DE935141C

DE935141C - Device for measuring small DC quantities with an AC differential circuit

Info

Publication number: DE935141C
Application number: DES6722D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Geyger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-11-12
Filing date: 1939-11-12
Publication date: 1955-11-10

Description

Einrichtung zum Messen von kleinen Gleichstromgrößen mit einer Wechselstrom-Differenzschaltung Zusatz zum Patent 932 508 Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Einrichtung zum Messen von kleinen Gleichstromgrößen mit einer aus einer Wechselstromquelle gespeisten Wechselstrom-Differenzschaltung, die in ihren beiden Differenzstromkreisen die Erregerwicklung mindestens je eines mit einer von der zu messenden Größe beaufschlagten Steuerwicklung verschenen Eisenkerns enthält, der nach Patent 932 508 zusätzlich über Gleichrichter aus dem betreffenden Differenzstromkreis erregt ist. Bei derartigen Meßeinrichtungen tritt die Erscheinung auf, daß die in den 1a iden Differenzstromkreisen fließenden Ströme für den Fall, daß die zu messende Größe den Wert Sull hat (Ruhenströme), um so größer werden, je weiter die Meßempfindlichkeit durch die sogenannte magnetische Rückluopplung infolge der zusätzlichen Magnetisierung der Eisenkerne durch die Ausgangsströme der Gleichrichter gesteigert wird.Device for measuring small direct current quantities with an alternating current differential circuit Addendum to patent 932 508 The invention relates to an improvement in a device for measuring small direct current quantities with one from an alternating current source fed alternating current differential circuit in its two differential circuits the excitation winding is acted upon by at least one of the size to be measured Control winding contains iron core, which according to patent 932 508 in addition is excited from the relevant differential circuit via rectifier. With such Measuring devices, the phenomenon occurs that the differential circuits in the 1a iden flowing currents in the event that the quantity to be measured has the value Sull (quiescent currents), the greater the measuring sensitivity due to the so-called magnetic Feedback as a result of the additional magnetization of the iron cores by the output currents the rectifier is increased.

Wenn die Ruheströme in den beiden Differenzstromkreisen genau gleich stark sind, so heben sie sich allerdings in dem SullzN-eiR der Differenzschaltung gegenseitig auf. so daß einer Meßgröße Null auch ein Strom Null in der im Nullzweig der Differenzschaltung angeordneten Meßgerätwicklung entspricht. Es ist aber zu beachten, daß infolge von äußeren Einflüssen, insbesondere Temperaturänderungen, die auf die beiden Differenzstromkreise nicht in dem gleichen Maße einwirken, die Ruheströme in ihrer Stärke Schwankungen unterworfen sind, so daß ein Differenzstrom verbleibt, dessen Betrag um so größer wird, je größer die Stromstärke der Ruheströme in den beiden Differenzstromkreisen ist. If the quiescent currents in the two differential circuits are exactly the same are strong, however, they stand out in the SullzN-eiR of the differential circuit each other up. so that a measured variable zero also has a current zero in the zero branch the measuring device winding arranged in the differential circuit corresponds. It is but note that as a result of external influences, especially changes in temperature, which do not affect the two differential circuits to the same extent that Quiescent currents are subject to fluctuations in their strength, so that a differential current remains, the amount of which becomes greater, the greater the current strength of the quiescent currents is in the two differential circuits.

Man kann nun die Stärke der Ruheströme dadurch wesentlich verringern, daß man in den beiden Differenzstromkreisen die Erregerwicklungen der Eisenkerne durch je einen Kondensator überbrückt. Da aber die Kapazität dieser Kondensatoren ebenfalls nicht unveränderlich ist und äußere Einflüsse nicht genau in dem gleichen Maße auf die Kapazitäten der beiden Kondensatoren einwirken, ist es auf diese Weise nicht möglich, den Ruhestrom in dem Nullzweige der Differenzschaltung völlig zu beseitigen, so daß die Nullage der Meßgerät-Anzeige Schwankungen unterworfen ist. You can now significantly reduce the strength of the quiescent currents, that the excitation windings of the iron cores are in the two differential circuits bridged by a capacitor each. But since the capacity of these capacitors likewise is not immutable and external influences are not exactly in the same way Dimensions affecting the capacitances of the two capacitors, it is in this way not possible to completely increase the quiescent current in the zero branches of the differential circuit so that the zero position of the measuring device display is subject to fluctuations.

Dieser Nachteil läßt sich nun bei einer Einrichtung zum Messen von kleinen Gleichstromgrößen mit einer aus einer Wechselstromquelle gespeisten Wechselstrom-Differenzschaltung, die in ihren beiden Differenzstromkreisen die Erregerwicklung mindestens je eines mit einer von der zu messenden Größe beaufschlagten Steuerwicklung versehenen Eisenkern enthält, der nach dem Hauptpatent zusätzlich über Gleichrichter aus dem betreffenden Differenzstromkreis erregt ist, erfindungsgemäß durch eine an die Wechselstromquelle angeschlossene Hilfsgleichrichteranordnung vermeiden, die in einer Stromüberlagerungsschaltung die Steuerwicklungen der Eisenkerne mit Hilfsströmen in dem Sinne speist, daß die Hilfserregung der zusätzlichen Erregung aus dem betreffenden Differenzstromkreis entgegenwirkt. This disadvantage can now be found in a device for measuring small direct current quantities with an alternating current differential circuit fed from an alternating current source, the excitation winding in its two differential circuits at least one each with an iron core loaded by the size to be measured contains, which according to the main patent also has rectifiers from the relevant Differential circuit is excited, according to the invention by a to the AC power source Avoid connected auxiliary rectifier arrangement that is in a current superimposition circuit feeds the control windings of the iron cores with auxiliary currents in the sense that the Auxiliary excitation of the additional excitation from the relevant differential circuit counteracts.

Man kann dann durch an sich bekannte Mittel die Ruheströme in den beiden Differenzstromkreisen möglichst verringern und die Schaltung so abgleichen, daß die Ruheströme beide genau gleich stark sind und sich daher in dem Nullzweig gegenseitig aufheben. You can then by means known per se, the quiescent currents in the reduce both differential circuits as much as possible and adjust the circuit so that that the quiescent currents are both exactly equally strong and are therefore in the zero branch cancel each other out.

Da in diesem Fall ein und dieselbe Gleichrichteranordnung für beide Differenzstromkreise benutzt wird, werden sich äußere Einflüsse in gleichem Maße auf beide Stromkreise auswirken, so daß der Abgleich durch die auf die Hilfsgleichrichteranordnung wirkenden Einflüsse nicht gestört wird.Since in this case one and the same rectifier arrangement for both Differential circuits are used, external influences will be reflected to the same extent affect both circuits, so that the adjustment by the on the auxiliary rectifier arrangement acting influences is not disturbed.

Vouugsweise wird die Schaltung so gewählt, daß die Steuerwicklungen von einem der zu messenden Größe entsprechenden Steuerstrom in Reihenschaltung und von dem aus der Hilfsgleichrichteranordnung entnommenen Strom in Parallelschaltung gespeist werden. Man kann dann z. B. bei einer Einrichtung mit vier Eisenkernen, deren Erregerwicklungen paarweise in je einem der beiden Differenzstromkreise liegen, eine bequeme Regelung des Abgleichs dadurch erreichen, daß die Ausgangsklemmen der Hilfsgleichrichteranordnung einerseits an die Verbindungsleitung zwischen den Steuerwicklungen der den beiden Differenzstromkreisen zugeordneten Eisenkerne und andererseits an den verschiebbaren Abgriffkontakt eines regelbaren Widerstandes angeschlossen sind, der einen Nebenschluß zu dem Steuerstrom bildet. The circuit is preferably chosen so that the control windings of a control current corresponding to the variable to be measured in series connection and of the current drawn from the auxiliary rectifier arrangement in parallel be fed. You can then z. B. in a device with four iron cores, whose excitation windings are in pairs in one of the two differential circuits, A comfortable adjustment of the balance can be achieved in that the output terminals of the Auxiliary rectifier arrangement on the one hand to the connecting line between the control windings the iron cores assigned to the two differential circuits and on the other hand the movable tap of a controllable resistor are connected, which forms a shunt to the control current.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung in Fig. I im Schaltschema dargestellt, während Fig. 2 ein zur Erläuterung der Wirkungsweise dienendes Diagramm zeigt. In the drawing, an embodiment of a device is according to the invention shown in Fig. I in the circuit diagram, while Fig. 2 is an explanation shows the mode of action serving diagram.

An eine Wechselstromquelle 1 ist die Primärwicklung 2 eines Transformators 3 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung in zwei Hälften 4 und 5 unterteilt ist. Die beiden Hälften der Sekundärwicklung speisen die beiden Differenzstromkreise einer Wechselstrom-Differenzschaltung, wobei an die Wicklung 4 über eine Gleichrichteranordnung 6 die Erregerwicklungen 7 und 8 zweier Eisenkerne g bzw. 10 und an die Wicklung 5 über eine Gleichrichteranordnung II die Erregerwicklungen I2 und I3 zweier Eisenkerne 14 bzw. 15 angeschlossen sind. Um eine Verstärkerwirkung durch r magnetischeRückkopplung. zu erhalten, speisen die Gleichrichteranordnungen 6 und II Zusatzwicklungen I6 und I7 bzw. i8 und 19 der Eisenkerne g und 10 bzw. 14 und 15. Dabei ist die Durchlaßrichtung der Gleichrichteranordnungen 6 und II und die Wicklungsrichtung so gewählt, daß die Kraftlinienrichtung der zusätzlichen Magnetisierung durch die in den Wicklungen I6 und I7 bzw. I8 und 19 fließenden Ausgangsströme iz' bzw. i," der Gleichrichteranordnungen 6 bzw. II der Richtung der gestrichelt gezeichneten Pfeile entspricht. Außerdem sind die Eisenkerne mit Steuerwicklungen 20 bis 23 versehen, die in Reihenschaltung an eine zu messende kleine Gleichspannung Uz angeschlossen sind. The primary winding 2 of a transformer is connected to an alternating current source 1 3 connected, the secondary winding of which is divided into two halves 4 and 5. The two halves of the secondary winding feed the two differential circuits an alternating current differential circuit, being connected to the winding 4 via a rectifier arrangement 6 the excitation windings 7 and 8 of two iron cores g and 10 and to the winding 5 the excitation windings I2 and I3 of two iron cores via a rectifier arrangement II 14 or 15 are connected. To have an amplifying effect through r magnetic feedback. To obtain, the rectifier arrangements 6 and II feed additional windings I6 and I7 or i8 and 19 of the iron cores g and 10 or 14 and 15. This is the direction of passage the rectifier arrangements 6 and II and the winding direction chosen so that the direction of the line of force of the additional magnetization through the one in the windings I6 and I7 or I8 and 19 flowing output currents iz 'and i, "of the rectifier arrangements 6 or II corresponds to the direction of the arrows drawn in dashed lines. aside from that the iron cores are provided with control windings 20 to 23, which are connected in series are connected to a small DC voltage to be measured Uz.

An die Sekundärwicklung 4, 5 des Transformators 3 ist nun über einen regelbaren Widerstand 24 eine Hilfsgleichrichteranordnung 25 angeschlossen, deren Ausgangsklemmen einerseits an die Verbindungsleitung zwischen den Erregerwicklungen 21 und 22 und andererseits an einen Abgriffkontakt 26 angeschlossen sind, der auf einem Schleifdraht 27 verschiebbar ist. Dieser liegt zwischen zwei Widerständen 28 und 29, die zusammen mit dem Schleifdraht 27 einen Nebenschluß zu dem von der Spannung U2 ausgehenden Steuerstrom bilden, der die Steuerwicklungen 20 bis 23 durchfließt. Die Hilfsgleichrichteranordnung 25 speist somit die Erregerwicklungen 20 und 2I bzw. 22 und 23 in Parallelschaltung, wobei die Stromrichtung der Hilfsströme in' und H" durch entsprechende Pfeile dargestellt ist. Man erkennt dann aus der Richtung der eingezeichneten Pfeile, daß die Eisenkerne durch die Hilfsströme -i11' und iH" in entgegengesetztem Sinne magnetisiert werden wie durch die Ausgangsströme der Gleichrichteranordnungen 6 und II. To the secondary winding 4, 5 of the transformer 3 is now a adjustable resistor 24 connected to an auxiliary rectifier arrangement 25, whose Output terminals on the one hand to the connection line between the excitation windings 21 and 22 and on the other hand to a tap 26 are connected to the a sliding wire 27 is displaceable. This lies between two resistances 28 and 29, which together with the sliding wire 27 are shunted to that of the Form voltage U2 outgoing control current which flows through the control windings 20 to 23. The auxiliary rectifier arrangement 25 thus feeds the field windings 20 and 2I or 22 and 23 in parallel, with the direction of the auxiliary currents in ' and H "is represented by corresponding arrows. You can then see from the direction the arrows shown that the iron cores through the auxiliary currents -i11 'and iH " are magnetized in the opposite sense as by the output currents of the Rectifier arrangements 6 and II.

Die Messung kann dann in einer Kompensationsschaltung erfolgen, die durch einen z. B. nach Art eines Zählertriebwerkes gebauten Nullmotor selbsttätig abgeglichen wird. Die Triebwicklung 3I des Nullmotors liegt in dem Nullzweig der Wechselstrom-Differenzschaltung, während die Feldwicklung 32 des Nullmotors an die Sekundärwicklung 4, 5 angeschlossen ist. The measurement can then take place in a compensation circuit which by a z. B. built in the manner of a counter drive automatically zero motor is matched. The drive winding 3I of the zero motor is in the zero branch of the AC differential circuit, while the field winding 32 of the zero motor to the Secondary winding 4, 5 is connected.

Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung wird durch die Fig. 2 erläutert. Wenn ein von der zu messenden Gleichspannung U, herrührender Gleichstrom iZ die Steuerwicklung 20 bis 23 durchfließt und zunächst angenommen wird, daß die Hilfs- gleichrichteranordnung 25 nicht vorhanden wäre, so bewirkt die Gleichstromvormagnetisierung der Eisenkerne durch den Steuerstrom ix infolge der magnetischen Rückkopplung durch die zusätzliche Gleichstrommagnetsierung aus dem Erregerkreis eine verstärkte Änderung der in den beiden Differenzstromkreisen fließenden Wechselströme J' und J", die durch die enstprechend bezeichneten Kurven in Fig. 2 dargestellt sind. Man erkennt daraus, daß, wenn die Steuerstrommstärke ix = 0 ist, Ruheströme J0' bzw. J0" beträchtlicher Stärke aufftreten. Die mit J = J' - J" bezeichnete Kurve veranschaulicht die Stromstärke des in dem Nullzweig der Differenzschaltung die Triebwicklung 31 durchfließenden Wechselstromes. Die Stromstärke in der Triebwicklung 31 ist dann, falls J0' = J0" ist, gleich Null, dann i = O ist. und beim Anwachsen von 1 nimmt die Stromstärke im wesentlichen linear zu und wechselt ihre Phasenlage, wenn sich die Richtung der Weßgröße umkehrt. The operation of the device according to the invention is through Fig. 2 explains. If there is a resulting from the DC voltage U to be measured Direct current iZ flows through the control winding 20 to 23 and is initially accepted that the auxiliary rectifier arrangement 25 would not be present, this is how the direct current bias of the iron cores is effected by the control current ix as a result of the magnetic feedback from the additional DC magnetization from the excitation circuit an increased change in the two differential circuits flowing alternating currents J 'and J ", indicated by the corresponding curves are shown in FIG. It can be seen from this that if the control current strength ix = 0, quiescent currents J0 'or J0 "of considerable strength occur = J '- J "illustrates the current intensity of the in the zero branch the differential circuit the drive winding 31 flowing through alternating current. the Current intensity in the drive winding 31 is then, if J0 '= J0 ", equal to zero, then i = O. and as 1 increases, the amperage increases substantially linearly and changes its phase position when the direction of the white variable is reversed.

Wenn nun die Magnetisierung der Eisenkerne durch pass@@d gewählte Hifsströme iH' und iH" verringert wird, so so macht sich dies in der Weise bemerkbar, daß die Kennlinien sich in beiden Differenzstromkreisen in dem Sinne verschieben, wie es in Fig, 2 durch die gestrichelt gezeichneten, mit i' und i" bezeichneten Kurven - veranschaulicht ist. Man erhält dann die Werte i0' bzw. i0" als Ruheströme in den beiden Differenzstromkreisen und die mit i = i' - i" bezeichnete Kurve für den Nullstrom. If now the magnetization of the iron cores is chosen by pass @@ d Auxiliary currents iH 'and iH "is reduced, this is noticeable in the way that the characteristics shift in the two differential circuits in the sense, as shown in FIG. 2 by the dashed lines denoted by i 'and i " Curves - is illustrated. The values i0 'and i0 "are then obtained as quiescent currents in the two differential circuits and the curve labeled i = i '- i "for the zero current.

Man kann nun bei einer Meßgröße Sull zunächst durch Regeln an dem Widenstand 24 die Stärke der Ruheströme i0' und i0" auf möglichst kleine Werte bringen und dann durch Verschieben des Abgriffkontaktes 26 auf dem Schleifdraht 27 den genauen Abgleich herbeiführen. In the case of a measured variable Sull, one can now first use the rules on the Widenstand 24 bring the strength of the quiescent currents i0 'and i0 "to the smallest possible values and then by moving the pick-up contact 26 on the sliding wire 27 the exact Bring about adjustment.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Device for measuring small Direct current quantities with an alternating current differential circuit fed from an alternating current source, the excitation winding in its two differential circuits at least one each with an iron core loaded by the size to be measured contains, according to patent 932 508 in addition via rectifier from the relevant Differential circuit is excited, marked by a to the AC power source (1) connected auxiliary rectifier arrangement (25) in a current superimposition circuit the control windings (20 to 23) of the iron cores (9, 10, 14, 15) with auxiliary currents (iH ', iH ") in the sense that the auxiliary excitation feeds the additional excitation counteracts from the relevant differential circuit.

2. Device according to claim 1, characterized by means to the Control the strength of the auxiliary currents (iH ', iH ") so that the two differential circuits flowing currents (i ', i ") in the event that the variable to be measured is zero (Quiescent currents i0 'and i0 "), are as small as possible and of the same size.

3. Device according to claim I or 2, characterized in that the control windings (20 to 23) of one of the size to be measured (Ux) corresponding Control current (ix) connected in series and from that from the auxiliary rectifier arrangement (25) withdrawn current (iH) are fed in parallel.

4. Device according to claim 3 with four iron cores, the excitation windings lie in pairs in one of the two differential circuits, characterized in that that the output terminals of the auxiliary rectifier arrangement (25) on the one hand to the connecting line between the control windings (20, 21 or 22, 23) of the two differential circuits assigned iron cores (9, 10 or 14, I5) and on the other hand to the sliding Tap contact (26) of a controllable resistor (27 to 79) are connected, which forms a shunt to the control current.