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Anordnung zum Verstärken von elektrischen Strömen oder Spannungen
mit einer von einem elektrischen Meßwerk gesteuerten Bolometeranordnung Es sind
selbstkompensierende Verstärker für elektrische Ströme oder Spannungen bekannt,
bei denen die Eingangsgröße das Meßwerk eines Galvanometers beeinflußt, das eine
von einerHilfsstromquelle gespeisteWiderstandsanordnung steuert. Die Hilfsstromquelle
erzeugt einen verstärkten Strom, der ein diesen wirksam machendes Gerät, z.B. einen
Tintenschreiber zum Aufzeichnen der Eingangsgröße, durchfließt.
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Derartige Verstärker sind in der Regel mit Trägheit behaftet. Wenn
z. B. als Widerstandsanordnung in an sich bekannter Weise eine Bolometerschaltung
benutzt wird, deren Widerstände von der Hilfsstremquelle erwärmt und durch einen
von dem Meßwerk des Galvanometers gesteuerten Luftstrom gekühlt werden, so vergeht
bei Änderungen der Eingangsgröße eine gewisse Zeit, bis die Stromverteilung in der
Bolometeranordnung sich der jeweiligen Einstellung des Galvanometermeßwerkes angepaßt
hat. Infolgedessen tritt ein Pendeln des Galvanometermeßwerkes auf. Wenn dieses
durch an sich bekannte dämpfende Mittel beseitigt werden soll, so wird dadurch stets
das Gewicht und das Trägheitsmoment des Meßwerk erhöht und die Einstellzeit wesentlich
vergrößert.
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Diese Nachteile der bekannten Bolometerverstärker können gemäß der
Erfindung durch eine elastische Rückführung des von dem Eingangsstrom beeinflußten
Meßwerks beseitigt werden, die aus elektrischen Mitteln zum Übertragen der ersten
Ableitung des Ausgangsstromes in den das genannte Meßwerk enthaltenden Stromkreis
besteht.
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Elastische Rückführungen ähnlicher Art sind an sich bekannt. Sie
wurden aber bisher nur bei Spannungsreglern benutzt. Es ist eine Anordnung bekanntgeworden,
bei der zum Gleichhalten der Spannung einer Dynamomaschine durch eine in einer Brückenschaltung
liegende Drosselspule der Differentialquotient des Erregerstromes der Maschine gebildet
wird, wobei ein elektrisches Meßwerk eine Fotozdlenanordnung steuert, die über gittergesteuerte
Stromrichter die Erregerspannung der Maschine verändert.
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Dadurch wird ein Überregeln verhindert, das infolge des trägen Ansprechens
der Maschinenregelung eintreten würde.
in vorliegenden Fall halldelt
es sich aber um einen Verstärker mit thermischer Trägheit, und die differenzierende
Rückwirkung wird dazu benutzt. Pendelungen des Meßwerks zu vermeiden, die infolge
dieser thermischen Trägheit eintreten würden. Zu diesem Zweck wird der Differentialquotient
des Ausgangsstromes gebildet und in den Stromkreis des NIeßwei-ks übertragen. Dadurch
wird dem Regelgalvanometer gewissermaßen vorgetiiusclit daß die Verstärkung trägheitslos
arbeitet.
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Für diesen Zweck kann ein Kondensator benutzt werden. cter so geschaltet
und bemessen ist. daß der Spannungsabfall an einem von dem verstärkten Strom durchflossenen
XViderstand Lade- bzw. Entladeströme hervorruft, die unmittelbar dem Meßwerk zugeleitet
werden und solche Größe hahen, daß die Trägheit des Verstärkungsvorganges in ihrer
XVirkung auf das Meßwerk nahezu kompensiert wird.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in
Schaltbildern dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 eine Schaltung zum Aufzeichnen eines
elektrisehen Stromes und Fig. 2 eine solche zum Aufzeichnen einer elektrischen Spannung
mittels eines Tintenschreibers.
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In Fig. I ist an die Eingangsklemmen für den zu verstärkenden Strom
i die Drehspule I eines Galvanometers angeschlossen. dessen Zeiger eine Fahne 2
trägt. An das Galvanometer schließt sich ein Stromkreis an, der einen verllältnismäBig
kleinen Widerstand RR und einen verhältnismäßig großen Widerstand Rv enthält. An
die Klemmen des Widerstandes Rn ist die Reihenschaltung einer aus den Widerständen
3, 4, 4, 5* 6 bestehenden Bolometeranordnung und eines Tintenschreibers 7 angeschlossen.
Die Bolometerwiderstände sind nach Art einer Brückenschaltung miteinander verbunden.
die an eine Gleichstromquelle 8 angeschlossen ist.
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Die Bolometerwiderstände sind in an sich bekannter Weise so angeordnet,
daß die Fahne 2 je nach ihrer Stellung entweder die Widerstände 3 und 5 oder die
Widerstände 4 und 6 mehr oder weniger abdeckt und so vor der Abkühlung durch einen
in beliebiger Weise erzeugten Luftstrom schützt. Gemäß der Erfindung ist nun ein
Kondensator g vorgesehen, der zu der Reihenschaltung des NViderstandes Rv und des
Tintensehreibers 7 parallel geschaltet ist.
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In abgeglichenem Zustande fließt durch die Galvanometerspule 1 kein
Strom, und es ist i . Rv = (J - i) . Ru, wobei J der verstärkte Strom ist, der von
dem Tintenschreiber aufgezeichnet wird.
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Daraus folgt: J . Rn - i . Rv + i Rn oder Rv + Ru J = i . , Ru d.
h. der Strom J ist proportional i und im Verhältnis Rv + Rn Rn verstärkt. NNeiin
nun der Eingangsstrom i z. B. ansteigt, so fließt durch die Galvanometerspule ein
Strom, der die Fahne 2 z. B. nach rechts bewegt. Dadurch verändert sich die Stromverteilung
in der Bolometerschaltung so lange. bis der Abgleich wiederhergestellt ist. Infolge
der thermischen Trägheit der Bolometerwiderstände erfolgt der Abgleich aber erst
allmählich. In dem gleichen Sinne wirkt auch die Ankerrückwirkung des Tintenschreibermeßwerkes.
Infolgedessen würden Pendelungen des Galvanometersystems auftreten.
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Nimmt man nun z. B. an, daß die Fahne 2 sich plötzlich um eine gewisse
Strecke bewegt, so folgt die Widerstandsänderung der Bolometerschaltung dieser Bewegung
nicht augenblicklich, sondern erst allmählich, d. h. die Stromstärke J und damit
auch die Galvanometerstromstiirke i, steigt etwa nach einer Exponentialkurve an,
wie sie in Fig. 3 durch die mit ig bezeichnete Kurve dargestellt ist.
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Infolge des von dem Strome J in dem Widerstand des Tintenschreibers
7 erzeugten Spannungsabfalls tritt in dem Kreise des Kondensators g ein Ladestrom
auf, der der ersten Ableitung des Stromes 1 entspricht, also d J ik = c . d t gesetzt
werden kann. Der Ladestrom ik nimmt dabei nach einer Exponentialkurve ab, wie sie
in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Fahne 2 plötzlich nach der anderen Seite ausschlägt,
so nimmt der Strom J nicht augenblicklich, sondern ebenfalls allmählich nach einer
Exponentialkurve ab. In diesem Falle entsteht in dem Kondensatorkreis ein Entladestrom,
der ebenfalls nach einer Exponentialkurve ahnimmt entsprechend der Darstellung in
Fig. 3.
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Da nun der Kondensator 9 so geschaltet ist, daß der Lade- bzw. Entladestrom
ik sich dem Galvanometerstrom ig überlagert, so werden die Pendelungen des Galvanometermeßwerks
verschwinden, wenn der es durchfließende Gesamtstrom ig + ik konstant bleibt.
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Man erkennt nun aus tler Fig. 3 leicht, daß es möglich ist, den Kondensator
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so zu bemessen, daß diese Bedingung stets annähernd erfüllt ist,
so daß die Trägheit des Verstärkungsvorganges -im Galvanometermeßwerk nicht zur
Wirkung kommt und die Schwankungen des Eingangsstromes i zwar mit der durch die
thermische Trägheit bedingten Verzögerung, aber ohne zusätzliche Pendelungen durch
den Strom J von dem Tintenschreiber aufgezeichnet werden.
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Im wesentlichen in der gleichen Weise wirkt auch die in Fig. 2 dargestellte
Schaltung zum Aufzeichnen einer Spannung e.
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Hier fehlt der Widerstand Rv. Vielmehr ist der Galvanometerkreis über
einen Widerstand Rn geschlossen, an dessen Klemmen die Reihenschaltung der von dem
Meßwerk des Galvanometers gesteuerten, von der Hilfsstromquelle 8 gespeisten Widerstandsanordnung
3, 4, 5, 6 und des Tintenschreibers 7 angeschlossen ist. Gemäß der Erfindung ist
hierbei der Kondensator g zu der Reihenschaltung des Galvanometers I und der von
dessen Fahne 2 gesteuerten Widerstandsanordnung parallel geschaltet. Auch hier ist
es möglich, den Kondensator so zu bemessen, daß die Trägheit des Verstärkungsvorganges
kompensiert wird. hTNTANSPCH: I. Anordnung zum Verstärken von elektrischen Strömen
oder Spannungen mit einem von dem Eingangsstrom beeinflußten Meßwerk, das eine von
einer Hilfsstromquelle gespeiste Bolometerwiderstandsanordnung steuert, gekennzeichnet
durch eine elastische Rückführung des von dem Eingangsstrom beeinflußten Meßwerks
in Gestalt von elektrischen Mitteln zum Übertragen der ersten Ableitung des Ausgangsstromes
in den das genannte Meßwerk enthaltenden Stromkreis.