DE1221356B

DE1221356B - Circuit arrangement for moving coil measuring instruments to influence the display characteristics

Info

Publication number: DE1221356B
Application number: DEL33107A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arnold Hoellermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-04-27
Filing date: 1959-04-27
Publication date: 1966-07-21

Description

Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente zur Beeinflussung der Anzeigecharakteristik Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente, bei der eine Parallelschaltung einer oder mehrerer reihengeschalteter Halbleiterdioden mit einem hochohmigen, linearen Vorwiderstand in Reihe liegt, so daß das Drehspulgerät annähernd mit logarithmischer Charakteristik arbeitet.Circuit arrangement for moving coil measuring instruments for influencing the display characteristic The invention relates to a circuit arrangement for moving-coil measuring instruments in which a parallel connection of one or more Series-connected semiconductor diodes with a high-resistance, linear series resistor is in series, so that the moving coil device approximately with logarithmic characteristics is working.

Zum Stand der Technik gehören verschiedene Schaltungsanordnungen mit nichtlinearen Widerständen, insbesondere auch Halbleiterdioden, die eine elektrische Beeinflussung des Skalenverlaufs von Meßinstrumenten bezwecken. Various circuit arrangements belong to the prior art with non-linear resistors, especially semiconductor diodes that have an electrical The purpose of influencing the course of the scale of measuring instruments.

Es ist berits bekannt, bestimmte Skalenbereiche zu dehnen und andere Bereiche zusammenzudrängen, indem man parallel und/oder in Reihe zu dem Meßinstrument temperaturabhängige keramische Widerstände schaltet. Diese nichtlinearen Widerstände können zusätzlich mit anderen linearen Widerständen kombiniert werden. It is already known to stretch certain areas of the scale and others Crowd areas by looking in parallel and / or in series with the measuring instrument temperature-dependent ceramic resistors switch. These non-linear resistances can also be combined with other linear resistors.

ZurMessung der Effektivwerte vonWechselstromgrößen hat man auch schon die Instrumenten anzeige mittels Zusatzwiderständen von der Meßgröße quadratisch abhängig gemacht. Als Zusatzwiderstände werden beispielsweise Trockengleichrichter verwendet. To measure the rms values of alternating currents one also has the instrument display by means of additional resistors of the measured variable square made dependent. Dry rectifiers, for example, are used as additional resistors used.

Ferner ist es bekannt, zur Unterdrückung des Anfangsbereiches eines Meßinstrumentes für Wechselstromgrößen zwei antiparallelgeschaltete Zenerdioden in den Meßkreis einzufügen. It is also known to suppress the initial area of a Measuring instrument for alternating currents, two anti-parallel connected Zener diodes to be inserted into the measuring circle.

Mit einer festen Hilfsspannungsquelle arbeitet eine bekannte Anordnung zur Beeinflussung der Skalencharakteristik, die sich durch einen oder mehrere zum Instrumentenkreis nebengeschaltete Widerstände mit je einem in Reihe liegenden Gleichrichter auszeichnet. Die Gleichrichter wirken in diesem Fall als Schalter, die in Abhängigkeit von der Meßgröße und aus der Hilfsspannung abgeleiteten Spannungen die Nebenschlüsse zu dem Instrumentenkreis wirksam werden zu lassen. A known arrangement works with a fixed auxiliary voltage source to influence the scale characteristics, which are differentiated by one or more of the Instrument circuit connected resistors with one rectifier each in series excels. The rectifiers act in this case as switches that are dependent the shunts from the measured variable and the voltages derived from the auxiliary voltage to be effective for the group of instruments.

Bei einer anderen bekannten Schaltung mit einem nichtlinearen Bauelement zum Gleichrichten einer Wechselstromgröße ist ein zusätzliches nichtlineares Bauelement zu dem Anzeigeinstrument parallel geschaltet. Damit wird trotz des nichtlinearen Gleichrichters eine lineare Anzeigecharakteristik des Instrumentes erzielt. In another known circuit with a non-linear component An additional non-linear component is used to rectify an alternating current quantity connected in parallel to the display instrument. This is in spite of the non-linear Rectifier achieved a linear display characteristic of the instrument.

Zur Temperaturkompensation von Meßgeräten für Wechselspannungen mit parallel zum Meßinstrument geschalteten Trockengleichrichtern zur Erzielung einer logarithmischen Charakteristik wurden bereits in den Kreis des Meßinstrumentes, vorzugsweise in Reihe mit diesem, zusätzlich ein oder mehrere Trocken- gleichrichter gelegt, die annähernd lineare Charakteristik aufweisen. For temperature compensation of measuring devices for alternating voltages with dry rectifiers connected in parallel to the measuring instrument to achieve a logarithmic characteristics have already been included in the circle of the measuring instrument, preferably in series with this, in addition one or more drying rectifier placed, which have approximately linear characteristics.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente, bei der zum Erzielen einer logarithmischen Anzeigecharakteristik eine Parallelschaltung einer oder mehrerer reihengeschalteter Halbleiterdioden mit einem hochohmigen, linearen Vorwiderstand in Reihe liegt, ohne nennenswerte Erhöhung des Schaltungsaufwandes so auszugestalten, daß insbesondere die Anfangslinearität der Charakteristik im logarithmischen Maßstab wesentlich verbessert wird. Übliche Sperrschichtdioden ergeben in dieser einfachen Schaltung nämlich nur dann eine streng logarithmische Charakteristik, wenn die Meßspannung verhältnismäßig groß ist, während sich bei kleineren Spannungen positive Abweichungen von der idealen Charakteristik einstellen. Diese durch die Eigenschaften der Sperrschichtdioden verursachten Abweichungen können durch Dimensionierungsänderungen der Schaltelemente nicht beseitigt werden. The present invention is based on the object of the circuit arrangement for moving coil measuring instruments, in which to achieve a logarithmic display characteristic a parallel connection of one or more series-connected semiconductor diodes with a high-resistance, linear series resistor is in series, without any noticeable increase of the circuit complexity in such a way that, in particular, the initial linearity the characteristic is significantly improved on a logarithmic scale. Usual In this simple circuit, junction diodes only result in a strict one logarithmic characteristic when the measurement voltage is relatively large while In the case of lower voltages, positive deviations from the ideal characteristic result to adjust. These deviations caused by the properties of the junction diodes cannot be eliminated by changing the dimensions of the switching elements.

Diese Unvollkommenheit wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zur Verbesserung der Anfangslinetrität der logarithmischen Charakteristik eine oder mehrere Halbleiterdioden vorgesehen sind, die in Reihe mit dem hochohmigen Vorwiderstand geschaltet sind, und daß ferner im Nebenschluß zu der Parallelschaltung des Drehspulgerätes und der Halbleiterdioden ein linearer Widerstand angeordnet ist, und daß die Widerstände 3 und 4 so bemessen sind, daß die Ausschlagcharakteristik sowohl im Anfangsbereich als auch im Endbereich von einer Geraden nicht mehr wesentlich abweicht. This imperfection is eliminated according to the invention in that to improve the initial linearity of the logarithmic characteristic one or several semiconductor diodes are provided, which are in series with the high-resistance series resistor are connected, and that also in the shunt to the parallel connection of the moving coil device and a linear resistor is arranged in the semiconductor diodes, and in that the resistors 3 and 4 are dimensioned so that the deflection characteristics both in the initial area as well as no longer deviates significantly from a straight line in the end area.

An der zu dem Vorwiderstand in Reihe liegenden Diode entsteht durch den in Durchlaßrichtung fließenden Strom ein zusätzlicher Spannungsabfall, der für kleine Ströme und damit kleine Meßspannungen verhältnismäßig groß ist. Damit kann der zur Erreichung einer linearen Ausschlagcharakteristik im logarithmischen Maßstab zu große Widerstand der zu dem Drehspul-Meßinstrument parallelliegenden Dioden im Anfangsbereich der Charakteristik ausgeglichen werden. Die Nichtlinearität der Vorschaltdiode bezüglich der logarithmischen Ausschlagcharakteristik wirkt mit umgekehrtem Vorzeichen wie die Nichtlinearität der zu dem Meßwerk parallelliegenden Dioden. Durch die Größe des linearen Vorwiderstandes in Reihe mit der Diode und des linearen Widerstandes im Nebenschluß zu dem Drehspul-Meßinstiument wird der Eingriff der Dioden auf die Ausschlagcharakteristik bestimmt, die im logarithmischen Maßstab bei richtiger Bemessung dieser Widerstände sowohl im Anfangs- als auch im Endbereich von einer Geraden nicht mehr wesentlich abweicht. At the diode lying in series with the series resistor arises through the current flowing in the forward direction an additional voltage drop, which for small currents and thus small measuring voltages is relatively large. So that can the one to achieve a linear deflection characteristic on a logarithmic scale Resistance of the diodes in parallel to the moving coil measuring instrument in the The initial range of the characteristic can be compensated. The non-linearity of the ballast diode with respect to the logarithmic deflection characteristic acts with the opposite sign like the non-linearity of the diodes parallel to the measuring mechanism. Because of the size the linear series resistor in series with the diode and the linear resistor in the shunt to the moving coil measuring instrument, the intervention of the diodes on the The deflection characteristic is determined on a logarithmic scale when correctly dimensioned of these resistances in the beginning as well as in the end area of a straight line more differs significantly.

Damit braucht also nicht auf andersartige nichtlineare Bauelemente, wie z. B. temperaturabhängige Widerstände, zurückgegriffen zu werden, bei denen unter Umständen die verhältnismäßig träge Sinderung des Widerstandes von dem durchfließenden Strom stören kann. So there is no need to rely on other types of nonlinear components, such as B. temperature-dependent resistors to be used where possibly the relatively sluggish reduction of the resistance of the flowing through Electricity can interfere.

Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung in F i g. 1 eine Meßschaltung gemäß der Erfindung und in F i g. 2 ihre Charakteristik in logarithmischem Maßstab dargestellt. As an exemplary embodiment in the drawing in FIG. 1 a measuring circuit according to the invention and in FIG. 2 their characteristics on a logarithmic scale shown.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Drehspulgalvanometer angedeutet, das vom Meßwerkstrom 1 durchflossen wird. Ohmsche Widerstände2, 3 und 4 dienen der Anpassung. Eine Serienschaltung von Halbleiterdioden 5 ist dem Drehspul-Meßinstrument parallel geschaltet. Eine weitere Halbleiterdiode 6 ist am Eingang der Schaltung angeordnet. An den Klemmein 7 und 8 liegt die Meßspannung U. In Fig. 2 ist in logarithmischem Maßstab der Meßwerkstrom 1 als Funktion der Meßspannung U aufgetragen. In Fig. 1 is indicated with 1 a moving coil galvanometer, which from Messwerkstrom 1 is flowed through. Ohmic resistances 2, 3 and 4 are used for matching. A series circuit of semiconductor diodes 5 is parallel to the moving coil measuring instrument switched. Another semiconductor diode 6 is arranged at the input of the circuit. The measuring voltage U is applied to the terminals 7 and 8. In FIG. 2 is in logarithmic The scale of the measuring mechanism current 1 is plotted as a function of the measuring voltage U.

Bei richtiger Dimensionierung der Widerstände wird der Diodenreihenschaltung 5 ein der Eingangsspannung U proportionaler Strom aufgedrückt, der an ihr einen den Diodenkennlinien entsprechenden Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall hat im mittleren Skalenbereich annähernd logarithmischen Verlauf, der bei vernachlässigbarem Eigenverbrauch des Meßwerkes von diesem angezeigt wird. Durch geeignete Bemessung der Widerstände 2, 3 und 4 läßt sich hierbei der Skalenverlauf beeinflussen. Durch die zusätzliche Anordnung der Halbleiterdiode 6 wird der Anfangsbereich der Charakteristik in gewünschtem Sinne verändert. Für kleine Spannungen ist der Durchlaßwiderstand dieser Diode groß, so daß der Meßwerkstroml erst beim Übergang zu höheren Spannungen allmählich einsetzt. With correct dimensioning of the resistors the diode series connection 5 a current proportional to the input voltage U is applied, which is applied to it The voltage drop corresponding to the diode characteristics is generated. This voltage drop has an approximately logarithmic course in the middle range of the scale, that in the negligible Self-consumption of the measuring unit is displayed by this. By appropriate dimensioning of the resistors 2, 3 and 4 the scale course can be influenced. By the additional arrangement of the semiconductor diode 6 becomes the initial area of the Characteristic changed in the desired sense. For small voltages is the forward resistance this diode is large, so that the Messwerkstroml only when the transition to higher voltages gradually sets in.

Als Halbleiterdioden kommen hauptsächlich Germaniumdioden oder Siliziumdioden in Frage. Germaniumdioden erbringen eine bessere Annäherung an die logarithmische Skala als Siliziumdioden, doch haben sie einen höheren Temperaturfehler. Dieser Temperaturfehler macht sich jedoch bei der hier verwandten Spannungsteileranordnung nur unwesentlich bemerkbar, da sich die Durchlaßwiderstände der Halbleiterdioden 6 und 5 bei veränderlicher Temperatur im gleichen Verhältnis ändern und deshalb eine weitgehende Fehlerkompensation erfolgt. Mainly germanium diodes or silicon diodes are used as semiconductor diodes in question. Germanium diodes provide a better approximation of the logarithmic Scale than silicon diodes, but they have a higher temperature error. This However, temperature errors occur with the voltage divider arrangement used here only slightly noticeable, since the forward resistances of the semiconductor diodes 6 and 5 change in the same ratio when the temperature changes and therefore extensive error compensation takes place.

Die Meßschaltung in der beschriebenen Form eignet sich vor allem für Präzisionsmessungen kleiner und kleinster Meßgrößen. Eine logarithmische Skala ist z. B. vorteilhaft zur Messung des Stromes eines Gleichrichters im Anfangsbereich des Durchlaßgebietes in Abhängigkeit von der Spannung. The measuring circuit in the form described is particularly suitable for precision measurements of small and very small quantities. A logarithmic scale is z. B. advantageous for measuring the current of a rectifier in the initial range of the passage area as a function of the voltage.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for moving coil measuring instruments to influence the scale characteristics, in which a parallel connection of a or several series-connected semiconductor diodes with a high-resistance, linear one Series resistor is in series, so that the moving coil measuring instrument approximately with logarithmic Characteristic works, characterized in that to improve the initial linearity the logarithmic characteristic one or more semiconductor diodes (6) are provided are connected in series with the high-resistance series resistor (4), and that also shunted to the parallel connection of the moving coil device and the semiconductor diodes (5) a linear resistor (3) is arranged, and that the resistors (3 and 4) are dimensioned so that the deflection characteristics both in the initial and in the End area no longer deviates significantly from a straight line.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that Germanium diodes are provided as semiconductor diodes.

Considered publications: German Patent Specifications No. 915 959, 886 633, 699 956; German utility model No. 1 759486; Austrian U.S. Patent No. 133,349; Belgian patent specification No. 496 193.