Controls Limited, Crowborough,Servomex Controls Limited, Crowborough,

Sussex (Großbritannien)Sussex (Great Britain)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8Dipl.-Ing. C. Wallach, patent attorney,
Munich 2, Kaufingerstr. 8th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Richard Crawford Steel, Crowborough, SussexRichard Crawford Steel, Crowborough, Sussex

(Großbritannien)(Great Britain)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 2. Juli 1962 (25 268)Great Britain July 2, 1962 (25 268)

wendete Transformator ist, desto größer ist tatsächlich der auf einer Änderung des Wicklungswiderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur beruhende Fehler.the transformer is turned, the larger it actually is that based on a change in the winding resistance as a function of temperature Error.

Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, eine Temperaturkompensations-Schaltungsanordnung für diese Form der Spannungsmeß- und -Stabilisierungsschaltung zu schaffen.Accordingly, it is an object of the invention to provide temperature compensation circuitry for this form of voltage measurement and stabilization circuit.

Weiter ist ein Ziel der Erfindung, einen besonderen Abwärtstransformator zur Verwendung in einer temperaturkompensierten Spaonungsmeß- oder -stabili¹-sierungsanordnung zu schaffen.Further, an object of the invention, a special step-down transformer for use in a temperature-compensated Spaonungsmeß- or -stabili is to create ^one -sierungsanordnung.

Die Erfindung betrifft somit eine Spannungsmeß-Schaltungsanordnung der erwähnten Art mit einer Wheatstone-Brücke, welche einen ersten temperaturempfindlichen Widerstand, zwei Eingangsklemmen, denen aus einem Abwärtstransformatoir eine Eingangsspannung zugeführt wird, sowie zwei Ausgangsklemmen zur Lieferung einer nicht abgeglichenen Spannung aufweist, wobei die Brücke für einen vorgegebenen Wert der Eingangsspannung abgeglichen ist. Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Brücke einen zweiten temperaturempfindlichen, thermisch mit dem Abwärtstransformator verbundenen Widerstand aufweist, welcher in einem Zweig der Brücke liegt und so bemessen ist, daß die von der Temperaturänderung des Abwärtstransformators herrühende UnabgegMchenheit der Brücke im wesentlichen kompensiert ist.The invention thus relates to a voltage measuring circuit arrangement of the type mentioned with a Wheatstone bridge, which is a first temperature-sensitive Resistor, two input terminals to which an input voltage is derived from a step-down transformer is supplied, as well as two output terminals for supplying an unmatched Having voltage, the bridge trimmed for a predetermined value of the input voltage is. According to the invention it is provided that the bridge has a second temperature-sensitive, having resistance thermally connected to the step-down transformer, which is in a branch of the Bridge is located and is dimensioned so that the resulting from the temperature change of the step-down transformer Imbalance of the bridge is essentially compensated for.

409 730/139409 730/139

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der zweite temperaturempfindliche Widerstand aus einer weiteren Wicklung auf dem Abwärtstransformator, die zweckmäßig zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators angeordnet ist und zweckmäßig in der Weise hergestellt wird, daß man zwei Kupferdrähte nebeneinander wickelt,-deren eine Enden miteinander verbunden sind und deren entgegengesetzte Enden soAccording to a further embodiment of the invention, the second is temperature-sensitive Resistance from another winding on the step-down transformer, which is expediently between the Primary winding and the secondary winding of the transformer is arranged and expediently in the It is made by winding two copper wires side by side, one end of which is together are connected and their opposite ends so

Temperaturänderungen am Transformator 10 ausgeht. Die temperaturbedingten Änderungen der Größen der Widerstände 2, 3 und 4 sind selbstver-Temperature changes at the transformer 10 assumes. The temperature-related changes in the The sizes of the resistors 2, 3 and 4 are self-evident.

Die Ausgangsspannung an den Klemmen 8 und 9 kann als ein Maß für die Spannung an den Klemmen 15 und 16 dienen oder kann an eine Steuerungsanordnung angelegt werden, um die Spannung an den Klemmen 15 und 16 konstant zu halten. Diese beiden Anordnungen sind bekannt und bilden nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The output voltage at terminals 8 and 9 can be used as a measure of the voltage at the terminals 15 and 16 are used or can be applied to a control arrangement to control the voltage at the terminals 15 and 16 to keep constant. These two arrangements are known and do not constitute the subject matter of the present invention.

Die für die Schaltung von F i g. 1 erforderliche und gewünschte Arbeitsweise wird durch eine Temperaturin die Brückenschaltung eingeschaltet sind, daß die io änderung des Transformators 10 beeinträchtigt.
Wicklung nicht induktiv ist und den gleichen Tem- Wenn die Widerstände 2, 3 und 4 als OhmscheThe for the circuit of F i g. 1 required and desired mode of operation is switched on by a temperature in the bridge circuit that the io change of the transformer 10 is impaired.
Winding is not inductive and the same tem- If the resistors 2, 3 and 4 as ohmic

peraturänderungen wie die Transformatorwicklungen Widerstände angesehen werden, muß angenommen unterworfen ist. werden, daß sie bei Temperaturänderungen eine ge-Changes in temperature, viewed as the transformer windings resistances, must be assumed is subject. that they will be affected by changes in temperature

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung, wisse kleine Änderung ihrer Werte erfahren. Jedoch ferner Ausführungsformen der Schaltungsanordnung 15 ist der Einfluß auf die Arbeitsweise der Schaltung gesowie eine bevorzugte Ausführungsform des Trans- ring im Vergleich zu demjenigen Einfluß, welcher von formätors ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtFurther advantages and details of the invention, may experience small changes in their values. However further embodiments of the circuit arrangement 15 are the influence on the operation of the circuit as well as a preferred embodiment of the transmission compared to that influence, which of formätors result from the following description on the basis of the drawing. In the drawing indicates

F i g. 1 ein Schaltschema, das die bekannte Bauart 20 ständlich vernachlässigbar im Vergleich mit derjenigen einer Spannungsmeßschaltung zeigt, auf welche sich des temperaturempfindlichen Widerstandes 5.
die Erfindung bezieht, Es wurde nun gefunden, daß die durch die Schal-F i g. 1 shows a circuit diagram which shows the known type 20 in a negligible manner in comparison with that of a voltage measuring circuit on which the temperature-sensitive resistor 5.
the invention relates, It has now been found that the by the switching

F i g. 2 eine elektrische Ersatzschaltung des Ab- tung ermöglichte Stabilisierungsregelung um mehrere wärtstransformators der Fig. 1, Volt von dem Nominalwert von 230 Volt abweichenF i g. 2 an electrical equivalent circuit of the Abung enabled stabilization control by several wärtstransformators of Fig. 1, volts differ from the nominal value of 230 volts

F i g. 3 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen 35 kann, wenn die Temperatur im Transformator von Schaltungsanordnung mit Temperaturausgleich, Raumtemperatur bis auf Betriebstemperatur zunimmt.F i g. 3 shows a circuit diagram of a 35 according to the invention when the temperature in the transformer of Circuit arrangement with temperature compensation, room temperature increases to operating temperature.

F i g. 4 eine Abwandlung der Brückenanordnung Ein eigens zur Verringerung dieser AbweichungF i g. 4 a modification of the bridge arrangement A specially designed to reduce this deviation

von Fig. 3, entwickelter Transformator wäre ein übermäßig kost-of Fig. 3, developed transformer would be an overly expensive

F ig. 5 eine Abwandlung eines Details der Brücken- spieliger Bauteil. Jedoch kann man mit einem billigen anordnung von F i g. 3, 30 Transformator, der bei der Schaltung gemäß F i g. 1Fig. 5 a modification of a detail of the bridge-like component. However, you can go with a cheap one arrangement of F i g. 3, 30 transformer, which in the circuit according to FIG. 1

F i g. 6 eine Sehnittansicht des Abwärtstransforma- Abweichungen von etwa 5 Volt auf 230 Volt verursachen würde, bei Verwendung in der Schaltung gemäß F i g. 3 eine Abweichung von nur 0,2 Volt auf 230 Volt und damit zufriedenstellende Ergebnisse erspiel hat die Brücke 1 drei Zweige mit den Ohmschen 35 zielen.
Widerständen 2, 3 bzw. 4 sowie einen vierten Zweig, F i g. 2 stellt eine elektrische Ersatzschaltung desF i g. 6 is a sectional view of the step-down transform would cause deviations from about 5 volts to 230 volts when used in the circuit of FIG. 3 a deviation of only 0.2 volts to 230 volts and thus achieved satisfactory results, the bridge 1 has three branches with the Ohmic 35 target.
Resistors 2, 3 and 4 and a fourth branch, F i g. 2 represents an electrical equivalent circuit of the

der eine Schwachstrom-Glühlampe 5 aufweist. Transformators 10 dar. Zwischen den Eingangsklem-which has a low-voltage incandescent lamp 5. Transformer 10. Between the input terminal

Die Brücke 1 hat zwei Eingangsklemmen 6 und 7, men 15 und 16 und den Ausgangsklemmen 25 und 26 die von einer Niederspannungs-Sekundärwicklung 11 der Ersatzschaltung sind ein Widerstand R₁,, der den eines Abwärtstransformators 10 gespeist werden. Der 40 Widerstand der Primärwicklung 12 darstellt, und ein Transformator 10 hat eine Primärwicklung 12 sowie Widerstand R^₃, der den Widerstand der Sekundär-Sekundärwicklungen 13 und 14, welche mit Ver- wicklung 11 darstellt, hintereinandergeschaltet. In brauchern verbunden sind, die nicht zum Gegenstand Parallelschaltung weist die Ersatzschaltung eine Inder Erfindung gehören. duktivität L, welche die Primär- und die transfor-Die Primärwicklung 12 wird an den Klemmen 15 45 mierte Sekundärinduktivität darstellt, ferner einen und 16 aus einer Wechselstromquelle gespeist, im Widerstand R_he , der den Eisenverlust darstellt, und vorliegenden Beispiel mit 230 Volt und 50 Hertz.The bridge 1 has two input terminals 6 and 7, men 15 and 16 and the output terminals 25 and 26 which are a resistor R ₁ from a low-voltage secondary winding 11 of the equivalent circuit, which are fed to a step-down transformer 10. The 40 represents the resistance of the primary winding 12, and a transformer 10 has a primary winding 12 and resistance R ^ ₃ , which connects the resistance of the secondary-secondary windings 13 and 14, which is represented by winding 11, in series. In users connected that do not belong to the subject of parallel connection, the equivalent circuit is an Inder invention. ductivity L, which represents the primary and the transformer primary winding 12, is at the terminals 15 45 mated secondary inductance, further one and 16 fed from an alternating current source, in the resistor R _he , which represents the iron loss, and the present example with 230 volts and 50 Hertz.

Die Brücke 1 hat zwei Ausgangsklemmen 8 und 9. Die Widerstände 2, 3, 4 und 5 sind so bemessen, daß die Brücke bei einer vorgegebenen, an den Klemmen 6 und 7 angelegten Spannung abgeglichen ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Brücke für diejenige Spannung der Wicklung 11 abgeglichen, welche einer Spannung von genau 230 Volt an den Klemmen 15The bridge 1 has two output terminals 8 and 9. The resistors 2, 3, 4 and 5 are dimensioned so that the bridge is balanced at a given voltage applied to terminals 6 and 7. In the present Example, the bridge for that voltage of the winding 11 is balanced, which one Voltage of exactly 230 volts at terminals 15

und 16 entspricht. Unter diesen Bedingungen tritt an 55 Klemmen 15 und 16.
den Klemmen 8 und 9 keine Ausgangsspannung auf. In F i g. 3 tragen diejenigen Bauteile, welche Bau-and 16 corresponds. Under these conditions, 55 terminals 15 and 16 occur.
terminals 8 and 9 do not have any output voltage. In Fig. 3 carry those components which

Wird die Eingangsspannung größer als 230 Volt, teilen der F i g. 1 entsprechen, die gleichen Bezugsso nehmen auch die Spannung an den Klemmen 6 zeichen. Die temperaturkompensierte Schaltungsan- und 7 sowie der Strom in sämtlichen Zweigen der Ordnung der F i g. 3 weist in einem Zweig der Wheat-Brücke zu. Infolgedessen steigen die Temperatur des 60 stone-Brücke einen Ausgleichswiderstand 17 auf.
Drahtes sowie der Widerstand der Lampe 5, so daß Der Widerstand 17 bildet thermisch eine EinheitIf the input voltage is greater than 230 volts, the F i g. 1, the same references are also used for the voltage at terminals 6. The temperature-compensated circuit connection and 7 as well as the current in all branches of the order of FIG. 3 assigns in a branch of the Wheat Bridge. As a result, the temperature of the 60 stone bridge will rise to a balance resistance 17.
Wire and the resistance of the lamp 5, so that the resistor 17 thermally forms a unit

die Brücke nicht mehr abgeglichen ist. Es tritt dann eine Spannung an den Klemmen 8 und 9 auf, welche in einer bestimmten Phasenbeziehung zur Spannung an den Klemmen 15 und 16 steht. Nimmt die Spannung an den Klemmen 15 und 16 ab, so hat die Spannung an den Klemmen 8 und 9 die entgegengesetzte Phasenbeziehung im Verhältnis zur Überspannung.the bridge is no longer balanced. A voltage then occurs at terminals 8 and 9, which has a certain phase relationship to the voltage at terminals 15 and 16. Relieves the tension at terminals 15 and 16, the voltage at terminals 8 and 9 is the opposite Phase relationship in relation to the overvoltage.

tors der Fig. 3.tors of FIG. 3.

Fig. 1 zeigt eine Spannungsmeß-Schaltungsanordnung mit einer Wheatstone-Brücke 1. Bei diesem Bei-Fig. 1 shows a voltage measuring circuit arrangement with a Wheatstone bridge 1. In this case

schließlich Widerstände /?,', und /?,'», welche die Widerstände der Sekundärwicklungen 13 und 14 darstellen, auf.finally resistors / ?, ', and / ?,' », which the Represent resistances of the secondary windings 13 and 14 on.

Offensichtlich führt eine Zunahme der Kupferverlustwiderstände, insbesondere der Primärwicklung 12 und der Sekundärwicklung 13, welche die Brücke speisen, zu einem Abfall der Spannung an den Klemmen 25 und 26 gegenüber der Spannung an denObviously, there is an increase in the copper loss resistances, in particular in the primary winding 12 and the secondary winding 13, which feed the bridge, result in a drop in the voltage at the terminals 25 and 26 compared to the voltage on the

mit dem Transformator 10, d. h., er steht in engem thermischem Kontakt mit den Transformatorteilen, so daß er die gleiche Temperatur annimmt.with the transformer 10, d. i.e. it is in close thermal contact with the transformer parts, so that it assumes the same temperature.

Bei dem in F i g. 3 und 6 gezeigten Beispiel ist der Widerstand 17 eine nicht induktive Wicklung auf dem Abwärtstransformator 10. Nach Fig. 6 weist der Transformator 10 eine Spuk 20 auf, die in einemIn the case of the FIG. 3 and 6, the resistor 17 is a non-inductive winding on the Step-down transformer 10. According to FIG. 6, the transformer 10 has a spook 20, which is in a

Claims

5 6 Kern21 is attached. The coil 20 has five winding voltages that are balanced, namely a primary winding 12, one characterizes that the bridge has a second compensation winding 17 as well as secondary windings which are temperature-sensitive, thermally connected to the outputs 14, 13 and 11 (in the Successive resistance connected in a straight transformer due to the inside out in the coil). 5, which lies in a branch of the bridge. The winding 17 is formed by two copper and is dimensioned so that the temperature wires are wound side by side at the same time. The inner ends of the two wires are connected to one another, while the outer ends of the is compensated. Wires at suitable points in the branch of the io 2. Circuit arrangement according to claim 1, da Wheatstone bridge in series with the ohmic, characterized in that the first temperature resistor 3 are switched on. sensitive resistor in FIG. 4, which is known per se, shows another embodiment which is an incandescent lamp and that the resistor F i g. 3 specified Wheatstone bridge circuit. of the second temperature-sensitive resistor The ohmic resistances 2 and 4 are retained; 15 rises with the temperature and in the same, however, in the two other branches low bridge branches like the incandescent lamp, namely in voltage incandescent lamps 5 and 3 ', are provided. Which is arranged in series with this. 3. Circuit arrangement according to claim 2, position 17 is shown in series connection with lamp 5. characterized in that the Wheatstone bridge F i g. 5 shows a practical embodiment of FIG. 20 in each of two opposing arrangements of the Wheatstone bridge with changes in branches each having an incandescent lamp and that the second temperature-sensitive resistor in FIG. 3 in the arrangement. 5, the ohmic resistor 3 has a series with an incandescent lamp. him in series connected smaller resistor 18, 4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, so as to determine the exact resistance value of this two-25 characterized in that the Wheatstoneges to be determined beforehand. In the shunt to the bridge in each of two opposing resistors 4 there is a capacitor 19. In these branches each one incandescent lamp in series order, the individual components, for example, each have a circuit with a second temperature-sensitive value: has a sensitive resistance of the type mentioned. iu 30 5. Circuit arrangement according to claim 1, da- resistor 2 15 ohms characterized in that the first temperature resistor 3 ^ 70 ohms sensitive resistor in a per se known resistance 4 1000 ohms way dne incandescent lamp is madaß der ^^ te tem- wrmpe Ά Vn oY ^ u temperature-sensitive resistor is arranged in the counter-resistance 17 n ^ iPhm35 overlying bridge branch. Resistance «10J ° h ™ f. 6. Circuit arrangement according to one of the claims preceding the capacitor 19 0.01 microfarads, characterized in that the second temperature-sensitive resistance is a non-inductive winding on the down transformer.

1. Voltage measuring circuit arrangement with 7. Circuit arrangement according to claim 6, there-

a Wheatstone bridge, which is a first characterized by being non-inductive

temperature-sensitive resistor, two single turns of two parallel copper wires

output terminals, which consist of a step-down transformer, which are connected to one another at one end

mator an input voltage is supplied, so-45 are bound and at their other ends in a

how two output terminals are switched on and on the supply of a branch of the bridge

having unbalanced voltage, with the transformer between the primary winding and

Bridge for a given value of the secondary winding are wound.

1 sheet of drawings