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MESSWERTUMFORMER Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertumformer
mit mindestens einem Meßwiderstand, der in einer Kompensationsbrücke angeordnet
ist, bei der der Signal strom zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts über
einen Teil der festen Widerstände der Brücke geleitet wird.
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Es gibt Meßsysteme für die verschiedensten Größen, wie Temperatur,
Feuchte, Druck, Flüssigkeitsniveau oder Stellungen.
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Zur Umsetzung dieser Größen in geeignete elektrische Größen werden
Meßwertumformer benutzt. Diese haben einen Meßkreis, in welchem die zu messenden
Größen in eine elektrische Größe umgesetzt werden, z.B. mit Hilfe temperaturabhängiger
Widerstände, Dehnungsmeßstreifen, Kapazitätssonden oder verstellbarer Widerstände.
Da das so ermittelte elektrische Signal in der Regel sehr klein ist, besitzt der
Meßumformer in der Regel auch noch einen Verstärker.
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Es ist ein Meßumformer bekannt, bei dem ein Meßwiderstand in einer
Kompensationsbrücke angeordnet ist. Die Kompensationsbrücke und der Verstärker werden
über einen Spannungskonstanthalter von einem am Einsatzort angeordneten Netzteil
gespeist.
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Ein zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts über einen festen
Widerstand der Brücke geleiteter Kompensationsstrom dient als Signalstrom. Störend
ist hierbei, daß am Einsatzort eine Spannungsvoersorgung vorhanden sein muß.
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Bei Fernmeßsystemen ist es bekannt, dauernd einen Ruhestrom von 4
mA zur Überwachung der Anlage fließen zu lassen und diesem konstanten Überwachungsstrom
den eigentlichen Signal strom von 0-16 mA zu überlagern. In diesem Zusammenhang
ist es auch schon bekanntgeworden, den Meßwertumformer als Zweipol auszubilden,
der lediglich über zwei Signalleitungen mit der Zentrale verbunden und von einer
dort befindlichen zentralen Spannungsquelle mit Spannung versorgt wird0 Zu diesem
Zweck hat der Meßwertumformer mindestens zwei Strompfade, von denen der erste in
Abhängigkeit vom Meßwert steuerbar ist und einen veränderbaren Strom, nämlich den
Signalstrom hindurchläßt, während in den anderen mit Hilfe von Konstantstromschaltungen
dauernd ein konstanter Strom, nämlich in der Summe der Überwachungsstrom, erzwungen
wird. Den Konstantstromschaltungen sind Konstantspannungsschaltungen nachgeschaltet,
an denen die Arbeitsspannung für den Meßkreis und den Verstärker abgenommen wird.
Als Meßkreis kann eine normale Meßbrücke dienen.
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Häufig steht am Eingang des Meßwertumformers nur eine geringe Spannung
zur Verfügung, z.B. 12-14 V. Da eine Konstantstromschaltung vom Strom durchflossene
Steuerwiderstände aufweist, ergibt sich ein weiterer Spannungsabfall, so daß im
ungünstigsten Fall, also bei maximalem Signalstrom und minimaler Betriebsspannung
die für den Meßkreis zur Verfügung stehende Spannung häufig nicht mehr ausreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertumformer anzugeben,
bei dem die für den Betrieb erforderliche Leistung vom Überwachungsstrom abgeleitet
wird, aber im ungünstigsten Fall für den Meßkreis eine höhere Spannung als bisher
zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Meßwertumformer,
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brücke mit einem Steuerorgan in Reihe geschaltet
ist, das die Brückenspeisespannung
derart ändert, daß die Summe
der durch die gesamte Brücke fließenden Ströme annähernd konstant ist, wobei der
Spannungsabfall an einem der festen Brückenwiderstände zur Bildung eines das Steuerorgan
beeinflussenden Steuersignals benutzt ist.
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Bei einem solchen Meßwertumformer entfällt eine störende Spannungsabfälle
hervorrufende Konstantstromschaltung. Vielmehr braucht mit der Brücke lediglich
ein einziges Steuerorgan in Reihe geschaltet zu werden. Die zur Steuerung benötigten
Signale werden unter Ausnutzung des Spannungsabfalls an ohnehin vorhandenen Brtickenwiderständen
gewonnen. Infolgedessen steht am Meßkreis, nmlich der Brücke, eine höhere Spannung
ais bisher zur Verfügung. 3berraschend ist hierbei, daß die Brücke, obwohl sie unter
dem Einfluß des Steuerorgans an einer veränderlichen Spannung liegt und von veränderlichen
Strömen durchflossen wird, trotzdem zur Gewinnung von Konstantstrom-Steuersignalen
benutzt werden kann.
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Eine bessere Konstanz des die gesamte Brücke durchfließenden Stromes
als bei Verwendung des Spannungsabfalls an nur einem Brückenwiderstand ergibt sich,
wenn der Spannungsabfall an den festen Widerlstanden in zwei einem Speisepunkt benachbarten
Zweigen der Brücke zur Bildung des Steuersignals benutzt ist.
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Es werden dabei die Ströme in beiden Brückenhälften überwacht, die
gemeinsam den ksinstanten Strom ergeben sollen.
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Am einfachsten ist diese Uberwachung, wenn eine Anordnung zur Bildung
des Mittelwerts der Spannungsabfälle an den festen Widerständen der beiden Brückenzweige
vorgesehen und der Mittelwert zur Bildung des Steuersignals mit einer konstanten
Spannung vergleichbar ist.
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Zweckmäßigerweise ist ein steuerbarer Strompfad vorhanden, der den
Signal strom von einem Abgriff an einem Brückenzweig um die Brücke und gegebenenfalls
auch um das Steuerorgan herumleitet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Brücke einen ersten
und einen zweiten, an einem Speisepunkt verbundenen Zweig, die je aus einem der
Bildung des Steuersignals dienenden, festen Widerstand bestehen, der dritte Zweig
weist einen festen Widerstand mit einem Abgriff zum Anschluß des Strompfades für
den Signalstrom und der vierte Zweig mindestens einen Meßwiderstand auf. Dies ergibt
eine sehr einfach aufgebaute Brücke, die im Extremfall mit vier Brückengliedern,
nämlich zwei festen Widerständen, einem festen Widerstand mit Abgriff und einem
Meßwiderstand auskommt.
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Auf der anderen Seite läßt sich eine solche Brücke den verschiedensten
Forderungen anpassen, wenn dafür gesorgt wird, daß die dem einen Speisepunkt benachbarte
Hälfte der Brücke zur Gewinnung des Steuersignals beibehalten und in der dem anderen
Speisepunkt benachbarten Hälfte der Brücke einander entsprechende Änderungen vorgenommen
werden.
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Beispielsweise kann der dritte Zweig ebenfalls mindestens einen Meßwiderstand
aufweisen, der eine dem Meßwiderstand im vierten Zweig entgegengesetzte Änderungstendenz
hat, wenn im vierten Zweig ein den festen Widerständen im dritten Zweig entsprechender
Zusatzwiderstand vorgesehen ist.
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Als Anordnung zur Bildung des Mittelwerts kann ein Differenzverstärker
in die Brückendiagonale gelegt werden. Der Spannungsabfall an dessen gemeinsamem
Emitterwiderstand wird dann mit der konstanten Spannung über einen Vergleichs-Transistorverstärker
verglichen, dessen Ausgang das Steuerorgan steuert. Hierbei wird der in einem Differenzverstärker
ohnehin vorhandene Emitterwiderstand zur Mittelwertbildung ausgenutzt.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß als Anordnung
zur Bildung des Mittelwerts in der Brückendiagonale ein Spannungsteiler angebracht
ist und daß die Spannung zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers und dem Speisepunkt
zwischen den beiden festen Widerständen der Brücke zur Bildung des Steuersignals
mit einer konstanten Spannung vergleichbar ist. Weil über den Spannungsteiler ein
Strom fließt, der über die Diagonale von der einen zur anderen Brückenseite überwechselt,
ergibt sich ein gewogener Mittelwert, der noch höhere Anforderungen an die Genauigkeit
der Stromkonstanthaltung erfüllt.
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Gute Bedingungen ergeben sich, wenn die beiden festen Brückenwiderstände
zu ihren benachbarten Abschnitten des Spannungsteilers jeweils im annähernd gleichen
Verhältnis stehen; optimal ist es, wenn die Widerstände gleich sind.
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Die Spannung zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers und dem Speisepunkt
kann dann den einen Eingang und die konstante Spannung den anderen Eingang eines
Vergleichs-Differenzverstärkers steuern, der über einen Ausgangstransistor das Steuerorgan
beeinflußt. Statt dessen kann auch ein Vergleichs-Transistorverstärker der früher
erwähnten Art benutzt werden.
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Mit besonderem Vorteil ist in die Brückendiagonale ein Differenzverstärker
geschaltet, der über einen Ausgangstransistor einen im Strompfad angeordneten Signalstrom-Transistorverstärker
steuert. Hiermit wird auf einfache Weise der zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts
benötigte Kompensationsstrom gesteuert.
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Der den Signalstrom-Transistorverstärker steuernde Differenzverstärker
kann gleichzeitig auch der Mittelwertbildung dienen.
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Dies führt zu einem sehr einfachen Schaltungsaufbau.
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Beispielsweise kann ein Ausgangstransistor vorgesehen sein, dessen
Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors des Differenzverstärkers, dessen
Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors des Differenzverstärkers und dessen
Kollektor mit der Eingangsbasis des Signalstrom-Transistorverstärkers verbunden
ist. Je stärker die Abweichung vom Brückengleichgewicht, um so größer wird der Signalstrom.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann außer der ersten, den
Signalstrom bestimmenden Anordnung zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts
eine zweite Anordnung zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts vorgesehen
sein, wobei die eine wirksam ist, wenn die Diagonalspannung in der einen Richtung
von Null abweicht, und die andere wirksam ist, wenn die Diagonalspannung in der
anderen Richtung von Null abweicht. Auf diese Weise ist es möglich, den die gesamte
Brücke durchflißenden Strom auch dann konstantzuhalten, wenn der Meßwiderstand sich
auf einen Arbeitspunkt geändert hat, bei dem überhaupt kein Signalstrom mehr fließen
würde.
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Als zweite Anordnung eignet sich insbesondere ein steuerbarer Widerstand,
z.B. in der Form der Kollektor-Emitter-Strecke eines Steuertransistors, der parallel
zu einem Teil eines festen Widerstandes in einem Brückenzweig geschaltet ist. Während
durch den Signalstrom der Spannungsabfall an einem Brückenwiderstand erhöht wird,
führt der steuerbare Widerstand zu einer Herabsetzung des Spannungsabfalls am parallelgeschalteten,
festen Widerstand.
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Besonders günstig ist es, wenn der Ausgangstransistor ein zu den Transistoren
des Differenzverstärkers komplementärer Transistor ist, dessen Emitter mit einem
Kollektor-Arbeitswiderstand des Differenzverstärkers, dessen Basis mit dem Kollektor
des ersten Transistors des Differenzverstärkers und dessen Kollektor über einen
Knotenpunkt mit dem Kollektor des zweiten Transistors des Differenzverstärkers verbunden
ist und wenn der Differenzstrom im Knotenpunkt
die Eingangsbasis
des Signalstrom-Transistorverstärkers steuert.
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Dies ergibt einen sehr t verstärkten, zur Differenz der Eingangsspannungen
proportionalen Ausgangsstrom. Außerdem kann dieser Ausgangswert auch positiv und
negativ werden, indem sich der Ausgangsstrom umkehrt.
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Auf diese Weise läßt sich in Abhängigkeit von der Stromrichtung je
eine der beiden Anordnungen zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts steuern,
beispielsweise indem der Knotenpunkt mit der Basis des Steuertransistors verbunden
ist und daß ein Zusatz-Transistor vorhanden ist, dessen Emitter mit dem Knotenpunkt,
dessen Basis mit dem Ritter des Steuertransistors und dessen Kollektor mit der Eingangsbasis
des Signalstrom-Transistorverstärkers verbunden ist.
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Weitere Vereinfachungen ergeben sich dadurch, daß die Speisespannung
für mindestens einen Differenzverstärker an den Speisepunkten der Brücke abgegriffen
ist. In gleicher Weise kann auch eine Spannungs-Stabilisator und Spannungsteiler
aufweisende Anordnung zur Gewinnung der konstanten Spannung an den Speisepunkten
der Brücke liegen.
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Zur Einstellung der konstanten Stromsumme kann der Spannungsteiler
des Spannungs-Stabilisators, zur Einstellung des Nullpunkts des Signalstroms ein
verstellbarer Widerstand in einem Brückenzweig und zur Einstellung der Empfindlichkeit
des Meßwertumformers der Abgriff des Strompfades für den Signal strom verstellbar
sein.
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Mit besonderem Vorteil ist der Signalstrom-Verstärker und/oder der
Steuerorgan-Verstärker ein Darlington-Verstärker, also ein aus in Kaskade geschalteten
Transistoren bestehender Verstärker.
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Hiermit läßt sich eine sehr große Stromverstärkung erzielen.
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Besonders geeignet ist der erfindungsgemäße Meßwertumformer für Fernmeßsysteme,
bei denen er über zwei Signalleitungen mit einer Zentrale verbunden und von einer
dort befindlichen zentralen Spannungsquelle mit Spannung versorgt ist. Weder eine
große Länge der Signalleitung noch Spannungsschwankungen bei der zentralen Spannungsquelle
führen zu Betriebsstörungen, weil die kleinste verfügbare Spannung im wesentlichen
vollständig an den Meßkreis gelegt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Zentrale in jeweils
einer der Signalleitungen ein Widerstand, vorzugsweise anschließend an die zentrale
Spannungsquelle, angeordnet sein, an dem ein Spannungsdiskriminator die Spannung
abgreift. Der Spannungsdiskriminator kann von derselben Spannungsquelle versorgt
sein. Überschreitet und/oder unterschreitet die Spannung einen vorgegebenen Grenzwert,
spricht der Spannungsdiskriminator
an. Er kann beispielsweise Warnvorrichtungen
steuern, die ebenfalls von derselben zentralen Spannungsquelle versorgt sind. Da
alle wesentlichen Elemente von derselben Spannungsquelle abhängen, ist sichergestellt,
daß alle an der Meßstelle ermittelten Störungen, z.B. zu hohe Temperatur, zu hoher
Druck usw., auch tatsächlich in der Zentrale die entsprechenden Folgen auslösen.
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Die Verwendung dieser zentralen Spannungsquelle erlaubt es ferner,
eine zentrale Hilfs-Spannungsquelle, die beim Ausfall der zentralen Hauptspannungsquelle
durch einen Reserveumschalter einschaltbar ist, vorzusehen. Hierdurch wird die Sicherheit
des gesamten Fernmeßsystems ganz wesentlich erhöht. Der Reserveumschalter kann beispielsweise
durch einen Widerstand oder durch ein Relais in der gemeinsamen Rückleitung aller
Signalleitungen gesteuert werden. Fließt nämlich kein Strom durch diese Rückleitung,
so ist zu vermuten, daß dies nicht am Ausfall einzelner Signalleitungen, sondern
am Ausfall der zentralen Spannungsquelle liegt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines
erfindungsgemäßen Meßwertumformers, Fig. 2 ein Schaltbild der zugehörigen Zentrale
in vereinfachter Darstellung, Fig. 3 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Signalstroms
I von der Meßgröße X, Fig. 4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß verwendbaren Brücke,
Fig0 5 das Schaltbild eines die Brücke nach Fig. 4 verwendenden Meßwertumformers,
Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform der Brücke,
Fig. 7 eine
weitere Ausführungsform der Brücke und Fig. 8 ein die Brücke nach Fig. 7 verwendendes
Ausführungsbeispiel des Meßwertumformers.
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Gemäß Fig. 1 ist der Meßwertumformer ein Zweipol mit Anschlußklemmen
1 und 2, die über Signalleitungen 3 und 4 mit einer in Fig. 2 veranschaulichten
Zentrale verbunden sein können. Zwischen den Klemmen 1 und 2 liegt in Reihe eine
einen Meßwiderstand aufweisende Kompensationsbrücke 5 und ein Steuerorgan 6. In
einem von der Kompensationsbrücke 5 ausgehenden Strompfad 7 ist ein weiteres Steuerorgan
8 angeordnet. Von der Brücke 5 wird mittels einer ersten Steuerschaltung 9 ein erstes
Steuersignal a gewonnen, das das Steuerorgan 6 derart steuert, daß die Summe der
durch die gesamte Brücke fließenden Ströme I1 in der Leitung 10 annähernd konstant
ist. Ein weiteres Steuersignal b aus einer zweiten, von der Brücke beeinflussten
Steuerschaltung 11 beeinflußt das Steuerorgan 8 derart, daß durch den Strompfad
7 ein die Brücke im Gleichgewicht haltender Kompensationsstrom 12 fließt. II ist
der Ruhestrom, I2 ist der Signalstrom. Beide Ströme ergeben in der gemeinsamen Zuleitung
12 einen Gesamtstrom I.
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Die Zentrale weist eine zentrale Spannungsversorgungl3 mit einem Pluspol4
und einem Minuspol15 auf. Die Signalleitung 3 ist über eine Anschlußklemme 16 und
einen Belastungswiderstand 17 an einen Verteilerpunkt 18 angeschlossen, der unmittelbar
am Pluspol 14 liegt. Die Signalleitung 4 ist über eine Anschlußklemme 19 und einen
Belastungswiderstand 20 mit einem Verteilerpunkt 21 verbunden, der über ein Relais
22 an den Minuspol 15 angeschlossen ist.
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Die zentrale Spannungsquelle 13 treibt den Strom I durch die Signalleitungen
3 und 4. Wie Fig. 3 veranschaulicht, fließt unterhalb eines vorgegebenen Arbeitspunktes
XO, der die untere Grenze des Meßbereichs darstellt, nur der Überwachungsstrom 11,
im Arbeitsbereich zusätzlich auch der Strom I2.
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Der Strom I kann in der Zentrale beispielsweise dadurch ausgewertet
werden, daß der Spannungsabfall am Belastungswiderstand 17 ein Meß- oder Anzeigegerät
23 betätigt. Der Spannungsabfall kann auch einem Spannungsdiskriminator 24 zugeführt
werden, der eine Grenzwert-Überwachung vornimmt und bei Überschreiten eines bestimmten
Grenzwerts einen Schalter 25 zur Betätigung einer Warnanlage 26, z.B. ein akustischer
Signalgeber, einschaltet.
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Diskriminator 24 und Warnanlage 26 werden ebenfalls von der zentralen
Spannungsquelle 13 versorgt.
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An die Verteilerstellen 18 und 21 können zahlreiche Meßsysteme, wie
sie zuvor beschrieben wurden, angeschlossen werden. Entsprechende Leitungen sind
strichpunktiert eingezeichnet. Über sie fließen dann die Ströme I', I", I"' usw..
Die Summe dieser Ströme fließt über das Relais 22. Dieses hält infolgedessen den
Doppelschalter 27 offen, über den eine Hilfsspannungsquelle, nämlich eine Batterie
28, an die Pole 14 und 15 gelegt werden kann. Wenn durch das Relais 22 kein Strom
mehr fließt, ist dies ein Zeichen dafür, daß die zentrale Spannungsquelle 13 außer
Betrieb ist. Dann wird automatisch die Hilfsspannungsquelle 28 eingeschaltet. Der
Doppelschalter wird in der Schließstellung verriegelt.
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Fallen dagegen einzelne Meßstellen aus, d.h. sinkt der Strom über
die Signalleitungen unter den Wert 11, so kann dies mit Hilfe eines Diskriminators
24 festgestellt und der Fehler alsdann beseitigt werden.
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Fig. 4 zeigt eine Kompensationsbrücke mit zwei Speisepunkten 29 und
30 sowie zwei Diagonalpunkten 31 und 32. Die Brücke hat vier Zweige 33, 34, 35 und
36. Im ersten Zweig 33 ist ein fester Widerstand R1, im zweiten Zweig 34 ein fester
Widerstand R2, im dritten Zweig die Reihenschaltung der festen Widerstände R3 und
R4 mit einem Abgriff 37 zum Anschluß des Strompfades 7 zwischen sich und im vierten
Zweig 36 ein Meßwiderstand RM angeordnet. Die Steuerschaltungen 9 und 11 sind an
einen Speisepunkt 30 und an die
Diagonalpunkte 31 und 32 angeschlossen.
Durch die Zweige 33 und 35 fließt ein Strom I11 und durch die Zweige 34 und 36 ein
Strom 112. Die Summe dieser Ströme ergibt den konstant zu haltenden Strom I1.
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Die Spannung zwischen den Punkten 31 und 32 dient zur Steuerung der
Brückenkompensation, also insbesondere des Stromes I2. Der Spannungsabfall am Widerstand
R1 bzw. am Widerstand R2 und noch besser der-Mittelwert der beiden Spannungsabfälle,
bei dem also die Spannungen an den Punkten 30, 31 und 32 berücksichtigt werden,
dient der Steuerung des Steuerorgans 6, das hier durch seinen Endtransistor T1 veranschaulicht
ist. Je nachdem, wie stark der Spannungsabfall bzw. der Mittelwert von einer vorgegebenen
konstanten Spannung abweicht, ändert der Transistor T1 sein Durchlaßverhalten, so
daß 11 im wesentlichen konstant bleibt.
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Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für einen Meßwertumformer, der mit der
Brücke nach Fig. 4 arbeitet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Abgriff 37 befindet sich an einem Spannungsteiler P1, der mit festen Widerständen
R5 und R6 im Zweig 35 liegt. Mit dem Meßwiderstand RM ist ein Regelwiderstand R7
im Zweig 36 vorgesehen. Dem Transistor T1 des Steuerorgans 6 ist in Kaskade ein
Transistor T2 vorgeschaltet. Dessen Emitter-Kollektor-Strecke ist durch einen Anlaufwiderstand
R8 überbrückt.
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In die Brückendiagonale zwischen die Punkte 31 und 32 sind die Eingänge
eines Differenzverstärkers gelegt, der einen ersten Transistor T3 und einen zweiten
Transistor T4, zugehörige Kollektor-Arbeitswiderstände Rg und R10 sowie einen gemeinsamen
Emitter-Widerstand R11 aufweist. Ein zu T3 und T4 komplementärer Transistor T5 dient
als Ausgangswiderstand. Ein als Diode geschalteter, weiterer, vorzugsweise komplementärer
Transistor T6 kompensiert Störungseinflüsse durch T5. Zwischen dem Kollektor des
Transistors T5 und dem Kollektor des Transistors T4 befindet sich ein Knotenpunkt
38. Durch den ersten
Transistor T3 fließt ein von der Spannung
am Diagonalpunkt 32 abhängiger Strom 13, durch den zweiten Transistor T4 ein von
der Spannung am Diagonalpunkt 31 abhängiger Strom 14. Die Schaltung erzwingt durch
den Ausgangstransistor T5 ebenfalls einen Strom 13. Infolgedessen fließt über die
vom Knotenpunkt 38 abzweigende Leitung 39 ein Differenzstrom 13 - I4, der entsprechend
der Diagonal spannung positiv oder negativ sein kann.
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Eine erste Anordnung zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts
besteht aus dem Steuerorgan 8 in der Form eines Signalstrom-Transistorverstärkers
in dem Strompfad 7. Dieser besteht aus den in Kaskade geschalteten Transistoren
T7 und T8. Dieser Verstärker liegt mit einem Widerstand R 12 in Reihe. Eine zweite
Anordnung zur Wiederherstellung des Brückengleichgewichts umfaßt einen Steuertransistor
Tg, dessen Kollektor-Emitter-Strecke als veränderlicher Widerstand parallel zum
festen Widerstand R5 geschaltet ist. Die Basis dieses Transistors Tg wird direkt
von der Stromdifferenz I3 - I4 gesteuert. Der Emitter dieses Transistors Tg liegt
an der Basis eines Transistors T10, dessen Emitter mit der Leitung 39 und dessen
Kollektor mit der Eingangsbasis des Stromsignal-Transistorverstärkers 8 verbunden
ist. Wenn die Diagonalspannung in der einen Richtung von Null abweicht, fließt dementsprechend
ein Signalstrom I2 über den Strompfad 7. Weicht dagegen die Diagonalspannung in
der anderen Richtung von Null ab, ist der Signalstrom I2 gleich Null und die Kompensation
erfolgt dadurch, daß der Spannungsabfall am Widerstand R5 mit Hilfe des Steuertransistors
Tg herabgesetzt wird. Auch wenn daher der Meßwiderstand RM einen Wert außerhalb
seines Arbeitsbereichs annimmt, ist eine Kompensation der Brücke sichergestellt.
Ebenso wie der Differenzverstärker liegt die nachstehend beschriebene Anordnung
zur Gewinnung einer konstanten Spannung an den Speisepunkten 29 und 30 der Brücke.
Diese Anordnung weist zahlreiche Widerstände R1-3 - R18, einen Spannungsteiler P2
mit einem Abgriff 40, einen Transistor T11 und eine Zenerdiode Z1 auf. Mit Hilfe
dieser Anordnung
kann am Abgriff 40 eine wählbare, konstante Spannung
abgegriffen werden. Diese wird in einem Vergleichs-Transistor T12 mit dem Spannungsabfall
am Emitterwiderstand R11 verglichen.
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Dessen Kollektor steuert die Eingangsbasis des Steuerorgans 6.
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Ein Widerstand R19 verbindet den Kollektor mit der Anschlußklemme
2. Wird mit Hilfe des Vergleichstransistors T12 festgestellt, daß der Mittelwert
der Spannungsabfälle an den festen Widerständen R1 und R2 nicht mehr mit der eingestellten
konstanten Spannung 40 übereinstimmt, wird das Steuerorgan 6 so weit verstellt,
bis wieder ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist.
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Dieser entspricht einem Zustand, bei dem die Summe von 111 + 112 im
wesentlichen gleich dem gewünschten Sollwert ist.
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Mit Hilfe des Spannungsteilers P2 kann der Sollwert für die konstante
Stromsumme I1 eingestellt werden. Mit Hilfe des Regelwiderstandes R7 kann der Nullpunkt
des Signalstroms I2, also der Arbeitspunkt X0 (Fig. 3) eingestellt werden. Mit Hilfe
des Potentiometers P1 kann die Steilheit des Anstiegs von I2, also die Empfindlichkeit
des Meßwertumformers, verändert werden.
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Bei einem begrenzten Anspruch an die Genauigkeit kann der Steuertransistor
Tg weggelassen werden, besonders wenn die Widerstände R1 und R2 einigermaßen gleich
sind. Auch kann der Transistor T11 weggelassen werden; er gibt nur die Möglichkeit,
Temperatureinflüsse, die an der Basis-Emitter-Strecke der Transistoren T3 und T4
auftreten, zu kompensieren, beispielsweise durch Verwendung eines NTC-Widerstandes
R13. Der Widerstand R12 begrenzt den Signalstrom für den Fall, daß der Meßwiderstand
RM eine Fehlfunktion hat. Der Leistungsverbrauch für Verstärker und Spannungs-Stabilisierungsanordnung
kann so niedrig gehalten werden, daß mehr als 3,7 mA des Uberwachungsstroms von
4 mA für die Brücke zur Verfügung stehen. Des weiteren kann der Strompfad 7 auch
erst hinter dem Steuerorgan 6 in die Leitung 10 eingeführt werden, wie es strichpunktiert
in Fig. 1 veranschaulicht ist.
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In Fig. 6 ist die Brücke der Fig. 4 dahingehend ergänzt, daß statt
eines Meßwiderstandes RM sowohl im dritten Zweig 35 zwei Meßwiderstände RM1 als
auch im vierten Zweig 36 zwei Meßwiderstände RM2 angeordnet sind, die eine entgegengesetzte
Anderungstendenz haben, also beispielsweiseWiderstände vonDehnungsmeßstreifen Zum
Ausgleich ist im vierten Zweig 36 ein Zusatzwiderstand R20 sind.
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vorgesehen, der gleich der Widerstandssumme von R3 und R4 ist.
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Im übrigen arbeitet diese Brücke wie es in Verbindung mit den Fig.
4 und 5 beschrieben wurde, Die Brücke nach Fig. 7 unterscheidet sich von der Brücke
nach Fig. 4 dadurch,-daß die Diagonalpunkte 31 und 32 über einen Spannungsteiler,
der aus den Widerständen R21 und R22 besteht, miteinander verbunden sind. Dieser
Spannungsteiler hat einen Abgriff 41. über den Spannungsteiler fließt ein Strom
113 von der einen zur anderen Seite der Brücke. Dieser Strom ändert nicht die Stromsumme
Ii, sondern nur die Spannungsabfälle an den Widerständen R1 und R2. Zwischen dem
Abgriff 41 und dem Speisepunkt 30 wird daher ein ausgewogener Mittelwert der Spannung
abgegriffen. Mit diesem ausgewogenen Mittelwert wird die erste Steuervorrichtung
9 beeinflußt. Die Diagonalspannung beeinflußt die zweite Steuervorrichtung 11.
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In Fig. 8 ist ein Meßwertumformer gezeigt, der mit der Brücke nach
Fig. 7 arbeitet. Hierbei sind für vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen
wie in den vorangehenden Figuren benutzt.
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Der Strompfad 7 ist diesmal hinter dem Steuerorgan 6 angeschlossen
und daher direkt mit der Klemme 2 verbunden. Die Widerstände R5 und R6 im Brückenzweig
35 sind durch einen Widerstand R23 ersetzt. Der Differenzverstärker mit den Transistoren
T3 und T4 steuert nur den Signalstrom-Transistorverstärker 8, wobei der Kollektor-Arbeitswiderstand
R24 des Ausgangstransistors T5 zwischen der Eingangsbasis des Transistors T8 und
dem Brücken-Speisepunkt 29 liegt.
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Zwischen die Abgriffe 40 und 41 sind die Eingänge eines Vergleichs-Differenzverstärkers
mit den Transistoren T13 und T14 geschaltet, denen zwei Kollektor-Arbeitswiderstände
R25 und R26 sowie ein gemeinsamer Emitterwiderstand R27 zugeordnet sind.
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Der Differenzverstärker hat einen Ausgangstransistor T15, dessen Kollektor
über einen Arbeitswiderstand R28 mit der Klemme 2 und direkt mit der Eingangsbasis
des Steuerorgan-Verstärkers 6 verbunden ist. Dieser Differenzverstärker sorgt dafür,
daß, wenn die Spannung am Abgriff 41 von der vorgegebenen konstanten Spannung am
Abgriff 40 abweicht, das Steuerorgan 6 seinen Durchlaßwiderstand derart ändert,
daß die Summe der die gesamte Brücke durchfließenden Ströme 111 und 2 konstant ist.
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Der Meßwertumformer ist generell verwendbar. Bei einem niederohmigen
Fühler kann man den größtmöglichen Fühlerstrom durch den zugehörigen Brückenzweig
schicken. Wenn umgekehrt ein hochohmiger Fühler verwendet wird, kann ein hoher Strom
durch den anderen Brückenzweig fließen. Das System arbeitet aber auch, wenndie Widerstände
in beiden Brückenzweigen annähernd gleich sind. Die veranschaulichten Transistoren
können auch durch komplementäre Transistoren mit entsprechender Anschlußart ersetzt
werden. Der Verstärker mit dem Knotenpunkt 38 in Fig. 5 kann auch bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 8 verwendet werden.