DE3202686C2

DE3202686C2 -

Info

Publication number: DE3202686C2
Application number: DE19823202686
Authority: DE
Inventors: Harald 7517 Waldbronn De Fritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1987-09-03
Also published as: DE3202686A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Widerstandsbrückenschaltung, die einen einerseits über eine Leitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand an einen Diagonalpunkt einer der beiden Brückendiagonalen dauernd angeschlossenen und andererseits mit den Diagonalpunkten der anderen Brückendiagonalen mittels eines mit einer periodischen Taktfrequenz eines den Abgleich der Brücke bestimmenden Tastverhältnisses betätigten Umschalters und einer Doppelleitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand abwechselnd verbindbaren Zeitteilerwiderstand aufweist.

Widerstandsbrückenschaltungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE-PS 22 60 439 und der DE-OS 28 55 482 bekannt. Der Einfluß der Doppelleitung mit nicht vernachlässigbarem Innenwiderstand, an die der Zeitteilerwiderstand angeschlossen ist, ist hier jedoch nicht berücksichtigt.

Der Abgleich einer verstimmten Widerstandsbrückenschaltung nach der Zeitteilermethode beruht darauf, mindestens einem der Brückenzweige periodisch einen sogenannten Zeitteilerwiderstand parallelzuschalten. Es kommt dabei ein vom Tastverhältnis des Zu- und Abschaltens abhängiger Mittelwert des Zeitteilerwiderstandes zum Tragen. Das für den Abgleich erforderliche Tastverhältnis ist ein Maß für die ursprünglich vorhandene Brückenverstimmung. In gleicher Weise kann auch eine normalerweise abgeglichene Widerstandsbrückenschaltung durch einen oder mehrere Zeitteilerwiderstände, die abwechselnd einem oder mehreren Brückenzweigen parallelgeschaltet werden, nach Maßgabe des Tastverhältnisses verstimmt werden. Die Verstimmung drückt sich in einer definierten Spannung an der Meßdiagonalen der Widerstandsbrückenschaltung aus.

In verschiedenen Anwendungsfällen derartiger Widerstandsbrückenschaltungen, beispielsweise bei elektrischen Waagen, ist es oft notwendig, die eigentliche Widerstandsbrückenschaltung entfernt von den Brückenspeise- und Abgleicheinrichtungen anzuordnen. Es kommen dann Leitungen zwischen einem Zeitteilerwiderstand und den Brückenwiderständen ins Spiel, deren temperaturabhängige Widerstände sich ebenfalls in dem den Abgleich der Brücke herbeiführenden Tastverhältnis niederschlagen und so ein durch die ursprüngliche Verstimmung der Brückenschaltung dargestelltes Meßergebnis verfälschen.

Der Dimensionierung des Zeitteilerwiderstandes dient eine Beziehung, die das Tastverhältnis als Funktion der beteiligten Brückenwiderstände, des Zeitteilerwiderstandes und der Widerstände der mit dem Zeitteilerwiderstand verbundenen Leitungen darstellt. Diese Beziehung wird aus Symmetriebedingungen für die Speisequellenklemmen bezüglich der an den Zeitteilerwiderstand angeschlossenen Eingangsklemme eines Nullverstärkers gewonnen, der zu einer Nachlaufsteuerung der Zeitteilereinrichtung gehört. Die erwähnten Symmetriebedingungen und die daraus abgeleitete Beziehung sind weiter unten anhand einer Figur erläutert.

Die von den Brücken- und Leitungswiderständen abhängige Funktion für das Tastverhältnis enthält einen Quotienten, in dessen Zähler der Widerstand der mit dem Zeitteilerwiderstand verbundenen einfachen Leitung vorkommt. Im Nenner ist dagegen der Widerstand der Doppelleitung enthalten. Die beiden Leitungswiderstände beeinflussen das Tastverhältnis also gegenläufig. Es durfte deshalb erwartet werden, daß für ein bestimmtes Verhältnis dieser Leitungswiderstände sich ihr Einfluß auf das Tastverhältnis gegenseitig aufhebt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die zum Zeitteilerwiderstand führenden Leitungen so auszuwählen und zu dimensionieren, daß sich die Einflüsse ihrer Widerstände möglichst gegenseitig aufheben. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer eingangs genannten Widerstandsbrückenschaltung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs niedergelegten Maßnahmen gelöst.

Messungen an einer entsprechend diesen Maßnahmen dimensionierten Brückenschaltung haben ergeben, daß temperaturabhängige gleichlaufende Widerstandsänderungen der mit dem Zeitteilerwiderstand verbundenen Leitungen keinen Einfluß mehr auf das Tastverhältnis und damit auf den Meßeffekt haben.

Die Erfindung wird anhand einer Figur, die eine schematische Darstellung einer Widerstandsbrückenschaltung mit Zuleitungen wiedergibt, erläutert.

Eine Widerstandsbrückenschaltung B ist an den Schaltpunkten ihrer Speisediagonalen über Speiseleitungen, die durch ihre Leitungswiderstände R _L1 charakterisiert sind, mit den Klemmen einer Speisequelle SQ verbunden. Die Meßdiagonale der Widerstandsbrückenschaltung steht über Leitungen L₂ mit den Eingangsklemmen eines Nullverstärkers NV in Verbindung. Der Nullverstärker bildet einen Bestandteil einer nicht dargestellten Nachlaufeinrichtung zum selbsttätigen Abgleich der verstimmten Widerstandsbrückenschaltung B über eine Zeitteilereinrichtung. Die Zeitteilereinrichtung besteht aus einem Zeitteilerwiderstand R _Z und einem Umschalter US sowie einer Verbindungsleitung des ZeitteilerwiderstandesR _Z, die durch ihren Leitungswiderstand R _L3 charakterisiert ist. Diese Verbindungsleitung verbindet ein Ende des Zeitteilerwiderstandes R _Z mit einem Punkt der Meßdiagonalen der Widerstandsbrücke B, der zwischen den beiden durch einen Mißeffekt verstimmbaren Brückenzweigen liegt. Die aus diesen Zweigen bestehende Brückenhälfte ist durch die Zeitteilereinrichtung überbrückt. Die Verstimmbarkeit der Brückenzweige dieser Hälfte ist angedeutet durch einen mit dem Grundwiderstand R _B des einzelnen Brückenzweiges multiplizierten Faktor (1+d) bzw. (1-d). Die beiden Umschaltkontakte des Umschalters US sind mit den Klemmen der Speisequelle SQ verbunden.

Maßgebend für die Dimensionierung des Zeitteilerwiderstandes und der Widerstände der mit ihm verbundenen Leitungen ist eine Beziehung, die das sogenannte Tastverhältnis der Umschaltfrequenz des Zeitteilers als Funktion der verstimmbaren Brückenwiderstände, der Leitungswiderstände und des Zeitteilerwiderstandes ausdrückt. Diese Beziehung wird aus der Symmetriebedingung für die Umschaltkontakte oder gleichbedeutend für die Speisequellenklemmen bezüglich derjenigen Eingangsklemme des Nullverstärkers gewonnen, die mit der von der Zeitteilereinrichtung überbrückten Brückenhälfte verbunden ist.

Die Gleichgewichtsbedingung lautet: Die Parallelkombination der Serienschaltung eines der Leitungswiderstände R _L1 und des positiv verstimmten Brückenwiderstandes R _B(1+d) mit der mit einem Zeitverhältnis multiplizierten Reihenschaltung des Zeitteilerwiderstandes und des Leitungswiderstandes R _L3 muß gleich sein der Parallelkombination der Reihenschaltung des anderen Leitungswiderstandes R _L1 und des negativ verstimmten Brückenwiderstandes R _B (1-d) mit der Serienschaltung des Zeitteilerwiderstandes R _Z und dem Leitungswiderstand R _L3, multipliziert mit einem anderen Zeitverhältnis Die beiden Zeitverhältnisse geben jeweils den Anteil der jeweiligen Einschaltzeiten des Zeitteilerwiderstandes an der Periode der Umschaltfrequenz an. Aus der erwähnten Gleichgewichtsbedingung, die formelhaft

lautet, kann schließlich das Tastverhältnis

gewonnen werden. Treten nun im Laufe des Betriebes der Widerstandsbrückenschaltung Temperaturänderungen der Leitungswiderstände R _L1 und R _L3 auf, so können diese durch einen Faktor (1+β ) berücksichtigt werden. Dies ergibt formelmäßig

wobei β den Temperaturkoeffizienten des Leitungsmaterials darstellt. Aus der Gleichsetzung der rechts vom Gleichheitszeichen stehenden Ausdrücke der beiden Gleichungen für das Tastverhältnis mit und ohne Berücksichtigung des Temperatureinflusses auf die Leitungswiderstände kann nun ein Verhältniswert für die Leitungswiderstände errechnet werden, für den gleichlaufende Temperatureinflüsse die Zeitteilereinrichtung nicht mehr beeinflussen:

Die Leitungswiderstände werden durch Wahl der Leitungsquerschnitte eingestellt. Die sich mit dem im Leitungswiderstandsverhältnis ausdrückenden Querschnittsverhältnis der Leitungen erzielte Kompensationswirkung ist nicht an konstante Temperaturen längs der Leitung gebunden. Es müssen lediglich die Leitungen jeweils den gleichen Temperaturen ausgesetzt sein; sie müssen also miteinander in einem Kabel verlegt werden.

Die Kompensationswirkung tritt auch dann schon zufriedenstellend ein, wenn die errechneten Querschnittsverhältnisse für die beteiligten Leitungen nur annähernd eingehalten werden.

Bei ausgeführten Schaltungen haben sich für die Querschnittsverhältnisse der mit dem Zeitteilerwiderstand verbundenen einfachen Leitung und der gleichzeitig als Speiseleitung dienenden Doppelleitung Verhältnisse zwischen 50 und 400 als brauchbar erwiesen. Dies entspricht Durchmesserverhältnissen zwischen 7 und 20.

Claims

Widerstandsbrückenschaltung, die einen einerseits über eine Leitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand an einen Diagonalpunkt einer der beiden Brückendiagonalen dauernd angeschlossenen und andererseits mit den Diagonalpunkten der anderen Brückendiagonalen mittels eines mit einer periodischen Taktfrequenz eines den Abgleich der Brücke bestimmenden Tastverhältnisses betätigten Umschalters und einer Doppelleitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand abwechselnd verbindbaren Zeitteilerwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als den Zeitteilerwiderstand (R _Z ) über den Umschalter (US) mit der Widerstandsbrückenschaltung verbindende Doppelleitung die zur Speisediagonalen führenden Speiseleitungen und als dauernd mit dem Zeitteilerwiderstand (R _Z ) verbundene Leitung eine zusätzliche, an einen der Meßdiagonalpunkte führende Leitung dient und daß das Verhältnis des Widerstandes (R _L3 ) der zusätzlichen Leitung zu dem der Speiseleitung durch Bemessung der Leitungsquerschnitte so gewählt ist, daß es das Doppelte des Produktes aus dem Verhältnis des Zeitteilerwiderstandes (R _Z ) zum Gesamtwiderstand (R _B ) der Widerstandsbrückenschaltung (B) und der Summe von "1" und dem Verhältnis des Speiseleitungswiderstandes (R _L1 ) zum Gesamtwiderstand (R _B ) der Widerstandsbrückenschaltung (B) ist.