DE945337C

DE945337C - Arrangement to increase the bridge voltage in AC bridges with the aid of premagnetized chokes

Info

Publication number: DE945337C
Application number: DEK9508A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Kuemmel
Original assignee: FRITZ KUEMMEL DR ING
Current assignee: FRITZ KUEMMEL DR ING
Priority date: 1951-04-03
Filing date: 1951-04-03
Publication date: 1956-07-05

Description

Anordnung zur Verstärkung der Brückenspannung bei Wechselstrombrücken mit Hilfe von vormagnetisierten Drosseln Besonders bei Brücken, die mit 5o-Hz-Wechselspannung betrieben werden, besteht das Bedürfnis nach einem brauchbaren Verstärker, der es gestattet, die auf Null abzugleicheude Brückenspannung mit einem Gleichrichtergerät zu messen. Während die Arbeit mit dem üblichen Vibrationsgalvanometer umständlich und zeitraubend ist, haben sich Verstärker mit Elektronenröhren hierfür als ungeeignet erwiesen, einmal wegen der Fremdfeldempfindlichkeit, dann aber auch deshalb, weil beim Netzanschlußgerät sich die Brummspannung mit einem tragbaren Aufwand an Siebmitteln nicht zu Null machen läßt. Arrangement for amplifying the bridge voltage in AC bridges with the help of pre-magnetized chokes Especially with bridges with 50 Hz alternating voltage are operated, there is a need for a useful amplifier that it allows the bridge voltage to be adjusted to zero with a rectifier device to eat. While working with the usual vibration galvanometer is cumbersome and time consuming, electron tube amplifiers have proven unsuitable for this proven, once because of the external field sensitivity, but also because in the case of the power supply unit, the ripple voltage is reduced with a portable amount of sieve means not let go to zero.

Von den bekannten Schaltungen eines magnetischen Verstärkers eignen sich nur zwei für die Verstärkung von Wechselströmen: a) Die Drosselreihenschaltung ohne Rückkopplung, b) die Drosselparallelschaltung mit Eigenrückkopplung, bei der in Reihe mit jeder Drossel ein Gleichrichter liegt. Suitable from the known circuits of a magnetic amplifier only two for the amplification of alternating currents: a) The choke series connection without feedback, b) the throttle parallel circuit with intrinsic feedback, in which a rectifier is in series with each choke.

Ungeeignet ist die Drosselparallelschaltung ohne Rückkopplung, da bei dieser die geradzahligen. Harmonischen des Magnetisierungsstromes als Kreisstrom in den parallel geschalteten Drosseln fließen und dadurch die Zeitkonstante des ganzen Verstärkers untragbar groß ist. Nicht verwendbar sind aber auch alle Schaltungen, bei denen der gleichgerichtete Magnetisierungsstrom einer besonderen Rückkopplungswicklung zugeführt wird. In diesem Fall sind nämlich Steuerkreis und Rückkopplungskreis transformatorisch gekoppelt, und die Zeitkonstante des Verstärkers läßt sich, selbst wenn die des Steuerkreises klein gehalten wird (kleine Steuer- windungszahlen ws, großer Steuerkreiswiderstand Rs), nicht unter die des Rückkopplungskreises verkleinern. Bei sinusföriger Aussteuerung eines derartigen Verstärkers fließt ein Teil des Steuerstromes im Rückkopplungskreis, und nur der Rest wirkt vormagnetisierend.The choke parallel connection without feedback is unsuitable, there in this case the even-numbered ones. Harmonics of the magnetizing current as circulating current flow in the chokes connected in parallel and thus the time constant of the whole amplifier is prohibitively large. However, all circuits cannot be used either where the rectified magnetizing current of a special feedback winding is fed. In this case, the control circuit and the feedback circuit are transformative coupled, and the time constant of the amplifier can be changed even if that of the Control circuit is kept small (small control number of turns ws, large control circuit resistance Rs), do not decrease below that of the feedback circuit. With a sinusoidal modulation of such an amplifier, part of the control current flows in the feedback circuit, and only the rest has a biasing effect.

Von den beiden brauchbaren Schaltungen hat die Drosseireihens chaltung ohne Rückkopplung den Vorteil größerer Einfachheit, Es lassen sich mit ihr aber keine großen Verstärkungsziffern erreichen, da einerseits die Steuerdurchflutung Js# W5 gleich der Betriebsdurchflutung Jb#wb ist und andererseits die Steuerwindungszahl ws kleiner als die Be triebswindungszahl Wb sein muß. Of the two usable circuits, the throttle series circuit has without feedback the advantage of greater simplicity, but it can do with it do not achieve large gain figures, because on the one hand the tax flow Js # W5 is equal to the operating flow rate Jb # wb and, on the other hand, is the number of control turns ws must be less than the number of operating windings Wb.

Bei der Drosseiparallelschaltung mit Eigenrückkopplung (Abb. I) sind die Drosseln parallel geschaltet, und die »Rückkopplung« des Magnetisierungsstromes erfolgt dadurch, daß in Reihe mit jeder Drossel ein Gleichrichter liegt, so daß jede Drossel nur in einer Stromrichtung durchflossen wird. In Reihe mit der Drosselparallelschaltung liegt ein Bürdenwiderstand Rt, an dem während der- Zeit, da eine der beiden Drosseln gesättigt ist, die Betriebsspannung abfällt. Wird dem Steuerkreis ein Wechselstrom zugeführt, dann schwankt der Mittelwert der am Bürdenwiderstand liegenden Spannung in Takt der Steuerfrequenz. In the throttle parallel connection with intrinsic feedback (Fig. I) the chokes connected in parallel, and the "feedback" of the magnetizing current takes place in that a rectifier is in series with each choke, so that only one flow direction flows through each throttle. In series with the throttle parallel connection there is a load resistance Rt at which one of the two chokes during the time is saturated, the operating voltage drops. Will the control circuit an alternating current then the mean value of the voltage across the load resistor fluctuates at the rate of the control frequency.

Auch bei der Drosselschaltung mit Eigenrückkopplung muß bei Wechselstromaussteuerung im Interesse einer genügenden Spannungsempfindlichkeit, des Verstärkers die Steuerwindungszahl W5 kleiner als die Betriebswindungszahl Wt gemacht werden. Jedoch gestattet der durch die den Drosseln vorgeschalteten Gleichrichter hervorgerufene Rückkopplungseffekt hohe Verstärkungsziffern. Unter der Verstärkungsziffer V soll dabei das Verhältnis der Änderung des Spannungsabfalles am Bürdenwiderstand Rb zur Änderung der Steuerspannung Us verstanden werden (V=#U Rb/#Us). Even with the throttle circuit with self-feedback, AC current modulation must be used in the interest of sufficient voltage sensitivity, the amplifier the number of control turns W5 can be made smaller than the operating number of turns Wt. However, the The feedback effect caused by the rectifier upstream of the chokes high gain numbers. Under the amplification number V, the ratio should be the change in the voltage drop across the load resistor Rb to change the control voltage Us are understood (V = # U Rb / # Us).

Erfindungsgemäß wird daher zur Verstärkung der Brückenspannung bei Wechselstrombrücken ein magnetischer Verstärker in Drosselparallelschaltung mit Eigenrückkopplung benutzt, der so bemessen ist, daß nur die Grundwelle der Brücken, spannung verstärkt wird, und bei dem zur Unterdrückung der Betriebsfrequenz und ihrer Harmor nischen zwischen die einzelnen Verstärkerstufen und vor das Anzeigegerät Tiefpaßfilter geschaltet sind. According to the invention, therefore, to strengthen the bridge voltage AC bridges use a magnetic amplifier in parallel with a choke Self-feedback is used, which is dimensioned in such a way that only the fundamental wave of the bridges, voltage is amplified, and in which to suppress the operating frequency and their harmonic niches between the individual amplifier stages and in front of the display device Low-pass filters are switched.

Die Verwendung von magnetischen Verstärkern wie auch die Serienschaltung von mehreren Stufen zur Vergrößerung des Verstärkungsfaktors zum Verstärken von Wechselspannungen ist an sich bez kannt. Die Ausgangspannung der vorgeschalteten Stufe wird dabei gleichgerichtet und direkt oder unter Zwischenschaltung eines Widerstandes an die Steuerwicklung der folgenden Stufe gelegt. Die Ausgangsspannung enthält neben der Signalspannung noch sämtliche geradzahligen Harmonischen der Betriebsfrequenz. Die Gleichstromkomponente wird bei einer bekannten Ausführung durch eine konstante Gegendurchflutung kompensiert. Nicht kompensiert werden die geradzahligen harmonischein, die in der Größenordnung des Ausgangsstromes der betrachteten Stufe liegen. The use of magnetic amplifiers as well as the series connection of several stages to increase the gain for amplifying AC voltages are known per se. The output voltage of the upstream Stage is rectified and directly or with the interposition of a resistor placed on the control winding of the following stage. The output voltage contains besides the signal voltage nor all even harmonics of the operating frequency. The direct current component is in a known embodiment by a constant Counterflow compensated. The even-numbered harmonics are not compensated, which are in the order of magnitude of the output current of the stage under consideration.

Ist die Frequenz der Steuenstromquelle nicht vernachlässigbar klein gegen die Betriebsfrequenz, so ist, um eine genügend große Spannungsverstärkung zu erhalten, ein Kern mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskennlinie zu wählen, d. h. zur vollen Aussteuerung einer Stufe ist eine gegen die Betriebsdurchflutung sehr kleine Steuerdurchflutung notwendig. Da aber im vorliegenden Fall infolge der direkten Kopplung der folgenden Stufe ein Wechselstrom in der Größenordnung des Betriebsstromes aufgedrückt wird, muß die Stufe weit übersteuert werden und läßt keine Verstärkung des Signalstromes zu. Besonders bei der Ausführung als Resonanzverstärker kippt der. Verstärker in die Sättigung und läßt sich- nicht mehr steuern. Das entspricht der allgemein bekannten Tatsache, daß bei mehrstufigen Anordnungen ein stabiler Betrieb nur dann möglich ist, wenn beim Ausgangsstrom bis zu einem gewissen Grade die Harmonischen der Betriebsfrequenz vom Signal getrennt werden. The frequency of the control power source is not negligibly small against the operating frequency, so is a sufficiently large voltage gain to obtain a core with a magnetization curve that is as rectangular as possible, d. H. for full control of a stage there is one against the operational flow very small tax flow necessary. But since in the present case as a result of direct coupling of the following stage an alternating current in the order of magnitude of the Operating current is pressed, the stage must be overridden and leaves no amplification of the signal current. Especially when it is designed as a resonance amplifier tips over. Amplifier in saturation and can no longer be controlled. Corresponding the well-known fact that in multi-stage arrangements a stable Operation is only possible when the output current is up to a certain point the harmonics of the operating frequency are separated from the signal.

Da die von dem Erfinder vorgeschlageneAnordnung als Nullindikator für Wechselstrombrücken gedacht ist, handelt es sich immer um sehr kleine Steuerströme, die für den Fall, daß die Wechsealstromkomponenten der vorangegangenen Stufe nicht herausgesiebt werden, von dem Störpegel überdeckt werden. Since the arrangement proposed by the inventor is used as a zero indicator is intended for AC bridges, the control currents are always very small, in the event that the alternating real current components of the previous stage are not are screened out, are covered by the interference level.

Die Größe von V läßt sich gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens auf einfache Weise dadurch erhöhen, daß in Reihe mit den Drosseln und dem Bürdenwiderstand Rb eine Kapazität C gelegt wird, wie in Abb. 1 dargestellt ist. The size of V can be determined according to a development of the inventive concept increase in a simple manner that in series with the chokes and the load resistance Rb a capacitance C is placed, as shown in Fig. 1.

Diese Kapazität stellt mit den Drosseln einen Reihenresonanzkreis dar, dessen Resonanzfrequenz in der Nähe der Betriebs. frequenz fb liegt. Diese Art der Empfindiichkeitssteigerung ist beim Wechselstromverstärker aus folgendem Grunde zweckmäßig: Bei einem gegebenen weichmagnetischen Kern läßt sich- V für den Fall, daß sich die Steuerspannung Us im Verhältnis zu einer Periode der Betriebsfrequenz nur sehr langsam ändert, leicht durch eine Vergrößerung der Steuerwindungszahl w5 erhöhen. Das hat aber zur Folge, daß die Zeitkonstante bzw. der Eingangsblindwiderstand vergrößert wird und dadurch die Verstärkungsziffer bei Wechselstromaussteuerung sich wenig oder gar nicht ändert. Demgegenüber wird durch die Reihenkapazität C die Zeitkonstante bzw. der Eingangsblindwiderstand nicht vergrößert, so daß die Empfindlichkeitssteigerung bei Gleichstromaussteuerung und Wechselstromaussteuerung zu beobachten ist. Das für die dynamischen Eigenschaften des magnetischen Verstärkers entscheidende Verhältnis von Spannungsverstärkung V zur Zeitkonstanten kann durch die Reihenkapazität C um den Faktor 2 bis 5 vergrößert werden. This capacitance forms a series resonance circuit with the chokes represents whose resonance frequency is close to the operating. frequency fb lies. These The type of increase in sensitivity with the AC amplifier is from the following Basically useful: With a given magnetically soft core, V for the Case that the control voltage Us in relation to a period of the operating frequency changes only very slowly, slightly by increasing the number of control turns w5 raise. However, this has the consequence that the time constant or the input reactance is increased and thereby the gain factor for AC modulation changes little or not at all. In contrast, the series capacity C the time constant or the input reactance does not increase, so that the Increase in sensitivity for direct current modulation and alternating current modulation is observed. That for the dynamic properties of the magnetic amplifier decisive ratio of voltage gain V to time constants can through the series capacitance C can be increased by a factor of 2 to 5.

Der magnetische Verstärker ist von Natur aus ein Modulator. Der Betriebswechselstrom Jb wird im Takte des Steuerwechselstromes J5 moduliert. The magnetic amplifier is inherently a modulator. The operating alternating current Jb is modulated in time with the alternating control current J5.

Wird der Verstärker mit Gleichstrom gesteuert, so genügt es, zur Demodulation den über den Bürden- widerstand Rt fließenden Strom gleichzurichten. If the amplifier is controlled with direct current, it is sufficient for Demodulation of the burden resistance Rt flowing current rectify.

Die Gleichstromkomponente ist dann ein Maß für die Steuergröße. Bei Wechselstromsteuerung ist es notwendig, zur Demodulation entweder zwei Verstärkerstufen im Gegentakt zu schalten oder, wie hier vorgeschlagen, alle Frequenzen bis auf die Steuerfrequenz in einem Tiefpaßfilter zu unterdrücken. Der technische Aufwand für ein derartiges Filter ist um so kleiner, je größer der Frequenzabstand zwischen Steuerspannung Us und Betriebsspannung Ut ist. Außerdem bietet die Kombination von Verstärker und Tiefpaßfilter den Vorteil, daß gegenüber der Gegentaktschaltung nur halb so viel Einzeldrosseln notwendig sind.The direct current component is then a measure of the control variable. at AC control it is necessary to demodulate either two amplifier stages to switch in push-pull mode or, as suggested here, all frequencies except for To suppress control frequency in a low-pass filter. The technical effort for Such a filter is the smaller, the greater the frequency spacing between Control voltage Us and operating voltage Ut. In addition, the combination of Amplifiers and low-pass filters have the advantage that compared to the push-pull circuit only half as many individual chokes are necessary.

Der Aufbau des zweistufigen magnetischen Verstärkers geht aus Abb. 2 hervor. Jede Stufe ist nach Abb. I geschaltet, nur mit dem Unterschied, daß der Belastungswiderstand im Gleichstromzweig eines Gleichrichters liegt, der von dem Betriebsstrom Jb durchflossen wird. Die Eigenschaften der Verstärkerschaltung werden gegenüber Abb. I dadurch nicht verändert. Von der Spannung am Bürdenwiderstand müssen alle Komponenten bis auf die mit der Steuerfrequenz unterdrückt werden. The structure of the two-stage magnetic amplifier is shown in Fig. 2 emerges. Each stage is switched according to Fig. I, the only difference being that the Load resistance is in the DC branch of a rectifier, which is of the Operating current Jb flows through it. The characteristics of the amplifier circuit are not changed compared to Fig. I. The voltage at the load resistor must all components except those with the control frequency are suppressed.

Die Beseitigung der Störspannungen mit den Frequenzen 2fb... 2ttfb erfolgt für die erste Verstärkerstufe in dem Tiefpaßfilter TPt. Die zweite Verstärkerstufe ist genau wie die erste aufgebaut.The elimination of interference voltages with the frequencies 2fb ... 2ttfb takes place for the first amplifier stage in the low-pass filter TPt. The second amplifier stage is constructed exactly like the first.

Am Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters TP2 liegt das Anzeigegerät.The display device is located at the output of the second low-pass filter TP2.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Arrangement for reinforcing the bridge tension for AC bridges with the help of pre-magnetized chokes, characterized in that the bridge voltage to the control winding of a magnetic amplifier in Parallel throttle circuit is placed with self-feedback, which is dimensioned in such a way that that only the fundamental wave of the bridge voltage is amplified, and that for suppression the operating frequency and its harmonics between the individual amplifier stages and low-pass filters are connected in front of the display instrument.

2. Arrangement according to claim I, characterized in that to increase the sensitivity in series with the amplifier chokes connected in parallel Capacitance is placed through which the arrangement has the properties of a series resonant circuit with variable inductance.

References: French Patent No. 831,459; British Patent Nos. 508 230, 538 237.