DE2051133C

DE2051133C - Device for multi-digit numerical direct current display

Info

Publication number: DE2051133C
Authority: DE
Inventors: Ikuo; Suzuki Takashi; Furukawa Hikaru; Tokio Takeda
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Publication date: 1972-06-29

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.The Eifmdimg relates to a device for multi-stud numerical DC current display, in which a transformer with an input winding is provided for the direct current to be displayed, with an adjustable coarse compensation for the mug flow connected to a high-order numerical display, with a low-order, variable-speed compensation system connected to a high-order numerical display connected readjustable fine compensation for the magnetic flux and with a flux detector for measuring the magnetic flux compensation, the coarse compensation having a coarse compensation winding of the transformer with several taps, which can be connected to a reference current via a switch with different numbers of turns, and the fine compensation a fine compensation winding of the Has transformer which is connected to a feinverstellc power source and this power source as an actuator with the Flußdeteklor as a measuring element a controller for zero compensation of the magnetic flux in the core of the Transformer forms.

Aufgabe der F.rfindimg ist es, die in der älteren Palentanmeldung P 20 16 406.1 vorgeschlagene Vorrichtung einfacher auszugestalten.It is the task of F.rfindimg that in the older Palent application P 20 16 406.1 proposed device simpler to design.

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.The invention is characterized in that the finely adjustable current source is an analog multiplying Coefficient circuit with two resistors in Has series, the coefficient circuit is connected to the output of the flow detector and on an output voltage can be set as a multiplier, and that a digital voltmeter is used as the ZilTern display is connected to the output of the flow detector.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained with reference to the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zur (Jleichslromanzeige und1 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment for (Jleichslromananze and

Fi g. 2 eine Modifikation zur Messung von Widerständen. Fi g. 2 a modification for measuring resistances.

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. According to FIG. 1 are high around a magnetic core C magnetic permeability an input winding Ni, a (irobkompensationswicklung Nx with a plurality of taps, a fine compensation winding Nc and two detector coils Nd ₁ and Nd., Wound. The Deteklorwicklungen Nd ₁ and Nd., Have the same numbers of turns and are provided with wound opposite winding senses. They are connected in series. the output voltage of the oscillator _O1 is above eineiiTransformatorM free at the two ends of the series-connected detector coils Nd _1, Nd. "the voltage between the neutral Mittelabgriir the secondary winding of the transformer M and the connection node between The two detector windings pass into a demodulator /), where it is modulated according to the output of the oscillator voltage of the oscillator O _x , Ks results in the following mode of operation. In the event that there is no magnetic equilibrium in the magnetic core, the impedances of the windings Nd _x and N (Lj, equal to each other, and no input signal reaches the demodulator I). If, however, there is a magnetic (ileichslromluß in the core (. '), An imbalanced state results and an input signal modulated in accordance with the direction of the magnetic must is delivered to the demodulator D. This input signal is then demodulated with the output signal of the oscillator O _x so that at the output of the demodulator a direct voltage arises, which corresponds to the magnetic direct current flow in the core C.

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 nachThis DC signal is amplified in amplifier dom Ao and passes un digital voltmeter V and over-reaches the coefficient circuit B, from which it liber the fine compensation winding Nc a switch W "to the resistor / ?, or R _ä. The ends of the input winding Nl are behind

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 undίο Determination of the visual position of an intermediate switch W _x either at the input connections TX _x and TX., or at the reference current connections To _x and Το _Λ , at the input connections TX _x and TX. _} lies "a measuring current source Ix and

»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-There is a reference current source lo at the reference _{current connections} To ₁ and Το ύ. The reference current source Io is also connected via a multi-pole changeover switch F to the coarse compensation winding Nx tapped by the changeover switch F.

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-ao closed. The control circuit K is used to control the parts described so far. The coefficient circuit B determines the ratio between the output voltage of the amplifier A ο and the voltage that is applied to the series circuit from the fine

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. compensation winding Nc and the respectively switched on resistor R ₁ , R., arrives. The coefficient circuit multiplies the output voltage of the amplifier Ao as "o" by a set coefficient and can be set by the control circuit with regard to the coefficient or multiplier.

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.First, the changeover switches W _x , W., and F are controlled by the control circuit K , namely the changeover switch F is switched to a cut-off position, the changeover switch W _x is switched to the position shown, in which it connects the input winding Ni to the reference current source Io connects, and the switch HO is switched to the position shown, in which it switches on the resistor R _x.

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:Direct current therefore flows from the reference current source Io through the input winding Ni, and a magnetic direct current is created in the magnetic core C. This results in a signal at the output of the demodulator D , the polarity of which corresponds to that of the magnetic flux and which reaches the amplifier Ao and opens Because of this, a current is generated in the fine compensation winding Nc, which causes a direct current magnetic flux in the core C , which is counterbalanced to the former. The following is briefly given for explanation. If the resistance of the winding Nc is neglected, then the following equation results:

Gleichung 1Equation 1

loNi Ic₁NcloNi Ic ₁ Nc

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 sichIn this equation, Io denotes the current of the reference current source la, Ni the number of turns of the output winding Ni, Ic ₁ , the current in the fine compensation winding Nc given by the ratio K ₁ [R ₁ , where / ·, 'is the output voltage of the amplifier Ao . Equation 1 corresponds to a steady state. When the gain of the amplifier Ao is sufficiently large, they cancel each other out

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 dief> 5 the DC magnetic fluxes in the core C mutually off. The Digilalvoltmeter V measures the output voltage Zs _{1 of} the amplifier Ao and thereupon sends a signal to the coefficient Ii and to the

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 Control circuit K, The control circuit K then Hcluiliet the Kocfltolontonschaliung 13 uul 'the value β, and switches the switch W. so that now the input winding Nl is connected to the measurement current source /, v. Thereupon the output of the amplifier Ao produces the AuHungmlgnul E _t , and for the StromlluB Ic, in the fine compensation weight / Vc applies / cj - IiKJR ₁ , and from this follows the

Gleichung 2Equation 2

/.r/V/ = lc„Nc /.r/V/ = lc "Nc

1010

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 folgtThe digital voltmeter V measures the voltage / ·, '. "The control circuit K now switches the changeover switch" / ⁷ to such a number of windings that corresponds to the voltage E., measured in the voltmeter V. In addition, the control circuit K switches the changeover switch W " , so that now the resistor /? "is switched on" as a result of the switching over of the switching ·. F and the now connected turns of the coarse compensation winding Nx , a direct current magnetic flux In is produced through the coarse compensation winding Nx, which is opposite to that of the input winding Ni. Consequently, a new voltage E1 arises at the output of the amplifier Ao , and a current flow Ic ₃ ~ BEJIi results as a result in the fine compensation value Nc, and it follows from this

Gleichung 3Equation 3

IxNi -= loNxIxNi - = loNx

I- Ic₃Nc I- Ic ₃ Nc

entsprechend einem stabilisierten Zustand. Das Digitalvoltmeter V mißt nun die Spannung E₃ und zeigt ancorresponding to a stabilized state. The digital voltmeter V now measures the voltage E ₃ and displays it

Gleichung 4Equation 4

3535

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

Gleichung 5Equation 5

/.Y/.Y

IoIo

R,R,

E,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. To ₁ and To _{2 is} connected if the ratio of the resistance values of the resistances Rx and Ro is to be measured with the circuit according to FIG. The output terminals of the amplifier A , are then in series with the resistor Rx between the terminals Ta-, and 7 ¹ Jr ₃ and the output terminals of the amplifier / I ₂ in series with the resistor Wo between the terminals To ₁ and T (Jj, from 1 instead of the current sources Ix and / o shown in FIG.). Eo a reference voltage source is referred to, which is respectively connected to the two resistors Iiχ and Ro and the one input terminal of the amplifier A _(and / I ₂ between the location on the terminal of FIG. 1 end. The amplifier / I ₁ and / I ₂ with the associated resistors are geschallet independently and not commonly grounded. the Slromfluß between the input terminals Ta, and 7 ¹ A ₂ and the reference current terminals to ₁ and to., depends on the size from the associated resistors Rx and ro, whose ratio then The reason for the soundness as described above in the text for FIG. 1 can be calculated.

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.With the circuit according to the invention, the ratio of a measuring current to a reference current can be measured. This measurement is based on the compensation of the magnetic flux in the core C. Even if the input resistance of the circuit according to FIG. 1 is small, due to the zero compensation, there are no instabilities even if the internal resistance of the measuring current source ZA-small. The coefficient circuit B enables the ratio for the measured current values to be read off directly. The coarse compensation winding Nx allows a fine, very precise current measurement to be carried out in a second measuring step, if this is desired.

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:If BEJR., Replaced by Ic ₃ in equation 3, the coefficient B is set to E ₁ , the value of for Nc is taken from equation 1 and the number of turns is Nx = E ₃ Ni , then equation 3 is written :

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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.If the ratio of R ₁ to R. is set to one-thousandth, then the voltmeter V can display the voltage E ₃ directly and in decimal with the three lowest order digits and the voltage E. gives a decimal display. The current ratio Ix to Io corresponds to the displayed voltage value Ex. The coarse compensation winding Nx enables the measurement for the higher decimal places and the lower decimal places to be carried out separately in two steps. These two measuring steps will only be carried out if an exact measurement is desired. If, on the other hand, you only need a rough measurement, then one step in accordance with equation 2 is sufficient, and you do not need to switch on the rough compensation winding Nx and the resistor R.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die an Stelle tier in Fig. 1 gezeichneten Stromquellen an die Hingangsanschlüsse Tx₁, Tx., und die BezugsstromanschlüsseFIG. 2 shows a circuit that connects the current sources shown in FIG. 1 to the input connections Tx ₁ , Tx., And the reference current connections

Claims

Claim:

Device for multi-digit numerical direct current display, in which a transformer is provided with an input winding for the direct current to be displayed, with an adjustable coarse compensation for the magnetic flux connected to a numeric display of a high order, with a fine adjustment for the magnetic flux connected to a numeric display of a lower order and with a flux detector for measuring the magnetic flux compensation that has taken place, the coarse compensation having a coarse compensation winding of the transformer with several taps, which can be connected to a reference current source via a changeover switch with different numbers of turns, and the fine compensation has a fine compensation movement of the transformer which is connected to a finely adjustable current source and this Power source as an actuator with the Flußdetcktor as a measuring element forms a controller for zero compensation of the magnetic flux in the core of the transformer, thereby gek ennzeichnet that the power source is a feinvcrslellbaiv analog multiplying Koel'lizientensehaltung (B) with two optionally · when a switch (W.) switchable resistors (W _1, ft.j) in series whose KoellizienlenschalHing (B) to the output of the flow -

detector [Nd, M, 0 1, D) is connected and can be set to an output voltage (El) as a multiplier, and that a digital voltmeter (F) is connected to the output of the flow detector as a numeric display.

1 sheet of drawings