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Widerstand/Strom-Meßumformer Die Erfindung betrifft einen Widerstand/Strom-Meßumformer,
bestehend aus einen die Prozeßgröße überwachenden Widerstandsferngeber oder Widerstand
und einem von diesem gesteuerten Gleichstromverstärker, sowie einer von der Impedanz
des Gleichstromverstärkers abhängigen, die Meßgröße anzeigenden Last, die in die
eine Zuleitung von der Stromquelle zum Meßumformer eingeschaltet ist. Es sind jedoch
auch andere von Prozessen gesteuerte Widerstände möglich. Meßumformer und Meßanordnungen
nach der Erfindung werden insbesondere dann mit Vorteil gegenüber bekannten Meßumformern
dieser Art eingesetzt, wenn am Meßort kein Speisestrom zur Verfügung steht, und
wenn zur Übertragung von Meßstrom und Speisestrom nur ein Aderpaar oder auch eine
Ader genügen muß.
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Dabei kann die Anordnung des Meßumformers so gewählt werden, daß entweder
die Summe von Meßstrom und Speisestrom die Meßinstrumente durchfließt, wobei sich
z.B. ein Strombereich von 4...20 mA (lebender Nullpunkt oder Live-Zero) erzielen
läßt, oder daß nur der eigentliche Meßstrom - z.B. O...2O mA - die Meßinstrumente
durchfließt.
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Aus der DAS 1 805 918 geht ein Widerstand/Strom-Meßumformer hervor,
bei dem die Meßinstrumente in eine von zwei Verbindungsleitungen zwischen dem Meßumformer
und der Speisestromquelle eingeschaltet sind. Als Geber für diesen Meßumformer dient
ein Widerstandsthermometer, insbesondere ein Platinwiderstandsthermometer. Dieses
Widerstandsthermometer ist mit drei weiteren Widerständen zusammen in eine Brücke
geschaltet und an eine im Meßumformer erzeugte, konstante Spannung gelegt. Bei diesem
Meßumformer kann z.B. der Strombereich 4.. .20 mA normalerweise nicht erreicht werden,
weil die Summe der festen Ströme in den Brückenzweigen und in der spannungsstabilisierenden
Diode größer ist als 4 mA.
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Ferner ist diese Anordnung nicht zur Speisung eines Widerstandsferngebers
geeignet; es würden sich vielmehr die bekannten Nachteile- der Verfälschung der
Messung infolge des Übergangswiderstandes zwischen Schleifer und Wicklung ergeben.
Es ist bei dem Meßumformer nach der DAS 1 805 918 auch nicht möglich, für irgendeine
TemperaturbezugsgröBe den Meßstrom Null zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eben erwähnten Nachteile
zu vermeiden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß einem Gleichstromverstärker
eine aus einem Konstantstrom-Zweipol und einem Widerstand bestehende Reihenschaltung
parallelgeschaltet ist.
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Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Anordnung nach der Erfindung. Aus der
Gleichstromquelle (4) wird einem Konstantstrom-Zweipol (1) der Strom (J1) und einem
Gleichstromverstärker (2) der Strom. (J2) gemeinsam (J1 + J2) über das Meßinstrument
(5a) oder (5b) und die Verbindungsleitungen (a) und (b) zugeführt. Der Konstantstrom-Zweipol
(1) arbeitet als gesteuerte Impedanz in der Weise, daß der ihn durchfließende Strom
(J1) unabhängig von der Spannung an seinen Klemmen - innerhalb der zulässigen Extremwerte
- stets von gleicher Größe ist, und dient zur Speisung des durch die Prozeßgröße
veränderbaren Widerstandes (3a). (3a) kann z.B. der veränderbare Zweig 12-11 eines
Widerstandsferngebers sein. Über (3a) baut sich eine Spannung auf von der Größe
J1.R(3a) (gegen (0)). Diese Spannung wird über den Widerstand (3b) als Steuerspannung
an die Eingangsklemme (E) des Gleichstromverstärkers (2) gelegt. (2) arbeitet als
unsymmetrischer Kompensationsverstärker mit direkt gekoppelten Verstärkerstufen,
und wirkt ebenfalls als gesteuerte Impedanz, die, unabhängig von der zwischen (A)
und (0) herrschenden Spannung - innerhalb der zulässigen Extremwerte - einen nur
von der Spannung an (E) gegen (0) abhängigen, dieser Spannung (= J1.R(3a)) proportionalen
Strom (J2) durchläßt. Über die Instrumente (5a) und (5b) und die Verbindungsleitungen
(a) und (b) fließt demnach der Strom (J1 + J2), der die Summe aus dem konstanten
Anteil (J1) und dem der Prozeßgröße bzw. (3a) proportionalen Strom (J2) ist.
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Bei entsprechender Dimensionierung kann z.B. der Strom (J1) zu 4 mA
und der Strombereich (J2) für den Widerstandsbereich (3a) zu 0.. .16 mA gewählt
werden, so daß der Gesamtstrombereich (J1 + J2) 4...20 mA beträgt. Es ergibt sich
die bekannte Anzeige mit "lebendem Nullpunkt".
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In vielen Fällen muß jedoch der Strom (J2) allein gemessen werden,
z.B. wenn er über einen Gleichstromzähler integriert werden soll.
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Das ist mit der prinzipiellen erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig.
2 möglich. Hierbei wird aus der Gleichstromquelle (4) über einen Konstantstrom-Zweipol
(6) ein Strom von gleicher Größe wie der von dem Konstantstrom-Zweipol (1) benötigte
Strom (J1) über die Verbindungsleitung (a) in (1) eingespeist. Der Gleichstromverstärker
(2) bezieht seinen Strom (J2) über die Reihenschaltung: Zenerdiode (8) - Instrument
(7b) - Gleichstromzähler (7a) ebenfalls über die Verbindungsleitung (a). Die Summe
der beiden Ströme (J1 + J2) fließt über die Verbindungsleitung (b) zurück in die
Stromquelle (4). Die Zenerdiode (8) dient dazu, eine Potentialdifferenz zwischen
Pluspol der Stromquelle (4) und dem Punkt (y) bzw. (x) zu erzeugen von solcher Größe,
daß das einwandfreie Arbeiten des Konstantstrom-Zweipols (6) stets gewährleistet
ist. Der durch den Widerstand (a) und die Zenerdiode (8) fließende Vorstrom ist
meßtechnisch ohne Einfluß.
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In dem zwischen den Punkten (x) und (y) eingeschlossenen Zweig mit
dem Gleichstromzähler (7a) und dem Instrument (7b) fließt jetzt nur der dem Widerstand
(3a) bzw. der Prozeßgröße proportionale Strom (J2).
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Für Überwachungsaufgaben kann ferner ein weiteres Instrument zwischen
dem Punkt (x) und der Verbindungsleitung (a) angeordnet werden (7c), wo der Summenstrom
(J1 + J2) auftritt. Es ist klar und bedarf keiner eigenen Darstellung, daß Zenerdiode
(8) und Widerstand (9) entfallen können, wenn man den Punkt (y) mit einer entsprechenden
Anzapfung der Stromquelle (4) verbindet.
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Ferner ist es möglich, die Ströme in den Konstantstrom-Zweipolen (1)
und (6) ungleich groß zu machen. Macht man den Strom von (6)kleiner als den von
(1), so erhält man einen Strom (J2) in den Instrumenten (7a) und (7b) schon bei
einem Widerstand (3a) von 0 Ohm.
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Macht man den Strom von (6) größer als den von (1), so erhält man
für einen Widerstand (3a) von 0 Ohm einen negativen Strom (J2) und erst ab einer
bestimmten Größe von (3a) positive Ströme (J2). Anders ausgedrückt kann man den
Strom (J2) zu 0 machen, auch wenn (3a) bereits einen Anfangswert bei der Prozeßgröße
0 hat, oder man kann beliebige Anhebungen und Unterdrückungen von (J2) in Abhängigkeit
von (3a) bzw. der Prozeßgröße vornehmen. Wenn bei unterdrücktem Nullpunkt derauf
den Strom (J2) = 0 bezogene Widerstand (3a) kleinere Werte annehmen kann, so wird
der Strom (J2), bezogen auf-die Instrumente (7a) und (7b), negativ. Sollen nur positive
Ströme (J2) von den Instrumenten angezeigt werden, so können die negativen Ströme
mittels der Diode (7d), die an einer beliebigen Stelle im Strompfad (x)-(y) eingeschaltet
werden kann, von den Instrumenten ferngehalten werden.
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Ein spezielles meßtechnisches Problem liegt vor in der Forderung;
mittels Widerstand/Strom-Meßumformer eine Beziehung zwischen Widerstand (R) und
Strom (Jm) herzustellen von der Form: R C1) Jm = Jm max #1 - # (1) , Rmax d.h. der
die Meßinstrumente durchfließende Strom Jm soll bei kleinen Werten von R groß und
bei großen Werten von R klein sein, und insbesondere soll der Strom Jm beim Widerstand
0 seinen Höchstwert und beim Höchstwert des Widerstandes den Wert 0 annehmen usw.,
womit er dem steuernden Widerstand umgekehrt proportional ist.
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Diese Forderung wird z.B. dann gestellt, wenn die in einen Strom umzusetzende
primäre Meßgröße (M1) nur über eine Hilfsgröße (M2) gemessen werden kann, über die
die Einstellung des Widerstandsferngebers vorgenommen wird. Ist die Beziehung zwischen
erster und zweiter Meßgröße von der Form M1 M2 = M2 max # #n (2) M1 max wobei n
zwischen 0,5 und 1 liegen kann, so ist es durch einfache äußere Beschaltung eines
normalen, linearen Widerstandsferngebers mit Festwiderständen fast immer möglich,
einen sehr genau der Beziehung R M1 = R #1 - # (3) Rmax M1 max folgenden Verlauf
des Gesamtwiderstandes dieses Netzwerks zu erzeugen.
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Setzt man (2) in (1) ein, so erhält man M1 @ Jm = Jm max (1 - #1 -
# ), oder gekürzt: M1 max M1 Jm = Jm max # # (4) M1 max und man erkennt, daß der
Widerstandsverlauf nach (3) der in (1) vorausgesetzte ist.
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Die Bedingung (1) wird mit einer erfindungsgemäßen Anordnung des Meßumformers
nach Fig. 3 erfüllt. Aus der Gleichstromquelle (4) wird über den Konstantstrom-Zweipol
(10) ein Strom (J1 + J2 max) in die parallelgeschaltete Anordnung: Konstantstrom-Zweipol
(1) mit in Reihe geschaltetem Widerstandsnetzwerk (3b) (Funktion nach Gleichung
(3)), Gleichstromverstärker (2) und die Reihenschaltung (11a), (llb), (12) getrieben.
(a) und (b) sind die Verbindungsleitungen. Der Konstanstrom-Zweipol (1) nimmt stets
den Strom (J1) auf. Der Gleichstromverstärker (2) nimmt einen Strom (J2) auf von
der Größe: (3c) J2 = J2 max (3cmax) .
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Aus dem Verzweigungspunkt (z) fließt in den Gleichstromzähler (lla)
und das Instrument (11b) und die Zenerdiode (12) nach dem Minuspol der Stromquelle
der Stroh (Jm): (3c) (3c) (5) Jm = J2 max - J2 max (3cmax) = J2 max (1 - (3cmax))
Das ist der gleiche Strom wie in (1) gefordert, und die Bedingung der Gleichung
(1) ist erfüllt.
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Es ist auch möglich, den Strom im Konstantstrom-Zweipol (10) so zu
wählen, daß der Strom (J2 max - J2) den gewünschten Endwert erreicht bei einem Widerstand
(3c) größer als O Ohmj oder daß (J2 max - J2) schon zu 0 wird, bevor der maximale
Widerstand (3c) erreicht-tird, analog dem schon in der Beschreibung zu Fig. 2 Erläuterten.
Unter der BertLoksichtigung dieser Tatsache ist es nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung möglich, die Temperatur mittels sogenannter Diodenthermometer zu messen
und in einen der Temperatur proportionalen Strom umzuformen, wobei beliebige Beziehungen
zwischen Anfangstemperatur, Temperaturbereich und Meßstrom (J2) hergestellt werden
können. Ein solches Diodenthermometer ist als Widerstand (3d) in Fig. 3 darestellt.
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Bei einem konstanten Flußstrom durch das Diodenthermometer (3d) erhält
man eine Flußspannung UF, die nur von der Temperatur abhängig ist, die mit (3d)
gemessen wird.
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Man kann schreiben: UF = Uo -Darin ist Uo die Flußspannung bei 0°C,
k die Änderung der Flußspannung pro °C und # die Temperatur in °C. Daraus ergibt
sich der Flußwiderstand: UF Uo - k # # JF JF Man erkennt, daß der Widerstand UF
= (3d) mit steigender Temperatur abnimmt, und daß damit die Zusammenhänge zwischen
dem Strom (J1 + J2 max) im Konstantstrom-Zweipol (10) und dem Strom (J2 max - J2)
durch das Meß instrument (leib) die gleichen sind wie für den Widerstand (3c) beschrieben.
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Sollen nur kleine Temperaturbereiche erfaßt werden, so ist es möglich,
mehrere Dioden zu einer Kette zusammenzuschalten und gemeinsam in einem entsprechend
gestalteten Fühler unterzubringen. Man erhält für eine aus n Dioden bestehende Kette:
Uo - k ## RF = n# JF Die Zenerdiode (12) in Verbindung mit dem Widerstand (13) dient
dazu, ein Potential (w) von solcher Größe zu erzeugen, daß das Potential (z) immer
positiv genug (gegenüber dem Minuspol der Stromquelle (4) und unter Berücksichtigung
des Spannungsabfalls auf der Verbindungsleitung (b) gegenüber dem Potential (O)
am Heßumformer (1), (2)) ist, um das ordnungsgemäße Arbeiten von (1) und (2) sicherzustellen,
Die Zenerdiode (12)und der Widerstand (13) können auch entfallen, und stattdessen
der Punkt (w) mit einer Anzapfung an der Stromquelle (4) verbunden werden.
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Für die in den Anordnungen nach Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 eingesetzten
Konstantstrom-Zweipole (1), (6), (10) und Gleichstromverstärker (2) können an sich
bekannte Anordnungen dieser Art eingesetzt werden, Es hat sich aber gezeigt, daß
insbesondere die bekannten Konstantstrom-Zweipole den mit den Meßaufgaben gestellten
Forde N ngen nicht genügen.
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So wird z.B. gefordert, daß für eine einzige Ausführung nach Fig.
1 Stromquellen (4) mit Spannungen zwischen 24 und 80 V, Meßinstrumente zwischen
ca. O Ohm und 2 kOhm und Leitungen zwischen 0 und 500 Ohm pro Ader eingesetzt werden
dürfen. Dann kann die Betriebsspannung an den Verbindungspunkten der Verbindungsleitungen
(a), (b) mit dem Meßumformer (1), (2) z.B. Werte zwischen 12 V und 80 V annehmen.
Der Speisestrom (J1) und der von der Prozeßgröße abhängige Strom (J2) sollen dabei
infolge des Einflusses dieser Spannung um weniger als + 0,2 % schwanken.
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Das ist eine Forderung, die bei Meßumformern Widerstand/Strom, bei
denen die Stromquelle (4) direkt beim Meßumformer bzw. beim Geber sitzt, nicht auftritt.
Dort sind normalerweise höchstens Unterschiede an der Stromquelle (4) selbst in
der Größenordnung + 10 % oder auch + 20 % vom Sollwert zu erwarten.
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Die bekannten Konstantstrom-Zweipole, die im wesentlichen aus zwei
parallelgeschalteten komplementären Kreisen mit je einem Transistor, einer Zenerdiode
und einem Kompensationswiderstand bestehen, vermögen die obigen Forderungen nicht
zu erfüllen. Auch ist bei diesen Anordnungen der von der Umgebungstemperatur abhängige
Fehler größer als der zulässige. Er soll kleiner sein als 0,1 % / 100C. Weiter ergibt
sich aus der Parallelschaltung der beiden Zweige, daß jeder Zweig und jede Zenerdiode
in einem Zweig nur die Hälfte des Gesamtstromes führt. Soll nur ein Strom von 4
mA stabilisiert werden (s. Beschreibung der Fig. 1), so entfallen auf jeden Zweig
2 mA. Bei Zenerdioden nimmt der differentielle Widerstand stark zu, wenn der Strom
abnimmt. Für eine typische, für den Zweck geeignete Zenerdiode mit einer Zenerspannung
von ca.
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5...6 V ergibt sich z.B. für einen Strom von 2 mA etwa der 2,5-fache
differentielle Widerstand wie für einen Strom von 4 mA. Der differentielle Widerstand
der Zenerdioden ist aber umgekehrt proportional-der Güte der Stabilisierung. Ferner
ist die Güte der Stabilisierung von der Verstärkung des Regelkreises, in diesem
Falle des Transistors, abhängig.
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In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßer Konstantstrom-Zweipol dargestellt,
der wie folgt arbeitet: Aus der Zenerdiode (21), dem Kompensationswiderstand (22)
und den Widerständen (23) und (24), deren Größe etwa das Hundertfache des Widerstandes
(22) ist, nebst der Diode (26), die zur Temperaturkompensation dient, ist eine Brückenschaltung
aufgebaut, in deren Diagonalzweig die Emitter-Basis-Strecke des Transistors (25)
liegt. Transistor (25) steuert den Transistor (27), der stets einen Strom von solcher
Größe führt, daß sich an dem Widerstand (22) eine Spannung im Verhältnis zur Zenerspannung
an (21) aufbaut, daß die über die Widerstände (23) und (24), (26) geteilte, der
Basis des Transistors (25) zugeführte Spannung gerade von der Größe ist, daß (25)
den für die Erfüllung der Gleichgewichtsbedingungen erforderlichen Basisstrom an
(27) liefert.
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Wird z.B. der Strom im Kollektor-Emitter-Zweig des Transistors (27)
zu klein, so wird auch der in den (+)-Anschluß hinein- und aus dem-(-)-Anschluß
herausfließende Konstantstrom (JK) zu klein. Dann ist auch der Spannungsabfall über
dem Widerstand (22) zu gering. Das Teilerverhältnis von (23) und (24), (26) ist
konstant, und die Spannung an der Basis von (25) wird positiver gegen den Emitter
von (25). Dadurch wird (25) weiter ausgesteuert und führt dem Transistor (27) mehr
Basisstrom zu, so daß sich der richtige Strom in t(27), (22) und der richtige Strom
der Gesamtanordnung wieder einstellt.
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Da die Regelanordnung zweistufig ist, wird eine sehr steile Regelcharakteristik
und eine hohe Regelgenauigkeit bzw. ein sehr konstanter Strom (JK) erzielt.
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Bei sehr großen Änderungen der Speisespannung (+), (-) der Anordnung
ergibt sich dennoch eine nicht mehr zulässige Veränderung des Stromes (JK) mit der
Speisespannung. Diese kann -praktisch zu 0 gemacht werden, mittels des Widerstandes
(30). Dieser ist direkt mit dem Pluspol (+) und mit dem Widerstand (22) verbunden,
der am Minuspol (-)der Anordnung liegt.
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Der mit der Speisespannung variierende Strom über (30) erzeugt einen
zusätzlichen, mit der Speisespannung variierenden Strom über (22). Nimmt man an,
daß der Gesamtstrom (JK) der Anordnung für eine bestinete Speisespannung gerade
richtig ist, so wird bei Erhöhung der Speisespannung etwas mehr Strom über (30)
und (22) getrieben. Dann erhöht sich der Spannungsabfall über (22).
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Das hat zur Folge, daß (25) weniger weit ausgesteuert wird und weniger
Basisstrom an (27) liefert. Dadurch wird aber auch der Strom über (27) und über
die Zenerdiode (21) geringer. Die Zenerspannung nimmt etwas ab. Dann wird aber (25)
noch weniger weit ausgesteuert, so daß zum Schluß die Anordnung wieder stabil ist,
und der Gesamtstrom (JK) der gleiche ist wie zuvor.
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Die Diode (26) hat die Aufgabe, die im wesentlichen durch die Temperaturkoeffizienten
der Zenerdiode (21) und des Transistors (25) verursachte, bei einer Änderung der
Umgebungstemperatur auftretende Änderung des Stromes (JK) weitgehend zu kompensieren.
Für die vollständige Kompensation ist an sich eine Diode (26) erforderlich mit einem
Temperaturkoeffizienten der Flußspannung bzw. des Flußwiderstandes ganz bestimmter
Größe. Diese wird man normalerweise nicht erhalten. Bei der gezeigten Anordnung
kann aber durch die Bemessung des Verhältnisses der Widerstände (23) und (24) bzw.
des Verhältnisses zwischen Zenerspannung (21) und Kompensationsspannung (über (R
22)) der erforderliche Temperaturkoeffizient so festgelegt werden, daß er dem für
normale, käufliche Dioden typischen entspricht.
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Der Widerstand (29) dient als Zündwiderstand; ohne ihn fließt bei
Verwendung von Siliziumtransistoren (25) und (27) kein Strom über die Anordnung,
weil (25) und (27) gesperrt sind. Für (29) genügt ein Widerstand, der einige M Strom
durchläßt, also in der Größenordnung MOhm.
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Andererseits wird in dem Transistor (27) das Produkt aus überschüssiger
Spannung und Strom (JK) in Wärme umgesetzt. Insbesondere wenn größere Ströme fließen
(z.B. in (10) in Fig. 3) bereitet dann die Wärmeabfuhr aus dem Transistor (27) Schwierigkeiten
und es muß auch schon zu Typen mit größerer zulässiger Verlustleistung gegriffen
werden. Nach der Erfindung kann der Transistor (27) dadurch von einem großen Teil
der Verlustleistung entbunden werden, daß der Widerstand (29) entsprechend kleinere
Widerstandswerte hat. An sich ist theoretisch ein Widerstand (29) möglich von der
Größe R = AU (darin ist dU die maximal über S27) bzw.
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(29) auftretende Spannung).
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Dann ergibt sich als Verlustleistungsmaximum am Transistor (27): Pmax
= #U/2 # JK/2 Das ist nur noch ein Viertel der bei einem großen Widerstand (29)
in (27) auftretenden Verlustleistung. Man wird normalerweise nicht so nahe an die
Grenze gehen, sondern durch einen Widerstand entsprechend größer als dJK t etwa
30 % der an sich maximalen Verlustleistung im Transistor (27) zulassen.
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An dem Konstantstrom-Zweipol ist weiter ein Abgriff (UK) (Fig. 5)
vorgesehen, an dem eine Hilfsspannung mit konstantem Potential gegenüber dem Anschluß
(-) abgegriffen werden kann.
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An den Gleichstromverstärker (2) in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 werden
aus den schon beschriebenen Forderungen heraus ebenfalls Ansprüche gestellt, die
mit den herkömmlichen Anordnungen nur unvollkommen zu beiriedigen sind. Weiter soll
der Verstärker (2) so ausgebildet sein, daß bei einem Windungsbruch des Widerstandsferngebers
oder Widerstandes (3a) größere Ströme in den Meßinstrumenten als wenige % über dem
maximalen, durch die Prozeßgröße bedingten Strom zuverlässig verhindert werden.
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In Fig. 5 ist ein Gleichstromverstärker nach der Erfindung dargestellt,
der allen Anforderungen genügt. Um die Zusammenhänge klarer zu zeigen, ist der Konstantstrom-Zweipol
nach Fig. 4 und der Widerstandsferngeber (3) mit dargestellt. Es ergibt sich folgende
Wirkungsweise: Der über die Verbindungsleitung (a) zugeführte Strom (J1 +J2) verzweigt
sich in (J2) der in den Gleichstromverstärker fließt und (J1), der in den Konstantstrom-Zweipol
fließt. Aus dem Gleichstrom-Zweipol heraus fließt der Strom (JK) in den Schleifer
(12) des Widerstandsferngebers (3) und baut über (3a) eine diesem proportionale
Spannung auf. Der Strom (JK) ist nicht genau der Strom (J1), weil über den Ausgang
(UK) des Konstantstrom-Zweipols der Strom (J3) entnommen wird. Dieser ist von der
Größenordnung einige Zehntel zur bis einige %o des Stromes (JK> bzw. (J1). Die
Spannung über (3a) kann dem Verstärkereingang - Basis des Transistors (33) - nicht
direkt zugeführt werden; denn es muß, damit (33) die weiteren Verstärkerstufen steuern
kann, zunächst die Emitter-Basis-Sahwellspannung von (33) überwunden werden.
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Das könnte an sich geschehen durch Einfügen eines Widerstandes zwischen
dem Anschluß (11) des Widerstandsferngebers (3) und den Punkt (O) der Schaltung.
Weil aber die Emitter-Basis-Schwellspannung von (33) einen Temperaturkoeffizienten
von etwa 2,4 mV/°C hat, würde sich dabei ein unzulässig großer Temperaturgang des
Verstärkers ergeben. Die Erzeugung der Schwellspannung bei gleichzeitiger Kompensation
des Temperaturgangs geschieht mittels der in Flußrichtung zwischen den Widerstand
(42) und den Anschluß (13) des Widerstandsferngebers (3) eingeschalteten Diode (43).
Abgesehen von dem Einfluß des Stromes (J4) in die Basis des Transistors (33)>
der aber nur etwa 1 % des Stromes (J3) beträgt, ist der Strom durch die Diode (43)
nur bestimmt durch die Größen (UK) und R (42), also konstant. (42) wird so gewählt,
daß die über der Diode (43) abfallende Spannung genau so groß ist wie die Schwellspannung
des Transistors (33). Die Verstärkeranordnung (31) bis (41) nimmt dann stets einen
solchen Strom (J2) auf, daß der Spannungsabfall über dem Kompensationswiderstand
(37) genau gleich der Spannung über dem Widerstand (3a) ist. Durch geeignete Bemessung
von (37) wird die Größe des Stromes (J2) festgelegt. Der Einfluß des Stromes (J4),
der ebenfalls über (37) abfließt, ist so gering ( s10 5 vom Endwert für J2), daß
er unberücksichtigt bleiben kann.
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Liegt eine Unterbrechung der Wicklung von (3) oder der Zuleitungen
zu (3) vor, so tritt an der Basis von (33) eine hohe Spannung auf, die einen entsprechend
hohen Wert der Prozeßgröße vortäuscht. Der Verstärker möchte durch Aufnahme eines
entsprechend großen Stromes (J2) diese Spannung kompensieren. Sind genügend große
Widerstände der Verbindungsleitungen und der Meßinstrumente vorhanden, so wird auf
einen Strom begrenzt, der gleich ist der Speisespannung dividiert durch die Summe
aller Verbindhngsleitungs- und Instrumentenwiderstände und den Widerstand (37),
der unter Umständen in Kauf genommen werden kann. Sind die Widerstände aber klein
und die Betriebsspannung groß, so treten Ströme (J2) auf, die ein Vielfaches des
maximalen Nennstromes betragen. Dadurch können Meßinstrumente, der Transistor (38)
in der Endstufe des Verstärkers und der Widerstand (37) zerstört werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Begrenzung
der Überströme dadurch erreicht, daß ein weiterer Transistor (41) vorgesehen ist,
der verhindert, daß der Strom durch den Transistor (38), der etwa 99 % des gesamten
Verstärkerstromes (J2) ausmacht, um mehr als einen gewissen Bruchteil größer werden
kann als der Soll-Endwert des Stromes (J2). In die Emitterleitung des Transistors
(38) ist ein Widerstand (39) eingeschaltet, an dem sich eine praktisch dem jeweiligen
Strom (J2) proportionale Spannung aufbaut. Legt man (39) so aus, daß z.B. beim Soll-Endwert
von (J2) 6 V über (39) abfallen, und führt diese Spannung dem Transistor g41) über
die Zenerdiode (40) zu, so wird, wenn die Zenerdiode etwa eine Durchbruchspannung
von 5,5 V hat, der Transistor (41) noch keinen Strom aufnehmen, da die Spannung
von 6 V - 5,5 V = 0,5 V noch unterhalb seiner Schwellspannung liegt.
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Wird durch einen Defekt von (3) oder der Zuleitungen zu (3) der hohe
Meßwert vorgetäuscht, so nimmt (38) sofort einen größeren Strom auf, und die Spannung
über (39) nimmt zu. Nimmt sie z.B. um 5 %, also auf 6,3 V zu, so liegt an der Basis
von (41) eine Spannung von 6,3 V - 5,5 V = 0,8 V. Damit wird (41) so weit ausgesteuert,
daß so viel Strom an der Basis von (38) über die Kollektor-Emitter-Strecke von (41)
entnommen wird, so daß in die Basis von (38)nur noch so viel Strom gelangt, um die
Wirkung von (41) gerade aufrecht zu erhalten. Ob der vorgetäuschte Eingangswert
10 % oder 500 % größer ist als der Soll-Rndwert spielt dabei überhaupt keine Rolle.
Es wird sich stets ein maximaler Strom (J2) einstellen, der 5 % größer ist als der
Soll-Endwert von (J2), und der höchstens wegen des Temperaturgangs der Schwellspannung
des Transistors (41) und der Durchbruchspannung der Zenerdiode (40) um einige %
nach oben oder unten streut.
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Falls eine so enge Begrenzung nicht erforderlich ist, kann auch auf
die Zenerdiode (40) verzichtet, und die Basis des Transistors (41) direkt mit dem
Emitter des Transistors (38) verbunden werden. (39) muß man dann so auslegen, daß
beim Soll-Endwert von (J2) etwa eine Spannung von 0,5 V auftritt. Es wird dann eine
Begrenzung auf etwa 50 % mehr als den Soll-Endwert von (J2) erreicht, die um etwa
t 20 % nit der Temperatur streut.