DE1281562B

DE1281562B - Bridge circuit to determine the resistance difference between two cable cores

Info

Publication number: DE1281562B
Application number: DEH59001A
Authority: DE
Inventors: Georg Greif
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1966-04-01
Filing date: 1966-04-01
Publication date: 1968-10-31

Description

Brückenschaltung zur Bestimmung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern Es ist bekannt, zur Messung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern eine Schaltungsanordnung nach A b b. 1 zu verwenden (s. Gebrauchsanweisung EF 10-3 der Fa. Hartmann & Braun AG., S. 10). Eine solche nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke arbeitende Meßanordnung weist parallel zur Nulldiagonale zwei Festwiderstände auf, die je einen Brückenarm bilden; die beiden anderen Brückenanne werden durch die beiden Kabeladern gebildet. Dabei liegt ein veränderbarer Widerstand in Reihe mit der Kabelader, die den kleineren Widerstandswert aufweist. Der veränderbare Widerstand weist zweckmäßigerweise eine linear in Ohm geeichte Skala auf, so daß der Widerstandsunterschied der beiden Kabeladern bei Abgleich der Brücke direkt abgelesen werden kann, ohne daß die Widerstandswerte der Festwiderstände im einzelnen bekannt sein müssen. Einzige Bedingung ist dabei, daß die beiden Festwiderstände exakt gleich sind.Bridge circuit to determine the resistance difference between two Cable cores It is known to measure the difference in resistance between two cable cores a circuit arrangement according to A b b. 1 (see Instructions for Use EF 10-3 from Hartmann & Braun AG., p. 10). One based on the principle of the Wheatstone bridge working measuring arrangement has two fixed resistors parallel to the zero diagonal, which each form a bridge arm; the other two bridges are through the formed both cable cores. There is a variable resistor in series with it the cable core with the smaller resistance value. The changeable resistance expediently has a linear calibrated scale in ohms, so that the resistance difference of the two cable cores can be read directly when balancing the bridge, without that the resistance values of the fixed resistors must be known in detail. Only one The condition is that the two fixed resistors are exactly the same.

Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist jedoch, daß der Übergangswiderstand zwischen dem Abgriff des veränderbaren Widerstandes und seiner Widerstandsfiäche direkt verfälschend in das Meßergebnis eingeht, so daß Messungen von Widerstandsunterschieden von Kabeladern, beispielsweise unter 0,1 Ohm, mit der bekannten Anordnung kaum möglich sind. Außerdem wird der Brückenabgleich durch eine unsichere Kontaktgabe erschwert. The disadvantage of the known arrangement, however, is that the contact resistance between the tap of the variable resistor and its resistance surface directly falsifying the measurement result, so that measurements of resistance differences of cable cores, for example below 0.1 ohm, hardly possible with the known arrangement are. In addition, the bridge adjustment is made more difficult by an unsafe contact.

Aus der deutschen Patentschrift 892789 ist eine Schaltungsanordnung zur Messung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern bis auf Milliohmwerte hinunter bekannt. Diese Brückenschaltung arbeitet jedoch nach der sogenannten Ausschlagmethode, bei der die Veränderung eines Brückenzweiges durch die Größe des Stromes in der Meßdiagonale bestimmt wird. Bei dieser Schaltungsanordnung wird zwar der bei der nach der Nullmethode arbeitenden Brückenschaltung wegen seines Kontaktwiderstandes als nachteilig bekannte Abstimmwiderstand vermieden, jedoch muß jetzt das Ausschlaginstrument für jedes Kabel neu geeicht werden. Für diese Eichung sind zusätzliche Schaltelemente erforderlich, die ihrerseits wieder mit einem eigenen Fehler behaftet sind, der in die Meßgenauigkeit eingeht. A circuit arrangement is from the German patent specification 892789 for measuring the resistance difference between two cable cores down to milliohm values known down. However, this bridge circuit works according to the so-called deflection method, in which the change in a bridge branch due to the size of the current in the Measuring diagonal is determined. In this circuit arrangement, although the bridge circuit working according to the zero method because of its contact resistance avoided as a disadvantageous tuning resistor, but must now the removal instrument must be recalibrated for each cable. Additional switching elements are required for this calibration required, which in turn are afflicted with their own error, the goes into the measurement accuracy.

Zudem wird für die Ausschlagmethode ein Instrument benötigt, an das höhere Anforderungen als an ein Nullinstrument, das nur den Nullpunkt genau anzeigen muß, gestellt werden. Bei einem Ausschlaginstrument ist der Temperatureinfluß zu beachten, der als zusätzlicher Fehler in die Messung eingeht.In addition, the rash method requires an instrument to which higher requirements than a zero instrument that only displays the zero point precisely must be asked. In the case of an extractor, the influence of temperature is closed which is included in the measurement as an additional error.

Die Erfindung hat die Aufgabe, unter Beibehaltung des bekannten Prinzips zur Messung der Wider- standsunterschiede zweier Kabeladern nach der Nullmethode dieses so zu verbessern, daß selbst kleinste Widerstandsunterschiede zweier Kabeladern gemessen werden können, wobei der Widerstandsunterschied der beiden Kabeladern-direkt abgelesen werden können soll, ohne daß weitere Rechnungen, die sich aus der Dimensionierung der Brückenzweige ergeben, notwendig sind. The invention has the task of maintaining the known principle for measuring the resistance Differences in the position of two cable cores using the zero method to improve this so that even the smallest differences in resistance between two cable cores can be measured, the difference in resistance between the two cable cores -directly should be able to be read off without further calculations resulting from the dimensioning of the bridge branches are necessary.

Die Erfindung geht dabei aus von einer Brückenschaltung zur Bestimmung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern, die in zwei einen Parallelpfad zur Brückenausgangsdiagonale bildenden Brückenzweigen liegen, mit zwei gleich großen Festwiderständen in den beiden anderen Zweigen sowie mit einem im Verhältnis zu den Festwiderständen kleinen Widerstand mit veränderlich einstellbarem Abgriff zwischen einer der Kabeladern und einem der Festwiderstände. Die Erfindung -löst die Aufgabe dadurch, daß der den Abgriff aufweisende Widerstand, wie an sich bei Widerstandsmeßbrücken bekannt, als Potentiometer in der Weise in die Brücke geschaltet ist, daß sein Abgriff im Brückennullzweig einen Brükkeneckpunkt bildet und daß die Festwiderstände wenigstens zehnmal größer als die - anderweitig ermittelten - Widerstände der Kabeladern sowie wenigstens tausendmal größer sind als der Potentiometergesamtwiderstand. The invention is based on a bridge circuit for determination the difference in resistance between two cable cores, which in two have a parallel path to the The branches of the bridge that form the diagonal of the bridge exit are located, with two of the same size Fixed resistors in the other two branches as well as having one in proportion to the fixed resistors small resistance with adjustable tap between one of the cable cores and one of the fixed resistors. The invention solves the problem in that the resistance having the tap, as in the case of resistance measuring bridges known as a potentiometer is connected in the bridge in such a way that its tap in the bridge zero branch forms a bridge corner point and that the fixed resistances at least ten times greater than the - otherwise determined - resistances of the cable cores as well are at least a thousand times greater than the total potentiometer resistance.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dann noch die Summe der Widerstandswerte des einen Festwiderstandes und des mit diesem in Reihe liegenden Potentiometerwiderstandes gleich dem Widerstandswert des benachbarten Festwiderstandes. In an advantageous development of the invention is then still the sum of the resistance values of one fixed resistor and the one with this in Potentiometer resistor lying in series is equal to the resistance value of the neighboring one Fixed resistor.

Außerdem ist es bei Messungen sehr geringen Widerstandsunterschiedes der beiden Kabeladern zweckmäßig, dem Potentiometer einen Widerstand mit geringem Widerstandswert parallel zu schalten.In addition, there is a very small difference in resistance when taking measurements of the two cable cores expedient, the potentiometer a resistance with low To connect resistance value in parallel.

Insbesondere aus der deutschen Patentanmeldung S23078IXd/21e ist es bekannt, Schaltungen der Wheatstone-Brücke als Schleifdrahtbrücke auszuführen, bei der zwei benachbarte Widerstände oder Teile davon als Schleifdraht ausgebildet sind, auf denen ein Gleitkontakt, in dessen Stromkreis sich das Nullinstrument befindet, verschoben werden kann. Ein Zeiger gestattet, die Stellung des Gleitkontaktes und damit direkt das Verhältnis der beiden Widerstände abzulesen. Durch Multiplizieren dieses Verhältnisses mit einem Normalwiderstand kann der unbekannte Widerstand ermittelt werden. Solche Schleifdrahtbrücken gestatten jedoch keine genaueren Widerstandsmessungen als etwa 0,1 Ohm; außerdem erlauben sie nicht, den Widerstandsunterschied zweier fast gleich großer Kabeladern mit ausreichender Genauigkeit ohne weitere Rechnungen direkt zu bestimmen. In particular from the German patent application S23078IXd / 21e is it known circuits of the Wheatstone bridge as a sliding wire bridge execute, in which two adjacent resistors or parts thereof as a sliding wire are formed, on which a sliding contact, in whose circuit is the zero instrument is located, can be moved. A pointer allows the position of the sliding contact and thus read the ratio of the two resistances directly. By multiplying This relationship with a normal resistance can be used to determine the unknown resistance will. Such sliding wire bridges, however, do not allow more precise resistance measurements than about 0.1 ohm; in addition, they do not allow the difference in resistance between two Cable cores of almost the same size with sufficient accuracy without further calculations to be determined directly.

Demgegenüber ermöglicht die Erfindung bei Verwendung eines Potentiometers in einer Wheatstone-Brückenschaltung in Verbindung mit der vorgeschlagenen Dimensionierung die direkte Bestimmung von Kabelader-Widerstandsunterschieden mit einer bisher in ähnlichen Schaltungen nicht möglichen Genauigkeit. In contrast, the invention enables the use of a potentiometer in a Wheatstone bridge circuit in conjunction with the proposed dimensioning the direct determination of cable core resistance differences with a previously in similar circuits not possible accuracy.

Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung werden im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine bekannte Schaltung zur Bestimmung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern, F i g. 2 die erfindungsgemäße Schaltung. Structure and mode of operation of the circuit according to the invention are shown in the following explained in more detail with reference to drawings. 1 shows a known one Circuit for determining the difference in resistance between two cable cores, FIG. 2 the circuit according to the invention.

In Fig.2 ist mit 8 das Potentiometer mit Abgriff 9 bezeichnet, das in der erfindungsgemäßen Brückenschaltung den veränderbaren Widerstand 6 nach Fig. 1 ersetzt. Dadurch wird erreicht, daß der wechselnde Übergangswiderstand zwischen Schleifer und Widerstandsfläche des Widerstandes 6, der in der Meßanordnung nach F i g. 1 keine genaueren Messungen des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeln als etwa 0,1 Ohm zuließ, nunmehr nicht mehr als Meßergebnis verfälschen kann, sondern als Wi-Widerstand im Nulizweig der Brücke auftritt. Er kann so beispielsweise dem Innenwiderstand des Nullinstrumentes hinzugerechnet werden und hat keinen Einfluß mehr auf das Meßergebnis. In Figure 2, 8 denotes the potentiometer with tap 9, the in the bridge circuit according to the invention, the variable resistor 6 according to FIG. 1 replaced. This ensures that the changing contact resistance between Slider and resistance surface of the resistor 6, which in the measuring arrangement according to F i g. 1 no more precise measurements of the resistance difference between two cables than about 0.1 ohms allowed, can no longer falsify the measurement result, but occurs as Wi resistance in the zero branch of the bridge. He can, for example, the Internal resistance of the zero instrument can be added and has no influence more on the measurement result.

Die Brücke wird jedoch durch das Einführen eines Potentioinetersy dessen Abgriff einen Brückénèckpunkt im Nullzweig bildet, mit einem methodischen Fehler behaftet, wenn man den Widerstandsnnterschied der beiden Kabeladern wiedet direkt ablesen will und auf eine Verhältnisrechnung verzichtet. Dieser Fehler ergibt sich dadurch, daß sich mit dem Ausgleich des Differenzwiderstandes der zu messenden Kaheladern das Verhältnis der Festwiderstände ändert. Der Fehler wird dann vernachlässigbar klein, wenn die Festwiderstände 3 und 4 wenigsten zehnmal größer als die Widerstandswerte der Kabeladern 1 und 2 und wenigstens tausendmal größer als der wirksame Potentiometerwiderstand sind, der sich als resultierender Widerstand aus dem Potentiometerwiderstand X und einem beliebig zu diesem parallel zu schaltenden Widerstandes 10 ergibt. Dann liegt nämlich der Widerstandswert, der sich bei ändernden Einstellungen des Potentiometers jeweils zu dem Festwiderstand 4 addiert, innerhalb einer vernachlässigbaren Fehlertoleranz und hat auf das Brückengleichgewicht praktisch keinen Einfluß. The bridge is made, however, by the introduction of a potentioinetersy the tapping of which forms a bridging point in the zero branch, with a methodical one Faulty if the difference in resistance between the two cable cores is repeated wants to read off directly and dispenses with a proportional calculation. This error results by the fact that with the compensation of the differential resistance of the to be measured Kaheladern changes the ratio of the fixed resistances. The error then becomes negligible small if the fixed resistors 3 and 4 are at least ten times greater than the resistance values of cable cores 1 and 2 and at least a thousand times greater than the effective potentiometer resistance are, which is the resultant resistance from the potentiometer resistance X and any resistance 10 to be connected in parallel to this results. Then lies namely the resistance value, which changes with changing settings of the potentiometer each added to the fixed resistor 4, within a negligible error tolerance and has practically no influence on the bridge equilibrium.

Als Abgleichpotentiometer kann beispielsweise ein Zehngang-WendelpotentioMeter verwendet werden, so daß sehr genau abgeglichen werden kann; außerdem ist es möglich, den Widerstandsunterschied der beiden Kabeladern beispielsweise durch Parallelschalten von weiteren Widerständen mit beliebig kleinerem Widerstandswert zu dem Potentiometerwiderstand, was im übrigen auch während des Abgleich vorgangs geschehen kann> auch für sehr kleine Werte sehr genau zu bestimmen. Es besteht aISo die Möglichkeit, bei Verwendung eines relativ hochohmigen Potentiometers mit linearer Ableseskala, an der der Widerstandsunterschied direkt abgelesen werden kann, beispielsweise also mit einem schon erwähnten Zehngang-Wendelpotentiometer, durch die Parallelschaltung eines Widerstandes 10 einen kleineren Meßbereich für die Widerstandsunterschiedsmessung zu erhalten Der an sich bei der angegebenen Dimensionierung vernachlässigbare Fehler der Brücke ist jedoch dann gleich Null, wenn, bei Gleichheit der beiden Festwiderstände, der Kabelwiderstand 2 genau um den Widerstandsbetrag zu klein ist, den der Schleifer 9 des Potentiometers bei Einstellung auf den äußersten Abgriffpunkt einnimmt. Bei dieser Einstellung sind sowohl die beiden Kabelwiderstände (der Kabelwiderstand 1 entspräche der Summe des Kabelwiderstandes 2 und des gesamten Potentiometerwiderstandes) als auch die beiden Festwiderstände gleich groß und die Brücke im völligen Gleichgewicht. A ten-turn spiral potentiometer, for example, can be used as the adjustment potentiometer can be used so that it can be adjusted very precisely; it is also possible the difference in resistance of the two cable cores, for example by connecting them in parallel from further resistors with any smaller resistance value to the potentiometer resistor, which can also happen during the adjustment process> also for very to determine small values very precisely. There is also the possibility of using a relatively high-resistance potentiometer with a linear reading scale showing the difference in resistance can be read directly, for example with an already mentioned ten-turn spiral potentiometer, by connecting a resistor 10 in parallel, a smaller measuring range for To get the resistance difference measurement The per se with the specified dimensioning however, negligible error of the bridge is then equal to zero if, in the event of equality of the two fixed resistors, the cable resistance 2 exactly by the amount of resistance is too small, which the wiper 9 of the potentiometer when set to the extreme Takes place. Both cable resistances are in this setting (the cable resistance 1 would correspond to the sum of the cable resistance 2 and the total Potentiometer resistance) as well as the two fixed resistors are equal and the Bridge in perfect balance.

Da jedoch der Fall viel häufiger ist, daß die beiden Kabelwiderstände fast gleich große Werte aufweisen, empfiehlt es sich in einer Ausgestaltung der Erfindung, die Summe des Festwiderstandes 4 und des mit diesem in Reihe liegenden Potentiometerwidersandes, der gegebenenfalls durch einen parallel zu schaltenden Widerstand auf einen bestimmten wirksamen Potentiometerwiderstand reduziert ist, gleich groD zu machen dem Widerstandswert des benachbarten Festwiderstandes. Dann ist nämlich der methodische Fehler der Brücke gleich Null, wenn die beiden Kabelwiderstände gleich groß sind; geringe Abweichungen von diesem Wert haben bei dieser Dimensionierung nur einen sehr geringen methodischen Fehler zur Folge. However, since the case is much more common that the two cable resistances have almost equally large values, it is recommended in an embodiment of the Invention, the sum of the fixed resistor 4 and that lying in series with this Potentiometer, which may be connected in parallel by a Resistance is reduced to a certain effective potentiometer resistance, equal to the resistance value of the neighboring fixed resistor. then namely, the methodological error of the bridge is zero if the two cable resistances are the same size; have slight deviations from this value with this dimensioning results in only a very minor methodological error.

Als günstig haben sich an einem praktischen Ausführungsbeispiel folgende Werte der Widerstände ergeben: Festwiderstand 3 und 4 .. je IOO 000 Ohm; Potentiometerwiderstand.. von 0 bis 10 Ohm, umschaltbar auf 0 bis 1 Ohm; abelwiderstände .. . je nach Messung, beispielsweise etwa je 100 Ohle. The following have proven to be favorable in a practical embodiment Resistance values result in: Fixed resistance 3 and 4 .. 100,000 ohms each; Potentiometer resistance .. from 0 to 10 ohms, switchable to 0 to 1 ohms; cable resistors ... depending on the measurement, for example about every 100 owls.

Sollen sehr genane Messungen eingehalten werden, ist es beispielsweise auch möglich, wenn durch Parallelschalten eines Widerstandes zum Potentiometerwiderstand dieser v-&ändert wird, gleichzeitig auch den Festwiderstand 4 so zu ålidernS daß die Summe des Potentiometerwiderstandes und des Festwiderstandes 4 im er einen konstanten Wert ergibt, def gleich groß ist dem Widerstandswert des Festwiderstandes 3. If very precise measurements are to be adhered to, it is for example also possible if by connecting a resistor in parallel to the potentiometer resistor this v- & is changed, at the same time also the fixed resistor 4 to ålidernS that the sum of the potentiometer resistance and the fixed resistance 4 in one constant value, def is equal to the resistance value of the fixed resistor 3.

Claims

Claims: 1. Bridge circuit to determine the resistance difference two cable cores that in two form a parallel path to the diagonal of the bridge output forming bridge branches lie with two equal fixed resistances in the other two branches as well as with one in relation to the fixed resistances small resistance with variably adjustable tap between one of the cable cores and one of the fixed resistors, characterized in that the one having the tap (9) Resistance (8), known per se in resistance measuring bridges, as a potentiometer is switched into the bridge in such a way that its tap (9) is in the bridge zero branch forms a bridge corner point and that the fixed resistors (3, 4) at least ten times are greater than the - otherwise determined - resistances of the cable cores (1, 2) and at least a thousand times greater than the total potentiometer resistance.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the sum the resistance values of a fixed resistor (4) and the one in series with it lying potentiometer resistor (8) is equal to the resistance value of the neighboring one Fixed resistor (3).

3. A circuit according to claim 1 and 2, characterized in that the Potentiometer (8) a resistor (10) is connected in parallel.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the with the potentiometer resistor in series with a fixed resistor (4) to one Value is switchable, that the sum of one of the two fixed resistors (4) and the potentiometer resistance effective with it in the same branch of the bridge constant remain.

Considered publications: German Patent Specifications No. 892789, 1,028680; German patent application S 23078 IX d / 21 e (published on July 10, 1953); J. Kröne r t, "Meßbrücken und Kompensatoren", Vol. I, Verlag von R. Oldenbourg, Munich and Berlin, 1935, p. 105; »Instructions for use EF 10-3«, Hartmann & Braun AG., August 1963.