DE1010163B

DE1010163B - Galvanometer amplifier in compensation circuit

Info

Publication number: DE1010163B
Application number: DES40931A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Elger
Original assignee: Siemens AB
Current assignee: Siemens AB
Priority date: 1954-09-21
Filing date: 1954-09-21
Publication date: 1957-06-13

Description

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. Galvanometer amplifier in compensation circuit In the known Galvanometer amplifiers are made with the help of a sensitive direct current instrument controlled by an auxiliary voltage source. The auxiliary voltage sources can, for example Photo cells acted upon by a luminous flux or an induction coil in one Supply alternating magnetic field. It can also with the help of a shielding plate between energy transmitted by two oscillating circuits through the electric or magnetic field The best known types of amplifiers of this type are the first mentioned photoelectric amplifiers and the last-mentioned oscillating circuit amplifier. the Amplifiers are mostly operated in a compensation circuit, because then the measurement result not influenced by the characteristics of the amplifier and the auxiliary voltage source will.

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. They are so-called transducers working according to this principle known, in which an external torque to be measured on the auxiliary energy controlling galvanometer works. The output current of the amplifier is then a measure for the external moment. Such transducers are also used for telemetry used according to the pulse frequency method. In such a known arrangement a pair of capacitors is alternately charged at the receiving location via a relay and the charging current is passed through the coil of the control galvanometer. The occurring here Torque depends on the voltage of the source charging the capacitors. In order to eliminate this voltage dependency, one has an electrodynamic measuring mechanism used whose rotating coil is coupled to the axis of the control galvanometer. The field coil of this electrodynamic galvanometer is supplied by the auxiliary voltage source fed, while a partial current of the amplifier output flowed through the moving coil is.

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. It has been suggested in galvanometer amplifiers a constant voltage in the compensation circuit, for example a normal element, to the input terminals and the amplifier arrangement as a constant current source or constant voltage source to be used. That which supplies the constant tension Normal element is not loaded here. and you can use the amplifier output at appropriate dimensioning of the circuit constant voltages or currents practically any size.

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. DTr invention is based on the object as a constant current or Voltage source suitable galvanometer amplifier in compensation circuit without To create normal element. The further development of the inventive concept leads then, without the properties and advantages of the compensation more abandoned become, to measuring arrangements for the determination of electrical resistances.

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. According to the invention, the amplifier is by adjusting the external Moments to a fixed value as a constant current or voltage source or through Adjustment of the external moment to a square of the one to be measured Resistance flowing through amplifier output current dependent value as resistance measuring device usable.

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. One can, for example, with the usual amplifiers, where the measuring voltage in series with the voltage drop at the compensation resistor on the control galvanometer short-circuit the terminals for the input voltage and connect it to the moving coil Apply constant torque. The output of the amplifier is then obtained a constant current corresponding to this torque or with a corresponding Circuit a constant voltage. The torque, which is also known per se Way z. B. mechanically by a spring, one engaging via a cord pulley Softened or generated electromagnetically, can also be gradual or continuous adjustable to certain fixed current or voltage levels in the output circuit of the amplifier.

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. According to a further development of the inventive concept, the torque generated for the control galvanometer by an electrodynamic measuring mechanism, whose Field winding is switched on in the circuit of the amplifier output and its Moving coil is parallel to a resistor connected to the amplifier output. The moving coil of the electrodynamic measuring mechanism is mechanically fixed to the axis of Control galvanometer connected, expediently both coils arranged on the same axis. Used in the output of the compensation amplifier a constant resistor switched on and the voltage drop across this resistor fed to the moving coil of the electrodynamic measuring mechanism, the arrangement works as a constant current generator if the torque of the electrodynamic measuring mechanism is the of the control galvanometer counteracts. Since the torque D1 of the control galvanometer the output current i of the compensation amplifier is proportional and the torque D2 of the electrodynamic measuring mechanism is the product of the square of this current and the parallel resistance R to the moving coil of this mechanical mechanism is proportional, results from the relationships D1 ct 1 D2 = c.2 .i2.R that the product i R in the compensation state remains constant. Changes the resistance R, at which the voltage for the moving coil of the electrodynamic measuring mechanism is tapped, it changes according to the same Relationship also the output current of the compensation amplifier. It is thus possible to measure any resistances with this arrangement, e.g. B. Dadu; rch that in the amplifier output a current measuring instrument calibrated in resistance units, a controller, a rotary field encoder or the like is switched on.

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. For measuring particularly small changes in resistance, a Modification of the described arrangement has proven successful. in which the moving system of the electrodynamic measuring mechanism is equipped with two coils. Which one coil will as described, connected in parallel to the resistance to be determined while the other coil at a constant resistance of the circuit in the amplifier output lies. Instead of a single resistor, a combination of resistors can also be used in series with the field coil of the electrodynamic measuring mechanism in the amplifier output be switched. It is also possible to use a bridge circuit in which a bridge branch of the resistance to be determined lies, the moving coil to the Bridge diagonal is connected. The resistances of the resistor combination can also z. B. to change the resistance measuring range step by step or be changeable in size.

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. Some exemplary embodiments of the invention are illustrated with the aid of the drawing explained in more detail. The circuit examples all relate to arrangements with an electrodynamic measuring mechanism delivering the counter torque. As already mentioned, can also be a constant or permanently adjustable torque z. B. with the help of mechanical or electromagnetic arrangements are generated. The circuit examples are also turned to the well-known Schlvingkreis Amplifier, instead you can of course, any other compensation amplifier can be used, e.g. B. photoelectric Amplifiers, bolometer amplifiers, voice coil amplifiers, capacitive resonant circuit amplifiers.

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. In Fig. 1 controls from the moving coil 3 of the control galvanometer 2 moving metallic flag 1 in a known manner the anode current of the amplifier tube 4 and thus the direct current flowing in the amplifier output behind the rectifier 5 J. In the output circuit of the amplifier are the fixed resistance Rt one behind the other, the field coils 6 of the electrodynamic measuring mechanism, the resistance R and the Measuring instrument M or another consumer. The moving coil of the control galvanometer 2 is parallel to the fixed resistor R1, while the moving coil of the electrodynamic measuring mechanism is connected in parallel to the resistor R. Both spinning coils 3 and 7 are on the the same axis as the control flag 1 is arranged.

Die Anordnung kann nun bei konstantem Widerstand R als Konstantstromquelle verwendet werden.The arrangement can now be used as a constant current source with a constant resistance R be used.

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.A constant voltage source is obtained when the moving coil 3 of the Control galvanometer and the moving coil 7 of the electrodynamic measuring mechanism together be connected to the same resistor, for example R. There, as already mentioned, for a certain amplifier design the product of output current J and resistance R is constant, the current in the output circuit changes with the resistance R, and with the help of a current measuring instrument M, the resistance R can thus be determined will.

An Stelle eines einzelnen Widerstandes R kann auch eine Kombinationsschaltung aus mehreren Widerständen eingeschaltet werden. Instead of a single resistor R, a combination circuit can also be used be switched on from several resistors.

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. Fig. 2 shows an arrangement with basically the same structure as in FIG. 1. However, instead of the resistor, R is in series with the field coils 6 of the electrodynamic measuring plant, a Wheatstone bridge 8 is switched on. the The moving coil of the electrodynamic measuring mechanism lies in the bridge diagonal, and the Resistance R to be determined represents a resistance which is otherwise constant A bridge circuit constructed with resistors. To change the measuring range, some Resistances of the bridge circuit can be changed. The measuring instrument M can also calibrate this circuit in such a way that the value of the unknown resistance R can be read immediately.

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. Finally, FIG. 3 shows one particularly for determining small changes of the resistor R suitable circuit. The electrodynamic measuring mechanism is here with two moving coils arranged on the same axis. The one coil is, as in the previous exemplary embodiments, of the resistance to be determined R connected while the second rotating coil is parallel to the fixed resistor R1.

Die iibrigen Teile der Meßanordnung sind in gleicher Weise aufgebaut wie in den früheren Ausführungsbeispielen beschrieben.The remaining parts of the measuring arrangement are constructed in the same way as described in the previous exemplary embodiments.

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. The described compensation amplifiers designed according to the invention are characterized by very high measurement accuracy and sensitivity and are from external influences such as auxiliary voltage changes, cable lengths and properties of the amplifier, largely independent. The course of the scale and the range of the measurement can go through suitable dimensioning can be adapted to the requirements within wide limits.

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.Compared to the usual measuring methods for determining resistances there is the advantage that a special DC voltage source is great constancy or the otherwise common Kreuzspulmeßwerke can be dispensed with. Instead of or In addition to the measuring instrument M mentioned several times, another consumer can of course also be z. B. a measuring, control or regulating arrangement or a relay, be switched on or the output signal of the amplifier can be used directly for control, regulation or Signaling purposes are used. Since the amplifier has resistance values in corresponding Converts current or voltage values, it is also particularly suitable as a transducer for remote transmission of resistance values.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Galvanometer amplifier in compensation circuit with a control galvanometer, on whose axis an external torque acts, thereby characterized in that the amplifier by setting the external moment to a fixed value as I (constant current or voltage source or by setting the external moment to a square of the resistance to be measured flowing through Amplifier output current dependent value can be used as resistance measuring device is.

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the am Control galvanometer attacking fixed torque by known mechanical or electromagnetic means (weight, spring, electromagnet or the like) generated will.

3. Amplifier according to claim 1 and 2 with an electrodynamic Measuring mechanism which is mechanically coupled to the control galvanometer, characterized in that that both the field winding and the moving coil of the electrodynamic measuring mechanism are switched on in the output circuit of the amplifier.

4. Amplifier according to claim 1 and following, characterized in that that the moving coil of the electrodynamic measuring mechanism is parallel to one with the field winding resistor connected in series or a combination of resistors or on the diagonal connected to a bridge circuit.

5. Amplifier according to claim 1, 3 and 4, characterized by a Signal transmitter (e.g. a controller or an ammeter calibrated in resistance units) in the amplifier output for determining the size of one with the field winding of the electrodynamic Measuring mechanism in series resistor or a resistor of the combination circuit.

6. Amplifier according to claim 3 and following, characterized in that that the moving system of the electrodynamic measuring mechanism has two windings and a winding is connected to a fixed resistor in the amplifier output while the other is connected to the resistor to be determined.

Publications considered: Swiss patent specification No. 275 033.