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Schaltungsanordnung zur Beseitigung der Spannungsabhängigkeit von
Brückenschaltungen Bei Brückenschaltungen bewirkt eine Änderung der Spannung der
Brückenstromquelle eine Änderung der Strom- und Spannungsverhältnisse in der Brücke
der Schaltung, so daß die Einstellung eines Brückenindikators, z. B. eines Anzeigeinstrumentes,
dadurch geändert wird. Bei Brückenschaltungen mit spannungsunabhängigen Widerständen
ist der Brückenstrom bzw. die Brückenspannung der Spannung der Brückenstromquelle
direkt proportional. Zur Vermeidung des Einflusses von Anderungen der Spannung der
Brückenstromquelle auf die Anzeige des Brückeninstrumentes kann man ein Instrument
mit zwei Systemen, z.B. ein Kreuzspulinstrument, verwenden, dessen eines System
in der Brücke der Schaltung liegt und dessen anderes System von der Brückenstromquelle
direkt gespeist wird. Die Gleichgewichtslage dieses Instrumentes hängt nur von dem
Verhältnis der Ströme in den beiden Systemen ab und ist damit unabhängig von Schwankungen
der Spannung der Brückenstromquelle.
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Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen zur Beseitigung
der Spannungsabhängigkeit von mit Gleichstrom oder
Wechselstrom
betriebenen Brückenschaltungen, bei svelchen in einem oder mehreren Brückenzweigen
spannungs abhängige Widerstände oder Kombinationen aus Widerständen und elektromotorisden
Kräften liegen.
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Bei diesen Schaltungen hängt der Brückenstrom bzw. die an dem Brückenindikator
liegende Spannung in verwickelterer Weise von der Spannung der Brückenstromquelle
ab.
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Um den Einfluß von Änderungen der Spannung der Brückenstromquelle
auf die Einstellung des Brückenindikators zu vermeiden. kann in bekannter Weise
in Reihe mit dem Brückenindikator eine konstante Spannungsquelle gelegt werden.
Diese Schaltungsanordnung weist eine Reihe von Nachteilen auf.
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Sie bedingt zunächst die Verwendung einer zusätzlichen Spannungsquelle.
Da sich Spannungsänderungen dieser Spannungsquelle direkt auf den Brückenindikator
auswirken, muß ihre Spannung sehr konstant sein. Bei Verwendung von Normalelementen,
die als solche Hilfsspannungsquellen vornehmlich in Frage kommen, ist es licht möglich.
diese Hilfsspannung den Verhältnissen der Brückenschaltung genau anzupassen, da
diese Elemente nicht durch Spannungsteiler überbrückt werden dürfen. Man ist daher
auf die Einführung einer Hilfsspannung angewiesen, die ein ganzzahliges Vielfaches
der Spannung eines Normalelementes beträgt. Das bedingt. daß nicht die Hilfsspannung
der Brückenschaltung. sondern die Arbeitsbedingungen der Brückenschaltung an eine
gegebene Hilfsspannung angepaßt werden müssen, xrodurch z. B. bei Brückenschaltungen
mit Elektronenröhren über die Arbeitsverhältnisse der Röhren nicht frei verfügt
werden kann.
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Diese Naditeile sind beim Gegenstand der Erfindung dadurch vermieden.
daß zur Beseitigung der Spannungsabhängigkeit in der Brücke der Brückenschaltung
als Brückenindil;ator ein Gerät mit zwei Systemen verwendet wird, an dessen eines
System die Spannung der Brückendiagonale und an dessen anderes System eine Hilfsspannung
gelegt wird, die von einem Stromkreis entnommen wird, der Elemente enthält, die
der Hilfsspannung eine der Diagonalspannung am Meßsystem entsprechende Charakteristik
erteilt bzw. die konstant ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien im folgenden an Hand der
in den Fig. I und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert,
in denen Brückenschaltungen mit einem Differentialgalvanometer als Brückenindikator
dargestellt sind.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I liegen in den Brückenzweigen
II, III, IV die spannungsunabhängigen Widerstände B, C, D.
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Der Brückenzweig I enthält einen Stromverbraucher oder Stromerzeuger,
der in eine Reihenschaltung, bestehend aus dem spannungsunabhängigen Widerstand
4 und der elektromotorischen Kraft a. zerlegt werden kann. Die Brückenschaltung
wird von einer Stromquelle mit der Spannung u gespeist. An den Klemmen I und 2 des
Brückeninstrumentes liegt die Brückenspannung, die im allgemeinsten Fall von der
Spannung 1< (für kleine Änderungen von it) linear abhängt. d;h. sich aus einem
konstanten Glieds und einem u 'proportionalen Glied 4 1( zusammensetzt. Im Grenzfall
kann eines der Glieder null werden. Das Verhältnis all? hängt von den Widerständen
bzw. der elektromotorischen Kraft in den Brückenzweigen ab und kann durch die Wahl
dieser Größen in weiten Grenzen willkürlich festgelegt werden.
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Um zu erreichen, daß das Drehssstem des Differentialgalvanometers
eine bestimmte Gleichgewichtslage. z. B. die Nullstellung, einnimmt und diese Stellung
von Änderungen der Spannung ?f unabhängig ist, wird an die Klemmen 3 und 4 des Galvanometers
eine Hilfsspannung gelegt, die eine der Brückenspannung an den Klemmen I, 2 entsprechende
Charakteristik aufweist, d. h. sich aus einem konstanten Glied und einem von lt
abhängigen Glied v 1£ zusammensetzt und wobei das Verhältnis µ/v=a/ß ist. Die Hilfsspannung
bleibt damit der Brückenspannung l)ei Änderungen von 1 proportional, und der Proportionalitätsfaktor
wird so gewählt. daß die Wirkung der Hilfsspannung die Wirkung der Brückenspannung
aufhebt. so daß das Drehsystem die gewünschte Nullstellung einnimmt.
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Um diese Hilfsspannung zu erhalten, liegt an der Speisestromquelle
ein Hilfsstromkreis, der sich aus dem spannungsunabhängigen Widerstand JJ und einem
spannungsabhängigen Widerstand, der in eine Reihenschaltung, bestehend aus dem spaunmigsunabhängigen
Widerstand V und der elektromotorischen Kraft ii, zerlegt ist, zusammensetzt. Die
Hilfsspannung kann entweder, wie in Fig. I angedeutet ist, an ei oder an dem spannungsabhängigen
Widerstand, dem in diesem Fall ein spannungsunabhängiger Widerstand O parallel geschaltet
wird, abgegriffen und durch Verschieben der Abgriffe in Richtung und Größe verändert
werden. Proportionalität zwischen Hilfsspannung und Brückenspannung, d. h. Gleichheit
der Verhältnisse afß und ,u/r, erreicht man dabei. indem man entweder die Verhältnisse
der Widerstände in den Brückenzweigen so wählt, daß die Brückenspannung in ihrer
Abhängigkeit von u der Hilfsspannung angepaßt wird oder indem man durch die Wahl
des spannungsabhängigen Widerstandes im Hilfsstromkreis oder durch Änderung seiner
Spannungsabhängigkeit
(was in Fig. I durch änderung des Widerstandes
0 möglich ist) die Hilfsspannung in ihrer Abhängigkeit von u an die Brückenspannung
anpaßt. Ist Proportionalität zwischen beiden Spannungen erreicht, braucht man nur
noch Richtung und Größe der Hilfsspannung, in dem Ausführungsbeispiel durch Verschieben
der Abgriffe auf M, so zu wählen, daß die Wirkung der Hilfsspannung die Wirkung
der Brückenspannung auf das - Drehsystem des Differentialgalvanometers aufhebt.
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Die Hilfsspannung kann auch konstant sein und in diesem Fall einer
besonderen Stromquelle entnommen werden. Auch hier erfolgt die Einstellung, indem
Richtung und Größe dieser Spannung und gleichzeitig das Verhältnis der Widerstände
in den Brückenzweigen zueinander so lange geändert wird, bis das Brückeninstrument
die gewünschte Einstellung annimmt und bei Änderung von u beibehält. Ist die Brückenspannung
an den Klemmen I und 2 proportional u (in Fig. I würde dies nur für a = 0 eintreten
können), muß auch die Hilfsspannung proportional u sein; sie kann dann direkt der
Speisestromquelle entnommen werden. Schließlich ist es auch möglich, die Hilfsspannung
an einem der Widerstände, die in den Brückenzweigen liegen, abzunehmen.
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In Fig. 2 ist die Anwendung der Erfindung auf eine an sich bekannte
Röhrengalvanometerschaltung mit Doppelgitterröhre dargestellt. Sie kann als Brückenschaltung
aufgefaßt werden, die in zwei Brückenzweigen spannungsabhängige Widerstände enthält.
Die Brückenwiderstände sind: I. Widerstand Anode - Kathode (spannungsabhängiger
Widerstand), 2. Widerstand Raumladegitter-Kathode plus Rgi (spannungsabhängiger
Widerstand), 3. Anodenwiderstand Ra, 4.
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Gitterwiderstand Rg2 R und W dienen zur Herstellung der erforderlichen
Heiz- und Steuergitterspannungen, v ist die Spannung der Speisestromquelle, x ist
die zu messende Spannung. Die Schaltung enthält als Brückenindikator ein Differentialgalvanomter
J, an dessen Klemmen 5 und 6 die Brückenspannung liegt. Damit das Anzeigesystem
eine bestimmte Einstellung, z. B. die Nullage einnimmt und bei Änderungen der Speisespannung
v beibehält, wird erfindungsgemäß an die Klemmen 7 und 8 des Galvanometers eine
Hilfsspannung gelegt, die dem Hilfsstromkreis, bestehend aus den beiden spannungsunabhängigen
Widerständen R, W und dem mit diesen in Reihe liegenden spannungsabhängigen Widerstand
des Heizfadens der Galvanometerröhre, entnommen und an dem Widerstand W abgegriffen
wird. Die Einstellung erfolgt in der Weise, daß zunächst durch Anderung der Verhältnisse
der Widerstände in den Brückenzweigen zueinander, hier durch Änderung des Verhältnisses
Rgl: Rg2, gegebenenfalls auch durch Änderung von Ra, die Brückenspannung dem Spannungsabfall
an JY proportional gemacht und darauf durch Verschieben des Abgriffes auf W die
Größe der Hilfsspannung so gewählt wird, daß ihre Wirkung auf das Drehsystem des
Instrumentes J die Wirkung der Brückenspannung gerade aufhebt.
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Die Erfindung ist nicht auf Brückenschaltungen beschränkt, die Elektronenröhren
enthalten. In den Brückenzweigen können außer spannungsunabhängigen Widerständen
beliebige andere nichtlineare Stromverbraucher oder Stromerzeuger vorkommen. Die
Erfindung kann sowohl für Brückenschaltungen, die mit Gleichstrom, als auch für
Brückenschaltungen, die mit Wechselstrom betrieben werden, Anwendung finden.