DE2051133C - Vorrichtung zur mehrstelligen numerischen Gleichstromanzeige - Google Patents

Description

Die Eifmdimg betrifft fine Vorrichtung zur mehr- ·· stolligen numerischen Gleiehstromanzeige, bei dor ein Transformator mit einer Eingangswicklung für den anzuzeigenden Gleichstrom vorgesehen ist, mit einer an eine Ziffernanzeige hoher Ordnung angeschlossenen, nachstellbaren Grobkompensation für den Mugnellluß, mit einer an eine ZilTernanzeige niedriger Ordnung angeschlossenen nachjustierbaren Feinkompensation fllr den Magnetlluß und mit einem Flußdetektor zur Messung erfolgter Magnctllußkompcnsation, wobei die Grobkompensation eine Grobkompensationswicklung des Transformators mit mehreren Abgriffen aufweist, die Über einen Umschalter mit verschiedenen Windungszahlen an eine Bezugsstroini|uel!e anschließbar ist, und die Feinkompensation eine Feinkompensationewicklung des Transformators aufweist, die an eine feinverstellbarc Stromquelle angeschlossen ist und diese Stromquelle als Stellglied mit dem Flußdeteklor als Meßglied einen Regler zur Nullkompensation des Magnetflusses im Kern des Transformators bildet.

Aufgabe der F.rfindimg ist es, die in der älteren Palentanmeldung P 20 16 406.1 vorgeschlagene Vorrichtung einfacher auszugestalten.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die feinverslellbare Stromquelle eine analog multiplizierende Koeffizientenschaltung mit zwei wahlweise über einen Umschalter einschaltbaren Widerständen in Reihe aufweist, deren Koeffizientenschaltung an den Ausgang des Flußdetektors angeschlossen ist und auf eine Ausgangsspannung als Multiplikator einstellbar ist, und daß als ZilTernanzeige ein digitales Voltmeter an den Ausgang des Flußdetektors angeschlossen ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zur (Jleichslromanzeige und

Fi g. 2 eine Modifikation zur Messung von Widerständen.

Gemäß F i g. 1 sind um einen magnetischen Kern C hoher magnetischer Permeabilität eine Eingangswicklung Ni, eine (irobkompensationswicklung Nx mit mehreren Abgriffen, eine Feinkompensationswicklung Nc und zwei Detektorwicklungen Nd₁ und Nd., gewickelt. Die Deteklorwicklungen Nd₁ und Nd., haben gleiche Windungszahlen und sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufgewickelt. Sie sind in Serie geschaltet. Die Ausgangsspannung eines Oszillators O₁ liegt über eineiiTransformatorM an den beiden freien Enden der in Serie geschalteten Detektorwicklungen Nd₁, Nd.„ Die Spannung zwischen dem neutralen Mittelabgriir der Sekundärwicklung des Transformators M und dem Verbindungsknoten zwischen den beiden Detektorwicklungen gelangt in einen Demodulator /), wo sie nach dem Ausgang der Os/illatorspannung des Oszillators O_x moduliert wird, Ks ergibt sich dadurch folgende Arbeitsweise. Im Falle, daß kein magnetischer GleicliHuß in dem Magnetkern vorliegt, sind die Impedanzen der Wicklungen Nd_x und N(Lj, zueinander gleich, und es gelangt kein Hingangssignal an den Demodulator I). Wenn jedoch ein magnetischer (ileichslromlluß im Kern (.' vorliegt, dann ergibt sich ein imbalancierter Zustand, und es gelanjit ein nach Maßgabe der Richtung des magnetischen Musses moduliertes Hingangssignal an ilen Demodulator D. Dieses Hingangssignal wird dann mit dem Ausgangssignal des Oszillators O_x demodulieil, so daß am Ausgang des Demodulators eine Gleichspannung entsteht, deron l'oluritlU und Grüße dem magnetischen Gleichstromfluß In dem Kern C entspricht.

Dieses Gleichstromsignal wird in dom Verstärker Ao verstärkt und gelangt un das digitale Voltmeter V und an die Koeffizientenschaltung B, von der es liber die Feinkompensationswicklung Nc Über einen Umschalter W« an den Widerstand/?, bzw. R_ä gelangt. Die Eingangswicklung Nl liegt mit ihren Enden nach

ίο Maßgabe der Sehallstellung eines zwischengeschaltelen Umschalters W_x entweder an den Eingangsanschlllssen TX_x und TX., oder an den Bezugsstromanschlilssen To_x und Το_Λ, An den EingangsansehlUssen TX_x und TX._} liegt "eine Meßstromquelle Ix und

»5 an den BezugsstromanschlUssen To₁ und Το_ύ liegt eine Bczugsstromquelle lo. Die Bezugsstromquelle Io ist außerdem über einen mehrpoligen Umschalter F an die jeweils durch den Umschalter F abgegriffenen Wicklungen der Grobkompensationswicklung Nx an-

ao geschlossen. Zur Steuerung der bis jetzt beschriebenen Teile dient die Steuerschaltung K. Die Koeffizientenschaltung B bestimmt das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers A ο und derjenigen Spannung, die an die Serienschaltung aus der Fein-

kompensationswicklung Nc und dem jeweils eingeschalteten Widerstand R₁, R., gelangt. Die Koeffizientenschaltung multipliziert als"o die Ausgangsspannung des Verstärkers Ao mit einem eingestellten Koeffizienten und ist hinsichtlich des Koeffizienten bzw. Multiplikators von Seiten der Steuerschaltung einstellbar.

Zunächst werden gesteuert durch die Steuerschaltung K die Umschalter W_x, W., und F geschaltet, und zwar wird der Umschalter F in eine Abschaltstellung geschaltet, der Umschalter W_x wird in die gezeichnete Stellung geschaltet, in der er die Eingangswicklung Ni an die Bczugsstromquelle Io anschließt, und der Umschalter HO wird in die gezeichnete Stellung geschaltet, in der er den Widerstand R_x einschaltet.

Es fließt mithin Gleichstrom aus der Bezugsstromquelle Io durch die Eingangswicklung Ni, und es entsteht ein magnetischer Glcichstromlluß in dem magnetischen Kern C. Daraufhin entsteht am Ausgang des Demodulators D ein Signal, dessen Polarität der des Magnetflusses entspricht und das an den Verstärker Ao gelangt und auf Grund dessen in der Feinkompensationswicklung Nc ein Strom hervorgerufen wird, der einen Gleichstrommagnetfluß im Kern C hervorruft, der dem erstgenannten entgegengelichtet ist. Zur Erläuterung sei kurz folgendes angeführt. Wenn der Widerstand der Wicklung Nc vernachlässigt wird, dann ergibt sich folgende Gleichung:

Gleichung 1

loNi Ic₁Nc

In dieser Gleichung bedeutet Io den Strom der Bezugsstromquelle la, Ni die Windungszahl der Hingangswicklung Ni, Ic₁, den durch das Verhältnis K₁[R₁ gegebenen Slromtluß in der Feinkompensationswicklung Nc, wobei /·,', die Ausgangsspannung des Verstärkers Ao ist. Die Gleichung 1 entspricht einem stabilen Zustand. Wenn der Verstärkungsgrad des Verstärkers Ao hinreichende Größe hat, löschen sich

f>5 die Gleichslrommagnetllüsse im Kern C gegenseitig aus. Das Digilalvoltmeter V mißt die Ausgangsspannung Zs₁ des Verstärkers Ao und gibt daraufhin ein Signal an die KoefiizienteiiKchaltung Ii und an die

Steuerschaltung K, Die Steuerschaltung K Hcluiliet daraufhin die Kocfltolontonschaliung 13 uul' den Wert ß, und schaltet don Umschalter W. um, so daß nun die Eingangswicklung Nl an die Meßstromquolle /,v angeschlossen ist. Daraufhin entsteht am Ausgang des Verstärkers Ao das AuHgungmlgnul E_t, und für den StromlluB Ic, in der Feinkompensationswieklung /Vc gilt /c.j - IiKJR₁, und daraus folgt die

Gleichung 2

/.r/V/ = lc„Nc

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Das Digitalvoltmeter V mißt die Spannung /·,'.„ Die SteuerschaltungK schaltet nun den Umschalter"/⁷ auf eine solche Wicklungsanzahl, die der im Voltmeter V gemessenen Spannung E., entspricht. Außerdem schaltet die Steuerschaltung K den Umschalter W„ um, so daß nun der Widerstand /?„ eingeschaltet ist" Infolge der Umschaltung des Umschalten·. F und der nun angeschlossenen Windungen der Grobkompensations- ao wicklung Nx wird ein Gleichstrommagnetfluß In durch die Grobkompensationswicklung Nx hervorgerufen, der dem der Eingangswicklung Ni entgegengerichtet ist. Es entsteht mithin am Ausgang des Verstärkers Ao eine neue Spannung £.,, und es ergibt as sich in der Feinkompensationswieklung Nc ein Stromfluß Ic₃ ~ BEJIi.,, und daraus folgt

Gleichung 3

IxNi -= loNx

I- Ic₃Nc

entsprechend einem stabilisierten Zustand. Das Digitalvoltmeter V mißt nun die Spannung E₃ und zeigt an

Gleichung 4

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E., I ^l E, - Ea
" R.

Gleichung 5

/.Y

Io

R,

E,

To₁ und To₂ angeschlossen wird, wenn mit der Schaltung nach Fig. I das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstünde Rx und Ro gemessen werden soll. Die Ausgangsklemmen des Verstlirkcrs A, liegen dann in Reihe mit dem Widerstand Rx zwischen den Anschlußklemmen Ta-, und 7¹Jr₃ und die Ausgangsklemmen des Verstärkers/I₂ in Reihe mit dom Widerstand Wo zwischen den Anschlußklemmen To₁ und T(Jj, aus Fig. 1 jeweils an Stelle der in Fig.) gezeichneten Stromquellen Ix bzw. /o. Mit Eo ist eine Bezugsspannungsquelle bezeichnet, die jeweils zwischen das am Anschluß aus Fig. 1 gelegene Ende der beiden Widerstände Iiχ und Ro und dem einen Eingangsanschluß der beiden Verstärker A ₍ und /I₂ geschaltet ist. Die Verstärker/I₁ und /I₂ mit den zugehörigen Widerständen sind unabhängig voneinander geschallet und nicht gemeinsam geerdet. Der Slromfluß zwischen den Eingangsanschlüssen Ta, und 7¹A₂ und den Bezugsstromanschlüssen To₁ und To., hängt von der Größe der zugehörigen Widerstände Rx und Ro ab, deren Verhältnis dann auf Grund der wie oben im Text zu Fig. 1 beschriebenen Stioininessung errechnet werden kann.

Mit der Schaltung nach der Erfindung kann das Verhältnis eines Meßstroms zu einem Bezugsstrom gemessen werden. Diese Messung beruht auf der Kompensation des Magnetflusses in dem Kern C. Auch wenn der Eingangswiderstand der Schaltung nach F i g. 1 klein ist, ergeben sich, bedingt durch die Nullkompensation, auch dann keine Instabilitäten, wenn der Innenwiderstand der Meßstromquelle ZA-klein ist. Die Koeffizientenschaltung B ermöglicht es, das Verhältnis für die gemessenen Stromwerte direkt abzulesen. Die Grobkompensationswicklung Nx gestattet es, in einem zweiten Meßsehritt eine feine, sehr genaue Strommessung vorzunehmen, wenn dies gewünscht wird.

Wenn man BEJR., durch Ic₃ in der Gleichung 3 ersetzt, der Koeffizient B auf E₁ gesetzt ist, der Wert von für Nc aus der Gleichung 1 genommen wird und die Windungszahl Nx = E₃Ni beträgt, dann schreibt sich die Gleichung 3:

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Wenn man das Verhältnis von R₁ zu R., auf Eintausendstel einstellt, dann kann das Voltmeter V direkt und dezimal mit den drei Stellen niedrigster Ordnung die Spannung E₃ und mit den Stellen nächsthöherer Ordnung die Spannung E., anzeigen, so daü sich insoweit eine dezimale Anzeige ergibt. Das Stromverhältnis Ix zu Io entspricht dem angezeigten Spannungswert Ex. Die Grobkompensationswicklung Nx ermöglicht es, die Messung zu den Dezimalstellen höherer und zu den Dezimalstellen niedrigerer Ordnung getrennt in zwei Schritten vorzunehmen. Diese zwei Meßschritte wird man nur durchführen, wenn eine genaue Messung gewünscht ist. Wenn man dagegen nur eine grobe Messung braucht, dann genügt ein Meßsehritt entsprechend Gleichung 2, und man braucht die Grobkompensationswicklung Nx und den Widerstand R., nicht einzuschalten.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die an Stelle tier in Fig. 1 gezeichneten Stromquellen an die Hingangsanschlüsse Tx₁, Tx., und die Bezugsstromanschlüsse

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur mehrstelligen numerischen Gleichstromanzeige, bei der ein Transformator mit einer Eingangswicklung für den anzuzeigenden Gleichstrom vorgesehen ist, mit einer an eine Ziffernanzeige hoher Ordnung angeschlossenen, nachstellbaren Grobkompensation für den Magnetfluß, mit einer an eine Ziffernanzeige niedriger Ordnung angeschlossenen nachjustierbaren Feinkompensation für den Magnetfluß und mit einem Flußdetektor zur Messung erfolgter Magnetflußkompensation, wobei die Grobkompensation eine Grobkompensationswicklung des Transformators mit mehreren Abgriffen aufweist, die über einen Umschalter mit verschiedenen Windungszahlen an eine Bezugsstromquelle anschließbar ist, und die Feinkompensation eine Feinkompensationswieklung des Transformators aufweist, die an eine feinverstellbare Stromquelle angeschlossen ist und diese Stromquelle als Stellglied mit dem Flußdetcktor als Meßglied einen Regler zur Nullkompensation des Magnetflusses im Kern des Transformators bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die feinvcrslellbaiv Stromquelle eine analog multiplizierende Koel'lizientensehaltung (B) mit zwei wahlweise übei einen Umschalter (W.,) einschaltbaren Widerständen (W₁, ft.j) in Reihe aufweist, deren KoellizienlenschalHing (B) an den Ausgang des Fluß-

   detektors [Nd, M, 01, D) angeschlossen ist und auf eine Ausgangsspannung (El) als Multiplikator einstellbar ist, und daß als Ziffernanzeige ein digitales Voltmeter (F) an den Ausgang des Flußdetektors angechlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen