DE2157842C3

DE2157842C3 - Anordnung zur Temperaturkompensation für Meßbrücken

Info

Publication number: DE2157842C3
Application number: DE19712157842
Authority: DE
Inventors: Klaus 8000 Muenchen Reinewald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1971-11-22
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2157842B2; DE2157842A1

Description

J5 Bei einer Anordnung nach der Erfindung werden die Werkstoffe (Prüfling) einzeln an der Meßspule der Meßbrücke vorbeigefuhrt und die dabei sich ergebenden Scbeinwiderstände der Meßspule absolut ausgewertet. Die Werkstoffe und die Meßbrücke können dabei sehr verschiedene Temperaturen aufweisen. Die Brücke ist abgeglichen, wenn das Produkt der Schein widerstände ZI-Z4 ~ Z2-Z3 ist.

Für den speziellen Aufbau gilt:

R3
K4'

Hierbei bedeutet R1 den ohmschen Widerstand der SpuleH und R 2 den ohmschen Widerstand der Spule L2.

Mit Temperaturgang bezeichnet man die Abhängigkeit einer physikalischen Größe von der Temperatur. Zur Kompensation des Einflusses eines Temperaturkoeffizienten sind die verschiedensten Möglichkeiten bekannt. So dienen beispielsv eise zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit von Bauelementen und Schaltungen unter anderem Heißleiter, Kaltleiter und der Temperaturkoeffizient der Zenerspannung.

Bei Meßbrücken ist in der Regel eine Temperaturkompensation nicht erforderlich, da sie nur labormäßig und damit innerhalb eines verhältnismäßig geringen Temperaturunterschieds Verwendung finden. Wenn aber in speziellen Fällen eine Kompensation erforderlich wird, dann geschieht es in der Weise, daß man einen Widerstand mit geeignetem Temperaturkoeffizienten in Reihe in einem Brückenzweig anordnet. Diese Lösung reicht aber nicht aus, wenn eine Kompensation in einem verhältnismäßig weiten Temperaturbereich, z. B. von -25 bis +70⁰C, erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Temperaturkompensation für Meßbrücken zu schaffen, die eine optimale Lösung in einem weiten Temperaturbereich gewährleistet. Diese Aufgabe wird für Meßbrücken, die aus einer mit einem Prüfling in Wirkverbindung stehenden Meßspule, einer Vergleichsspule und zwei Widerständen bestehen, dadurch gelöst, daß die Meß- und die Vergleichsspule aus demselben Wickcldraht aufgebaut sind und die beiden Widerstände gleichen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Auf diese Weise wird bei Verwendung gleichen magnetischen Materials für die Speicherkerne eine vollständige Temperaturkompensation über den gesamten Temperaturbereich erzielt, da sich die Temperatureinflüsse gegenseitig aufheben. Das bedeutet, daß ein Optimum an Temperaturstabilität vorhanden ist, wie die Berechnung des Terriperaturganges der dem Ausführungsbeispiel in der F i g. 1 zugrunde gelegten Meßbrücke zeigt.

RealteU

Imaginärteil

20

R3

R4'

LA

R3

R4

Betrachtet man nun den Temperaturgang, so erhält man:

Rt(I +u±») R 3(1 +

~R2(V+a2u)

Li(I +«50) _ Λ30

R4(l +<ι4ί>)'

Hierbei sind:

ti i = Tk (Temperaturkoeffizient) des ohmschen Anteils der Meßspule,

i(2 = Tk des ohmschen Anteils der Vergleichsspule,

<z 4 = Tk der Feindrahtwiderständc,

«5 = Tk der Induktivität der Meßspule.

(i6 = Tk der Induktivität der Vergleichsspule.

Da die Meßspule und Vergleichsspule vom gleichen Draht gewickelt sind und die Spulen außerdem gleich aufgebaut, d. h. als Halbschalen ausgeführt sind, ist der Temperaturkoeffizient der Schalenkernc zu vernachlässigen, und damit ist «1 ~ α 2 und «5 * -<6.

Daraus folgt:

Rl(I+al») R3(l

R4(l+«40)~^r R2

Ll(I +a50) _ R3(1 +u4ft) LJ
L2(l +aS9)~ R4(l+a4fl)^ L2

R3
R4

Aus dieser Berechnung geht hervor, daß man eine vollständige Kompensation des Temperaturganges erhält.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die MeU- und die Vergleichsspule einerseits und die Widerstände andererseits jeweils aus gleichen Manganindrähten hergestellt. Manganin hat nämlich einen sehr kleinen Temperatürkoeffizienten, der sich außerdem, wie aus der Berechnung des Temperaturganges zu ersehen ist, noch kompensiert.

Bei der Verwendung einer derartigen Meßbrücke zu einer Dämpfungsmessung wird die Induktivität der Meßspule und der ohmsche Widerstand der Vergleichsspule verändert. Nach einer Weiterbildung der Erfindung soll die Anordnung zur Temperaturkompensation so ausgestaltet sein, daß sie auch der durch

den MelJvargang beispielsweise hervorgerufenen Verkleinerung der Induktivität und Vergrößerung des ohmschen Anteils der Spule gerecht wird. Weil der ohmsche Anteil der Meßspule klein gehalten werden soll, ura die prozentuale Änderung des Meßvorganges nicht zu verschlechtern, ist aber eine Vollauswicklung des Wickelraumes der Meßspule erforderlich. Da der obmsche Anteil der Meßspule aber auch noch zusätzlich durch den Meßvorgang um IRl vergrößert und die Induktivität um IL1 verkleinert wird, ist mit der Forderung, daß Meß- und Vergleichsspule gleich aufgebaut sind, die Brückengleichung nicht mehr zu erfüllen. Die Gleichungen lauten für diesen speziellen Fall: Der Scheinwiderstand

Zl = Rl +>.L1 + IR-J,-, IL,

während der Scheinwiderstand Zl = Rl+j<-,Ll unverändert ist. Damit gilt für die Abgleichbedingung:

Rl + IRl +j,n(Ll - IL) _ R3
R2+;mL2 ~ R4'

Um diese Gleichung zu erfüllen, mü'Ue ein in Reihe zur Vergleichsspule liegender abgleichbarer Widerstand einen entsprechend großen Wert haben. Entsprechend groß wäre dann aber auch sein Einfluß auf den Temperaturgang. Damit bei gleichem Scheinwiderstand Z 2 die Erhöhung des Realteiles und die Verminderung des Imaginärteils in dem Scheinwiderstand Zl ausgeglichen werden können, müßten die Meßspulen aus dickerem Draht gewickelt werden.

Nach der Erfindung werden für Meßbrücken zur Dämpfungsmessung deren Meßspule aus zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Einzelspulen besteht die Meßspule aus zwei oder mehreren parallelen Drähten gewickelt. Für den Scheinwiderstand ZI gilt dann

Die Abgleichbedingung läßt sich mit einem verhältnismäßig kleinen Widerstandswert erfüllen. Die Erfindung wird an Hand der Figuren erläutert

ίο Es zeigt

Fig. I eine Meßbrücke, die aus einer Meßspule, einer Vergleichsspule und zwei Widerstünden besteht und F i g. 2 eine Meßbrücke zur Dämpfungsmessung.

Wie aus der F i g. I zu ersehen ist, sind die Meßspule mit Ll, die Vergleichsspule mit Ll und die Widerstände mit R 3 und R 4 bezeichnet Diese Bezugszifiern wurden bereits bei der Berechnung des Temperaturganges verwendet

Abweichend von der F i g. 1 besteht die Meßspule in der F i g. 2 aus zwei in Reihe geschalteten Einzelspulen. Zum Abgleich sind zwei Potentiometer R22 und R42 eingefügt. Für die Werte der Potentiometer gilt, daß ihre Widerstände v^;el kleiner sind

als der ohmsche Widerstand der Spule L 2 und der ohmsche Widerstand des Fest Widerstandes R 4. Eine weitere Abgleichmöglichkeit besteht darin, daß der Imaginärteil durch einen Abgleichkern in der Verfeleichsspule, anstatt dem Potentiometer R 22, bewirkt wird.

Die vorliegende Ausführung kann z. B. bei Dämpfungsmessungen in Geräten, die besonders großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wie z. B. Münzprüfern, Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

157 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Temperaturkompensation for Meßbrücken, die aus einer mit einem Prüfling in Wirkverbindung stehenden Meßspule, einer Vergleicbsspule und zwei Widerständen besteben, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- (Ll) und die Vergleichsspule (L2) aus demselben Wickeldrabt aufgebaut sind und die beiden Widerstände (Rd, A4) gleichen Teraperaturkoefnzienten aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- (Ll) und die Vergleichsspule (L 2) einerseits und die Widerstände (K 3, R 4) andererseits jeweils aus gleichen Manganindrähten bestehen.

3. Anordnung nach den Ansprüchen I und 2 für Meßbrücken zur Dämpfungsmessung, deren Meßspule aus zwei oder mehreren in Reihe geschalteten Eiii^elspulen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (Ll) aus zwei oder mehreren parallelen Drähten gewickelt ist.

io