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Anzeigegerät für aus rein ohmschen Widerständen bestehende Wechselstrombrückenschaltungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Anzeigegerät für aus rein ohmschen Widerständen
bestehende Wechselstrombrückenschaltungen mit zweiTransistoren, deren Emitter miteinander
verbunden sind.
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In vielen Wechselstromschaltungen, z. B. Wheatstoneschen Brücken,
die in verschiedenen Arten von Meßschaltungen benutzt werden, entsteht eine Ausgangsspannung,
die ein Maß für die Abweichung vom Gleichgewicht der Brücke darstellt. Die Phasenlage
dieser Abweichung vom Gleichgewicht ändert sich um 1800, wenn der Gleichgewichtspunkt
überschritten wird. Auf diese Weise zeigt die Phasenlage außerhalb des Gleichgewichtes
an, ob die Brücke über den Gleichgewichtspunkt hinaus gesteuert ist oder sich vor
dem Gleichgewichtspunkt - befindet, und kann bequem dazu benutzt werden, díe Årbeítstichtung
einer Steuerung zu bestimmen, mit der die Brücke ins Gleichgewicht gebracht werden
kann.
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Es sind Einrichtungen zur Messung der Phasenverschiebung zweier Wechselspannungen
bekannt, die einen Vergleich des Phasenwinkels beider Signale iiber den ganzen Bereich
anstreben. Diese Schaltungen arbeiten nur mit einem Transistor in der Phasenvergleichsschaltung.
Es werden bei jedem Wert der Phasenverschiebung zwischen den beiden Eingangsspannungen
Ausgangsströme bzw. -spannungen erhalten.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung
erfolgt ebenfalls ein Vergleich des Phasenwinkels beider Spannungen über den ganzen
Bereich. Diese Anordnung arbeitet mit Röhren und der Anodenstrom in beiden Röhren
fließt unabhängig von der Größe der Phasenverschiebung zwischen den beiden Eingangsspannungen,
wenn nur diese Eingangssignale eine hinreichende Größe aufweisen.
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Gemäß der Erfindung wird die Brückeneingangswechselspannung den beiden
Kollektoren im Gegentakt und die Brückenausgangsspannung den beiden Basen der Transistoren
in Parallelschaltung zugeführt, und es ist im Kollektorkreis jedes der beiden Transistoren
ein Gleichrichter vorgesehen, der einen Kollektorstrom nur in der einen Richtung
durchläßt, so daß in dem einen Kollektorkreis nur dann ein Strom fließt, wenn die
Brückeneingangs- und -ausgangsspannungen gleichphasig sind und der andereKollektorkreis
stromdurchflossen ist, wenn die Brückeneingangs- und -ausgangsspannungen in Gegenphase
sind, und es ist je eine der beiden Wicklungen eines an sich bekannten Differentialrelais
in je einem Kollektorkreis angeordnet, so daß das Ansprechen des Relais anzeigt,
ob die Brücke sich oberhalb oder unterhalb des Gleichgewichtes befindet.
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In der praktischen Ausführung der Erfindung werden die Betriebsspannungen
z. B. in Gegenphase den
Transistoren zugeleitet. Die Eingangsspannungen können parallel
an die Transistoren angelegt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung sind
heide Transistoren durch eine gemeinsame Emitterschaltung verbunden. Ihre Kollektorelektroden
sind an die betreffenden Anschlüsse, die die Betriebswechelspannung zuführen, angeschlossen.
Ihre Basis- und Emitterelektroden sind jeweils miteinander verbunden, wobei die
Eingangsspannungen den Verbindungen zugeführt werden.
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Einzelne Gleichrichter sind in die Zuleitungen zur Wechselstromquelle
eingeschaltet, damit der Ausgangsstrom aus den Transistoren in nur einer Richtung
fließt.
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Durch eine solche Schaltung kann das Differentialrelais mit sehr
schwachen, bei Abweichungen von der Gleichgewichtslage auftretenden Spannungen betätigt
werden, und es ist damit möglich, mit der Meßbrücke eine äußerst empfindliche Anzeige
einer Gleichgewichtslage zu erzielen. Das Relais läßt sich auch zur Betätigung einer
Steuerung verwenden, die die Brücke in die Gleichgewichtslage bringt.
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Bei einem Anzeigegerät gemäß der Erfindung fließt jeweils nur in
einem Kollektorkreis Strom, auch wenn die Eingangsspannung sehr klein ist, so daß
das Differentialrelais stets mit Sicherheit anspricht, ohne daß es erforderlich
ist, zwischen zwei Strömen verschiedener Größe zu unterscheiden. Das Gerät läßt
sich deshalb zur Feststellung verwenden, ob sich die Brücke
oberhalb
oder unterhalb des Gleichgewichtes befindet, und zwar ist diese Feststellung bis
zu sehr kleinen Werten der Abweichung möglich.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine
Auftragung der Kollektorspannungs-Eiollektorstrom-Kennlinie eines Transistors; Fig.
3 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung.
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In Fig. 1 sind zwei pnp-Flächentransistortrioden Tj und T2 dargestellt.
Die Kollektorelektroden der Trioden T, und T2 sind über die Spulen 1 und 2 eines
Differentialrelais und über Gleichrichter 3 und 4 mit der Sekundärwicklung eines
Transformators T verbunden, der von einer Wechselstromquelle V gespeist wird. Die
Mittelanzapfung der Sekundärwicklung ist an die Emitterelektrode beider Transistoren
T1 und T2 angeschlossen. Die Widerstände 5 und 6 sind je mit einer Basiselektrode
verbunden. Die zu messende Eingangsspannung ist an die Klemmen 8 und 9 zwischen
die Verbindungsleitung dieser Widerstände und der gemeinsamen Emitterleitung angelegt.
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In Fig. 2 ist der Verlauf der Kollektorspannung Vc gegen den Kollektorstrom
Ie für verschiedene Werte des Basisstroms 4 aufgetragen. Die Belastungskurve für
eine Relaisspule ist als Linie A-B dargestellt.
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Infolge der Einschaltung der Gleichrichter 3 und 4 fließt in dem Kollektorkreis,
wie man sehen kann, ein zu vernachlässigender Strom, wenn die Kollektorspannung
Vd positiv ist, was von dem Wert des Basisstroms unabhängig ist. Wenn fernerhin
die Kollektorspannung Vc negativ ist, fließt nur dann ein merklicher Strom, wenn
der Basisstrom 4 auch negativ ist, wie es z. B. bei dem Strom IGm angegeben ist.
Wenn der Basisstrom 4 jedoch positiv ist, fließt im Kollektorkreis ein vernachlässigbarer
Strom, dessen wirklicher Wert kleiner als I¢o ist.
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Die Eingangswechselspannung für einen speziellen Transistor kann,
wie man sich erinnert, entweder in Phase oder 1800 außer Phase mit der Betriebsspannung
sein, die einer Kollektorelektrode über die Sekundärwicklung des Transformators
T zugeführt wird.
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Es soll nun die Arbeitsweise der Schaltung betrachtet werden. Ein
merklicher Strom fließt in einem Kollektorkreis des einen oder anderen Transistors,
wie man sieht, nur dann, wenn die Signalspannung und die Kollektorspannung gleichzeitig
negativ sind. Da ja die Rollektorspannungen von der Sekundärwicklung des Transformators
T in Gegenphase abgenommen werden, geht bei irgendeiner Phase der Eingangsspannung
Strom nur durch eine Spule. Wenn sich die Phase der Eingangsspannung umkehrt, fließt
der Strom nur durch die andere Spule des Relais. Auf diese Weise erhält man den
Differentialbetrieb des Relais in Abhängigkeit von der Phase der Eingangsspannung.
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Wie man beobachten wird, sind im Ruhezustand, wenn keine Eingangsspannung
vorhanden ist, die Ströme durch die beiden Spulen von annähernd gIeicher Größe und
einander entgegengerichtet, so daß bei Raumtemperaturänderungen sich die Schaltung
selbst kompensiert.
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In Fig. 3 wird die Brauchbarkeit der Erfindung für eine Temperaturmessung
gezeigt. Die Fig. 3 zeigt eine Wheatstonesche Brückenschaltung mit vier Zweigen.
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Der eine Zweig enthält einen Halbleiterwiderstand 7.
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Halbleiterwiderstände haben einen großen Tempe-
raturkoeffizienten
des Widerstandes und. werden zur Temperaturmessung verwendet, da der Wert ihres
Widerstandes ein Maß für die Temperatur ist. Der danebenliegende Brückenzweig enthält
den Widerstand R1, der für die Meßbereicheinstellung der Brücke verwendet wird,
während die beiden Abgleichzweige durch einen gemeinsamen Widerstand R2 und zwei
Belastungswiderstände R3 und R4 gebildet werden.
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Bei Inbetriebnahme wird eine Wechselspannung V an die Brücke gelegt
und der Widerstand R2 für den Abgleich eingestellt, wobei ein Nullpunktinstrument
zwischen den Klemmen 8 und 9 liegt. Die Einstellung des Widerstandes R2 ist ein
Maß für die Temperatur des Halbleiterwiderstandes 7. Es kann auch der Widerstand
R2 auf einen gewünschten Wert im voraus eingestellt werden. Dann zeigt das Umschalten
der Relaiskontakte an, wann die gewünschte Temperatur erreicht ist.
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Eine Leitung kann zwischen den Klemmen 8 und 9 und den in derselben
Weise bezeichneten Eingangsklemmen der Fig. 1 vorgesehen sein. In diesem Fall ergeben
die Relaisspulen 1 und 2 eine Anzeige für das Gleichgewicht der Brücke, wenn vorausgesetzt
ist, daß die Spannungen V in beiden Figuren von derselben Wechselstromquelle herrühren.
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Das von den Spulen 1 und 2 betätigte Relais kann so angeordnet werden,
daß es die mechanische Bewegung des Potentiometerarms des Widerstandes ZZs, in Gang
setzt, um die Schaltung ins Gleichgewicht zu bringen.
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PATENTANSPR8CHE: 1. Anzeigegerät für aus rein ohmschen Widerständen
bestehende Wechselstrombrückenschaltungen, das zwei Transistoren enthält, deren
Emitter miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeidinet, daß die Brückeneingangswechselspannung
den beiden Kollektoren im Gegentakt und die Brückenausgangsspannung den beiden Basen
der Transistoren in Parallelschaltung zugeführt werden und daß in dem Kollektorkreis
jedes der beiden Transistoren ein Gleichrichter vorgesehen ist, der einen Kollektorstrom
nur in der einen Richtung durchläßt, so daß in dem einen Kollektorkreis nur dann
ein Strom fließt, wenn die Brückeneingangs- und -ausgangsspannungen gleichphasig
sind, und in dem anderen Kollektorkreis, wenn die Brückeneingangs- und -ausgangsspannungen
in Gegenphase sind, und daß je eine der beiden Wicklungen eines an sich bekannten
Differentialrelais in je einem Kollektorkreis angeordnet ist, so daß das Ansprechen
des Relais anzeigt, ob die Brücke sich oberhalb oder unterhalb des Gleichgewichtes
be findet.