DE970196C

DE970196C - Schaltungsanordnung zur Verminderung temperaturbedingter Schwankungen einer elektrischen Groesse

Info

Publication number: DE970196C
Application number: DES18853A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Henker
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1950-08-31
Filing date: 1950-08-31
Publication date: 1958-08-28

Description

Schaltungsanordnung zur Verminderung temperaturbedingter Schwankungen einer elektrischen Größe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verminderung temperaturbedingter Schwankungen elektrischer Größen, wie Strom oder Amperewindungszahl, die in einem Schaltelement mit positivem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes bei gegebener konstanter Spannung entstehen, mittels Kompensation durch Heißleiter.
Es ist zwar bekannt, wie es die Schaltungsanordnung nach Fig. i a zeigt, eine Verminderung der temperaturbedingten Schwankungen einer elektrischen Größe, die durch ein Schaltelement, in der Fig. i ist hierfür eine Spule i vorgesehen, mit positivem Temperaturkoeffizienten hervorgerufen wird, dadurch zu erreichen, daß die Spule i in Reihe mit einer Parallelschaltung von zwei den Schwankungen entgegenwirkenden Schaltgliedern, von denen das eine der Heißleiter :2 und das andere ein temperaturunabhängiger Widerstand 3 ist, geschaltet wird.
Um die Wirkungsweise dieser bekannten Heißleitertemperaturkompensationsanordnung darzustellen, dient das Diagramm nach Fig. i b, das die Abhängigkeit der in der Schaltungsanordnung nach Fig. i a verwendeten Schaltmittel von der Temperatur zeigt. Dabei bedeutet die Kurve a den Widerstandsverlauf des Heißleiters 2 und die Kurve b denjenigen des temperaturunabhängigen Parallelwiderstandes 3. Der temperaturabhängige Widerstandsverlauf der Parallelschaltung ist durch die Kurve c gegeben. Liegt die Spule i in Reihe zur Parallelschaltung 2, 3, so ergibt die Addition der Kurve c mit der Kurve d der Spule r den Widerstandsverlauf e der gesamten Kompensationsschaltun g. Durch eine sinngemäße Bemessung und gegenseitige Anpassung der Widerstände 1, 2 und 3 der Schaltungsanordnungnach Fig. i a ist bei einer bestimmten Temperatur eine exakte Kompensation möglich.
Fernerhin ist es aus der Regeltechnik bekannt, zwecks Erweiterung des Regelbereiches mehrere Regelglieder hintereinanderzuschalten. Hierbei handelt es sich aber nicht darum, eine Temperaturkompensation vorzunehmen. Es werden gleichartige Eisen-Wasserstoff-Widerstände verwendet, und die Erweiterung des Regelbereiches kommt dadurch zustande, daß die Regelwiderstände sich nacheinander erwärmen und daher auch nacheinander wirksam werden.
Bei Verwendung eines Heißleiters mit parallelgeschaltetem, temperaturempfindlichem Widerstand, beispielsweise ohmschen Widerstand, erfolgt die Kompensation gemäß der Erfindung dadurch, daß mit dem zu kompensierenden Schaltelement mindestens zwei hintereinandergeschaltete Heißleiter verschiedenen Widerstandswertes und Widerstandstemperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet sind, von denen mindestens einem ein temperaturunempfindlicher Widerstand, z. B. ohlnscher Widerstand, parallelgeschaltet ist, wobei Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten so gewählt und einander angepaßt sind, daß die Regelwirkungen der Schaltglieder sich im Sinne einer Vergrößerung des zu kompensierenden Temperaturbereiches ergänzen. Zur Verminderung der temperaturbedingten Schwankungen der Amperewindungszahl einer Spule mit positivem Temperaturkoeffizienten ihres Wicklungsmaterials erfolgt die Kompensation mitteils Heißleiter gemäß der Erfindung dadurch, daß mit der zu kompensierenden Spule mindestens zwei hintereinandergeschaltete Heißleiter verschiedenen Widerstandswertes und Widerstandstemperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet sind, von denen mindestens einem Gegenwindungen zur kompensierenden Spule mit einem positiven Temperaturkoeffizienten parallelgeschaltet sind, wobei Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten so gewählt und einander angepaßt sind, daß die Regelwirkungen der Schaltglieder sich im Sinne einer Vergrößerung des zu kompensierenden Temperaturbereiches ergänzen.
Die Fig. 2 bis q. zeigen Ausführungsbeispiele gegemäß der Erfindung. An ihnen werden weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere der besonderen Bemessungsvorschriften erläutert, die notwendig sind, um den Kompensationsbereich über einen möglichst großen Temperaturbereich zu erstrecken und bzw. oder die zu regelnde elektrische Größe in einem gegebenen Temperaturbereich möglichst konstant zu halten. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 a und 3 a der Erfindung werden die Schwankungen eines in einem Widerstand oder einer Spule i i fließenden Stromes bei konstanter Spannung E kompensiert. Das Schaltelement i l besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten; mit ihr in Reihe liegen, zwei Heißleiter 12 und 13, von denen mindestens einer, in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 a ist es der Heißleiter 12, mit einem ohmschen Widerstand parallelgeschaltet ist, der keinen oder nur einen geringen Temperaturkoeffizienten aufweist. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 a ist auch dem zweiten Heißleiter 13 ein solcher ohmscher. Widerstand 15 parallelgeschaltet. Steigt die Temperatur der Umgebung und damit auch der Widerstand der Spule i i, so sinkt der Widerstand des Heißleiters 12, der dadurch einen größeren Teil des gesamten Stromes übernimmt und damit der Erhöhung des Gesamtwiderstandes entgegenwirkt. Durch sinngemäße Bemessung und Anpassung der Widerstände der Schaltglieder und ihrer Temperaturkoeffizienten und unter Berücksichtigung der Tatsache des exponentiellen Abfalles des Heißleiterwiderstandes mit der Temperatur kann sowohl eine Kompensation als auch eine Überkompensation erzielt werden, wobei entweder ein breites Temperaturgebiet konstanten Stromes oder mehrere, sich wenig unterscheidende Maxima und Minima des Stromes entstehen. Mit steigenden Anforderungen können weitere Heißleiter mit oder ohne Parallelwiderstand in Reihe geschaltet werden.
Um die Wirkung der Heißleitertemperatur-Kompensationsanordnung gemäß der Erfindung sinnvoll zu illustrieren, sind zu den Schaltungsanordnungen nach Fig. 2 a und 3 a die zugehörigen Diagramme in Fig. 2b und 3b dargestellt. Die in dem Diagramm nach Fig. 2b und 3b gewählte Bezeichnungsweise stimmt mit derjenigen nach Fig. i b überein. Die Kurve f in der Abbildung nach Fig. 2b bedeutet den Widerstandsverlauf des zusätzlichen Heißleiters 13. Der Widerstandsverlauf der gesamten Kompensationsschaltung gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig. :2a ist durch die Kurve g dargestellt. Aus dieser Darstellung ersieht man die Überlegenheit der Kurve g gegenüber derjenigen der Kurve e, welche darauf beruht, daß die Kurve g zwei Minima, die Kurve e dagegen nur ein Minimum besitzt. Dies kommt dadurch zustande, daß die beiden Kurvenverläufe a und f der Widerstandstemperaturkurven der beiden Heißleiter 12 und 13 verschieden sind.
In dem Diagramm nach Fig. 3 b besitzt die Kurve f einen etwas anderen Verlauf als in dem Diagramm nach Fig. 2b. Er ist jedoch ebenfalls von dem Verlauf der Kurve a des Heißleiters 12 erheblich verschieden. Der Widerstandswert des temperaturunabhängigen Widerstandes 1.4 ist der gleiche wie derjenige des Widerstandes 15 und daher durch die gleiche Gerade b dargestellt. Die Parallelschaltung der Widerstände 15 und 13 ergibt die Kurve h. Der Kurvenverlauf des Widerstandes der gesamten in Fig. 3 a dargestellten Kompensationsschaltung ist durch die Kurve i wiedergegeben, welche gegenüber der Kurve g aus dem Diagramm nach Fig. 2 b noch dadurch verbessert ist, daß sie nicht nur zwei Minima, sondern auch zwei Maxima besitzt, während die Kurve g nur ein Maximum aufweist. Damit ist der Kompensationsbereich der Kurve i noch größer als derjenige der Kurve g. Die Diagramme nach Fig. 2 b und 3 b zeigen nicht nur den durch die Erfindung erzielten technischen Fortschritt, sondern gleichzeitig auch das Zustandekommen der vorteilhaften Wirkung auf Grund der geeigneten Bemessung und Anpassung der Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten der Heißleiter-Kompensationsglieder. Der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Verminderung der temperaturbedingten Schwankungen der Amperewindungszahl einer Spule mit positivem Temperaturkoeffizienten ihres Wicklungsmaterials mittels Kompensation durch Heißleiter entnehmbar. Die zu kompensierende Spule i besitzt mindestens zwei hintereinandergeschaltete Heißleiter 2 und 4 verschiedenen Widerstandswertes und verschiedener Widerstandstemperaturkoeffizienten. ,Mindestens ein Heißleiter besitzt Gegenwindungen, beispielsweise der Heißleiter 2 die Gegenwindungen 3, zu der zu kompensierenden Spule i mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Die Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten sind gemäß der Erfindung so ausgewählt und einander angepaßt, daß die Regelwirkungen der Schaltglieder sich im Sinne einer Vergrößerung des zu kompensierenden Temperaturbereiches ergänzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Verminderung temperaturbedingter Schwankungen einer elektrischen Größe, wie Strom oder Amperewindungszahl, die in einem Schaltelement mit positivem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes bei gegebener konstanter Spannung entstehen, mittels Kompensation durch Heißleiter und parallelgeschaltetem temperaturunempfindlichem Widerstand, beispielsweise ohmschen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zu kompensierenden Schaltelement mindestens zwei hintereinandergeschaltete Heißleiter verschiedenen Widerstandswertes und Widerstandstemperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet sind, von denen mindestens einem ein temperaturunempfindlicher Widerstand, z. B. ein ohmscher Widerstand, parallelgeschaltet ist, wobei Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten so gewählt und einander angepaßt sind, daß die Regelwirkungen der Schaltglieder sich im Sinne einer Vergrößerung des zu kompensierenden Tempe-. raturbereiches ergänzen.
2. Schaltungsanordnung zur Verminderung temperaturbedingter Schwankungen der Amperewindungszahl einer Spule mit positivem Temperaturkoeffizienten ihres Wicklungsmaterials mittels Kompensation durch Heißleiter, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zu kompensierenden Spule mindestens zwei hintereinandergeschaltete Heißleiter verschiedenen Widerstandswertes und Widerstandstemperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet sind, von denen mindestens einem Gegenwindungen zur zu kompensierenden Spule mit einem positiven Temperaturkoeffizienten parallelgeschaltet sind, wobei Widerstandswerte und Temperaturkoeffizienten so gewählt und einander angepaßt sind, daß die Regelwirkungen der Schaltglieder sich im Sinne einer Vergrößerung des zu kompensierenden Temperaturbereiches ergänzen. In Betracht gezogene Druckschriften: ATM, Juni 1933, V 35i4-, ; Radio-Mentor, 1950, S. 031 ff. und 222; Electronics, 1943, S. io2 ff. und 19o ff.; Electrical Engineering, 1946, S. 711 ff.