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Selbstabgleichender Kompensator Die Erfindung betrifft einen selbstabgieichenden
Kompensator, bei welchem einer Bezugsspannung der Spannungsabfall an einem Kompensationswiderstand
entgegengeschaltet ist, der mit der Bezugsspannung einen gemeinsamen Fußpunkt besitzt
und von der Spannungsdifferenz der von einer Hilfs-EMK gelieferte Strom durch den
Kompensationswiderstand (Kompensationsstrom) regelbar ist.
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Bei einem solchen Kompensator erfolgt eine automatische Regelung
des durch das Kompensations-Widerstandsglied fließenden Stromes derart, daß der
Spannungsabfall an dem Kompensations-Widerstandsglied (Kompensationsspannung) einer
Bezugs-oder Eingangsspannung proportional ist. Bei konstantem Kompensations-Widerstandsglied
ist dann auch der dort hindurchfiießende Ausgangsstrom (Kompensationsstrom) proportional
der Bezugsspannung unabhängig von dem Lastwiderstand im Ausgangskreis. Dieser letztere
ist eine Störgröße, die herausgeregelt wird. Man erhält einen eingeprägten Strom.
Bei üblichen Kompensatoren dieser Art (Lindeck-Rothe-Kompensatoren) liegen im Stromkreis
der Hilfs-EMK, ausgehend von einer Klemme dieser Hilfs-EMK, nacheinander der Kompensationswiderstand,
der Lastwiderstand und Schaltglieder zur Regelung des Stromes in diesem Kompensationsstromkreis.
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Der gemeinsame Fußpunkt der Bezugsspannung und der am Kompensationswiderstand
abfallenden Kompensationsspannung liegt in diesem Stromkreis zwischen Kompensationswiderstand
und Lastwiderstand. Der Spannungsvergleich erfolgt an dem anderen Ende des Kompensationswiderstandes.
In Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsspannung und der an
diesem Punkt gegenüber dem gemeinsamen Fußpunkt abgegriffenen Spannung erfolgt eine
Einwirkung auf die besagten Schaltglieder zur Regelung des Stromes in dem Kompensationsstromkreis.
Da diese Schaltglieder und der Punkt, wo der Spannungsvergleich erfolgt, auf verschiedenen,
von Eingangsspannung und Lastwiderstand abhängigen Potentialen liegen, muß diese
Einwirkung über eine galvanische Entkopplung erfolgen. Diese galvanische Entkopplung
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß zum Spannungsvergleich ein richtkraftloses
Galvanometer dient, das mit einer Fahne einen im Kompensationsstromkreis liegenden
Oszillator bedämpft. Es kann auch eine Wechselstromverstärkung mit Zerhackung und
phasenempfindlicher Wiedergleichrichtung vorgesehen Eine solche Anordnung ist recht
aufwendig, Es ist ferner ein Stufenkompensator bekannt, bei welchem der gemeinsame
Fußpunkt von Bezugs- und Kompensationsspannung zwischen Kompensationswiderstand
und Hilfs-EMK liegt und bei welchem die Kompensation durch additive Zusammenfügung
von Teilspannungen verschiedener Größe erfolgt. Das geschieht durch eine Röhrenanordnung,
die nach Maßgabe einer am anderen Ende des Kompensationswiderstandes gegen die Bezugs
spannung gemessenen Differenzspannung stufenweise umschaltbar ist (deutsche Patentschrift
1029 092).
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Eine solche Stufenkompensation ist recht aufwendig und in den vielen
Fällen nicht brauchbar, wo ein eingeprägter analoger Ausgangsstrom proportional
zu der Bezugsspannung benötigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstabgleichenden
Kompensator mit eingeprägtem analogem Ausgangsstrom zu schaffen, der möglichst einfach
im Aufbau wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen solchen
Kompensator so aufzubauen, daß er keine beweglichen Glieder (Galvanometer) und keine
galvanische Trennung oder kapazitive Kopplung im Regelkreis benötigt.
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Die Erfindung besteht darin, daß im Stromkreis der Hilfs-EMK, unmittelbar
in Reihe mit dem Kompensationswiderstand auf der dem gemeinsamen Fußpunkt abgewandten
Seite, die als regelbarer Widerstand zur Veränderung des Kompensationsstromes wirksame
Emitter-KoIlektor-Strecke eines ersten Transistors 32 geschaltet ist und daß ein
zweiter Transistor 33 vorgesehen ist, dessen Kollektor mit der Basis des ersten
Transistors 32 verbunden ist und dessen Basis-Emitter-Strecke zwischen dem mit dem
Emitter des ersten Transistors 32 verbundenen
Ende des Kompensationswiderstandes
30 und der Bezugsspannung liegt.
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Auf diese Weise liegt der »Meßort«, d. h. die Stelle, wo Bezugsspannung
zum Vergleich mit der Kompensationsspannung abgegriffen wird, und der »Stellort«,
d. h. die Stelle, wo der Eingriff in den Kompensationsstromkreis zur Veränderung
des Kompensationsstromes erfolgt, im Kompensationsstromkreis unmittelbar hintereinander,
so daß keine von Bezugsspannung oder Lastwiderstand abhängige Potentialdifferenz
zwischen diesen beiden Punkten besteht.
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Infolgedessen kann auf die potentialmäßige Entkopplung verzichtet
und mit einer relativ einfachen gleichstrommäßigen Transistorschaltung gearbeitet
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als Schaltbild
dargestellt und im folgenden beschrieben: Zur Erzeugung der Bezugsspannung dient
ein Potentiometer 23, dessen Schleifer nach Maßgabe einer ersten Meßgröße verstellbar
ist. Durch das Potentiometer 23 wird ein konstanter Strom geschickt. Zu diesem Zweck
liegt mit dem Potentiometer 23 ein Transistor 24 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in Reihe. Der Transistor 24 wird von einer stabilisierten Spannung gespeist, die
von einer Spannungsquelle 25 über einen Widerstand 26 abgenommen und von einer Zenerdiode
27 stabilisiert wird. An der Basis des Transistors 24 liegt ebenfalls über einen
Widerstand 28 eine durch eine Zenerdiode 29 stabilisierte Spannung. Eine solche
Stabilisierungsschaltung ist an sich bekannt. Auf diese Weise fällt an dem Potentiometer
23 eine konstante Spannung ab; die an dem Potentiometerabgriff abgenommene Spannung
hängt linear nur von der Stellung des Abgriffes ab, solange dieser nicht belastet
wird.
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Als Kompensationswiderstand dient der einstell; bare Widerstand 30,
welcher nach Maßgabe einer zweiten Meßgröße eingestellt werden kann. Von der Spannungsquelle
25 wird über den Lastwiderstand 31 und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors
32 ein Strom durch den Kompensationswiderstand 30 geschickt. Dieser Strom ist durch
den Transistor 32 regelbar.
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Der Transistor 32 wird von einem Transistor 33 gesteuert, dessen
Basis-Emitter-Strecke zwischen den Abgriffen des Potentiometers 23 und des Einstellwiderstandes
30 liegt und den »Vergleicher« darstellt.
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Der Kollektor des Transistors 33 liegt an der Basis des Transistors
32, und der Transistor 33 wird über einen Widerstand 34 von der durch die Zenerdiode
27 stabilisierten Spannung gespeist. Wenn zwischen dem Abgriff des Potentiometers
23 und dem des Widerstandes 30 eine Potentialdifferenz auftritt, dann gibt der Transistor
33 ein Signal auf die Basis des Transistors 32. Dadurch wird der Strom dadurch den
Widerstand 30 mit steiler Charakteristik verändert, bis wieder ein abgeglichener
Zustand erreicht ist. Um den Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors
33 zu kompensieren, ist eine entsprechende Spannungsquelle 35 mit dieser über 23,
33, 30 in Reihe geschaltet.
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Wesentlich für eine einwandfreie Funktion der beschriebenen Schaltung
ist eine geeignete Auslegung der Schaltglieder.
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Um den Strom durch den Lastwiderstand 31 gleich dem Strom 1R durch
die Regelstrecke, d. h. den
Widerstand 30 zu machen, müssen die Steuerströme Is und
IN der Transistoren 32 und 33 klein gemacht werden.
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Es muß also Is «Iv, »«Iv sein, so daß Iv = IR wird. Das kann man
durch geeignete Wahl der Transistoren und durch hochohmige Anpassung des Widerstandes
34 erreichen. Die Speisung des Transistors 33 muß stabilisiert werden, was durch
die Zenerdiode 27 geschieht.
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Der Strom 1T durch den Transistor 24 und das Potentiometer 23 muß
wesentlich größer sein als der Strom, über die Basis-Emitter-Strecke. Dann wird
eine merkliche Stromverzweigung am Abgriff des Potentiometers 23 verhindert, so
daß sich an dem Abgriff eine der Stellung desselben proportionale Spannung ergibt.
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Es muß also IT > IN sein.
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Wenn die am Potentiometer 23 abgegriffene Spannung als Spannungsabfall
am Widerstand 30 einge prägt werden soll, dann ist der Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 33 nachteilig. Um diesen Nachteil zu beheben, wird irgendwo zwischen
Potentiometer 23 und Kompensations, widerstand 30 eine diesem Spannungsabfall entgegengesetzte
niederohmige Spannungsquelle 35 mit Spannung UR eingeschaltet, so daß die gesamte
Spannung zwischen dem Abgriff des Potentiometers 23 und dem Widerstand 30 Null wird.
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Unter diesen Umständen ist es mit einer solchen Schaltung möglich,
einen selbstabgleichenden Kompensator ohne Galvanometer oder sonstige galvanische
Trennung aufzubauen. Man kann mit einer solchen Schaltung in an sich bekannter Weise
Quotienten bilden, wobei Dividend und Divisor Potenüo meterstellungen sind und der
Quotient als ein eingeprägter Strom erscheint. Bezeichnet man mit Rx, den Anteil
des Widerstandes (23) bis zum Abgriff und mit Rx den eingestellten Wert des Kompensationswiderstandes,
dann ist Rxk IV 1T.
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An Stelle des Transistors 32 kann gegebenenfalls eine Darlington-Schaltung
treten. An die Stelle der Potentiometer 23 und 30 können auch Widerstände treten,
die als Funktion irgendeiner physikalischen Größe, z. B. der Temperatur veränderlich
sind, oder Festwiderstände oder auch Widerstandsbrücken.
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Es kann auch der Lastwiderstand 31 (Ra) nach einer weiteren Meßgröße
veränderlich sein. Weil Iv ein eingeprägter Strom ist, erhält man an dem Lastwiderstand
31 dann eine Spannung
Man kann aber auch mehrere solche Schaltungen kaskadenförmig hintereinanderschalten,
indem jeweils
der Lastwiderstand der vorhergehenden Schaltung 31
den Eingangswiderstand (entsprechend Potentiometer 23) der nachfolgenden Schaltung
bildet.