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Meßbrücke
Die vorliegende Erfindung betrifft AnordnUngfl zur elektrischen
Messung und/oder Registrierung von Größen, die als veränderliche Impedanzen reproduzierbar
sind. Sie macht es möglich, eine Anzeige oder Auslösung bei einem einstellbaren
Meßwert zu erreichen, so daß die Anordnung mit Vorteil als Steuerorgan in selbsttätigen
Regeleinrichtungen verwendbar ist.
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Zur Messung oder zur Verwendung einer derartigen Betriebsgröße als
Steuermittel wird gexvöhnlich eine Wheatstonebrücke verwendet, die so dimensioniert
ist, daß ihr Diagonalstrom als ein Maß der Betriebsgröße dienen kann. Es ist deshalb
möglich, einen Regler oder ein Anzeigegerät zur Auslösung gewisser Vorgänge anzuordnen,
wenn der Diagonal strom einen gewünschten Wert erreicht hat. Als Beispiel hiefür
kommt die remperäturregelung elektrischer Ofen in Frage, wo es möglich ist, durch
Ab- und ~ Zuschaltung der Leistung ihre Temperatur innerhalb gewisser Grenzen zu
halten.
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Bei dem Wert, bei dem die Anzeige oder Auslösung erfolgen soll, ist
es indessen vorteilhaft, daß der Diagonalstrom Null, d. h., daß die Brücke abgeglichen
ist. Das anzeigende Glied kann z. B. ein polarisiertes Relais oder ein Transduktor
sein, der unmittelbar einen Strom anzeigt, dessen Richtung von der Größe der Abweichung
der Betriebsgröße von dem gewünschten Wert bestimmt wird.
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Ein Nachteil der beschriebenen Anordnungen ist, daß eine Messung
der Betriebsgröße nicht möglich ist, wenn der Wert, bei welchem die Anzeige er-
folgen
soll, einstellbar sein muß. Dieser Nachteil ist erfindungsgemäß dadurch behoben,
daß das veränderliche Impedanzglied, welches die gegebene Größe reproduziert, als
gemeinsamer Zweig in zwei Brückenschaltungen angeordnet ist und der diagonale Anzeigezweig
der einen Brücke zur Messung der Primärgröße und der Diagonalzweig der anderen Brücke
zur Anzeige der Abweichung der Primärgröße von einem vorher eingestellten Wert dient,
wobei jede Brücke über in diesen angeordnete Stromtrennmittel von verschiedenen
Teilen ein und derselben Spannung gespeist wird.
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Nach der Erfindung kann sowohl die Messung als auch die Anzeige gleichzeitig
mit einer genügenden Genauigkeit durch Verbindung zweier Wheatstoneschen Brücken
erfolgen, wobei jede aus vier Brückenzweigen, einem Anzeigezweig und einem Speisezweig
besteht und die Brücken so verbunden sind, daß sie von einer gemeinsamen Spannungsquelle
gespeist werden und zwei Brückenzweige gemeinsam haben. In einem der gemeinsamen
Brückenzweige ist das mit der zu messenden Größe veränderliche Impedanzglied eingeschaltet.
Das Anzeigegerät der einen Brücke wird zur Messung der Größe verwendet, während
das Anzeigegerät der anderen Brücke zur Anzeige oder Auslösung bei einem gewünschten
Meßwert dient.
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Um gleichzeitig sowohl eine Messung wie auch eine Anzeige erhalten
zu können, werden nach der Erfindung durch besondere Stromtrennmittel in jeder Brücke
verschiedene Teile ein und derselben den Brücken zugeführten Spannung ausgenutzt.
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Dies kann in der Weise geschehen, daß die Brücken in Parallelschaltung
mit Wechselstrom gespeist werden und durch Gleichrichterelemente durch die verschiedenen
Brückenzweige der einen Brücke nur positive Halbperioden des Wechselstromes und
durch die der anderen Brücke nur negative Halbperioden durchgelassen werden. In
den für die Brücken gemeinsamen Zweigen erfolgt dabei keine Trennung.
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Die Trennung kann bei Gleichstromspeisung durch die Anordnung von
Vibratorkontakten erfolgen, welche wechselweise die eine und die andere Brücke an
die Gleichspannung ansdhließen. Werden die Brücken an Gleichstrom angeschlossen,
kann die Trennung auch durch in den Brücken angeordnete, gittergesteuerte Elektronenröhren
erfolgen, welche so gerichtet sind, daß die Brücken wechselweise von der aufgedrückten
Gleichspannung gespeist werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der
Zeichnung beschrieben, die die Anwendung der Erfindung als Temperaturregler zeigen.
Der Zweck ist dabei, mit einem einzigen temperaturempfindlichen Glied sowohl auf
einem Instrument ablesbare Temperaturwerte als auch einen Impuls für ein Anzeige
oder Auslöseglied bei einem bestimmten einstellbaren Wert zu erhalten.
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Man kann sich auch denken, daß die Abweichung von dem eingestellten
Wert direkt für eine kontinuierlicheRegelung verwendet wird. Das empfindliche Glied
besteht dabei zweckmäßigerweise aus einem temperaturabhängigen Widerstand, der unmittelbar
an dem Platz angeordnet ist, an dem die Temperatur gemessen werden soll. Dieser
Widerstand ist als gemeinsamer Zweig in zwei Wheatstoneschen Brücken enthalten,
von welchen im übrigen jede feste und veränderliche Widerstände und die genannten
Stromtrennanordnungen enthält.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Diagramm, welches die Verwendung
der Meßanordnung zeigt, Fig. 2 eine mit Wechselstrom gespeiste Anordnung mit einem
gemeinsamen Brückenzweig und mit Stromventilen in den übrigen Zweigen, Fig. 3 eine
mit Wechselstrom gespeiste Anordnung mit zwei gemeinsamen Brückenzweigen und mit
Stromyentilen in den übrigen Zweigen, Fig. 4 eine mit Gleichstrom gespeiste Anordnung
mit Vibratorkontakten, Fig. 5 eine abgeänderte Anordnung nach Fig. 4 und Fig. 6
zeigt eine mit Wechselstrom gespeiste An ordnung mit zwei gemeinsamen Brückenzweigen
und mit gittergesteuerten Elektronenröhren in den übrigen Zweigen.
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In dem Prinzipdiagramm in Fig. I bedeuten die Ordinate i die Stromstärke
in einem der Diagonalzweige der Brücken und die Abszisse x die von dem temperaturempfindlichen
Glied wahrgenommene Meßgröße. Die Kurve i1 entspricht der Stromstärke in dem Diagonalzweig
der einen Brücke und kann durch eine entsprechende Bemessung der in der zugehörigen
Brücke befindlichen Elemente eine zweckmäßige Form und Lage in dem Diagramm erhalten.
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So kann nach Fig. I der Ausgangswert so gewählt werden, daß er mit
dem Koordinatenursprung zusammenfällt. Die Kurve i2 gibt den Strom in dem Diagonalzweig
der anderen Brücken an, und die Elemente dieser Brücke werden vorteilhafterweise
so gewählt, daß die Kurve i2 mit der Kurve i1 parallel verläuft. Durch Änderung
der Elemente dieser Brücke kann die Kurve f2 im Verhältnis zur Kurve verschoben
werden. Dieses Verhältnisses bedient man sich, um für den Meßwert, der auf Kurve
i1 ablesbar ist und bei dem die Anordnung einen gewissen Vorgang anzeigen oder auslösen
soll, die Kurve j2 so einzustellen, daß sie bei diesem Wert durch Null geht. Dieser
Meßwert ist in der Abbildung durch die gestrichelte Linie angegeben. Der Nulldurchgang
des Stromes i2 wird zur Steuerung eines regelnden oder anzeigenden Gliedes ausgenutzt,
so daß dies unmittelbar für die Abweichung der Primärgröße von einem im voraus eingestellten
Wert reagiert. Der Strom i2 kann dann für die Betätigung eines polarisierten Relais,
eines Transduktors, d. h. einer mit Gleichstrom vormagnetisierbaren Drosselspule,
oder andereriGlieder verwendet werden.
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In Fig. 2 bezeichnet I einen temperaturabhängigen Widerstand, der
an dem Platz angeordnet ist, wo die Temperatur gemessen werden soll. Dieser Widerstand
dient als gemeinsamer Brückenzweig in zwei Wheatstoneschen Brücken, welche jede
aus festen Widerständen 2, 3 bzw. 4, 5 und einem einstellbaren Widerstand 6 bzw.
7 bestehen. Die Brücken sind parallel geschaltet und sind mit den
Polen
8 einer Wechselstromquelle verbunden. In den Brückenzweigen sind, mit Ausnahme des
den Widerstand I enthaltenden, gleichgerichtete Stromventile g bzw. 10 angeordnet,
wobei die Ventile g der einen Brücke den Ventilen 10 der anderen Brücke entgegengesetzt
gerichtet sind. Die Stromventile sind vorteilhafterweise gewöhnliche Trockengleichrichter.
In der einen Brücke, welche aus den Brückenzweigen I, 2, 3 und 6 besteht, wird die
eine Halbperiode des speisenden Wechsel stromes und in der anderen Brücke, die aus
den Elementen I, 7, 5 und 4 besteht, die zweite Halbperiode durchgelassen.
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In dem Diagonalzweig der erstgenannten Brücke ist ein Meßinstrument
1 1 angeordnet, dessen Ausschlag von dem temperaturabhängigen Widerstand des Gliedes
1 abhängig ist. Sein Strom entspricht in Fig. l der Kurve ist und sein Nullwert
kann mittels des Widerstandes 6 eingestellt werden. Die andere Brücke hat in dem
entsprechenden Zweig Anschlußklemmen I2 zum Anschluß von anzeigenden oder auslösenden
Geräten. Der Strom durch diesen Zweig entspricht in Fig. I der Kurve i2, und die
Brückenelemente werden so gewählt, daß die Kurve i2 hauptsächlich parallel mit der
Kurve i1 verläuft. Ihre Lage kann dabei durch Änderung des Widerstandes 7 verschoben
werden, dessen Einstellglied zweckmäßigerweise mit einer den Werten am Instrument
1 1 entsprechenden Skala versehen wird.
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In Fig. 3 wird eine abgeänderte Anordnung für denselben Meßzweck
gezeigt, welche auch mit den Polen 8 einer Wechselstromquelle verbunden ist.
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Die Brücken haben zwei gemeinsame Zweige I und I4, von welchen der
erste den genannten temperaturempfindlichen Widerstand und der zweite den festen
Widerstand 14 enthält. In dem Zweig der einen Brücke ist der Widerstand I eingeschaltet,
in dem anderen der feste Widerstand 2 und das Stromventil 9, in dem dritten der
veränderliche Widerstand 13 und das mit dem ersten zusammenwirkende Stromventil
g, in dem vierten Zweig ist der Widerstand 14 eingeschaltet. Der Diagonalzweig der
Brücke ist mit 1 1 bezeichnet und hat dieselbe Aufgabe, die bei Fig. 2 gegeben ist.
Die andere Brücke enthält ebenfalls den Widerstand I, den Widerstand 14 und weiter
den veränderbaren Widerstand 15 sowie das Stromventil I0, das entgegengesetzt zum
Ventil 9 gerichtet ist, ferner den festen Widerstand 4 und das entsprechende Stromventil
10. Der Brückenzweig dieser Brücke mit den Klemmen 12 ist wie bei'Fig. 2 beschrieben
angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Zahl der erforderlichen Widerstands-
und Gleichrichterglieder vermindert im Verhältnis zur Anordnung in Fig. 2.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen Brückenschaltungen, welche mit den Klemmen
I6 an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Die Brückenzweige bestehen wie
vorher aus den Elementen I, 2, 13 und 14 bzw. I, I4, I5 und 4 und in den Diagonalzweigen
sind das Instrument II bzw. die Klemmen I2 eingeschaltet. In Fig. 4 ist der eine
Pol I6 an den Widerstand I und der andere Pol an einenVibratorkontakt I7 angeschlossen,
der schematisch ohne Antriebsanordnung gezeigt ist und der es ermöglicht, die eine
oder die andere Brücke an die Gleichspannung wechselweise anzuschließen. Ein weiterer
Vibratorkofftakt I8 ist in dem gemeinsamen Anschlußpunkt für die Diagonalzweige
der Brücke angeordnet. Die Kontakte I7 und I8 werden synchron gesteuert, was durch
die gestrichelte Linie, welche ihre beweglichen Glieder verbindet, angedeutet ist.
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In Fig. 5 ist die Abänderung gezeigt, nach der die Pole I6 an die
an den äußeren Enden der Widerstände 1 bzw. 14 angeordneten Vibratorkontakte 19
und 20 angeschlossen sind. Die Kontakte schalten die Brücken synchron ein, und die
hierdurch erreichte Zusammenschaltung wird durch die gestrichelte Linie angedeutet.
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In Fig. 6 ist eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 5 gezeigt,
nach der die Stromtrennung mit Hilfe von gittergesteuerten Elektronenröhren erfolgt.
Die Brückenelemente sind wie vorher mit I, 2, I3, I4 und II bzw. mit I, I4, I5,
4 und I2 bezeichnet. In dem Zweig mit dem Widerstand 2 ist ein Elektronenrohr 21
und in dem Zweig mit dem Widerstand 13 ist ein Elektronenrohr 22 eingeschaltet,
und zwar ist das erste Rohr mit dem zweiten in Reihe geschaltet. In entsprechender
Weise sind die Elektronenröhren 23 und 24 in der anderen Brücke angeordnet, wobei
das Rohr 23 dem Rohr 21 und das Rohr 24 dem Rohr 22 entgegengeschaltet sind. Die
Gitter der Röhren sind über die Sekundärwicklung in den Transformatoren 27 und 28
an die Kathoden und die Primärwicklungen sind parallel an eine Wechsel stromquelle
bei 25 angeschlossen. Die Anodenspannung des Rohres wird von der gemeinsamen Gleichstromquelle
bei 26 entnommen. In einem Intervall werden die Rohre 21 und 22 leitend und die
Rohre 23 und 24 sperrend, und umgekehrt, wodurch eine Arbeitsweise entsprechend
der Anordnung nach Fig. 5 erhalten wird.
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Innerhalb des Rahmens der Erfindung ist es natürlich möglich, die
angegebenen Wechselstromschaltungen durch die Anordnung entsprechender Differentialtransformatorschaltungen
abzuändern, da ja diese Art von Schaltungen gleichwertig sind.
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Der Transformator enthält dabei beispielsweise eie Primär- und zwei
Sekundärwicklungen, an die Mittelpunkte der letzteren werden die Differentialzweige
angeschlossen, von welchen der eine das messende und der andere das anzeigende Glied
enthält. An die Sekundärwicklungen wird dabei das eine Ende des gemeinsamen, mit
der Meßgröße veränderlichen Impedanzgliedes angeschlossen, während das andere Ende
an einen Zweig angeschlossen wird, der das Abstimmungselement, d. h. einen einstellbaren
Widerstand, enthält.