DE1808869A1 - Schaltungsanordnung zum Messen des Verhaeltnisses zwischen dem Wert einer ersten elektrischen Impedanz und dem einer zweiten Impedanz - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. KARL BOEHMERT · DIPL.-ING. ALBERT BOEHMERT -28 BREMEN · FELDSTRASSE 24 · TEL. (0421) 491700, 442551

Aktenzeichen: NeUanmeldUng Poirsdiedckonroi Hamburg 126083 Bankkonto! Bremer Bank, Bremen, Kto. 1001449

Named.Anm.: Peter Caleb Frederick Wolfendale und
Automatic Systems Laboratories Limited .

Mein Zeichen! W 810 28 Bremen, den 13. November 1968

PETER CALEB PHEDEHICK WOLFENDALE, Bletchley, Buckinghamshire, England

und

AUTOMATIC SYSTEMS LABORATORIES LIMITED, Leighton Buzzard, Bedfordshire, England

Schaltungsanordnung zum Messen des Verhältnisses zwischen dem Wert einer ersten elektrischen Impedanz und dem einer zweiten Impedanz

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen des Verhältnisses zwischen dem Wert einer ersten elektrischen Impedanz und dem einer zweiten Impedanz, mit einem in wenigstens eine der Impedanzen Strom einspeisenden ersten Generator, einem Bezugspotentiometer, einer ersten Detektorvorrichtung, durch welche Abgriffe

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an dem Potentiometer derart einstellbar sind, daß· das' .·■: Spannungsverhältnis an zwei Potentiometerabschnitten ; in einer vorgegebenen Beziehung zum Verhältnis der Spannungen an bzw. der Ströme in den" zwei Impedanzen steht. Als Impedanzen können beispielsweise Ohm'sche Widerstände, Kapazitäten oder Induktivitäten vorgesehen sein.

Wenn die Impedanzverhältnisse mittels bekannter Wheatstone'scher Brückenanordnungen gemessen werden, ergeben sich leicht Fehler.aufgrund der Widerstände der die Impedanzen mit der Spannungsquelle verbindenden Leitungen sowie ferner der das Potentiometer und den Detektor an die Impedanzen anschließenden Leitungen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Messung der Impedanzen anzugeben, bei der dieser Nachteil beseitigt oder zumindest wesentlich verringert ist.

'Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs bezeichneten Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß ein zweiter Detektor zum Bestimmen des in einer eine der Impedanzen mit dem Potentiometer verbindenden Leitung fließenden Stroms und ein von dem zweiten Detektor gesteuerter, mit wenigstens einer der Impedanzen verbundener zweiter Generator vorgesehen sind, wobei der zweite Generator die Ströme oder die Spannungen in oder an den Impedanzen in einem vorgegebenen Verhältnis hält. _{Λ Λ} . .

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Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise schematisch dargestellte Schaltungsanordnung, die zur Erläuterung der Erfindung dient;

Fig. 2 eine teilweise schematisch dargestellte .Schaltungsanordnung, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3 die Schaltung einer Servoanordnung, die zusammen mit der Anordnung gemäß Fig. 2 Verwendung finden kann;

Fig. 4· eine teilweise schematisch dargestellte Schaltungsanordnung, die eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Schaltschema mit für die Praxis bedeutsamen Einzelheiten der Anordnung gemäß Fig. 4 bei Verwendung von Wechselstrom;

Fig. 6 ein Schaltschema mit für die Praxis bedeutsamen Einzelheiten der Anordnung gemäß Fig. 4- bei Verwendung von Gleichstrom;

Fig. 7 eine gegenüber der in Fig. 5 getroffenen Anordnung abgewandelte Ausführungsform;

Fig. 8 eine zu ErIäuterungszwecken gezeigte Anordnung zum Vergleichen von Impedanzwerten;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Abwandlung der in Fig. 8 gezeigten Anordnung;

Fig. 10 eine Einzelheiten der Anordnung gemäß Fig. 9 zeigende Schaltungsansicht;

Fig. 11 eine Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 10;

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Fig. 12 eine Schaltungöanordnung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 2;

Fig. 13 eine weitere Abwandlung der in Fig.. 5 gezeigten Anordnung; und

Fig. 14 eine Abwandlung der in Fig. 9 gezeigten Anordnung, die mit Gleichstrom betrieben wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung ist eine Anordnung'zum Kessen des Verhältnisses der Werte der Widerstände 2 und

3 durch Vergleich der über sie abfallenden Spannung. Das Element 1 ist ein Generator, der einen Strom durch die in Reihe geschalteten Widerstände fließen laßt. Die Impedanz der die Widerstände 2 und 3 verbindenden Leitungen ist durch die Impedanz Z dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Leitungen vom Generator 1 zu den Widerständen und 3 Stromleitungen und die übrigen Leitungen, die rechts der Widerstände 2 und 3 gezeigt sind, Spannungsleitungen sind. Da diese Strom- und Spannungsleitungen nicht widerstandslos sind, muß vermieden werden, daß ihr Widerstand in die Messung des gesuchten Widerstandswerts eingeht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Bezugsspannungsteiler 6 sehr hoher Impedanz und zwei Detektoren

4 und 4a verwendet werden. Die Endanschlüsse des Spannungsteilers sind mit den entsprechenden Enden der Widerstände 2 und 3 über die Widerstände 5 und 5a verbunden, wobei letztere die Leitungswiderstände darstellen, und die Verbindungen von 2 und Z sowie 3 und Z sind über

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die .Detektoren 4 und 4a an ihnen Jeweils zugeordnete Abgriffe n1, n2 am Spannungsteiler angeschlossen. Wenn kein Strom durch die Spannungsleitungen über 5 und 5a zum Potentiometer 6 fließt, und die Abgriffe n1 und n2 werden solange verstellt, bis kein Strom mehr durch einen der Detektoren 4 und 4a fließt, so ergibt sich ein Verhältnis der zwei Widerstandswerte der Elemente 3 iinr{ 2 von (n1-O) bis (t-n2), wobei der Gesamtbereich der Abgriffe sich von O bis 1 an den Enden des Spannungsteilers 6 erstreckt. Wenn einer der Widerstände 2 und 3 als Bezugsgröße mit bekanntem Widerstandswert verwendet wird, so ergibt sich mit dieser Schaltung der Wert des anderen.

In der Praxis ist es schwierig, das Potentiometer 6 mit einer ausreichend hohen Impedanz zu versehen, so daß aufgrund der unerwünschten Spannungsabfälle in den Elementen 5 und 5a ein Fehler in der Messung entsteht, fig. der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemaß vorgesehene Schaltungsanordnung, welche eine Möglichkeit darstellt, diesen Schwierigkeiten zu begegnen. Die in Pig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1, wobei jedoch ein zweiter Generator bzw. eine zweite Spannungsquelle zur Speisung des Spannungsteilers 6 vorgesehen ist. Die zweite Spannungsquelle 7 ist von der ersten Spannungsquelle 1 über eine bei 8 symbolisch dargestellte Einstellvorrichtung abgeleitet. Ein mit dem Widerstand 5a- i& Heihe liegender Detektor 9 dient zur

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Messung des zwischen den Punkten 10-und" 11, d.h.- zwischen den entsprechenden Endanschlüssen des Widerstands 5 und des Spannungsteilers 6 fließenden Stroms. Die den Generator 7 steuernde Einstellvorrichtung 8 wird sodann solange verstellt,, bis der durch den Detektor 9 gemessene Strom Null ist, wodurch gewährleistet ist, daß kein Strom mehr durch den Widerstand 5a fließt. Die Abgriffe n1 und n2 werden sodann verstellt, bis die Detektoren bzw. Meßgeräte 4 und 4a anzeigen, daß kein Strom mehr durch die ihnen zugeordneten Leitungszweige fließt bzw. keine Spannung mehr über ihnen anliegt. Wenn alle drei Detektoren bzw. Meßgeräte 9, 4 und 4a strom- bzw* spannungslos sind, geben die gemessenen Beziehungen von n1 und Ώ.2 eine richtige Anzeige des Verhältnisses de^Spannungen an den Elementen 2 und 3 aufgrund des sie durchströmenden Stroms vom Generator 1. Es ergibt sich also, daß die Schwierigkeiten aufgrund der Eigenwiderstände der Strom- und Spannungsleitungen praktisch beseitigt sind, da der Detektor 9 eine Einstellung der in der Schaltung bestehenden Strom- und Spannungsverläufe dergestalt ermöglicht, daß kein Strom mehr in den Spannungsleitungen fließt.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Spannung der Spannungsquelle 7 von derjenigen der Spannungsquelle 1 abgeleitet. In einer alternativen Aus-

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gestaltung kenn die Anordnung so getroffen werden, daß der Generator 7 als Primärspannungsquelle dient, während der Generator i als Hilfsspannungsquelle vorgesehen ist und über das Bauelement 8 eingespeist wird.

Das Element 8 kann eine manuell einstellbare Steuervorrichtung sein, und der durch den Detektor 9 angezeigte Abgleich kann visuell abgelesen werden. Vorzugsweise ist der Detektor 9 so ausgebildet, daß er einen Motor steuert, der den Abgleich über die Vorrichtung 8 automatisch und fortlaufend einstellt. Eine Schaltungsanordnung hierfür ist in Fig. 3 dargestellt; sie kann als Festkörper-Servo (solid state servo) bezeichnet werden.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 2.\ sie weist die oben erwähnte Festkörper-Servo/anordnung auf, wobei jedoch Teile der Anordnung gemäß Fig. 2 in Fig. 3 nicht erscheinen. Der Generator ist bei 1 gezeigt. Ober die Ausgangsanschlüsse 1a des Generators 1 werden die in Fig. 3 nicht gezeigten Widerstände 2 und 3 beaufschlagt, und in Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung liefert der Generator das Ausgangs signal des zweiten Generators, das an den mit 7 bezeichneten Ausgangsanschlüssen erscheint und dem in Fig. 3 nicht dargestellten Potentiometer 6 zugeführt wird. Die Amplitude und Phase des bei 7 erscheinenden

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Signals wird durch einen phasenempfindlichen Detektor gesteuert, dessen Eingang mit 27 bezeichnet ist und der dem Element 9 gemäß Fig. 2 entspricht. Bei Betrieb wird ein bei 27 (9 in Fig. 2) erscheinendes Signal durch den Verstärker 27a verstärkt und an zwei phasenempfindliche Detektoren 29 und 30 über den Verstärker 27a und einen Übertrager bzw. Transformator 28 angelegt. Die Durchschaltsignale zum Betätigen dieser zwei Detektoren bzw. Gleichrichter, die in der Zeichnung symbolisch als Schalter dargestellt sind, werden von der Hauptstromquelle 1 geliefert, und einer der Detektoren wird über eine Phasenschiebervorrichtung 33 betrieben, welche eine Phasenverschiebung um 90° herbeiführt, so daß die Detektoren auf gleichphasige bzw. Quer-Komponenten ansprechen. Die Schalter dieser Detektoren sind vorzugsweise Feldeffekttransistoren, die von den Steuersignalen geschaltet werden. Das Ausgangssignal eines ^eden dieser Detektoren ist ein Signal, dessen Amplitude und Polarität den Eingang am Detektor 9 der gleiohphasigen und Quer-Komponenten des Abgleichssignals bilden. Diese zwei Signale werden zur Änderung der Dämpfungselemente 21 und 22, 23 und 24 verwendet, die die Amplitude und die Richtung des zwischen dem Generator 1 und den Ausgangsanschlüssen 7 übertragenen Signals steuern. Die Elemente 21, 22, 23 und 24 sind Feldeffekttransistoren, die den Vorteil haben, daß sie bei Anliegen eines Gleichstromsignals an

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ihre Gateelektroden als veränderliche Widerstände verwendet werden können. Es können verschiedene Arten von Dämpfungsvorrichtungen Verwendung finden, wie photoelektrische Zellen, die auf Lichtänderungen ansprechen, magnetisch gesteuerte Widerstandselemente, deren Widerstand sich mit einem angelegten magnetischen PeId ändert, die Permeabilität ändernde Stoffe, deren Impedanz sich bei Inlegen eines Gleichstroms ändert, !Thermistoren, deren Widerstand sich bei Erwärmung ändert, usw.. Diese Ausführungen von Dämpfungselementen haben die Eigenschaft gemeinsam, daß sie das von einem Schaltungsteil zu einem anderen übertragene Signal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines phasenempfindlichen Detektors oder Gleichrichters ändern. Widerstände 17 und 16 sind mit den Transistoren 21 und 22 in Beihe geschaltet und dienen als Potentiometer, deren Ausgangssignale gegenphasig sind, addiert werden und an einen Verstärker 19 angelegt wenden, der die Summensignale um 90° phasenverschiebt und sie an einen weiteren Verstärker 20 anlegt. In ähnlicher Weise sind die Widerstände 15 und 14- mit den Transistoren 23 und 2Pt in fieihe geschaltet, dienen als Potentiometer für die gleichphasigen Signale, wobei die Summe dieser Signale an den Verstärker "20 gegeben wird. Die zusammengesetzten gleichphasigen-und Quer-Eomponenten werden daraufhin über die Anschlüsse 7 und das Potentiometer 6 (Fig. 2) erneut der Schaltung zugeführt, und zwar in solcher

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Sichtung, daß eine Gegenkoppiungssehleife bzw, negative Rückkopplungen clxleife entsteht. Die sich daraus ergebende Signalantwort kann wie bei anderen Servosystemen eingestellt werden, wobei die Schleifenverstärkung im vorliegenden Fall, wenn erwünscht, sehr hoch sein kann, so daß nur ein sehr geringer Fehler am Detektor eingang 27 (Detektor 9 in Fig. 2) entsteht.

Die oben als Wechselstrom-Regelsystem beschriebene Anordnung kann auch als Gleichstromregler arbeiten, indem die Übertrager fortgelassen werden und entsprechende geeignete Gleichstromelemente Verwendung finden. Der phasenempfindliche Detektor kann dabei entfallen, jedoch sind die Zeitkonstant en -Glieder 5I und 32 im Ausgangskrais des phasenempfindlichen Detektors 30 erforderlich, um die Signalantwort der Schleife zu steuern. In der praktischen Ausführung werden kompliziertere Elemente als die hier gezeigten RC-Filter sowohl im Falle eines Wechselstrom- als auch eines Gleichstromreglers Verwendung finden.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 mit der in Fig. 3 gezeigten Abwandlung arbeitet als halbautomatisches System, da sich die Generatoren 1 und 7 ständig ausgleichen, so daß kein Strom in den Spannungsleitungen 5 und 5a fließt. Diese Leitungen können daher relativ große Widerstände haben* : ohne dadurch zu Meßfehlern Anlaß zu geben. Die Detektoren

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ή- und 4a können nun manuell abgeglichen werden; vorzugsweise werden sie zur Betätigung eines Steuersystems verwendet, das die Abgriffe n1 und n2 verstellt, bis der Abgleich erreicht ist. In diesem Falle gibt es drei automatische Abgleicheschaltungen in der Brücke, von denen die eine kontinuierlich arbeitet und die anderen zwei so ausgebildet sind, daß -sie ein Signal in digitaler Form liefern, so daß n1 und n2 genau ermittelt werden können.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 macht von denselben grundsätzlichen Maßnahmen Gebrauch, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben worden sind, wobei allerdings der Strom an die zwei Widerstände 2 und 3 über getrennte Generatoren 38 bzw. 39 zugeführt wird. Der von dem Generator 39 gelieferte Strom wird vom Generator 38 abgeleitet und ist mittels der Detektoranordnung 37 und der Steueranordnung 8 so gesteuert, daß die in den zwei Widerständen fließenden Ströme entweder gleich sind oder in einem geeigneten Verhältnis zueinander stehen. Wenn die bei 37 ermittelten, durch die zwei Widerstände fließenden Ströme auf diese Weise abgeglichen sind, ist das Verhältnis der über die Widerstände 2 und 3 abfallenden Spannungen ein Haß des Verhältnisses ihrer Impedanzen. Dieses Verhältnis wird mittels eines parallel zu den Enden der Widerstände 2 und 3 geschalteten Spannungs-

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tellers 6 gemessen, wobei der De-tektor 4- einen Potentiometerabgriff mit der Verbindung der Widerstände 2 und 3 verbindet. Der Abgriff am Spannungsteiler 6 liefert einen genauen digitalen Abgleich. Gegebenenfalls kann ein dritter Detektor vorgesehen sein, der verhindert, daß der Spannungsteiler 6 über die Spannungsleitungen Strom zieht, wie in Verbindung mit der Fig. 2 beschrieben worden ist. Dieser dritte Detektor kann als zweiter kontinuierlicher Festkörper-Servo, wie er im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden ist, ausgebildet sein. In diesem fall ist nur eine genaue digitale Verhältnismessung erforderlich.

In Fig. 5 ist die Ausbildung der Schaltung angegeben, die die Schaltung gemäß Fig. 4 annimmt, wenn Wechselstromquellen bzw. -generatoren verwendet werden. Die Generatoren 38 und 39 sind über Transformatoren bzw. Übertrager an die Schaltung angeschaltet, und die Rückkopplungsleitungen von den Widerständen 2 und 3 sind über zwei Wicklungen 4-3 bzw. 44- eines Transformators 4-2 in der Weise geführt, daß die Ströme durch diese Wicklungen entgegengerichtet und proportional zu deren entsprechenden Windungen sind. Die Magnetisierung im/Übertrager- bzw. Transformatorkern wird zu Null, und die in der Sekundärwicklung 45 induzierte Spannung wird Null, wenn die Ströme gleich sind, so daß der der Steueranordnung 8

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unter diesen Umständen zugeführte Strom ebenfalls Hull ist. Der bei der gezeigten Anordnung verwendete Transformator kann verschiedene Ausführungsformen haben. So kann beispielsweise ein Poppeltransformator mit Innen- und Außenkern, von denen der eine von dem anderen umschlossen ist, Verwendung finden. Jeder Kern hat seine eigene Wicklung,und die zwischen ihnen bestehende Kopplung kann enger sein als mit den üblichen Einfachtransformatoren. In diesem-Fall kann bei Verwendung des zuletzt genannten Transformators als Element 42 eine höhere Genauigkeit erzielt werden.

In Pig. 6 ist die Anordnung gemäß Pig. 4 unter Verwendung von Gleichstromgeneratoren bzw, -Spannungsquellen gezeigt. Hierbei ist die Vergleicheranordnung 37 gemäß Pig. 4 aus einem Transformator bzw. Übertrager und einer Kapazität 36 gebildet und kenn zwischen zwei Schaltanordnungen umgeschaltet werden, nämlich einmal parallel zum Widerstand 2 und zum anderen parallel zum Widerstand 3» so daß bei Umschalten des Schalters von der einen in die andere Stellung die Spanmmgsänderung Null ist und damit ein Full-Signal in der Sekundärwicklung des Transformators erscheint, wenn der Strom in den Widerständen in der richtigen Sichtung und proportional zu deren Leitwerten ist· Eine ähnliche Schaltung kann Verwendung finden, um die Spannungen am Widerstand 49 und sm Poteatioeeterabeclmitt

bis zum Abgriff 50 des Potentiometers 51 zu vergleichen. Wenn der durch die zwei Generatoren erzeugte Strom so eingestellt wird, daß die Spannungen an 2 und 3 gleich sind, so kann das Widerstandsverhältnis von 2 zu 3 durch Vergleich des Widerstandswerts des Widerstands 4-9 mit dem Wert des Abschnitts des Potentiometers 51 bis zum Abgriff 50 berechnet werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 ist ähnlich derjenigen nach Fig. 5 aufgebaut, wobei jedoch bei der Anordnung gemäß Fig. 7 der Stromfluß in den zwei Widerständen entgegengesetzt gerichtet ist, und wobei der Detektor 4- dazu verwendet wird, den Generator 39 zu verstellen, bis die Spannungen an den zwei Widerständen 2 und 3 gleich sind. Auch bei dieser Anordnung kann die Verstellung oder Einstellung der relativen Ströme der Generatoren $8 und 39 gemäß den obigen Erläuterungen durch einen Servomechanismus erfolgen. Die in den zwei Elementen 2 und 3 fließenden Ströme sind nun proportional zu deren Impedanzwerten,

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da die Spannungsabfälle über die Widerstände 2 und 3

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gleich sind. Der Transformator 57 ist mit zwei Primär-

wicklungen ausgestattet, von denen jeweils eine in einem Kreis mit einer der Impedanzen 2 und 3 eingeschleift ist. Mit dem Transformator 57 wird das Verhältnis dieser Ströme /beetiaat, indem da» Verhältnis der ¥iödu»gsaahl der Primärwicklungen 60 und 61 geändert wird, bis ä*s Signal

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in der Sekundärwicklung 54· Null ist. Auch dieser Transformator ist als Doppelkern-Transformator ausgebildet, und die Einstellung des Transformators erfolgt durch eine automatische Vorrichtung, bei der ein Fehler am Detektor 62 eine digitale Steuereinrichtung betätigt, die die Zahl der Windungen in der Wicklung 61 verstellt, bis der Abgleich wieder hergestellt ist. Die Windungszahl der Wicklung 61 kann nun zahlenmäßig angezeigt werden und ergibt sich als Maß für das Verhältnis der Widerstände 2 und 3.

In der zu Erläuterungszwecken gezeigten Anordnung gemäß Fig. 8 speist ein Generator 1 über einen Transformator 64 Strom in die Widerstände 2 und 3 ein. Die Spannungen über diesen Widerständen werden durch die in Wicklungen 69 und 70, die miteinander gekoppelt und jeweils einem der Widerstände 2 bzw. 3 parallelgeschaltet sind, induzierten Spannungen einander entgegengerichtet. Der Abgleich wird mittels Detektoren 4· und 4-a erreicht, die jeweils mit den Elementen 2 bzw. 3 und den ihnen zugeordneten Wicklungen 69 und 70 in Reihe liegen. Das Verhältnis einer Wicklung zur anderen, d.h. das Verhältnis der Windungszahlen von 69 und 70, ist gleich dem Verhältnis der Spannungen und daher gleich dem Verhältnis der Widerstandswerte der Elemente 2 und 3*

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Die neue Schaltungsanordnung, wie 'sie Fig. 9 der Zeichnung zeigt, ist eine Verbesserung der Schaltung gemäß Fig. 8, und zwar dadurch, daß ein zweiter Generator 7 zusätzlich an die Wicklungen 69 und 70 angekoppelt ist, der zur Verminderung der durch die Spannungsleitungen gezogenen Ströme dient. Auch hier kann das Verhältnis der Signalamplituden der Generatoren 1 und 7 mit Hand oder vorzugsweise, wie in der Figur gezeigt ist, durch eine automatische Vorrichtung eingestellt werden, wobei die automatische Vorrichtung gemäß derjenigen nach Fig. aufgebaut sein kann und arbeitet.

Die in Fig. 9 gezeigte Anordnung kann dadurch verbessert werden, daß der mit den Wicklungen 69 und 70 ausgestattete Transformator als Doppelkern-Transformator ausgebildet ist und einen einen Innentorus umpschließenden Außentorus aufweist, wobei die mit dem Generator 7 verbundene Wicklung 74 auf den Innenkern und die Wicklungen 69 und 70 auf den Außenkern gewickelt sind. Dies ist eine bevorzugte Form dieser Schaltungsanordnung, da die Wicklungen 69 und 70 hierbei in bestmöglichem Verhältnis zueinander stehen, wenn sie stromlos sind.

flg. 10 zeigt die bereite im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebene Schaltung im Detail. Hierbei kann entweder der Generator 1 oder der Generator 7 »1« Hauptgenerator

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verwendet werden, wobei der jeweils andere über einen Hegler 8 als Hilfsgenerator dient. In der Zeichnung ist hier der Generator 1 der Haupt- und der Generator 7 der Neben- oder Hilfsgenerator. Der Hegler 8 ist vorzugsweise gemäß dem bereits im Zusammenhang mit Pig. 3 beschriebenen Regler aufgebaut. Der Detektor 4 steuert die Betätigung des Reglers 8 in der Weise, daß kein Strom in der Wicklung 69 fließt und die Spannung des eingeschleiften Teils von 69 gleich derjenigen am Widerstand 2 ist. Die Wicklungen 84, 85 und 86, welche die Wicklung 70 bilden, sind Gruppen von 10 χ 100, 10 χ 10 bzw. 10 χ Windungen, obwohl gegebenenfalls auch mehr als 10 Gruppen oder die Binärverhältnisse 1, 2, 4-, 8, 16 usw. oder binärkodierte Dezimalstellen verwendet werden können. Die gewählte Folge kann so sein, daß sie für den besonderen Zweck des Geräts geeignet ist. Um zur Erzielung einer noch besseren Auflösung die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung noch weiter zu unterteilen, ist eine weitere Wicklung 87 vorgesehen, die mit einem getrennten Transformator 93 verbunden ist. So kann die Wicklung 87 beispielsweise eine Windung auf dem Außenkern des Doppeltransformators 73 sein, wobei der Transformator 93 100 Windungen mit Abgriff en in Abständen von «jeweils zehn Windungen haben kann. Transformatoren 88 und 89 sind in Tandemschaltung über die Abgriffe des Transformators 93 geschaltet; sie sind 10 : 1 Transformatoren, die in

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solcher Weise angeordnet sind, daß sie die von der Wicklung 8? gelieferte Spannung mit einer weiteren Auflösung von 1 : 1000 unterteilen. Auf diese Weise kann die zum Abgleich der Widerstandsspannung dienende Spannung der Wicklungen 84, 85, 86, 87 etc. mit einer Auflösung von

I : 106 eingestellt werden. Diese Auflösung könnte gegebenenfalls auf 1 : 108 oder.1 : 109 durch Verwendung von Kelvin-Varley-Teilern zwischen den Wicklungen 93 und 88, 89 in bekannter Weise vergrößert werden.

Unter gewissen Umständen könnte der ?all eintreten, daß der in der Wicklung 87 zur Erregung der Transformatoren 93, 88 und 89 fließende Strom zu groß ist und dadurch zu Ungenauigkeiten führt. Die am Transformator 73 gemäß Fig.

II getroffene Abwandlung dient zur Verringerung dieses Mßstandes. Die nicht gezeigten Teile entsprechen denjenigen gemäß Pig. 10. Ein zweiter Doppeltransformator 99 ist als Hebentransformator einem ersten Transformator 73 augeordnet, indem die Spannungen in den zwei Sekundärwicklungen, von denen jeweils eine auf jeden Außenkern gewickelt ist, miteinander verglichen werden. Diese zwei Sekundärwicklungen 100 und 101 werden mittels eines Detektors 4b verglichen, welcher die zur Steuerung der den Transformator 99 beaufschlagenden Spannungsquelle 7a verwendete Vorrichtung 8a steuert.

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.ORIGINAL INSPECTED

Das Verhältnis der zwei Wicklungen 100 und 101 kann so gewählt sein, daß die Wicklung 102 auf dem !Transformator 99 zum Interpolieren zwischen den Abgriffen auf der Wicklung 84 verwendet werden kann. Wenn beispielsweise die Wicklung 100 eine Windung und die Wicklung 1000 Windungen hat und die Spannungen symmetriert werden, so entsprechen die 1000 Windungen auf der Wicklung 102 der einen Windung auf der Wicklung 84, und eine genaue Auflösung von 1 : 106 wird erzielt. Wenn eine Auflösung von 1 : 109 erforderlich ist, findet entweder eine zweite Schaltung Verwendung, oder es wird eine ähnliche Schaltung wie diejenige gemäß Fig. 10 mit Kelvin-Varley-Teilern verwendet, da die möglichen Fehler nunmehr von geringerer Bedeutung sind.

Ein weiteres Merkmal gemäß der Ausführung nach Fig. 10 liegt darin, daß die Wicklung 69 derart mit Abgriffen versehen ist, daß die Spannung am Widerstand 3 geringer als 1/10 derjenigen am Widerstand 2 ist, daß die Windungen der Wicklung 69 um den Faktor 10 verringert werden können, so daß die Auflösung der anderen Wicklungegruppe wiedergewonnen werden kann. Diese Maßnahme hat die Wirkung, den Dezimalpunkt verschieben zu können, wodurch e· möglich iet, daß die Widerstände 2 und 3 verglichen werden, eelbst wenn sie um einen Yaktor von oder mehr bei voller Auflösung der Wicklungen 84,

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- 20 - ' 85> 86 etc. abweichen.

Eine weitere Anwendung für die veränderliche Wicklung 69 liegt darin, daß sie mit dem Widerstandswert des Widerstands 2 in Übereinstimmung gebracht werden kann, so daß dann, wenn beispielsweise 2 ein Bezugselement von einem nicht ganzzahligen Wert ist, ein Trimmen der Windungszahl der Wicklung 69 die Bedeutung hat, daß der Wert von 3 durch direkte Ablesung an der Wicklungszahl der anderen Wicklung als tatsächlicher Ist-Wert angesehen werden kann, ohne einen Korrekturfaktor zu benutzen.

Es kann der Fall eintreten, daß anstelle konstanter Spannungen über den Elementen 2 und 3 oder konstanten Stroms durch diese Elemente, wie es mit der Anordnung nach Fig. 11 bei Verwendung von 1 oder 7 als Hauptgenerator erreichbar ist, eine andere Kombination, z.B. konstante Verlustleistung in einem der Elemente zweckmäßiger ist. In diesem Fall wird der Strom durch den Widerstand durch eine geeignete Vorrichtung gemessen und die Spannung am Widerstand gesteuert. Wenn beispielsweise in Fig. 10 das Element 2 der Bezugswiderstand und das Element 3 cLer veränderliche Widerstand ist, so ist die Leistung im veränderlichen Widerstand bei konstantem Produkt der zwei Spannungen konstant. In alternativer Ausgestaltung kann die Spannung am veränderlichen Widerstand überwacht und mit

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einer von derselben Spannungsquelle abgeleiteten konstanten Spannung verglichen werden. Eine Steuerschaltung kann vorgesehen sein, die eine quadratische Beziehung zwischen den zwei Werten erfordert. Das Ausgangssignal des Hauptgenerators, in diesem Fall des Elements 7» wird geändert, bis die Beziehung erreicht ist. Auf diese Weise ändert sich die Spannung am Widerstand 3 als Quadrat des Widerstandswerts, so daß die Verlustleistung in diesem Element konstant bleibt.

Die Anordnung gemäß Fig. 12, welche auf diejenige gemäß Pig. 2 abgestellt ist, ist eine Brückenschaltung zum Vergleichen der Impedanz von zwei Elementen 2 und 3· Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist der Generator 1 mit dem Element 2, einem Generator 7 und dem Element 3 in Heihe geschaltet. Der Spannungsteiler 6 liegt parallel zu dem Generator 1. Ein Detektor 4· ist zwischen dem Verbindungspunkt des Generators 7 mit dem Element 2 und einem Abgriff n1 am Spannungsteiler 6 eingeschaltet, und ein Detektor 4a liegt zwischen dem Verbindungspunkt des Generators 7 mit dem Element 3 und einem Abgriff n2 am Spannungsteiler 6. Die Generatorspannung des Generators 7 ist vom Generator 1 über einen Regler 8 abgeleitet und so eingestellt, daß sie zusammen mit dem Spannungsabfall über das Element 2 einen richtigen Wert für das am Spannungsteiler 6 eingestellte Verhältnis n2 darstellt. Wenn dies nicht der Fall ist, ver-

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stellt der Detektor 4a den Regler 8 derart, daß die Spannung am Generator 7 steigt oder fällt, bis.4a spannungslos ist. Mittels des Detektors 4 wird daraufhin der Ab* griff n1 so eingestellt, daß die Spannung am Detektor 4 Null ist. In diesem Zustand stellt das Verhältnis n2 zu n1 das Verhältnis der Elemente 3 und 2 dar und kann direkt abgelesen werden.

Die in Fig. 13 dargestellte Anordnung ist eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 5_r wobei das Verhältnis der Spannungsabfälle an den Elementen 2 und 3 mittels eines Spannungsteilers 115 hoher Impedanz und eines Detektors 4 ermittelt wird. Der Abgriff am Spannungsteiler 115 wird solange verstellt, bis der Detektor 4 spannungslos ist, wobei die Einstellung des Abgriffs das Verhältnis der Elemente 2 zu 3 angibt. Der Spannungsteiler 115 kann so ausgebildet sein, daß er nur verna.chlässigbar geringen Strom über die Spannungsleitungen vom Element 3 zieht, indem er von sehr hoher Impedanz ist oder indem von der zuvor beschriebenen Rückkopplungsmethode Gebrauch gemacht wird.

Die in Fig. 14 gezeigte Anordnung ist eine Abwandlung derjenigen gemäß Fig. 9 und findet Verwendung, wenn die Speisespannungen Gleichspannungen sind* Eine Gleichspannungsquelle 1 speist Strom in die in Reihe liegenden EIe-

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mente 2 und 3 ein. Der Transformator 73 ist ein Präzisionstransformator, z.B. ein Doppeltransformator, bei dem die Wicklung 74- die innere Wicklung und die Wicklungen 69 und 70 die Außenkernwicklungen sind. Der Detektor 4-dient zur Einstellung der Erregung der inneren Wicklung 74 über den Regler 8, und ein Detektor 4-a wird zur Einstellung des Abgriffs an der Wicklung 70 verwendet. Die Schwing- oder ZerhackerSchalter 121, 122, 123 werden synchron bei einer geeigneten Frequenz betrieben, so daß das am Transformator 73 anliegende Signal tatsächlich ein Wechselstromsignal ist, das mit den Signalen an den Widerständen 2 und 3 verglichen wird. Die Kontakte sind also Modulatoren, die die Gleichspannung in ein Wechselspannungssignal umformen.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung die zu vergleichenden Impedanzen als Ohm'sche Widerstände behandelt worden sind, ist ohne weiteres verständlich, daß dieselben Grundsätze auch für Impedanzen, wie Kapazitäten oder Induktivitäten Verwendung finden können, auf die die Erfindung in gleicher Weise vorteilhaft Anwendung finden kann.

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Claims (12)

Patentansprüche = s s ss s: 3 := s cc ss sz sz at a

1. Schaltungsanordnung zum Messen des Verhältnisses zwischen dem Wert einer ersten elektrischen Impedanz und dem einer zweiten Impedanz, mit einem in wenigstens eine der Impedanzen Strom einspeisenden ersten Generator, einem Bezugspotentiometer, einer ersten Detektorvorrichtung, durch welche Abgriffe an dem Potentiometer derart einstellbar sind, daß das Spannungsverhältnis an zwei Potentiometerabschnitten in einer vorgegebenen Beziehung zum Verhältnis der Spannungen an bzw. der Ströme in den zwei Impedanzen steht, gekennzeichnet durch einen zweiten Detektor zum Bestimmen des in einer eine der impedanzen mit dem Potentiometer verbindenden Leitung fließenden Stroms; und durch einen von dem zweiten Detektor gesteuerten, mit wenigstens einer der Impedanzen verbundenen zweiten Generator, der die Ströme oder die Spannungen in oder an den Impedanzen in einem vorgegebenen Verhältnis hält.

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Generator Strom in die zwei Impedanzen einspeist, die in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Generator (7) Strom in das Potentiometer (6) einspeist; daß der zweite Detektor (9) in einen Leitungszweig zwischen dem Verbindungspunkt (10) des ersten Generators (1) mit der ersten Impedanz (3) und einem Potentiometeranschluß (11) eingeschaltet ist; daß ferner eine Verbindungsleitung zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Generators mit der zweiten Impedanz und einem anderen Potentiometeranschluß vorgesehen ist; daß die erste Detektorvorrichtung (4-) als Stromdetektor in einen eine Verbindung zwischen den beiden Impedanzen (2, 3) mit einem veränderlichen Abgriff (n1) am Potentiometer (6) verbundenen Leitungszweig eingeschaltet ist; und daß eine Steuervorrichtung (8) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal eines der Generatoren verstellt, bis der zweite Detektor stromlos ist (Pig. 2, 3)·

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Detektorvorrichtung (4-) an die Verbindungsstelle der Leitungsverbindung (Z) der beiden Impedanzen und des Anschlusses der einen Impedanz (2) angeschaltet ist; und daß ein dritter Detektor (4a) in einen Leitungszweig von der Verbindungsstelle der Leitungsverbindung (Z) und dem Anschluß der anderen Impedanz

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(3) zu einem anderen veränderlichen Abgriff (n2) am Potentiometer (6) eingeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Generator (7) durch den ersten Generator (1) unter Einschaltung einer zusätzlichen Dämpfungsanordnung (8) gebildet ist; und daß eine die Dämpfungsanordnung nach Maßgabe des Ausgangssignals des zweiten Detektors (9) steuernde Servovorrichtung vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4-, wobei ein erster Generator die erste Impedanz speist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Generator (39) die zweite Impedanz (3) speist; daß eine Leitungsverbindung zwischen jeweils einem Anschluß der beiden Impedanzen (2, 3) besteht; daß ferner das Potentiometer (6) zu den über die Leitungsverbindung in Reihe geschalteten Impedanzen parallel geschaltet ist; daß der erste Detektor (4) in einen die Leitungsverbindung mit einem veränderlichen Abgriff am Potentiometer verbindenden Leitungszweig eingeschaltet ist; daß ein zweiter Detektor (37) vorgesehen ist, der ein vorgegebenes Verhältnis der den Impedanzanschlüssen zugeführten Ströme angibt; und daß eine durch den zweiten Detektor gesteuerte Vorrichtung (8) zum Steuern der Ausgangssignale der zwei Generatoren vorgesehen ist ⁴·⁵⁾· 909826/1170

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6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (37) einen Transformator (42) mit zwei von den Strömen der zugehörigen Impedanzkreise durchflossene Wicklungen (4-3, 44) und mit einer den Ausgang des Detektors bildenden Sekundärwicklung (45) aufweist, wobei die Generatoren (38, 39) Wechselstrom einspeisen (Fig. 5)·

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Gleichstromgenerator (38) über einen Widerstand (49) in die erste Impedanz (2) Strom einspeist; daß ein zweiter Gleichstromgenerator (39) über ein Potentiometer (5I) in die zweite Impedanz Strom einspeist; daß der erste Detektor (4) in einen die Verbindungsstelle zwischen dem ersten Generator und dem Widerstand mit einem Potentiometerabgriff (50) verbindenden Leitungszweig eingeschaltet ist; daß ferner ein Schwing- bzw. Zerhackerschalter vorgesehen ist, welcher die Spannungen an der ersten Impedanz (2) und an der zweiten Impedanz (3) abwechselnd ah eine Kapazität (36) legt; daß der zweite Detektor (37) die Spannungsänderung am Kondensator (36) bestimmt; und daß eine durch den zwei ten Detektor gesteuerte Vorrichtung (8) zum Steuern der relativen Ausgangssignale der zwei Generatoren vorgesehen ist (Hg. 6).

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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Wechselstromgenerator (38) Strom über die erste Primärwicklung (60) eines Transformators (57) in die erste Impedanz (2) einspeist; daß ein zweiter Wechselstromgenerator (39) Strom über eine zweite Primärwicklung (61) des Transformators (57) in die zweite Impedanz (3) einspeist, wobei die erste Primärwicklung (60) mit einer Vorrichtung zur Änderung der Windungszahl ausgestattet ist; daß ein erster Detektor (62) an die Sekundärwicklung (54) des Transformators angeschaltet ist; daß ferner eine Vorrichtung zur Steuerung der Windungszahl der ersten Primärwicklung nach Maßgabe des Ausgangssignals des ersten Detektors vorgesehen ist; daß ein zweiter Detektor (4) zum Vergleichen der über den Impedanzen (2 und 3) liegenden Spannungen und eine von dem zweiten Detektor gesteuerte Vorrichtung zum Steuern der relativen Ausgangssignale der zwei Generatoren vorgesehen ist (Fig. 7).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Wechselstromgenerator (64) zum Einspeisen von Strom in die zwei in Reihe geschalteten Impedanzen (2, 3) vorgesehen ist; daß ein erster Detektor (4a) mit einer parallel zu der einen Impedanz (3) geschalteten ersten Primärwicklung (70) eines Transformators (73) in· Reihe geschaltet ist; daß ein zweiter Detektor (4) mit einer parallel zu der anderen Impedanz (2)

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geschalteten zweiten Primärwicklung (69) des Transformators in Eeihe geschaltet ist, wobei die Windungszahl der ersten Transformator-Primärwicklung (70) veränderlich ist; daß ferner ein mit der Sekundärwicklung (74) des ersten Generators (64) verbundener zweiter Wechselstromgenerator (7) und eine von dem zweiten Detektor (4) gesteuerte, zum Einstellen der relativen Ausgangssignale der "beiden Generatoren dienende Vorrichtung vorgesehen sind (Fig. 9, 10).

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Generator (1) zwischen zwei Anschlüsse der beiden Impedanzen (2, 3) eingeschaltet ist; daß ein zweiter Generator (7) zwischen die anderen beiden Anschlüsse der beiden Impedanzen eingeschaltet ist; daß ein Potentiometer (6) zum ersten Generator (1) parallel geschaltet ist; daß ferner ein erster Detektor (4) in einen Leitungszweig zwischen einer Ausgangsklemme des zweiten Generators (7) und einem ersten veränderlichen Abgriff (n1) am Potentiometer (6) eingeschaltet ist, daß ein zweiter Detektor (4a) zwischen der anderen Ausgangsklemme des zweiten Generators und einem zweiten veränderlichen Abgriff eingeschaltet ist; und daß die relativen Ausgangssignale der zwei Generatoren mittels einer von dem zweiten Detektor (4a) gesteuerten Vorrichtung gesteuert sind (Fig. 12).

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Wechselstromgenerator (38) zum Einspeisen von Strom über die erste Primärwicklung (43) eines Transformators (42) in die erste Impedanz (2) und ein zweiter Wechselstromgenerator zum Einspeisen von Strom über die zweite Primärwicklung (44) des Transformators in die zweite Impedanz (3) vorgesehen ist} daß die Impedanzen (2, 3) über jeweils einen Anschluß miteinander verbunden sind; daß ein Potentiometer (115) zur zweiten Impedanz (3) parallel geschaltet ist; daß ferner ein erster Detektor (4) in einen Leitungszweig zwischen dem anderen Anschluß der ersten Impedanz (2) und einem veränderlichen Abgriff am Potentiometer (115) eingeschaltet ist; daß ein zweiter Detektor (37) an die Sekundärwicklung (45) angeschlossen ist; und daß die relativen Ausgangssignale der zwei Generatoren mittels einer vom Ausgangssignal des zweiten Detektors gesteuerten Vorrichtung eingestellt bzw. gesteuert sind (Fig. 13).

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Gleichstromgenerator (1) zum Einspeisen von Strom in die beiden miteinander in Reihe geschalteten Impedanzen (2, 3) vorgesehen ist; daß an den beiden Anschlußklemmen der ersten Impedanz (3) ein erster Schwing- bzw. Zerhackerschalter (122) zum Umwandeln d^r an der Impedanz liegenden Gleichspannung in

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eine Wechselspannung angeschaltet ist; daß ferner ein erster Detektor (4a) mit einer ersten Primärwicklung (70) eines Transformators (73) in Heine liegt; daß an den "beiden Anschlußklemmen der zweiten Impedanz (2) ein ' zweiter Schwing- bzw. Zerhackerschalter (121) zum Umwandeln der über der zweiten Impedanz liegenden Gleichspannung in eine Wechselspannung angeschaltet ist; und daß ferner ein zweiter Detektor (4) mit einer zweiten Primärwicklung (69) des Transformators in Reihe liegt, wobei die Windungszahl der ersten Primärwicklung veränderlich ist und der Generator über einen sein Ausgangssignal in ein Wechselstromsignal umwandelnden Schwing- bzw. Zerhacker schalt er (123) und· eine von dem zweiten Detektor (4) gesteuerte Dämpfungsvorrichtung (8) an die Sekundärwicklung (74) des Transformators angeschaltet ist (Fig. 14).

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