-
Anordnung zur Linearisierung einer Anzeige
Es gibt Meßgeräte, deren
Ausschlag dem Meßwert nicht linear, sondern heispielsweise quadratisch entspricht.
Ein lßeispiel dafür ist der Mengenanzeiger für Dampf. Wenn in Abhängigkeit von dem
Ausschlag dieses Gerätes eine selbsttätige Regelvorrichtung gesteuert werden soll
oder auch aus anderen Gründen, ist eine lineare Anzeige erwünscht.
-
Es ist bekannt, mit Hilfe einer Kurvenschaltung eine linear von der
PIeßgröße abhängige Anzeige oder Fiteuerwirkung abzuleiten. Eine derartige Kurvenscheibe,
d. h. also eine mechanische Lösung der Aufgabe ist nur für das Meßgerät geeignet,
dem sie angepaßt ist. Eine elektrische Anordnung, welche die quadratische Anzeige
in eine lineare umwandelt, hat daher zahlreiche Vorteile. Es ist schon vorgeschlagen
worden, hierfür eine Brückensteuerung zu verwenden, bei welcher ein Brückenzweig
proportional im Quadratwert, d. h. dem Ausschlag des quadratischen Anzeigegerätes
entsprechend geändert wird, während zwei andere Brückenzweige gleichzeitig und im
gleichen Verhältnis sich ändern, wobei dann diese letztere Änderung dem Wurzelwert
der Änderung des erstgenannten Brückenzweiges entspricht. Die Verstellung der beiden
gemeinsam zu ändernden Brückenwiderstände erfolgt beispielsweise durch einen Verstellmotor,
der durch die Diagonalspannung der Brücke gesteuert wird.
-
Wenngleich diese elektrisch arbeitende Anordnung günstiger ist als
eine mechanische Vorrichtung, so ist sie doch noch nicht von allen Fehlern frei,
insbesondere geht der Widerstand der Verbindungsleitungen der Brückenwiderstände
zum Teil in die Wirkungsweise der Anordnung ein, so daß nicht im gesamten Meßbereich
eine genügende Genauigkeit hinsichtlich der angestrebten Um-
wertung
des quadratischen Ausschlags in einen linearen Ausschlag oder eine lineare Meßgröße
erzielbar ist.
-
Bei einer Anordnung zur Umwertung des nichtlinearen Ausschlags eines
Meßgerätes, vorzugsweise eines quadratischen Ausschlags, in einen linear abhängigen
Meßwert, bei welcher eine durch das quadratische Meßgerät gesteuerte Brückenschaltung
mit einer Nachlaufsteuerung verwendet wird, wird erfindungsgemäß eine zweckmäßigerweise
gleiche Größe für sämtliche Brückenwiderstände angewendet, und das quadratische
Meßgerät vermindert einen diese r Widerstände um einen seinem Ausschlag proportionalen
Teilbetrag, während selbsttätig in zwei anderen Brückenzweigen der Abgleich der
Brücke dadurch hergestellt wird, daß zu dem einen Zweig je ein verhältnisgleicher
Widerstandsbetrag hinzugefügt und in dem anderen Zweig fortgenommen wird. Man kann
hierbei den Widerstand der Verbindungsdrähte der Brückenschaltung zu den regelbaren
Widerständen hinzurechnen, so daß also die vier Brückenzweige unter Berücksichtigung
ihrer Zuleitungen gleiche Widerstandsgröße haben. Es haben dann diese Zuleitungen
keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Radizierung.
-
Es ist mit der neuen Brückenschaltung nicht nur möglich, einen quadratischen
Wert in seinen Wurzelwert umzuwandeln, sondern es kann die Vorrichtung auch umgekehrt
verwendet werden zur exakten Bildung des Quadrates eines Meßwertes oder einer Verstellung.
Durch die Ausgestaltung der Widerstände, insbesondere wenn der Widerstandsbetrag
je Längeneinheit des Verstellweges nicht konstant ist, kann man auch andere Umwandlungsverhältnisse
erzielen.
-
Zur Erläuterung der Erfindung dient ein Ausführungsbeispiel. Auf
Einzelheiten dieses Beispiels soll die Erfindung nicht beschränkt sein.
-
Abb. I zeigt eine schon früher vorgeschlagene Brückenschaltung, während
Abb. 2 ein Beispiel für eine neue Brückenschaltung nach der Erfindung wiedergibt.
-
Abb. I zeigt eine Brücke mit den vier Widerständen S1, 82, SS, 84.
Das Brückenrelais R steuert die beiden gegenüberliegenden Brückenwiderstände 82
und Ss derart gemeinsam im gleichen Verhältnis, daß die Gleichgewichtsbedingung
81 : 82 = Sps :54 erfüllt wird. Der Widerstand S1 ist proportional dem Ausschlag
des Meßgerätes; der Ausschlag möge eine Funktion f (x) der Meßgröße x sein.
-
Unter der Voraussetzung, daß die Zuleitungen zu den Brückenzweigen
einen vernachlässigbaren Widerstand haben, wäre 82 und Ss proportional der Wurzel
aus f (x) oder auch direkt proportional x, wenn z. B. f (x) = x2 ist. Da aber diese
Zuleitungen nicht widerstandslos sein können, ist eine Anzeige bis zum Wert Null
herab mit dieser Anordnung nicht möglich.
-
Eine verbesserte Brückenschaltung gemäß der Erfindung zeigt Abb.
2. Die vier Brückenwiderstände sind mit a, b, c und d bezeichnet; das Brükkenrelais
ist R. Vom linken Ende des Brückenzweiges b bis zum linken Ende des Brückenzweiges
a und ferner vom rechten Ende des Brückenzweiges a bis zum Anschluß des Brückenrelais
R liegen zwei Zuleitungen, deren Widerstandswert in dem Brückenzweig a eingerechnet
und eingeeicht ist.
-
Der Widerstandszweig a wird durch das quadratische Meßgerät derart
beeinflußt, daß ein kleinerer oder größerer Wert von dem Gesamtwiderstandswert dieses
Zweiges fortgenommen wird. Dieser fortgenommene Widerstandsbetrag ist dem Ausschlag
des quadratischen Meßinstrumentes proportional. Die beiden Widerstandszweige b und
c werden durch das Brückenrelais R gemeinsam so lange verstellt, bis das Brückengleichgewicht
hergestellt ist, was daran erkennbar ist, daß das Relais R stromlos wird. Die Änderungen
dieser beiden Widerstände haben den gleichen Betrag. Während aber der Widerstandszweig
b eine Verringerung des Widerstandswertes erfährt, wird im Gegensatz dazu der Widerstandswert
im Zweige c um einen gleichen Betrag erhöht.
-
Die vier Widerstandszweige a, b, c, d haben beispielsweise untereinander
gleichen Betrag beim Ausschlag 0 des quadratischen Meßgerätes. Der Gesamtwert sei
gleich I; dann ist die Einstellung auf den Widerstandszweigen c und b (I + und (i-A1),
wobei A1=A2 das Maß der Verstellung in den Widerstandszweigen b und c bedeutet.
Das Verstellungsmaß im Widerstandszweiga, das von den Meßgeräten eingestellt wird,
sei mit M bezeichnet. Die Bedingung für das Gleichgewicht der Brücke lautet dann:
i-M2 = (I - Al) (I + A2) Es'ist also, wenn A1 und A2 gleich groß sind, A gleich
dem Wurzelwert von M2.
-
Es können die Widerstände der Brückenschaltung auch anders gruppiert
sein, indem beispielsweise zwei andere Widerstände durch die Meßgröße gemeinsam
verstellt werden. Die einzige Voraussetzung für die Größe der Brückenwiderstände
ist die, daß beim Meßbetrag M= 0 das Brückengleichgewicht erhalten ist.