DEP0004381BA

DEP0004381BA - Self-balancing electrical bridge

Info

Publication number: DEP0004381BA
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Berlin Knick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-03-08

Description

Es ist üblich, elektrische Messbrücken, insbesondere auch solche mit selbsttätigem Abgleich (automatische Potentiometer), aus einer vorwiegend konstanten Spannungsquelle zu speisen und die bei Verstimmung der Brücke in der Diagonale auftretende Spannung als Messgrösse bzw. Steuerspannung für Regelzwecke zu benutzen. Wird eine solche Brücke mit Wechselspannung gespeist, so ist bekanntlich eine phasengesteuerte Gleichrichtung der in der Diagonale auftretenden Wechselspannung erforderlich, wenn die Brücke selbstabgleichend arbeiten soll. Die Benutzung von Wechselstrom anstelle von Gleichstrom ist aber besonders dann erwünscht, wenn für die Diagonalspannung ein Elektronenröhren-Verstärker angewandt werden soll. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird erfindungsgemäss folgender Weg beschritten: Die Brücke wird in den Rückkopplungsweg eines rückgekoppelten elektrischen Verstärkers in der Weise eingesetzt, dass die Brückenspeisung mit dem Verstärkerausgang, die Brückendiagonale mit dem Verstärkereingang verbunden ist und die Spannungen, die in dem auf diese Weise rückgekoppelten Verstärker entstehen, zur Steuerung des selbsttätigen Brückenabgleichs ausgenutzt sind. Der Rückkopplungsfaktor des Generators ist dadurch vom Brückenabgleich abhängig, und zwar derart, dass er je nach der Richtung der Brückenverstimmung positive oder negative Werte annimmt. Selbsterregung des Generators tritt nur bei positiver Rückkopplung auf, so dass hierdurch der für ein Regelverfahren erforderliche einseitig richtungsabhängige Effekt gegeben ist. Die Amplitude der erzeugten Spannung ist von der Grösse des Rückkopplungsfaktors, d.h. von der Brückenverstimmung, abhängig. Zweckmässig wird der Arbeitspunkt (Sollwert der Regelung) auf die Mitte der Kennlinie gelegt, was etwa der Hälfte der vom Verstärker max. erzeugbaren Spannung entspricht. Abweichungen des diesem Arbeitspunkt entsprechenden Rückkopplungsfaktors verursachen Vergrösserungen bzw. Verkleinerungen der Verstärkerspannung, die zur Steuerung des Brückenabgleichsnach einem der üblichen Verfahren ausgenutzt werden z.B. durch mechanische Verstellung eines Widerstandes.It is customary to feed electrical measuring bridges, especially those with automatic adjustment (automatic potentiometers), from a predominantly constant voltage source and to use the voltage that occurs on the diagonal when the bridge is detuned as a measured variable or control voltage for control purposes. If such a bridge is fed with alternating voltage, it is known that a phase-controlled rectification of the alternating voltage occurring in the diagonal is necessary if the bridge is to work in a self-balancing manner. The use of alternating current instead of direct current is particularly desirable if an electron tube amplifier is to be used for the diagonal voltage. In order to avoid these difficulties, the following approach is taken according to the invention: The bridge is inserted into the feedback path of a feedback electrical amplifier in such a way that the bridge feed is connected to the amplifier output, the bridge diagonal is connected to the amplifier input and the voltages that are fed back in this way Amplifiers arise that are used to control the automatic bridge adjustment. The feedback factor of the generator is therefore dependent on the bridge adjustment, namely in such a way that it assumes positive or negative values depending on the direction of the bridge detuning. Self-excitation of the generator only occurs with positive feedback, so that the unilateral direction-dependent effect required for a control process is achieved. The amplitude of the generated voltage depends on the size of the feedback factor, i.e. on the bridge detuning. The operating point (setpoint of the control) is expediently placed in the middle of the characteristic curve, which corresponds to about half of the maximum voltage that can be generated by the amplifier. Deviations in the feedback factor corresponding to this operating point cause increases or decreases in the amplifier voltage, which are used to control the bridge balancing according to one of the usual methods, e.g. by mechanical adjustment of a resistor.

Nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens erfolgt der Brückenabgleich unter Einfluss der von dem rückgekoppelten Generator erzeugten Spannung dadurch, dass ein oder mehrere Brückenwiderstände in zweckmässiger Weise amplitudenabhängig gemacht werden. Bei einer hiernach aufgebauten selbstabgleichenden Brücke erzeugt die zu messende Veränderung eines Brückenwiderstandes eine Veränderung des Rückkopplungsfaktors und damit eine Amplitudenänderung des Generators. Diese Amplitudenänderung stellt sich so ein, dass über den bzw. die amplitudenabhängigen Brückenwiderstände eine Wiederherstellung des Brückenabgleichs erfolgt. In Ausführung des Erfindungsgedankens wird die jeweilige Amplitude des Generators als Messgrösse benutzt, da ja über die bekannte Amplitudenabhängigkeit des oder der Brückenwiderstände eine gesetzmässige Beziehung zur Brückenverstimmung besteht.According to a further development of the concept of the invention, the bridge adjustment takes place under the influence of the voltage generated by the feedback generator, in that one or more bridge resistances are suitably made dependent on the amplitude. In the case of a self-balancing bridge constructed in accordance with this, the change in a bridge resistance to be measured generates a change in the feedback factor and thus a change in the amplitude of the generator. This change in amplitude is set in such a way that the bridge balance is re-established via the amplitude-dependent bridge resistance (s). In carrying out the inventive concept, the respective amplitude of the generator is used as a measured variable, since there is a regular relationship to the bridge detuning via the known amplitude dependency of the bridge resistor (s).

Die Amplitudenabhängigkeit eines oder mehrerer Brückenglieder kann man beispielsweise durch die Verwendung dünner, wärmeisolierter Drähte erreichen, die durch den Brückenspeisestrom erwärmt werden und deren Widerstand temperaturabhängig ist. Es ist auch möglich, diese Drahtwiderstände gleichzeitig zur ursächlichen Verstimmung der Brücke zu benutzen, z.B. indem die Drähte zu Temperatur- oder Abkühlungsmessungen verwandt werden.The amplitude dependency of one or more bridge members can be achieved, for example, by using thin, thermally insulated wires which are heated by the bridge feed current and whose resistance is temperature-dependent. It is also possible to use these wire resistors at the same time to detune the bridge, e.g. by using the wires for temperature or cooling measurements.

Die Eigenfrequenz des rückgekoppelten Generators wird man zweckmässig höher legen als der evtl. Änderungsgeschwindigkeit der Messgrösse entspricht. Es ist jedoch auch möglich, diese Frequenz so niedrig zu halten, z.B. unter Anwendung eines rückgekoppelten Gleichstromverstärkers, dass schnelle periodische Änderungen der Messgrösse nicht registriert werden. Es ist auch möglich, zwei mit verschiedener Geschwindigkeit arbeitende Regelungen gleichzeitig vorzusehen, um z.B. den zeitlichen Mittelwert und periodische Änderungen der Messgrösse festzustellen.The natural frequency of the feedback generator is expediently set higher than the possible rate of change of the measured variable. However, it is also possible to keep this frequency so low, e.g. using a feedback DC amplifier, that rapid periodic changes in the measured variable are not registered. It is also possible to provide two controls working at different speeds at the same time, e.g. to determine the mean value over time and periodic changes in the measured variable.

Claims

1.) Self-balancing electrical bridge for measuring or regulating electrical variables, characterized in that the bridge diagonal is connected to the input and the bridge feed is connected to the output of an electrical amplifier, and the voltages that arise in the amplifier that is fed back in this way are used for control purposes of the automatic bridge adjustment are used.

2.) Self-balancing electrical bridge according to claim 1, characterized in that the bridge balancing is carried out by one or more bridge members whose resistance value is dependent on the amplitude of the bridge supply voltage and the automatically adjusting amplitude of the bridge supply voltage is used as a measured variable.