DE1260020B

DE1260020B - Self-balancing compensator

Info

Publication number: DE1260020B
Application number: DE1965J0027818
Authority: DE
Inventors: Helmut Baur
Original assignee: Joens & Co W H GmbH; WH Joens and Co GmbH
Current assignee: Joens & Co W H GmbH; WH Joens and Co GmbH
Priority date: 1965-04-01
Filing date: 1965-04-01
Publication date: 1968-02-01
Also published as: FR1454992A

Description

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.Self-balancing compensator The invention relates to a self-balancing compensator Compensator, in which a reference voltage is the voltage drop across a compensation resistor is connected in the opposite direction, which has a common base point with the reference voltage and from the voltage difference the current supplied by an auxiliary EMF through the Compensation resistance (compensation current) is controllable.

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. With such a compensator there is an automatic control of the current flowing through the compensation resistor member such that the Voltage drop across the compensation resistor element (compensation voltage) of a Reference or input voltage is proportional. With constant compensation resistor element the output current flowing through there (compensation current) is then proportional the reference voltage regardless of the load resistance in the output circuit. This latter is a disturbance that is regulated out. An impressed current is obtained. In common expansion joints of this type (Lindeck-Rothe expansion joints) are in the circuit the auxiliary EMF, based on a terminal of this auxiliary EMF, one after the other the compensation resistor, the load resistance and switching elements for regulating the current in this compensation circuit.

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). The common base point of the reference voltage and that at the compensation resistor falling compensation voltage lies in this circuit between compensation resistor and load resistance. The voltage comparison takes place at the other end of the compensation resistor. Depending on the voltage difference between the reference voltage and the on This point compared to the common base point tapped voltage takes place Action on said switching elements to regulate the current in the compensation circuit. Since these switching elements and the point where the voltage comparison takes place on different, there must be potentials dependent on the input voltage and load resistance Effect take place via a galvanic decoupling. This galvanic decoupling can be achieved, for example, that a directional forceless Galvanometer is used, which is located with a flag in the compensation circuit Oscillator attenuated. It can also be an alternating current gain with chopping and phase sensitive rectification provided. Such an arrangement is right complex, there is also a step compensator known in which the common Base point of reference and compensation voltage between compensation resistor and auxiliary emf and at which the compensation by additive assembly of partial voltages of different sizes takes place. This is done through a tube arrangement, according to one at the other end of the compensation resistor against the reference voltage measured differential voltage is switchable in stages (German patent 1029 092).

Eine solche Stufenkompensation ist recht aufwendig und in den vielen Fällen nicht brauchbar, wo ein eingeprägter analoger Ausgangsstrom proportional zu der Bezugsspannung benötigt wird. Such a step compensation is quite complex and in many cases Not usable in cases where an impressed analog output current is proportional to the reference voltage is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstabgleichenden Kompensator mit eingeprägtem analogem Ausgangsstrom zu schaffen, der möglichst einfach im Aufbau wird. The invention is based on the object of a self-balancing To create a compensator with impressed analog output current that is as simple as possible is under construction.

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. The invention is based in particular on the object of such Construct the compensator so that it has no moving parts (galvanometer) and no galvanic isolation or capacitive coupling is required in the control loop.

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. The invention consists in that in the circuit of the auxiliary EMF, directly in series with the compensation resistance on the one facing away from the common base point Side that acts as an adjustable resistor to change the compensation current Emitter-KoIlektor path of a first transistor 32 is connected and that a second transistor 33 is provided, the collector of which with the base of the first Transistor 32 is connected and its base-emitter path between the with the Emitter of the first transistor 32 connected End of the compensation resistor 30 and the reference voltage.

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. In this way the "measuring point" is located, i. H. the place where reference voltage is tapped for comparison with the compensation voltage, and the »location«, d. H. the point where the intervention in the compensation circuit leads to a change of the compensation current takes place in the compensation circuit directly one after the other, so that there is no potential difference dependent on the reference voltage or load resistance exists between these two points.

Infolgedessen kann auf die potentialmäßige Entkopplung verzichtet und mit einer relativ einfachen gleichstrommäßigen Transistorschaltung gearbeitet werden. As a result, the potential decoupling can be dispensed with and worked with a relatively simple direct current transistor circuit will.

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. An embodiment of the invention is shown in the drawing as a circuit diagram and described below: Used to generate the reference voltage a potentiometer 23, the slider of which is adjustable according to a first measured variable is. A constant current is sent through the potentiometer 23. To this end lies with the potentiometer 23, a transistor 24 with its emitter-collector path in row. The transistor 24 is fed by a stabilized voltage, the taken from a voltage source 25 via a resistor 26 and from a zener diode 27 is stabilized. At the base of the transistor 24 there is also a Resistor 28 a voltage stabilized by a Zener diode 29. Such Stabilization circuit is known per se. In this way falls on the potentiometer 23 from a constant voltage; the voltage taken from the potentiometer tap depends linearly only on the position of the tap, as long as it is not loaded will.

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. The adjustment is used as a compensation resistor; face resistance 30, which can be adjusted according to a second measured variable. From the voltage source 25 is across the load resistor 31 and the emitter-collector path of a transistor 32 a current is sent through the compensation resistor 30. This stream is through the transistor 32 controllable.

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. The transistor 32 is controlled by a transistor 33, whose Base-emitter path between the taps of the potentiometer 23 and the setting resistor 30 and represents the "comparator".

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.The collector of transistor 33 is connected to the base of the transistor 32, and the transistor 33 is connected through a resistor 34 by the Zener diode 27 stabilized voltage. If between the tap of the potentiometer 23 and the resistor 30 a potential difference occurs, then the transistor 33 sends a signal to the base of transistor 32. This causes the current to flow through it Resistance 30 changes with a steep characteristic until it is balanced again State is reached. About the voltage drop across the base-emitter path of the transistor 33 to compensate, a corresponding voltage source 35 with this via 23, 33, 30 connected in series.

Wesentlich für eine einwandfreie Funktion der beschriebenen Schaltung ist eine geeignete Auslegung der Schaltglieder. Essential for the described circuit to function properly is a suitable design of the switching elements.

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. To the current through the load resistor 31 equals the current 1R through the controlled system, d. H. the To make resistor 30, the control currents Is and IN of the transistors 32 and 33 can be made small.

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. So it has to be Is «Iv,» «Iv, so that Iv = IR. This can be through a suitable choice of transistors and through high-value matching of the resistance 34 reach. The supply of the transistor 33 must be stabilized, which is due to the zener diode 27 happens.

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. The current 1T through the transistor 24 and the potentiometer 23 must be much larger than the current through the base-emitter path. Then it will be prevents a noticeable current branching at the tap of the potentiometer 23, so that a voltage proportional to its position results at the tap.

Es muß also IT > IN sein. So it has to be IT> IN.

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. When the voltage tapped at potentiometer 23 as a voltage drop is to be impressed on resistor 30, then the voltage drop across the base-emitter path of the transistor 33 is disadvantageous. To remedy this disadvantage, somewhere in between Potentiometer 23 and compensation, resistance 30 is an opposite of this voltage drop low-resistance voltage source 35 switched on with voltage UR, so that the entire The voltage between the tap of the potentiometer 23 and the resistor 30 becomes zero.

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. Under these circumstances it is possible with such a circuit a self-balancing compensator without galvanometer or other galvanic To build separation. Such a circuit can be used in a manner known per se Form quotients, where dividend and divisor are potentiometers and the Quotient appears as an impressed current. The part is denoted by Rx of the resistor (23) up to the tap and with Rx the set value of the compensation resistor, then Rxk IV is 1T.

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. Instead of the transistor 32, a Darlington circuit can optionally be used step. The potentiometers 23 and 30 can also be replaced by resistors, which as a function of some physical quantity, e.g. B. the temperature variable are, or fixed resistors or resistance bridges.

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.The load resistance 31 (Ra) can also be variable according to a further measured variable. Because Iv is an impressed current, a voltage is then obtained at the load resistor 31 However, several such circuits can also be cascaded in series, in that the load resistance of the preceding circuit 31 forms the input resistance (corresponding to potentiometer 23) of the subsequent circuit.

Claims

Claims: 1. Self-balancing compensator, in which a reference voltage is counteracted by the voltage drop across a compensation resistor which has a common base point with the reference voltage and of the Voltage difference the current supplied by an auxiliary EMF through the compensation resistor (Compensation current) is controllable, d a -characterized that in the circuit the auxiliary emf, directly in series with the compensation resistor on the dem common base facing away from the side, acting as an adjustable resistance to change of the compensation current effective emitter-collector path of a first transistor (32) is connected and that a second transistor (33) is provided, the collector of which is connected to the base of the first transistor (32) and its base-emitter path between that connected to the emitter of the first transistor (32) End of the compensation resistor (30) and the reference voltage.

2. Self-balancing compensator according to claim 1, characterized in that that the reference voltage can be set according to a first measured variable Potentiometer (23) is tapped that the current through the potentiometer from a third transistor (24) is regulated, its emitter-collector path with the potentiometer (23) is in series and at its base and collector by a first or a second Zener diode (27 or 29) are stabilized voltages, and that the supply voltage for the second transistor (33) via a collector resistor (34) to the first Zener diode (27) is tapped.

3. Self-balancing compensator according to claim 1 or 2, characterized characterized in that with the base-emitter path of the second transistor (33) for An auxiliary voltage source (35) in series compensates for the voltage dropping thereon lies. ~~~~~~~~ Publications taken into consideration: German Patent No. 1029092; German interpretative document No. 1 634.