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Galvanometerverstärker in Kompensationsschaltung Bei den bekannten
Galvanometerverstärkern wird mit Hilfe eines empfindlichen Gleichstrominstrumentes
eine Hilfsspannungsquelle gesteuert. Die Hilfsspannungsquellen können beispiielsweise
durch einen Lichtstrom beaufschlagte Fotozellen oder eine Induktionsspule in einem
Wechselmagnetfeld liefern. Es kann auch mit Hilfe eines Abschirmbleches die zwischen
zwei Schwingkreisen durch das elektrische oder magnetische Feld übertragene Energie
beeinflußt werden Die bekanntesten Verstärkertypen dieser Art sind der zuerst genannte
lichtelektrische Verstärker und der zuletzt erwähnte Schwingkreisverstärker. Die
Verstärker werden meist in Kompensationsschaltung betrieben, weil dann das Meßergebnis
von den Eigenschaften des Verstärkers und der IIilfsspannungsquelle nicht beeinflußt
wird.
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Es sind nach diesem Prinzip arbeitende sogenannte Meßwertumformer
bekannt, bei welchen ein zu messendes äußeres Drehmoment auf das die Hilfsenergie
steuernde Galvanometer wirkt. Der Ausgangsstrom des Verstärkers ist dann ein Maß
für das äußere Moment. Derartige Meßwertumformer werden auch bei der Fernmessung
nach dem Impulsfrequenzverfahren benutzt. Bei einer derartigen bekannten Anordnung
wird am Empfangsort über ein Relais ein Kondensatorpaar abwechselnd aufgeladen und
der Ladestrom über die Spule des Steuergalvanometers geführt. Das hierbei auftretende
Drehmoment ist von der Spannung der die Kondensatoren aufladenden Quelle abhängig.
Um diese Spannungsabhängigkeit auszuschalten, hat man ein elektrodynamisches Meßwerk
verwendet, dessen Drehspule mit der Achse des Steuergalvanometers gekoppelt ist.
Die Feldspule dieses elektrodynamischen Galvanometers wird dabei von der Hilfsspannungsquelle
gespeist, während die Drehspule von einem Teilstrom des Verstärkerausgangs durchflossen
ist.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Galvanometerverstärkern
in Kompensationsschaltung eine konstante Spannung, beispielsweise ein Normalelement,
an die Eingangsklemmen zu legen und die Verstärkeranordnung als Konstantstromquelle
bzw. Konstantspannungsquelle zu verwenden. Das die konstante Spannung liefernde
Normalelement wird hierbei nicht belastet. und man kann dem Verstärkerausgang bei
entsprechender Bemessung der Schaltung konstante Spannungen bzw. Ströme praktisch
beliebiger Größe entnehmen.
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DTr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als Konstantstrom- bzw.
Spannungsquelle geeignete Galvanometerverstärker in Kompensationsschaltung ohne
Normalelement zu schaffen. Die weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens führt
dann, ohne daß die Eigenschaften und Vorteile der Kompensationsver-
stärker aufgegeben
werden, zu Meßanordnungen zur Bestimmung elektrischer Widerstände.
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Gemäß der Erfindung ist der Verstärker durch Einstellung des äußeren
Moments auf einen festen Wert als Konstantstrom- oder Spannungsquelle bzw. durch
Einstellung des äußeren Moments auf einen quadratisch von dem einen zu messenden
Widerstand durchfließenden Verstärkerausgangsstrom abhängigen Wert als Widerstandsmeßeinrichtung
verwendbar.
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Man kann beispiEelsweise bei den üblichen Verstärkern, bei denen
die Meßspannung in Reihe mit dem Spannungsabfall am Kompensationswiderstand am Steuergalvanometer
liegt, die Klemmen für die Eingangsspannung kurzschließen und an der Drehspule ein
konstantes Drehmoment angreifen lassen. Im Ausgang des Verstärkers erhält man dann
einen diesem Drehmoment entsprechenden konstanten Strom bzw. bei entsprechender
Schaltung eine konstante Spannung. Das Drehmoment, das im übrigen in an sich bekannter
Weise z. B. mechanisch durch eine Feder, ein über eine Schnurscheibe angreifendes
Geweicht oder elektromagnetisch erzeugt wird, kann auch stufenweise oder stetig
einstellbar sein, um bestimmte feste Strom- oder Spannungsstnfen im Ausgangskreis
des Verstärkers einzústellen.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird das Drehmoment
für das Steuergalvanometer von einem elektrodynamischen Meßwerk erzeugt, dessen
Feldwicklung in den Stromkreis des Verstärkerausgangs eingeschaltet ist und dessen
Drehspule parallel zu einem in den Verstärkerausgang geschalteten Widerstand liegt.
Die Drehspule des elektrodynamischen Meßwerks wird mechanisch fest mit der Achse
des
Steuergalvanometers verbunden, zweckmäßig werden beide Spulen
auf der gleichen Achse angeordnet. Wird in den Ausgang des Kompensationsverstärkers
ein konstanter Widerstand eingeschaltet und der Spannungsabfall an diesem Widerstand
der Drehspule des elektrodynamischen Meßwerks zugeführt, so wirkt die Anordnung
als Konstantstromerzeuger, wenn das Drehmoment des elektrodynamischen Meßwerks dem
des Steuergalvanometers entgegenwirkt. Da das Drehmoment D1 des Steuergalvanometers
dem Ausgangsstrom i des Kompensationsverstärkers proportional ist und das Drehmoment
D2 des elektrodynamischen Meßwerks dem Produkt aus dem Quadrat dieses Stromes und
dem Parallelwiderstand R zur Drehspule dieses AIeßwerks proportional ist, ergibt
sich aus den Beziehungen D1 ct 1 D2=c.2 .i2.R, daß das Produkt i R im Kompensationszustand
konstant bleibt. Ändert sich der Widerstand R, an dem die Spannung für die Drehspule
des elektrodynamischen Meßwerks abgegriffen wird, so ändert sich nach der gleichen
Beziehung auch der Ausgangsstrom des Kompensationsverstärkers. Es ist somit möglich,
mit dieser Anordnung beliebige Widerstände zu messen, z. B. dadu;rch, daß im Verstärkerausgang
ein in Widerstandseinheiten geeichtes Strommeßinstrument, ein Regler, ein Drehfeldgeber
od. dgl. eingeschaltet ist.
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Zur Messung besonders kleiner Widerstandsanderungen hat sich eine
Abänderung der beschriebenen Anordnung bewährt. bei der das bewegliche System des
elektrodynamischen Meßwerks mit zwei Spulen ausgerüstet ist. Die eine Spule wird,
wie beschrieben, parallel zu dem zu bestimmenden Widerstand angeschlossen, während
die andere Spule an einem konstanten Widerstand des Stromkreises im Verstärkerausgang
liegt. Statt eines einzelnen Widerstandes kann auch eine Kombination von Widerständen
mit der Feldspule des elektrodynamischen Meßwerks im Verstärkerausgang in Reihe
geschaltet werden. Es ist auch möglich, eine Brückenschaltung zu verwenden, in deren
einem Brückenzweig der zu bestimmende Widerstand liegt, wobei die Drehspule an die
Brückendiagonale angeschlossen ist. Die Widerstände der Widerstandskombination können
auch z. B. zur Anderung des Widerstandsmeßbereiches stufenweise umschaltbar bzw.
in ihrer Größe veränderbar sein.
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An Hand der Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
nähererläutert. DieSchaltungsbeispiele beziehen sich sämtlich auf Anordnungen mit
einem das Gegendrehmoment liefernden elektrodynamischen Meßwerk. Wie bereits erwähnt,
kann auch ein konstantes oder fest einstellbares Drehmoment z. B. mit Hilfe mechanischer
oder elektromagnetischer Anordnungen erzeugt werden. Die Schaltungsbeispiele sind
ferner auf den bekannten Schlvingkreisverstärker abgestellt, statt dessen können
natürlich auch beliebig andere Kompensationsverstärker verwendet werden, z. B. lichtelektrische
Verstärker, Bolometerverstärker, S chwingspulenverstärker, kapaziti ve S chwingkreisverstärker.
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In Fig. 1 steuert die von der Drehspule 3 des Steuergalvanometers
2 bewegte metallische Fahne 1 in bekannter Weise den Anodenstrom des Verstärkerrohres
4 und damit den im Verstärkerausgang hinter dem Gleichrichter 5 fließenden Gleichstrom
J. Im Ausgangskreis des Verstärkers liegen hintereinander der feste Widerstand Rt,
die Feldspulen 6 des elektrodynamischen Meßwerks, der Widerstand R und das
Meßinstrument
M bzw. ein anderer Verbraucher. Die Drehspule des Steuergalvanometers 2 liegt parallel
zum festen Widerstand R1, während die Drehspule des elektrodynamischen Meßwerks
zum Widerstand R parallel geschaltet ist. Beide Drehspulen 3 und 7 sind auf der
gleichen Achse wie die Steuerfahne 1 angeordnet.
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Die Anordnung kann nun bei konstantem Widerstand R als Konstantstromquelle
verwendet werden.
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Eine Konstantspannungsquelle erhält man, wenn die Drehspule 3 des
Steuergalvanometers und die Drehspule 7 des elektrodynamischen Meßwerks gemeinsam
an denselben Widerstand, beispielsweise R, angeschlossen werden. Da, wie bereits
erwähnt, für eine bestimmte Verstärkerausführung das Produkt aus Ausgangsstrom J
und Widerstand R konstant ist, ändert sich der Strom im Ausgangskreis mit dem Widerstand
R, und mit Hilfe eines Strommeßinstrumentes M kann somit der Widerstand R bestimmt
werden.
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An Stelle eines einzelnen Widerstandes R kann auch eine Kombinationsschaltung
aus mehreren Widerständen eingeschaltet werden.
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Fig. 2 zleigt eine Anordnung mit grundsätzlich dem gleichen Aufbau
wie Fig. 1. Jedoch ist hier an Stelle des Widerstandes R in Reihe mit den Feldspulen
6 des elektrodynamischen Meß werks eine Wheatstonsche Brücke 8 eingeschaltet. Die
Drehspule des elektrodynamischen Meßwerks liegt in der Brückendiagonalen, und der
zu bestimmende Widerstand R stellt einen Widerstand der im übrigen aus konstanten
Widerständen aufgebauten Brückenschaltung dar. Zur Meßbereichsänderung können einige
Widerstände der Brückenschaltung veränderbar sein. Das Meßinstrument M läßt sich
auch bei dieser Schaltung so eichen, daß der Wert des unbekannten Widerstandes R
unmittelbar ablesbar ist.
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Fig. 3 zeigt schließlich eine besonders zur Bestimmung kleiner Änderungen
des Widerstandes R geeignete Schaltung. Das elektrodynamische Meßwerk ist hier mit
zwei auf der gleichen Achse angeordneten Drehspulen ausgerüstet. Die eine Spule
ist wie in den bisherigen Ausführungsbeispielen an den zu bestimmenden Widerstand
R angeschlossen, während die zweite Drehspule parallel zum Festwiderstand R1 liegt.
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Die iibrigen Teile der Meßanordnung sind in gleicher Weise aufgebaut
wie in den früheren Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Die beschriebenen gemäß der Erfindung ausgeführten Kompensationsverstärker
zeichnen sich durch sehr große Meßgenauigkeit und Meßempfindlichkeit aus und sind
von äußeren Einflüssen, wie Hilfsspannungsänderungen, Leitungslängen und Eigenschaften
des Verstärkers, weitgehend unabhängig. Skalenverlauf und Meflumfang können durch
geeignete Bemessung in weiten Grenzen den Erfordernissen angepaßt werden.
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Gegenüber den üblichen Meßverfahren zur Bestimmung von Widerständen
ergibt sich der Vorteil, daß eine besondere Gleichspannungsquelle groß er Konstanz
oder die sonst gebräuchlichen Kreuzspulmeßwerke entbehrt werden können. Statt bzw.
außer dem mehrfach genannten Meßinstrument M kann natürlich auch ein anderer Verbraucher,
z. B. eine Meß-, Steuer- oder Regelanordnung oder ein Relais, eingeschaltet sein
bzw. kann das Ausgangssignal des Verstärkers unmittelbar für Steuer-, Regel- oder
Signalzwecke verwendet werden. Da der Verstärker Widerstandswerte in entsprechende
Strom- bzw. Spannungswerte umformt, eignet er sich auch besonders als Meßwertumformer
zur Fernübertragung von Widerstandswerten.