DE2037369A1

DE2037369A1 - Differential voltmeter

Info

Publication number: DE2037369A1
Application number: DE19702037369
Authority: DE
Inventors: Hans Jakob Dipl Ing 1000 Ber Im GOIr 23 02 Ohm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-07-22
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1972-01-27

Description

Differenzvoltmeter Die Erfindung betrifft ein Differenzvoltmeter zur wahlweisen Anzeige der relativen oder absoluten abweichung eines gemessenen Spannungswertes von einem eingestellten Spannung wert.Differential voltmeter The invention relates to a differential voltmeter for Optional display of the relative or absolute deviation of a measured voltage value from a set voltage value.

Differenzvoltmeter sind Spannungsgemesser, die eine Einrichtung zur analogen Spannungsmessung mit unterdrücktem Nullpunkt darstellen. Die wesentlichen Bestandteile sind ein ausreichend fein einstellbarer Spannungsteiler, der aus einer stabilisierten Hilfsspannung die Kompensationsspannung zur Unterdrückung des Nullpunktes ableitet und eine hochoblige Analoganzeigeeinrichtung mit einem Zeigenstrument und meist einem dem Instrument vorgeschalteten Verstärker, mit dem Empfindlichkeit und Hochohmigkeit erzielt werden.Differential voltmeters are voltage meters that are a device for represent analog voltage measurement with suppressed zero point. The essential Components are a sufficiently finely adjustable voltage divider, which consists of a stabilized auxiliary voltage, the compensation voltage to suppress the zero point derives and a high-quality analog display device with a pointing instrument and usually an amplifier upstream of the instrument, with the sensitivity and High resistance can be achieved.

Dieses Instrument ist im Gegensatz zum Nullgalvanometer von Kompensator-Meßplätzen so kalibriert, daß es die nicht abgeglichene Restspannung innerhalb enger Fehlergrenzen genau anzeigt. Die Anzeigeeinrichtung hat den Nullpunkt in der Mitte der Skala. Sie hat meist mehrere dekadisch gestufte Empfindlichkeitsbereiche, die dem Meßbereich und dem Auflösungsvermögen des Kommpensationsteilers des Differenzvoltmeter angepaßt sind. Der Spannungsteiler im Kompensationsteil kann als einfaches oder mehrgängiges Drahtpotentionet.r ausgebildet sein oder auch einen Mehrstufigen, aus Festwiderständen bestehenden Kaskadenspannungsteiler, wie die bekannten Präzisionskompensatoren oder beides gemeinsam enthalten. Die einzelnen dekadisch gestuften Meßbereiche des Differenzvoltmeters werden durch Verändern der Hilfsspannung oder durch dem Differenzvoltmeter vorgeschaltete Eingangsspannungsteiler eingestellt. Zum genauen Messen einer Spannung und zum Verfolgen von kleinen Schwankungen dieser Spannung sind Differenzvoltmeter besonders geeignet.In contrast to the zero galvanometer, this instrument is used by compensator measuring stations calibrated in such a way that the residual voltage that has not been adjusted is within narrow limits of error shows exactly. The display device has the zero point in the middle of the scale. It usually has several decadic sensitivity ranges that correspond to the measuring range and adapted to the resolution of the compensation divider of the differential voltmeter are. The voltage divider in the compensation part can be single or multiple Wire potentiometeret.r be trained or a multi-level, Cascade voltage dividers consisting of fixed resistors, such as the well-known precision compensators or contain both together. The individual decadic measuring ranges of the Differential voltmeters are made by changing the auxiliary voltage or by using the differential voltmeter upstream input voltage divider set. For precise measurement of a voltage and to track small fluctuations in this voltage are differential voltmeters particularly suitable.

Bin Anwendungsfall ist z. B. die Messung der Stabilisierung eines Spannungsreglers gegen Netzspannungsschwankungen oder gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur.A use case is e.g. B. the measurement of the stabilization of a Voltage regulator against mains voltage fluctuations or against fluctuations in the ambient temperature.

Handelsübliche Differenzvoltmeter zeigen auf der Anzeigeeinrichtung die absolute Abweichung der. zu messenden Spannung von der am Gerät eingestellten Spannung an. Es wird jedoch sehr oft die relative (prozentuale) Abweichung der MeBgröße vom eingestellten Wert benötigt.Commercially available differential voltmeters show on the display device the absolute deviation of the. voltage to be measured depends on the voltage set on the device Voltage on. However, it is very often the relative (percentage) deviation of the measured size required by the set value.

Es sind bereits Kompensatoren bekannt, bei denen ein in "Prozent-Abweichung" kalibriertes Nullinstrument vorhanden ist. Diese "Stufenkompensator-" genannten Geräte werden vorwiegend zum Nachprüfen von analog anzeigenden Instrumenten benutzt, bei denen der Anzeigefehler jedoch nicht in Prozenten des Anzeigewertes, sondern in Prozenten des jeweiligen Meßbereichwertes angegeben wird. Dementsprechend wird auch in diesen Stufenkompensatoren die Empfindlichkeit des Nullinstruments auß den jeweiligen Meßbereichendwert bezogen rest eingestellt und nur beim Meßbereichwechsel umgeschaltet.Compensators are already known in which a "percentage deviation" calibrated zero instrument is available. This is called "step compensator" Devices are mainly used for checking analogue indicating instruments, where the display error is not a percentage of the display value, but rather is given as a percentage of the respective measuring range value. Accordingly, will also in these step compensators the sensitivity of the zero instrument out of the respective measuring range end value related rest is set and only when changing the measuring range switched.

Die Empfindlichkeit bleibt aber während des Abgleiches konstant.The sensitivity remains constant during the adjustment.

Die relative Größe muß bei den bekannten Geräten durch eine zusätzliche Rechenoperation ermittelt werden.The relative size must in the known devices by an additional Arithmetic operation can be determined.

Die Aufgabe besteht darin, ein Differenzvoltzeter zu schaffen, das wahlweise die relative oder absolute Abweichur eines gemessenen von einem eingestellten Spannungsw:- angerßt.The task is to create a differential voltmeter that optionally the relative or absolute deviation of a measured from a set one Tension: - skewed.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind zur Umschaltung zwischen der relativen und der absoluten Anzeige und Mittel, die bei der Umschaltung auf die Messung der relativen Abweichung die Empfindlichkeit eines Nullanzeigeinstruments umgekehrt proportional zur eingestellten Spannung verändern.The object is achieved according to the invention in that means are provided are for switching between the relative and the absolute display and means, the sensitivity when switching to the measurement of the relative deviation of a zero display instrument inversely proportional to the set voltage.

Der Vorteil des Differenzvoltmeters nach der Erfindung besteht also darin, daß das als Anzeigeeinrichtung dienende Null instrument wahlweise auf die Anzeige der absoluten Differenz oder der relativen Differenz umschaltbar ist und daß die vorhandene Meßbereichumschaltung für das Nullinstrument, die die Absolut-Kalibrierung in dekadischen Stufen umzuschalten gestattet, auch zur Umschaltung der Relativ-Kalibrierung dient, so daß z.B. Anzeigebereiche + 0, 1%, + 1% und + 10% entstehen.The advantage of the differential voltmeter according to the invention therefore exists in that the null instrument serving as a display device can be set to the Display of the absolute difference or the relative difference can be switched over and that the existing measuring range switching for the zero instrument, the absolute calibration Switching in decadic steps is permitted, also for switching over the relative calibration so that e.g. display areas + 0, 1%, + 1% and + 10% are created.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Differenzvoltmeter, bei dem die Erfindung mit einfachen Mitteln verwirktlicht ist. Der Koepensationsbeil besteht aus dem Potentiometer 1 mit dem festen Rest 2 und der Referenz-Spannungsquelle 3. Der Abgriff des Potentiometers 1 liegt an der positiven Klemme 4 des Eingangs. Die negative Klemme 5 des Eingangs ist mit einem Verstärker 6 und einem Nullanzeigeinstrument 7 mit Gegenkopplungswiderständen 8, 9, 10 verbunden. Das Nullanzelgeinstrument 7 ist parallel zu durch einen Schalter 11 wählbaren Vorwiderständen geschaltet.The invention is described in more detail below with reference to drawings. FIG. 1 shows, as an exemplary embodiment, a differential voltmeter in which the invention is realized by simple means. The co-compensation ax consists of the potentiometer 1 with the fixed remainder 2 and the reference voltage source 3. The tap of the potentiometer 1 is on the positive terminal 4 of the input. The negative terminal 5 of the input is with an amplifier 6 and a zero display instrument 7 with negative feedback resistances 8, 9, 10 connected. The zero meter 7 is parallel to through a switch 11 selectable series resistors switched.

Bei der Relativinessung ist dieser Vorwiderstand ein mit dem Potentiometer 1 mechanisch gekoppeltes Potentiometer 12 mit einem festen Rest 13, das die Empfindlichkeit des Nullanzeigeinstruments derart herabsetzt, daß die relative Empfindlichkeit erhalten bleibt. Bei der wbsolutmessung wird ein Festwiderstand 14 vor das Nullanzeigeinstrumert geschaltet, so daß es nun für absolute- Spannungsmessung kalibriert ist. Es sei ein Kompensationsbereich von 0,1 bis 1,1 V angenommen. Die Empfindlichkeitsumschaltung im Verhältnis 1 : 10 wird durch einen weiteren Schalter 15 unabhängig von der Stellung des Potentiometers 12 und von der Stellung des Schalters 11 vorgenommen. Es lassen sich dann also folgende fleßbereiche des Nullanzeigeinstruments einstellen; rel. abs.In the case of the relative measurement, this series resistor is connected to the potentiometer 1 mechanically coupled potentiometer 12 with a fixed remainder 13 that the sensitivity of the zero gauge so that the relative sensitivity is preserved remain. In the case of the absolute measurement, a fixed resistor 14 is inserted in front of the zero display switched so that it is now calibrated for absolute voltage measurement. Be it a compensation range of 0.1 to 1.1 V is assumed. the Sensitivity switching in a ratio of 1:10, a further switch 15 makes it independent of the position of the potentiometer 12 and the position of the switch 11. Leave it The following flesh areas of the zero display instrument are then set; rel. Section.

10% 1 V bei Abgriff zwischen den Widerstanden 9,10 1% 0,1 V bei Abgriff zwischen den Widerständen 8, 9 Für den Fall, daß die eingestellte Spannung nicht durch ein stufenloses Potentiometer, wie in Figur 1, sondern durch ein oder mehrere Stufenschalter eingestellt wird, werden die nicht dargestellten Vorwiderstände vor dem Nullanzeigeinstrument mit zusätzlichen auf jedem Schalter angebrachtenEbenen geschaltet, wobei jeder Schalter den Widerstand mit jedem Schritt um eine Stufe vergrößert, die Widerstandswerte der Stufen sich entsprechend der Wertigkeit der Schalter im Kompensationskreis u eine Zehnerpotenz unterscheiden, und die von den einzelnen Schaltern eingeschalteten Widerstände alle in Reihe geschaltet sind. 10% 1 V when tapping between the resistors 9.10 1% 0.1 V when tapping between the resistors 8, 9 In the event that the set voltage is not by a stepless potentiometer, as in Figure 1, but by one or more Step switch is set, the series resistors, not shown, are in front the zero display instrument with additional levels attached to each switch switched, with each switch increasing the resistance by one step with each step increases, the resistance values of the stages change according to the value of the Switch in the compensation circuit u distinguish a power of ten, and those of the individual switches switched on resistors are all connected in series.

Die Ldsung der rufgabe nach Figur 1 ist jedoch nur aus für bar, wenn für das Doppelpotentiometer genügend Einbauplatz zur Verfügung steht. Fur tragbare Präzisionsinstrumente, oder wenn vorhandene Geräte mit dieser Einrichtung nachgerüstet werden sollen, wird in Figur 2 ein Iiusfuhrungsbeispiel mit elektrisch steuerbaren Widerständen beschrieben. Elektrisch steuerbare Widerstände sind z. B..magnetfel dgesteuerte Magnetfeldplatten. Die vorliegende Schaltung benötigt ein Paar von steuerbaren Widerständen, deren Verhältnis zueinander im Steuerbereich von 1 : 10 auf 1% konstant bleibt. Für kleine Geräte ist der Leistungsverbrauch für das Steuerfeld zu groß, so daß auf ein Zerhackerverfahren zurückgegriffen wird, welches die zu verändernden Widerstände periodisch mit hoher Schaltfrequenz zu- und abschaltet und durch Verändern des Tastverhältnisses den wirksamen Widerstandswert verandert.The solution to the call according to Figure 1 is only off for cash if Sufficient installation space is available for the double potentiometer. For portable Precision instruments, or if existing devices are retrofitted with this facility are to be, an Iiusfuhrungsbeispiel with electrically controllable is shown in FIG Resistances described. Electrically controllable resistors are z. B..magnetfel d-controlled magnetic field plates. The present circuit requires a pair of controllable ones Resistors whose ratio to each other is constant in the control range from 1:10 to 1% remain. The power consumption for the control panel is too great for small devices, so that a chopping process is used, which is to be changed Periodically switches on and off resistors at a high switching frequency and by changing them of the duty cycle changes the effective resistance value.

Geeignete, mit Halbleitern bestückte Schalter sind bekannt.Suitable switches equipped with semiconductors are known.

Sie sind einfach "kuppelbar", indem sie von einem Steuerspannungsgenerator betrieben werden, und es lassen sich auf eibnfache Weise Gleichlauffehler unter 10-3 erreichen.They are simply "coupled" by being controlled by a control voltage generator are operated, and it can be in a simple way synchronism errors Reach 10-3.

Mittels der Referenzspannungsquelle 3 und des Potentiometers 1 wird wieder die eingestellte Spannung erzeugt, welche der einen positiven Klemme 4 für die zu messende Spannung und über ein ein Tiefpaßfilter darstellendes RC-Glied 16, 17 dem Eingang eines als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärkers 18 zugeführt wird. Dessen Ausgangsspannung wird über den Widerstand 19 und einen Schalter 20, die zusammen einen elektrisch steuerbaren Widerstand bilden, der Additionsstelle 21 am Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 22 zugeführt. Von einer weiteren Referenzspannungsquelle 23 wird über einen Widerstand 24 der Additionsstelle 21 ein negativer Strom zugeführt. Das am Eingang des Operationsverstärkers 22 entstchende Differenzsignal wird verstärkt und steuert das Tastverhältnis eines astabilen Multivibrators 25, welcher den elektrisch steuerbaren Widerstand 19, 20 und einen mit ihm gekoppelten weiteren elektrisch steuerbaren Widerstand 28, 26 so steuert, daß das Verhältnis von Offnungs- zu Schließungszeit der Schalter 20, 26 größer wird, wenn die Spannung an der Additionsstelle 21 positiver wird. Es wirkt also im Sinne negativer Rückkopplung. Ein Kondensator an der Additionsstelle 21 glättet die durch das Schalten entstehende hohe Rechteckspannung am Verstärkereingang und verhindert seine ubersteueruag. Dadurch, daß der Widerstand 19 nur zeitweise eingeschaltet wird, wird er abhärDig vom Tastverhältnis vergrößert. Im gleichen Maße wird ein weiterer Widerstand 28 vergrößert.By means of the reference voltage source 3 and the potentiometer 1 is the set voltage is generated again, which of the positive terminal 4 is for the voltage to be measured and via an RC element 16 representing a low-pass filter, 17 fed to the input of an operational amplifier 18 connected as a voltage follower will. Its output voltage is via the resistor 19 and a switch 20, which together form an electrically controllable resistor, the addition point 21 is fed to the input of a further operational amplifier 22. From another Reference voltage source 23 is connected to addition point 21 via a resistor 24 a negative current is supplied. The resulting at the input of the operational amplifier 22 The difference signal is amplified and controls the duty cycle of an astable multivibrator 25, which the electrically controllable resistor 19, 20 and one coupled to it further electrically controllable resistor 28, 26 controls that the ratio from opening to closing time, the switch 20, 26 increases when the voltage at the addition point 21 becomes more positive. So it works in the sense of negative feedback. A capacitor at the addition point 21 smooths the resulting from the switching high square wave voltage at the amplifier input and prevents its overdrive. Through this, that the resistor 19 is only switched on temporarily, it depends on the duty cycle enlarged. Another resistor 28 is increased to the same extent.

Die Verstärker erhalten ihre tabilisierten positiven Versorgungsspannungen von der Referenzspannungsquelle 3, ihre negtiven Versorgungsspannungen von der Referenzspannungsquelle 23.The amplifiers receive their stabilized positive supply voltages from the reference voltage source 3, their negative supply voltages from the reference voltage source 23

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die zu messende Spannung.und die eingestellte Spannung an der Gerätemasse liegen, während der Verstärker 6 tinte eigene potentialfreie Stromversorgung hat. Diese Schaltungsart wird für größere Geräte hoher Genauigkeit bevorzugt Die Bauelemente sind wieder analog zu den entsprechenden der Figur 1 und 2 bezeichnet. Der Multivibrator 25 und die Verstärker 6, 18, 22 werden aus gemeinsamen, etzt aber "schwimmenden" Spannungsquellen 29 gespeist, während die Mittel zum Einstellen der Spannung, in diesem Falle zweistufig aus einem stetig veränderbaren Potentiometer 30 und einem stufenweise veränderbaren Potentiometer 31 bestehend, von der Referenzspannungsquelle 3 gespeist werden.Figure 3 shows an embodiment of the invention in which the voltage to be measured. and the set voltage are connected to the device ground while the amplifier has its own potential-free power supply. This type of circuit is preferred for larger devices of high accuracy. The components are again denoted analogously to the corresponding ones in FIGS. The multivibrator 25 and the amplifiers 6, 18, 22 are made up of common, but now "floating" voltage sources 29 fed, while the means for adjusting the voltage, in this case two-stage from a continuously variable potentiometer 30 and a stepwise variable Potentiometer 31 consisting of the reference voltage source 3 are fed.

6 Seiten Beschreibung 7 Patentansprüche 2 Blatt Z*ichnungen mit 3 Figuren6 pages description 7 claims 2 sheets drawings with 3 characters

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Difference voltmeter as an option display of the relative or absolute deviation of a measured voltage value of a set voltage value, characterized in that means are provided are for switching between the relative and the absolute display and means, the sensitivity when switching to the measurement of the relative deviation of a zero display instrument inversely proportional to the set voltage.

2. differential voltmeter according to claim 1, characterized in that the means for switching between the relative and the absolute display Is a changeover switch, through which the zero display instrument on the one hand a fixed resistance, on the other hand, a variable resistor is connected upstream.

3. Ditterenzvoltteter according to claim 1, characterized in that the means for changing the sensitivity of the zero gauge in the Measure the relative deviation with the potentiometer for setting the voltage value is rigidly coupled variable resistance.

4. differential volmeter according to claim 1, characterized in that the means of altering the sensitivity of the zero gauge in the Measure the relative deviation of a resistor in series with a periodically opening and closing switch, the ratio of which depends on the set Tension.

5. differential voltmeter according to claim 1, characterized in that the periodically opening and closing switch with another periodically opening and closing switch is coupled and controlled together with this.

6. differential voltmeter according to claim 1 and 5, characterized in that that the means of control for the opening and closing switches A multivibrator is acted upon by a control loop from a reference voltage source and a fixed resistor as a setpoint generator, another test resistor in series with the second switch and the set voltage as latwertgeber as well as the multivibrator for controlling the switch as an actuator, is softer regulates the duty cycle so that the voltage at the addition point of the control circuit equals zero.

7. differential voltmeter according to claim 1 and 6, characterized in that that in the actual value transmitter to relieve the adjustable voltage source for the setting of the voltage value, an operational amplifier is interposed as a buffer amplifier is.

L e r s e i t e