DE3119342C2

DE3119342C2 - Compensation measuring arrangement based on the potentiometer method

Info

Publication number: DE3119342C2
Application number: DE19813119342
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Gass
Original assignee: Novotechnik KG Offterdinger & Co 7302 Ostfildern De GmbH; Novotechnik KG Offterdinger & Co 7302 Ostfildern GmbH
Current assignee: Novotechnik Messwertaufnehmer 7302 Ostfilder GmbH
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1985-07-04
Also published as: DE3119342A1

Abstract

Kompensationsvorrichtung für eine zu messende, einer Kraftverstärkung oder einer Fernanzeige zu unterwerfende Eingangsspannung, wobei ein motorisch angetriebenes Kompensationspotentiometer eine Kompensationsspannung er zeugt, die der Eingangsspannung entgegengeschaltet ist. Zwischen den die Differenz zwischen Eingangsspannung und Kompensationsspannung verstärkenden Leistungsverstärker (12) und den Kompensationspotentiometer (6) ist ein starr gegengekoppelter Hilfsverstärker (8) geschaltet, dessen einer Eingang mit dem Abgriff (6a) des Potentiometers (6) verbunden ist. Die Stromversorgung des Hilfsverstärkers (8) erfolgt über mindestens eine Stromeinprägeschaltung in Reihe mit einer Spannungsquelle, wobei an diesen Zweig auch das Kompensationspotentiometer angeschlossen ist. Daher kann der Hilfsverstärker die Speisespannung für das Kompensationspotentiometer jeweils so verschieben, daß der Schleifer belastungsfrei äußerst niederohmig auf konstantem Potential, beispielsweise Massepotential liegt.Compensation device for an input voltage to be measured, to be subjected to a force amplification or a remote display, a motor-driven compensation potentiometer generating a compensation voltage which is connected in opposition to the input voltage. Between the power amplifier (12), which amplifies the difference between the input voltage and the compensation voltage, and the compensation potentiometer (6), an auxiliary amplifier (8) with rigid negative feedback is connected, one input of which is connected to the tap (6a) of the potentiometer (6). The auxiliary amplifier (8) is supplied with power via at least one current injection circuit in series with a voltage source, the compensation potentiometer also being connected to this branch. The auxiliary amplifier can therefore shift the supply voltage for the compensation potentiometer in such a way that the wiper is at a constant potential, for example ground potential, with an extremely low resistance and no load.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kompensationsmeßanordnung nach dem Potentiometerverfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche bekannte Kompensationsmeßanordnung (DE-AS 25 35 049) so'l als mehrdekadischer Spannungsgeber so ausgebildet sein, daß nur ein Spannungsteiler vorgesehen ist, für den die für jede Dekade gewünschte Spannung durch je einen Umschalter gegen Masse abgegriffen wird. Die für jede Dekade abgegriffenen Spannungen werden dann einem summierenden Operationsverstärker zugeführt, wobei noch durch entsprechende Bemessung von den Eingängen vorgeschalteten Summierwiderständen eine der jeweiligen Dekade zugeordnete Wertigkeit erzielt wird. Setzt man einen solchen mehrdekatischen Spannungsgeber als Widerstands-Steüanordnung in einer Kompensationsschaltung, beispielsweise für eine Temperaturmessung ein, dann wird dem einen Eingang des Kompensationsverstärkers die zu bestimmende Temperaturspanniing, gegebenenfalls über weitere Operationsverstärker, zugeführt, während der Ausgang des summierenden Operationsverstärkers vom mehrdekadischen Spannungsgeber mit dem anderen Eingang des Kompensationsverstärkers verbunden ist. Durch eine mit dem Ausgang des Kompensationsverstärkers verbundene Steuerschaltung werden dabei die Umschalter des mehrdekadischen Spannungsgebers im Sinne einer Reduzierung der am Kompensationsverstärker anliegenden Differenzspanr.ang zu f'ull verstellt.The invention is based on a compensation measuring arrangement according to the potentiometer method the genre of the main claim. Such a known compensation measuring arrangement (DE-AS 25 35 049) so'l be designed as a multi-decadic voltage generator so that only one voltage divider is provided for the voltage required for each decade is tapped by a switch to ground. the The voltages tapped for each decade are then fed to a summing operational amplifier, with summing resistors connected upstream of the inputs by appropriate dimensioning a value assigned to the respective decade is achieved. If one puts such a multi-decade Voltage transmitter as a resistance control arrangement in a compensation circuit, for example for a Temperature measurement, then one input of the compensation amplifier is the one to be determined Temperaturspanniing, if necessary via further Operational amplifier, while the output of the summing operational amplifier from the multi-decade Voltage transmitter is connected to the other input of the compensation amplifier. By a The control circuit connected to the output of the compensation amplifier becomes the changeover switch of the multi-decade voltage transmitter in the sense of a reduction in the compensation amplifier applied differential voltage set too full.

Insofern stellt die bekannte Kompensationsvornchtung eine der üblichen Kompensationsschaltungen dar. von denen es eine Vielzahl von Varianten gibt. Grundsätzlich sind Kompensationsmeßverfahren beispielsweise erforderlich für Fernanzeigen, für Fernverstellungen. für Kompensationsschreiber und eine Vielzahl sonstiger Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise für die Fernanzeige bei Waagen, die unter Kraft durchzuführende Verstellung von Stellgliedern bei Regelungen, bei denen die Eingangsspannung eine sich ändernde Führungsgröße sein kann. Die di ' Hauptanwendungsgebiete für Kompensationsschaltungen können daher zusammengefaßt werden unter den Stichworten Instrumentierung. Kraftübertragung, beispielsweise bei Servosystemen. und das große Gebiet der Fernanzeigen.In this respect, the known compensation device provides represents one of the usual compensation circuits, of which there are a large number of variants. Basically Compensation measurement methods are required, for example, for remote displays, for remote adjustments. for compensation recorders and a variety of other applications, for example for the Remote display on scales, the adjustment of actuators to be carried out under power in the case of controls where the input voltage can be a changing reference variable. The di 'main areas of application for compensation circuits can therefore be summarized under the key words instrumentation. Power transmission, for example in servo systems. and the large area of remote displays.

Bei allen diesen Anwendungsgebieten ergibt sich das gleiche Problem der störungsfreien und in wünschenswerter Weise hochgenauen Kompensation einer Eingangsspannung. die auch eine Potentiometerposition sein kann.In all of these fields of application, the same problem arises as the problem-free and in the more desirable Way highly accurate compensation of an input voltage. which also has a potentiometer position can be.

bo Dabei werden solche Kompensaiionsverfahren heutzutage hauptsächlich auf elektronischem Wege durchgeführt, verglichen mit den früher bekannten Kompensatoren, die mit Schleifdraht und Relaisansteuerung gearbeitet haben. Die Probleme bei solchen Kompensationsschaltungen sind aber die gleichen geblieben, wie die folgende Darlegung zeigt.bo Such compensation procedures are used nowadays mainly carried out electronically, compared to the previously known expansion joints, who have worked with contact wire and relay control. The problems with such compensation circuits but have remained the same, as the following explanation shows.

Eine erste bekannte Schaltung zur Kompensation einer Eingangsschaltung arbeitet mit einem ZerhackerA first known circuit for compensating an input circuit uses a chopper

und einem nachgeschalteten Wechselspannungsverstärker, wobei dessen Ansteuerung über einen Trenntrafo erfolgt, dessen Eingangsklemmen über dem Zerhackerkontakt liegen. Der Wechselspannungsverstärker arbeitet auf einen nachgeschalteten Stellmotor, in diesem Fall üblicherweise einen Wechselstrommotor, der den Abgriff eines mit der unbekannten Eingangsspannung in Reihe geschalteten Potentiometers so verstellt, daß sich die Kompensation der Eingangsspannung ergibt, die dann der Potentiometerstellung bzw. dem Drehwinkel des Stellmotors proportional ist.and a downstream AC voltage amplifier, which is controlled via an isolating transformer takes place whose input terminals are above the chopper contact. The AC amplifier is working to a downstream servomotor, in this case usually an AC motor, which takes the tap a potentiometer connected in series with the unknown input voltage is adjusted so that the compensation of the input voltage results, which is then the potentiometer position or the angle of rotation of the servomotor is proportional.

Neuere Kompensationsschaltungen arbeiten hier wieder mit Gleichstrom-Stellmotoren, da diese bei besseren dynamischen Eigenschaften kostengünstiger sind. Anstelle der Chopper-Verstärker, die die Differenz der einander entgegengeschalteten Spannungen nach der Zerhackung verstärken, werden Gleichspannungsverstärker ve; wendet Dieses einfache Grundprinzip einer Kompensationsschaltung ist gegenwärtig praktisch aufgegeben, denn das Problem der Verstärkung einer Differenzspannung kann so nicht gelöst werden: ein Problem, welches hauptsächlich deshalb schwierig ist, weil der die Differenz verstärkende und zur Verstellung auswertende Verstärker zur Vermeidung von Fehlern mit seiner Versorgungsspannung praktisch auf dem sich ändernden Schleiferpotential schweben (floaten) müßte. Solche mit ihrem Netzteil bezüglich der Stromversorgung schwebende Verstärkerschaltungen für die Kompensation von Eingangsspannungen werden auch verwendet, beispielsweise indem man einen Mittelabgriff des Netzteils mit dem Schleifer des Potentiometers und entsprechend mit dem einen Verstärkereingang verbindet. Hierdurch ergeben sich aber gravierende Nachteile, da die verwendeten Verstärker Leistungsverstärker sind, die zum Teil stark einstreuen; dabei ist das Potentiometer insbesondere im Mittenbereich nicht hinreichend niederohmig wie etwa an den Endbereichen. Daher schwebt die ganze Stromversorgung entsprechend der momentanen Potentiometerposition und dieser folgend sozusagt.i auf und nieder.Newer compensation circuits work here again with DC servomotors, as these are better ones dynamic properties are cheaper. Instead of the chopper amplifier that makes up the difference of the amplify opposing voltages after chopping are DC voltage amplifiers ve; applies This simple basic principle of a compensation circuit is currently practically abandoned, because the problem of amplifying a differential voltage cannot be solved in this way: a problem which is mainly difficult because the one that amplifies the difference and evaluates it for adjustment Amplifier to avoid errors with its supply voltage practically on the changing The wiper potential would have to float. Those with their power pack regarding the power supply floating amplifier circuits for the compensation of input voltages are also used, for example by having a center tap of the power supply unit with the wiper of the potentiometer and correspondingly connects to the one amplifier input. However, this results in serious disadvantages, because the amplifiers used are power amplifiers, some of which have strong effects; here is the potentiometer not sufficiently low resistance, especially in the middle area, such as at the end areas. Therefore the entire power supply floats according to the current potentiometer position and following this so to speak.i up and down.

Um wiederum diesen Nachteilen zu begegnen, sind in der Zwischenzeit sogenannte Instrumentierungsverstärker oder Instrumentenverstärker entwickelt worden, die zwei Einzelverstärker umfassen, die so ausgebildet und miteinander verschaltet sind, daß sei eine Differenz von zwei Spannungen gegen fossse verarbeiten können. Problematisch ist aber bei solchen Instrumentierungsverstärkern, daß diese einen nur für ganz besondere Anwendungsfälle zu rechtfertigenden Aufwand erforderlich machen, um ei.ien gewünschten Genauigkeitsstandard zu erreichen. Insbesondere ist es notwendig, zur Gtjichaktunterdrückung den Instrumentierungsverstärker mit einer Vielzahl von Präzisionswiderständen auszustatten. Will man beispielsweise in einem Genauigkeitsbereich von 0,01% arbeiten, dann müssen beim Instrumentierungsverstärker mindestens vier Widerstände untereinander und im Temperaturgang und schließlich in ihrer Langzeitstabilität besser als der angegebene Maßstab sein. Dies sind Forderungen, die die Verwendung solcher Instrumentierungsverstärker für eine Vielzahl gängiger Anwendungsfälle ausschließen. Zur umfassenden Information bezüglich dieser Probleme wird allgemein verwiesen auf das Buch von J. G. Graeme, »Applications of Operational Amplifiers ->· Third-Generation· Techniques«, McGraw-Hill Book Company, insbesondere Seite 53 sowie die Seite 59 unten, wo auch auf die MögFihkeiten einer schwebenden Stromversorgung für Gleichstrom-Diffcrenzverstärker eingegangen wird, die in nachteiliger Weise wieder besonders brummempFmdlich ist, so daß mit abgeschirmten Leitungen und Transformatoren gearbeitet werdet, müßte.In order to counteract these disadvantages, so-called instrumentation amplifiers are now available or instrumentation amplifiers have been developed which comprise two individual amplifiers configured in this way and are interconnected so that we can process a difference of two tensions against fossse can. The problem with such instrumentation amplifiers is that that this requires an expense that can only be justified for very special applications to achieve a desired standard of accuracy. In particular, it is necessary the instrumentation amplifier to suppress gtjichakts equipped with a variety of precision resistors. For example, if you want in one If the accuracy range is 0.01%, then the instrumentation amplifier must have at least four resistors with each other and in the temperature curve and finally in their long-term stability better than the specified Be the benchmark. These are demands that the use of such instrumentation amplifiers for exclude a variety of common use cases. For full information on these issues general reference is made to the book by J. G. Graeme, Applications of Operational Amplifiers -> Third-Generation Techniques, McGraw-Hill Book Company, especially page 53 as well as page 59 below, where also on the possibilities of a floating Power supply for direct current differential amplifier is entered, which again particularly disadvantageous sensitive to hum, so that you work with shielded cables and transformers, would have to.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Potentiometerverfahren ίο arbeitende Kompensationsmeßanordnung zu schaffen, die kostengünstig ist, also keine hochgenauen Präzisionsbauteile benötigt, die nicht brumm- oder sonstwie störspannungsempfindlich ist und die ferner hochgenau arbeitet und nur eine Speisespannungsquelle benötigt.Accordingly, the present invention is based on the object of using the potentiometer method ίο to create working Kompensationsmeßanordnung that is inexpensive, so no highly accurate precision components is required, which is not sensitive to hum or any other interference voltage and which is also highly accurate works and only requires one supply voltage source.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erFmdungsgemäße KompensationsmeQanordnung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haüptanspruchs und hat gegenüber dem weiter vorn genannten Stand der Technik d^; Vorteil, daß der Schleifer des Kompensationspotentiome^ers praktisch völlig unbelastet ist, dennoch bei jeder Schleiferposition exakt auf (geräteinterner) Masse liegt. Es gelingt _aher eine (unbekannte) Eingangsspannung zu kompensieren, indem m_an mit der Differenzspannung in die Schaltung geht, diese verstärkt und entsprechend den Schleifer des Potentiometers verstellt.The compensation measuring arrangement according to the invention solves this problem with the characterizing features of the main claim and, compared with the prior art mentioned above, has d ^; The advantage that the wiper of the compensation potentiometer is practically completely unloaded, but is exactly on (device-internal) ground in every wiper position. It is possible to compensate _aher an (unknown) input voltage by m _a n is the difference voltage in the circuit, amplifies them and adjusted according to the wiper of the potentiometer.

Dabei könnte man, von einem gegebenen Standpunkt, diese interne Gerätemasse zwar als schwebend betrachten, sie schwebt aber sozusagen mit dem Innenwiderstand Null, ist praktisch kurzgeschlossen und daher beispielsweise auch gegenüber Einstreuungen unempfindlich. Dies steht im Gegensatz etwa zu der bekannten Floating-Schaltung für die Stromversorgung, bei der das Potential auf dem Potentiometer schwebt, wobei sich der Widerstand ändert und auch eine Niederohmigkeit nicht erzielbar ist. Es fließen daher auch bei der Erfindung im Gegensatz zu der bekannten Schwebeschallung keine kapazitiven Ströme.From a given point of view, this internal device mass could be seen as floating consider, but it hovers so to speak with the internal resistance zero, is practically short-circuited and therefore also insensitive to interference, for example. This is in contrast, for example, to the known Floating circuit for the power supply, in which the potential on the potentiometer is floating, the resistance changes and a low resistance cannot be achieved either. It is therefore also included the invention in contrast to the known floating sound no capacitive currents.

D- bei hängen bei der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung die Spannungen zusammen; die Verstärkerspannung und die Kompensationsspannung rühren aus ein und derselben Spannungsquelle her, und es wird auch nur eine Spannungsquelle benöiigt im Gegensatz zu den zwei erforderlichen Spannungsquellen bei der bekannten Schwebeschaltung, bei der sich eine Spannungsquelle frei schieben lassen muß. Bei der Erfindung erzwingt ein Verstärker über seine Versorgung einen solchen Ausgangsstrom, daß das Schleiferpotentia! mit der Niederohniigkeit eines Verstärkers auf Masse liegt, mit anderen Worten, solange der Verstärker im gegenpekoppelten Zustand nachliefern kann, wirkt sich dies wie ein Kurzschluß für die Schaltung aus. Über den Schieifer fließen daher weder Brumm- noch Ausgleichsströme, das Kompensationspotcntiometer ist vollkommen unbelastet und es ergeben sich daher auch an diesem Potentiometer keine entsprechenden Widerstands-Teilverhältn.sse entsprechend der Schleiferposition, die sich sonst nachteilig auswirken Mit anderen Worten, der hier zusätzlich vorgesehene und mit dem Schleifer des Potentiometers verbunden-5 Verstärker zieht sich die Referenzspannung, die der Eingangsspannung entgegengeschaltet ist, und die Versorgungsspan-D- depend on the compensation circuit according to the invention the tensions together; stir the amplifier voltage and the compensation voltage from one and the same voltage source, and in contrast only one voltage source is required to the two required voltage sources in the known float circuit, in which one Let the voltage source slide freely. In the invention, an amplifier enforces its supply such an output current that the wiper potential! with the low level of an amplifier on ground in other words, as long as the amplifier is in can deliver counter-coupled state affects this looks like a short circuit for the circuit. Therefore neither hum nor equalizing currents flow through the slider, the compensation potentiometer is completely unloaded and therefore also result no corresponding resistance division ratios on this potentiometer according to the grinder position, which would otherwise have a detrimental effect with others In other words, the additional amplifier provided here and connected to the wiper of the potentiometer the reference voltage, which is connected in the opposite direction to the input voltage, and the supply voltage

f?5 nung so hin, daß der iOtentiometerschleifer immer auf identischem Potential wie die (innere) Masse liegt. Tatsächlich bleibt das Potential, von einem anderen Standpunkt gesehen, immer gleich und es ist der Verstärker,so that the iOtentiometer grinder always opens identical potential as the (inner) mass. Indeed, the potential remains, from a different point of view seen, always the same and it's the amplifier,

der über seine Stromversorgung von Stromeinprägern Ausgleichsströme erzwingt, die eine Spannungsverlagerung an den Anschlüssen des Kompensationspotentiometers entsprechend der im folgenden geschilderten Wirkungsweise hervorrufen, eine Spannungsverlagerung, die möglich ist, weil die Stromeinpräger, selbstgespeist von der einen Spannungsquelle des Geräts, in einer Stromverzweigung am Kompensationspotentiometer und an der Stromversorgung des Verstärkers anliegen. which uses its power supply to force equalizing currents from current imprinters, which cause a voltage shift at the connections of the compensation potentiometer as described below Effectiveness cause a voltage shift, which is possible because the current injector is self-fed from one voltage source of the device, in a current junction on the compensation potentiometer and connected to the power supply of the amplifier.

Der Erfindung ist es daher, wie die vereinfachte Schaltungsdarstellung der Fig. 3 auch zeigt, gelungen, in Reihe mit der zu kompensierenden Eingangsspannung Ut eine schwebende, regelbare Spannungsquellc vor den anderen Verstärkereingang zu schalten, die den Innenwiderstand Null aufweist.As the simplified circuit diagram of FIG. 3 also shows, the invention has succeeded in connecting a floating, controllable voltage source, which has zero internal resistance , in series with the input voltage Ut to be compensated, in front of the other amplifier input.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäUen Systems möglich. Besonders vorteilhaft ist die beidseitige Anordnung von Stromeinprägeschaltungen in Form von entsprechend konstant vorgespannten Transistoren, wobei in Reihe mit den Stromeinprägeschaltungen anstelle von Spannungsquellen Zenerdioden verwendet sind.The measures listed in the subclaims are advantageous developments and Improvements to the system according to the invention are possible. The arrangement of current injection circuits on both sides in the form of corresponding constant biased transistors, being in series with the current injection circuits instead of Voltage sources Zener diodes are used.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näner erläutert Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and will be described in the following Description näner explained It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Kompensationsmeßanordnung in stärker schematisierter Darstellung. Fig. 1 shows a first embodiment of the compensation measuring arrangement in a more schematic representation.

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der die Kompensationsmeßanordnung bildenden Kompensationsschaltung mit genauerer Angabe der verwendeten Baueiemenie und2 shows a more detailed illustration of the compensation measuring arrangement forming compensation circuit with more precise details of the construction equipment used and

F i g. 3 eine Art Ersatzschaltbild der Kompensationsschaltung zum besseren Verständnis.F i g. 3 a kind of equivalent circuit diagram of the compensation circuit for better understanding.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

IOIO

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

Der Grundgedanke der nach dem Potentiometerverfahren arbeitenden Kompensationsmeßanordnung für Eingangsspannungen besteht darin, das Kompensationspotentiometer 6 unter der Steuerung eines dem eigentlichen, die Ansteuerung des Stellmotors bewirkenden, als Differenzverstärker ausgebildeten Kompensationsverstärkers 12 vorgeschalteten weiteren oder Hilfsverstärkers 8 mit seinen Anschlüssen sozusagen frei schwebend aufzuhängen, wobei aber das Potential über dem Kompensationspotentiometer konstant ist und wobei die frei schwebende Verschiebemöglichkeit aus der Fähigkeit des Hilfsverstärkers resultiert das Potential ?m Schleifer des Potentiometers zu erfassen und mit einem Grund- oder Massepolential (innere· Gehäusemasse) zu vergleichen und über seine eigene Stromversorgung die Spannungsverhältnisse an den Potentiometeranschlüssen entsprechend einzustellen.The basic idea of the compensation measuring arrangement working according to the potentiometer method for Input voltages is the compensation potentiometer 6 under the control of one of the the actual actuation of the servomotor configured as a differential amplifier compensation amplifier 12 upstream or further Auxiliary amplifier 8 with its connections to hang freely floating, so to speak, but with the potential is constant over the compensation potentiometer and where the freely floating displacement option the ability of the auxiliary amplifier to detect the potential in the potentiometer wiper and with a ground or ground potential (internal housing ground) and compare the voltage ratios at the potentiometer connections via its own power supply set accordingly.

Die in F i g. 1 mit 1 bezeichnete Kompensationsschaltung verfügt über eine Stromeinprägeschaltung, die bevorzugt aus zwei symmetrisch beidseitig an die obere Stromschiene (Plusschiene 2) und an die untere Stromschiene (Mir.usschiene 3) angeschlossenen Konstantstromquelien 4a und 4b besteht. In Reihe mit der Stromeinprägeschaltung und daher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls beidseitig symmetrisch den Konstantstromqueüen 4a und 4b nachgeschaltet sind Spannungsquellen 5a und 5b vorgesehen. Ein weiter unten noch zu besprechendes Ausführungsbeispiel wird zeigen, daß anstelle dieser Spannungsquellen 5a, 5b auch Zenerdioden eingesetzt werden können; die Anordnung von Spannungsquellen ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 daher lediglich zum besseren Verständnis und zur Erläuterung der Grundposition vorliegender Erfindung vorgesehen. Mit den freien Anschlüssen der Spannungsquellen 5a, 5b sind die beiden äußeren Anschlüsse des Kompensationspotentiomctcrs 6 verbunden; über diesem liegt noch eine Zencrdiodc 7 /ur Konstanthaltung des am Komperisationspotcniiomctcr 6 anliegenden Spannung. Die Konstantstromquellen 4./. 4b liefern in der gleichen Richtung einen in etwa identischen konstanten Strom, obwohl die Bemessung und ihre Ausbildung nicht besonders kritisch ist, da der weitere Verstärker 8 auch bei mehr oder weniger unsymmetrischen Verhältnissen dafür sorgt, daß die Schaltung einwandfrei wie weiter unten noch genauer besprochen, arbeitet.The in F i g. 1 with 1 designated compensation circuit has a current injection circuit, which preferably consists of two symmetrically on both sides of the upper busbar (plus busbar 2) and the lower busbar (Mir.usschiene 3) connected constant current sources 4a and 4b . Voltage sources 5a and 5b are provided in series with the current injection circuit and therefore, in the exemplary embodiment shown, also symmetrically downstream of the constant current sources 4a and 4b on both sides. An exemplary embodiment to be discussed further below will show that Zener diodes can also be used instead of these voltage sources 5a, 5b; the arrangement of voltage sources is therefore only provided in the exemplary embodiment in FIG. 1 for better understanding and to explain the basic position of the present invention. The two outer connections of the compensation potentiometer 6 are connected to the free connections of the voltage sources 5a, 5b; Above this there is also a central diode 7 / ur keeping the voltage at the Komperisationspotcniiomctcr 6 constant. The constant current sources 4. /. 4b deliver an approximately identical constant current in the same direction, although the dimensioning and its design is not particularly critical, since the further amplifier 8 ensures that the circuit works properly even in the case of more or less asymmetrical conditions, as discussed in more detail below, is working.

Der Schleifer 6a des Potentiometers ist mit dem einen Eingang ( + Eingang) des weiteren Verstärkers 8 verbunden, dessen anderer Eingang ( — Eingang) mit seinem Ausgang über die Leitung 9 durchverbunden ist, so daß dieser Verstärker 8 praktisch als Spannungsfolger arbeitet. Der Ausgang des Verstärkers 8 liegt auf Masse 10, dip hier, zur Unterscheidung zu einer äußeren frei verfügbaren Masse 11, beispielsweise für die zu kompensierende Eingangsspannung Ue. in der Zeichendarstellung unterschiedlich angegeben ist (interne Gerätemasse beispielsweise). Dem weiteren Verstärker 8 ist der eigentliche, die Leistungsverstärkung zur motorischen Verstellung des Potentiometers aufbringende Kompensationsverstärker 12 als Differenzverstärker nachgeschaltet, dessen über den Widerstand 13 rückgekoppelter Eingang ( — Eingang) ebenfalls an der internen Masse oder Gerätemasse iö iiegt, beispielsweise über einen weiteren Widerstand 14, wobei sich aus dem Widerstandsverhältnis von 13 :14 der Gegenkopplungsgrad bestimmen läßt. So kann der Widerstand 14 beispielsweise den Einheitswert 1 aufweisender Widerstand 13 hat dann den Einheitswert 100.The wiper 6a of the potentiometer is connected to one input (+ input) of the further amplifier 8, the other input (- input) of which is connected through to its output via the line 9, so that this amplifier 8 works practically as a voltage follower. The output of the amplifier 8 is connected to ground 10, dip here to distinguish it from an external freely available ground 11, for example for the input voltage Ue to be compensated. is specified differently in the character representation (internal device dimensions, for example). The further amplifier 8 is followed by the actual compensation amplifier 12, which provides the power amplification for motorized adjustment of the potentiometer, as a differential amplifier, whose input (input), which is fed back via the resistor 13, is also connected to the internal ground or device ground, for example via a further resistor 14, The degree of negative feedback can be determined from the resistance ratio of 13:14. For example, the resistor 14 can have the unit value 1, and the resistor 13 then has the unit value 100.

Der andere Eingang ( + Eingang) des Differenzverstärkers 12 bildet die eine Eingangsklemme für die zu bestimmende oder auszuwertende, jedenfalls zu kompensierende Eingangsspannung ϋ'ε, während die andere Eingangsklemme mit dem einen Anschluß des Kompensationspotentiometers 6 entsprechend Verbindungspunkt der Zenerdiode 7 mit der Spannungsquelle 5b angeschlossen ist In für sich gesehen bekannt. - Weise steuert der die Spannungsdifferenz zwischen der Eingangsspannung Ue. und der am Potentiometer abfallenden Referenz- oder Kompensationsspannung Uk erfassende Differenzverstärker 12 ein nachgeschaltetes Stellglied, beispielsweise einen Stellmotor 25 als Gleichstrommotor, dessen Ausgangswelle, gegebenenfalls über ein Getriebe, wie bei 15 in gestrichelter Linienführung angedeutet, den Schleifer 6a des Potentiometers zur Kompensation der Eingangsspannung verstellt.The other input (+ input) of the differential amplifier 12 forms one input terminal for the input voltage ϋ'ε to be determined or evaluated, in any case to be compensated, while the other input terminal is connected to one terminal of the compensation potentiometer 6 corresponding to the connection point of the Zener diode 7 with the voltage source 5b is known in itself. - The way it controls the voltage difference between the input voltage Ue. and the differential amplifier 12, which detects the reference or compensation voltage Uk falling at the potentiometer, a downstream actuator, for example a servomotor 25 as a direct current motor, the output shaft of which adjusts the wiper 6a of the potentiometer to compensate for the input voltage, possibly via a gear, as indicated at 15 in dashed lines .

Von wesentlicher Bedeutung ist bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung, daß die durch die beiden Verbindungslinien 16a, 166 gekennzeichnete Stromversorgung für den weiteren Verstärker 8 angeschlossen ist an den die Stromeinprägeschaltungen und Konstantstromquellen für die Spannungsversorgung des Kompensationspotentiometers bildenden Zweig, genauer gesagt jeweils an die Verbindungspunkte zwischen den einzelnen Konstantstromquellen 4a. 4b jeweils mit den Span-In the case of the in FIG. 1 that the power supply for the further amplifier 8, marked by the two connecting lines 16a, 166, is connected to the branch forming the current injection circuits and constant current sources for the voltage supply of the compensation potentiometer, more precisely to the connection points between the individual constant current sources 4a. 4b each with the

nungsquellen 5a, 5b. Das Ganze wird versorgt von einer einzigen Stromversorgungsschaltung als Netzgerät, die den beiden Plus- und Minusschienen 2 und 3 entsprechende Spannungen + Uo und -Uozuführt.power sources 5a, 5b. The whole thing is supplied by a single power supply circuit as a power supply unit, which supplies the two plus and minus rails 2 and 3 with corresponding voltages + Uo and -Uo .

Wirkungsweise und Funktion dieser Schaltung ist wie folgt: Die beiden Konstantstromquellen 4a, 4b lassen durch die Spannungsquellen 5a, 5b und die Referenz-Zenerd/U-'de über das Kompensationspotentiometer 6 einen konstanten Strom fließen, wobei der weitere Verstärker 8 für seine Stromversorgung dann über die Verbindungsleitungen 16.7. 16£> einen Ausgleic'ftsirom beansprucht und flieüen IaQl, der mit Λ bezeichnet ist. Die Speisespannung für diesen Verstarker 8 rührt von den beiden Spannungsquellcn oder Batterien 5</, 5b her und dieser als Operationsverstärker ausgebildete weitere Verstärker 8 sorgt nun aufgrund seiner Eigenschaften (Spannungsfolger) dafür, daß das Potential am Schleifer 6a des Potentiometers 6 identisch mit dem Potential der Geräternässe 10 ist. und z^u/sr durch eine ?p*s^nrcch?ⁿd*? Beeinflussung des zu seiner Stromversorgung fließenden Ausgleichsstroms U. Tatsächlich sind die beiden, von den Konstantstromquellen 4a, 4b gezogenen eingeprägten Ströme praktisch auch nicht absolut gleich und brauchen dies auch nicht zu sein, so daß dann, wenn man die Wirkungsweise des weiteren Verstärkers 8 zunächst außer Betracht läßt, das aus den Konstantstromquellen 4a, 4b und den Spannungsquellen 5a, 5b gebildete System immer an einem Anschlag wäre, da der jeweils größere Konstantstrom das Potential auf seine Seite ziehen würde. Als allgemeiner Hinweis zu diesem Sachverhal. folgendes. Es ist auch praktisch unmöglich, zwei Konstantstromquellen so genau darzustellen, daß sie absolut identische Ströme ziehen, so daß sich das Potential in der Mitte einstellen würde. In dem Moment, wo die eingeprägten Ströme nicht absolut konstant sind, ist der einen größeren Strom ziehende Bereich ohne Überspannung, während der andere Teil die gesamte Spannung führt. Der über den weiteren Verstärker fließende und von diesem erzwungene Ausgleichsstrom U zu Masse 10 ist aber aufgrund der getroffenen Schaltung und deren Eigenschaften notwendigerweise genau so groß, daß das Schleiferpotential auf Gerätemasse gelegt wird. Die am Kompensationspotentiometer 6 abfallende Kompensationsspannung Uk ist daher absolut identisch zur Eingangsspannung Ue — unter Berücksichtigung der Einstellmöglichkeit durch den motorischen Antrieb 25 —, obwohl der Schleifer vollständig unbelastet ist, d. h. über das Potentiometer praktisch keinerlei Ströme fließen. (Die über den Schleifer zum Verstärker 8 fließenden Ströme liegen in der Größenordnung von Picoampere bis Nanoampere und spielen keine Rolle.) Die Kompensation der Eingangsspannung Ue erfolgt dann durch die Schleiferverstellung dadurch, daß der Ausgang des weiteren Verstärkers 8 (an Gerätemasse 10) gleichzeitig mit dem Eingang des nachgeschalteten Differenzverstärkers 12 verbunden ist, dessen anderem Eingang über die Leitung 17 die unbekannte oder die einer Kraftverstärkung zu unterwerfende oder fernanzuzeigende Eingangsspannung zugeführt ist. Die bei 10 gebildete Masse, auf welcher der Schleiferabgriff 6a liegt, ist dabei beliebig niederohmig und beliebig beiastungs- und störspannungsfrei. Kurz zusammengefaßt kann man sagen, daß die Funktion des weiteren Verstärkers 8 derart ist, daß er selbst durch die von ihm erzwungenen Ausgleichsströme für seine Versorgung die am Kompensationspotentiometer 6 anliegende Referenzspannung in ihrer Potentialbeziehung so jeweils verschiebt, daß der Schleifer 6a selbst immer exakt auf Masse liegt, die hier als interne Gerätemasse 10 bezeichnet ist. Es ist daher möglich, mit der bei der Kompensation gebildeten Differenzspannung aus Eingangsspannung Uf. und Kompensationsspannung Uk beliebig in die Schaltung hineinzugehen, ohne daß an der Niederohmigkeit, im Grunde an dem praktischen Kurzschlußverhalten der Schaltung, der Belastungsfreiheit des Schleiferabgriffs 6a, der Hochohmigkeit des Kompensationspotentiometers 6 und der Störspannungsfrei-Operation and function of this circuit is as follows: The two constant current sources 4a, 4b allow a constant current to flow through the voltage sources 5a, 5b and the reference Zenerd / U-'de via the compensation potentiometer 6, with the further amplifier 8 for its power supply then via the connecting lines 16.7. 16 £> claims a balance and flow IaQl, which is denoted by Λ. The supply voltage for this amplifier 8 comes from the two voltage sources or batteries 5 </, 5b and this additional amplifier 8, designed as an operational amplifier, now ensures that the potential at the wiper 6a of the potentiometer 6 is identical to the potential due to its properties (voltage follower) the device wetness is 10. and z ^{u /} sr through a? p * s ^nr cch? ⁿ d *? Influence of the equalizing current U flowing to its power supply. In fact, the two impressed currents drawn by the constant current sources 4a, 4b are practically not absolutely the same and do not need to be so, so that when the mode of operation of the further amplifier 8 is initially excluded It can be considered that the system formed from the constant current sources 4a, 4b and the voltage sources 5a, 5b would always be at a stop, since the respectively greater constant current would pull the potential to its side. As a general note on this matter. the following. It is also practically impossible to represent two constant current sources so precisely that they draw absolutely identical currents, so that the potential would appear in the middle. At the moment when the applied currents are not absolutely constant, the area that draws a larger current is without overvoltage, while the other part carries the entire voltage. The compensating current U to ground 10 flowing through the further amplifier and forced by it is, however, due to the circuit involved and its properties, necessarily exactly so large that the wiper potential is connected to device ground. The compensation voltage Uk dropping at the compensation potentiometer 6 is therefore absolutely identical to the input voltage Ue - taking into account the setting option by the motor drive 25 - although the wiper is completely unloaded, ie practically no currents flow through the potentiometer. (The currents flowing through the wiper to the amplifier 8 are in the order of magnitude from picoampere to nanoampere and do not play a role.) The compensation of the input voltage Ue then takes place through the wiper adjustment in that the output of the further amplifier 8 (at device ground 10) at the same time is connected to the input of the downstream differential amplifier 12, the other input of which is supplied via the line 17 with the unknown input voltage or the input voltage to be subjected to a force amplification or to be displayed remotely. The mass formed at 10, on which the wiper tap 6a is located, has any low resistance and any load and interference voltage-free. Briefly summarized, one can say that the function of the further amplifier 8 is such that it shifts the potential relation of the reference voltage applied to the compensation potentiometer 6 through the equalizing currents it forces for its supply so that the wiper 6a itself always exactly to ground which is referred to as internal device ground 10 here. It is therefore possible to use the differential voltage formed during compensation from the input voltage Uf. and compensation voltage Uk to enter the circuit at will without the low resistance, basically the practical short-circuit behavior of the circuit, the freedom from load of the wiper tap 6a, the high resistance of the compensation potentiometer 6 and the interference voltage-free

heit eine Änderung auftritt.means a change occurs.

F-s ist weiter vorn schon darauf hingewiesen worden, daß beim praktischen Ausführungsbeispid die beidseitigen .Spannungsquellen 5a, 5b. wie in F i g. 2 gezeigt, durch Zenerdioden 5a'. 5b' ersetzt sind, während die Konstantstromquellcn 4u. 4b jeweils gebildet sind von beidseitigen Transistoren 18;/, 186, deren Basis-Emitterstrecke jeweils vorgespannt ist durch die Reihenschaltung hier zweier Dioden 19, 20, die bei dem dargestell-It has already been pointed out earlier that in the practical exemplary embodiment the voltage sources 5a, 5b on both sides. as in Fig. 2 shown by zener diodes 5a '. 5b 'are replaced, while the constant current sources 4u. 4b are each formed by transistors 18; /, 186 on both sides, the base-emitter path of which is biased by the series connection here of two diodes 19, 20, which in the case of the illustrated

Ipn AnsführijnCTshpisnipl Ptwa pinpn Sⁿ3ⁿⁿün^c"^;?ibf3HIpn AnsführijnCTshpisnipl Ptwa pinpn S ⁿ 3 ⁿⁿ ün ^c "^; ? Ibf3H

von 0,7 V pro Diode, also insgesamt 1.4 V erzeugen, so daß man die beiden Transistoren mit ihren kleinen Vorwiderständen 11,22 im wesentlichen als Konstantstromquellen ansehen kann, die in Reihe mit den Zenerdioden 5a', 5b' anstelle der Spannungsquellen und mit der beibehaltenen Referenzzenerdiode 7 geschaltet sind. Bei dem typischen Ausführungsbeispiel fließt von den Konsantstromquellen etwa ein Strom von / 10 mA, wobei der Ausgleichsstrom U zwischen Werten von 0 bis etwa 2 mA schwanken kann. Die Versorgungsspannung für die erfindungsgemäße Schaltung kann von einer Spannungsquelle mit + Uo = 30 V und — Uo = 30 V gebildet sein.of 0.7 V per diode, i.e. a total of 1.4 V, so that the two transistors with their small series resistors 11, 22 can essentially be viewed as constant current sources in series with the Zener diodes 5a ', 5b' instead of the voltage sources and with of the maintained reference zener diode 7 are connected. In the typical exemplary embodiment, a current of approximately / 10 mA flows from the constant current sources, wherein the compensating current U can fluctuate between values from 0 to approximately 2 mA. The supply voltage for the circuit according to the invention can be formed by a voltage source with + Uo = 30 V and - Uo = 30 V.

In F i g. 3 ist vereinfacht gezeigt, daß die Erfindung in der Lage ist, eine in dieser Form praktisch nicht zu realisierende Schaltung nachzubilden, die darin besteht, daß einem die Differenz zwischen der Eingangsspannung und der Kompensationsspannung erfassenden und verstärkenden Verstärker 22 eine schwebende, regelbare und insbesondere steife Kompensationsspannungsquelle 23 vorgeschaltet ist, die in ihrem Spannungswert vom Stellglied 24 des Verstärkers 22 stufenlos einstellbar ist und in Reihe mit der zu kompensierenden Eingangsspannung Ue. damit den Kreis zum anderen Eingang des Verstärkers 22 schließend, liegt.In Fig. 3 it is shown in a simplified manner that the invention is able to simulate a circuit which is practically impossible to implement in this form, which consists in providing an amplifier 22 that detects and amplifies the difference between the input voltage and the compensation voltage with a floating, controllable and, in particular, rigid Compensation voltage source 23 is connected upstream, the voltage value of which is continuously adjustable by the actuator 24 of the amplifier 22 and in series with the input voltage Ue to be compensated. so that the circuit to the other input of the amplifier 22 is closed.

Es gelingt daher der Erfindung, praktisch nicht miteinander vereinbare Forderungen in überraschender Weise zu realisieren, nämlich die völlige Unbelastbarkeit des Potentiometers, der Umstand, daß der Abgriff des Potentiometers mit der Niederohmigkeit eines Verstärkers, also praktisch mit dem Innenwiderstand Null auf Gerätemasse liegt und daß für die Realisierung der Schaltung nur übliche Bauelemente normaler Toleranzen erforderlich sind, um eine völlig störungsfreie und hochgenaue Kompensation einer Eingangsspannung, auch mit beliebiger Kraftverstärkung zu erzielen.The invention therefore succeeds in meeting requirements that are practically incompatible with one another, surprisingly Way to realize, namely the complete unloadability of the potentiometer, the fact that the tap of the potentiometer with the low impedance of an amplifier, i.e. practically with zero internal resistance is on device ground and that only common components with normal tolerances for the implementation of the circuit are required to ensure a completely interference-free and highly accurate compensation of an input voltage, can also be achieved with any force amplification.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Compensation measuring arrangement according to the potentiometer method, with a differential amplifier, at one input of which the input voltage (Uf) to be compensated is applied, an adjustment device controlled by this, which drives the tapping of a resistance setting arrangement generating the comparison voltage to be switched against the input voltage, and a further, counter-coupled amplifier, one input of which is connected to the tap of the resistance setting arrangement, characterized in that the power supply of the further amplifier (8) is connected to the circuit of the resistance setting arrangement and that the other input of the differential amplifier (12) with the output connected to internal device ground (10) further amplifier ^ (8) is connected

2. Aiioruiiung according to claim 1, uauurcn marked. that at least one current injection circuit is provided and the circuit is used as a compensation potentiometer (6) trained resistance control arrangement is assigned

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that at least one connected in series with the at least one current injection circuit Voltage source is provided that is in the circuit of the compensation potentiometer (6) and at the same time the fault! supply for the further amplifier (8) lies.

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the rnind <"Hens a current injection circuit with the series-connected voltage source are formed by the series connection of a first constant current source (4a / a first voltage source {5a). The compensation poientiometer (6). a second voltage source (5b) and a second constant current source (4b), the power supply for the further amplifier (8) being connected to the connection points of each constant current source (4a, 4b) with the respective voltage source (5a, Zb) on both sides, this amplifier strongly negative feedback is designed as a voltage follower in such a way that the tap (6a) of the compensation potentiometer (6) connected to one input (+ input) by changing the power supply equalizing currents with the internal resistance of the zero, seen from the tap (6a) further amplifier (8) is kept at the potential of the internal device ground (10).

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that a reference Zener diode (7) is connected in parallel with the compensation potentiometer (6) and in series with the two internal voltage sources (5a. 5b).

6. Apparatus according to claim 4 or 5. characterized gekennzexhnel, uaß the two-sided external constant current sources (4a, 4b), connected to the inside and to the respective facing terminal of the compensation potentiometer (6), the voltage sources (5a, Sb) are connected to the two outer power connection rails (2, 3) of the single supply current source (+ UO, -UO) are connected.

7. Device according to one of claims 4 to 6,

characterized in that the constant current sources (4a, 4b) are formed by transistors (18a, l & b) which are each biased at their base emitter section, preferably by a diode series circuit (19, 20) and which are connected in series with the voltage sources (5a, 5b) reproducing further /.encrdioden(5a',5£>'^ lie.