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Einrichtung zur Gleichstromverstärkung und Summierung physikalischer
Größen Es sind Meßeinrichtungen oder auch Fernmeßeinrichtungen bekannt, bei denen
die Angaben durch Gleichströme übermittelt werden, die den meßtechnisch zu erfassenden
physikalischen Größen verhältnisgleich sind. Sehr oft ist dabei die Aufgabe zu lösen,
mittels einer geeigneten Einrichtung die Summe oder Differenz solcher Meßwerte zu
bilden, Die Schwierigkeit besteht gewöhnlich darin, diese Einrichtungen so zu bauen,
daß sich keine gegenseitigen Beeinflussungen und Veränderungen der einzelnen Meßgrößen
ergeben.
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Es ist dabei bekannt, die Meßwerte in Gleichspannungen umzuwandeln
und den Gitterkreisen von Trioden zuzuführen. Die Speisung der Trioden mit Gleichstrom
erfolgt dann voneinem an eine Spannungsquelle angeschlossenen Spannungsteiler aus.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung durch
Gleichstromverstärkung und Summierung physikalischer Größen, deren Summe gegebenenfalls
fernübertragen werden, wobei diese Größen zunächst in eine gleiche Anzahl von Gleichspannungen
umgewandelt werden. Je nachdem ihre Summe oder Differenz gebildet werden soll, werden
diese mit gleichen oder entgegengesetzten Vorzeidhen hintereinander in den Gitterkreis
einer Triode oder einzeln je in den Gitterkreis mehrerer Trioden geschaltet. Der
Strom der Trioden fließt teilweise durch ein Summenmeßinstrument, das
einerseits
an einer Anzapfung eines .zu einer Gleichspannung parallelgeschalteten Potentiometers
liegt und andererseits an den Anoden- oder Kathodenstromkreis der Trioden angeschlossen
ist.
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Die Erfindung besteht in der Kombination folgender je für sich bekannter
Mittel a) Ein zu einer bekannten Spannung parallel geschaltetes Potentiometer, das
durch regulierbare Anzapfungen die verschiedenen Anoden-, Gitter- und Kathodenstromkreise
speist; b) ein vom Potentiometer unabhängiger und im Kathodenstromkreis eingeschalteter
Gegenreaktionswi.derstand; c) ein im Anodenstromkreis oder Kathodenstromkreis eingeschalteter
Kompensationswiderstand, der zur Neutralisierung des dauernd im Meßinstrument fließenden
Gleichstromes dient.
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Das Meßinstrument kann in den Anodenkreis oder in den Kathodenkreis
der Triode eingeschaltet werden, wobei dann der Instrumentenwiderstand für die Bestimmung
des MeBstromes keine Rolle mehr spielt.
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Jeder zu summierenden Spannung oder Gruppe von Spannungen ist eine
Triode und ein Meßinstrument zur Erfassung der Teilmeßwerte mit entsprechendem Kompensationswiderstand
zugeordnet. Die verschiedenen Gitter-, Anoden-, Kauhoden-und Kompensationskreise
werden dabei einzeln parallel geschaltet und mit den passenden Anzapfungen des Spannungsteilers
verbunden, wobei die TeilmeBströme zusammengefaßt über das Summeninstrument geführt
sind.
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Die folgende Beschreibung verschiedener Beispiele dient zur näheren
Erläuterung der Erfindung und enthält weitere bemerkenswerte Merkmale derselben,
wobei auf die Fig. i bis 4 Bezug genommen wird.
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Fig. i zeigt das erfindungsgemäße Prinzip der Summierung zweier beliebiger,
in die Form entsprechender Gleichspannungen umgewandelter physikalischer Größen;
Fig. 2 stellt eine Abänderung der vorstehenden Einrichtung dar, während sich Fig.
3 auf eine Einrichtung bezieht, reit welcher unter gleichzeitiger Angabe der einzelnen
Teilmeßwerte die algebraische Sumnne dreier Größen gebildet wird.
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In Fig. i bedeutet i eine Gleichstromquelle hoher Spannung, 2 eine
Triode mit großem Verstärkungsfaktor, 3,das passende Meßinstrument, 4 den Spannungsteiler
mit mehreren Anzapfungen, 5 einen veränderbaren Widerstand, 6 und 7 die Anschlußstellen
der zu addierenden Spannungen und 8 einen weiteren Widerstand. In dieser wie auch
in den anderen Figuren sind die Heizkreise als unwesentlicher Bestandteil der Schaltungen
nur angedeutet. Es bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeit, sic zu ergänzen.
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Die Berechnung dieser Schaltung zeigt, daß wenn einerseits gilt:
K # Ro > #R1, wobei K den Verstärkungsfaktor der Triode, R;
ihr innerer Widerstand und R, den resultierenden Widerstand des Kathodenkreises
bedeutet, und andererseits
gewählt wird, wobei TJA, he, VC die Potentiale der Anschlußpunkte A, B, C
des Spannungsteilers sind, eine Einrichtung erhalten wird, welche folgende Eigenschaften
.besitzt: a) Die praktisch üblichen Veränderungen der Hilfsspannungsquelle bleiben
ohne Einfluß auf die Anzeige des Meßinstrumentes; b) der Einfluß einer Veränderung
des Verstärkungsfaktors ist vernachlässigbar klein.
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Die Spannungen, deren Summe oder auch Differenz gebildet werden soll,
werden bei 6 und 7 angeschlossen und bestimmen den Potentialunterschied zwischen
Gitter und Punkt C. Mit dem Widerstand 5 wird der durch das Instrument 3 fließende
Ruhestrom kompensiert, wobei die Meßspann ungen ran den Klemmen 6 und 7 zunächst
den Wert Null haben müssen. Wird nun eine positive oder negative resultierende Meßspannung
angelegt, so weicht das Instrument in der einen oder anderen Richtung aus seiner
Nullage ab. Weil bei dieser Schaltung kein Gitterstrom fließt, können sich die beiden
Meßspannungen auch nicht gegenseitig beeinflussen. Der Strom im Instrument 3 bestimmt
sich aus dem Verhältnis der Gitterspannung zum resultierenden Kathodenwiderstand,
welcher sich aus dem Widerstand 8 und der Kombination des Widerstandes 5 mit dem
Instrumentenwiderstand ergibt. Demzufolge wird also die Spannung am resultierenden
KathodenNviderstand gleich der Gitterspannung. Die Triode dient hierbei nicht eigentlich
Verstärkungszwecken, sondern der Steuerurig,der an das Instrument abgegebenen Leistung.
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Fig.2 zeigt eine Abart der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei welcher
das Meßinstrument statt in Aden Kathoden- in den Anodenkreis eingeschaltet ist.
Die den verschiedenen Ziffern zugeordneten Schaltungsteile stimmen mit den entsprechenden
der Fig. i überein. Widerstand 5 und Triode 2 haben hier den Platz getauscht und
das Potential des Punktes C ist höher als he. Die Kompensation des das Instrument
3 durchfließenden Ruhestromes geschieht durch entsprechende Einstellung des Widerstandes
5. Der Strom im Kat@hodemviderstand 8 bestimmt sich aus dem Verhältnis der durch
die Spannungen 6 und 7 gegebenen Gitterspannung zu diesem Widerstand. Er fließt
auch durch die Widerstände 3 und 5, ist jedoch im Gegensatz zur Anordnung nach Fig.
i von ihrem Wert praktisch unabhängig. Diese können somit innerhalb gewisser Grenzen
beliebige Werte annehmen, ohne seine Größe zu beeinflussen. Macht man durch passende
Wahl des Materials die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes 8 zu Null, so bleiben
ternperaturbedingte Änderungen des Widerstandes 3 ohne Einfluß .auf die Anzeige.
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Wie bei der vorherigen Schaltung hat auch hier eine in praktischen
Grenzen bleibende Schwankung der Spannung der Stromquelle i keinen Einfluß auf die
Anzeige des Meßinstrumentes 3. Ebenfalls ist der Einfluß einer Veränderung des Verstärkungsgrades
der Röhre praktisch ausgeschaltet.
Fig. 3 zeigt, wie Einrichtungen
beispielsweise nach Art der Fig. 2 zwecks Sum@mierung mehrerer Größen kombiniert
werden können, wobei jeder Wert auch einzeln angezeigt wird. Die hier algebraisch
zu addierenden Spannungen werden hei 9, io und t i angeschlossen. Anstatt die Spannung
9 zu addieren, kann die ihr entsprechende Größe durch Umpolung mittels des Umschalters
12 von ,der Summe der beiden anderen Größen io und i i abgezogen werden. Der an
die Klemmen der Gleichstromduelle 25 angeschlossene Spannungsteiler .4 dient zur
Einstellung der verschiedenen Hilfsspannungen der Einrichtung. Die drei Trioden
sind mit 13, 14, i5, die Kathodenwiderstände mit 16, 17, 18, die Teilwertmeßinstrumente
mit 19, 20, 21 sowie Kompensationswiderstände mit 2-2, 23 und 24 bezeichnet. Das
Summenmeßinstrument 26 erhält die Summe der durch die Teilwertmeßinstrumente fließenden
Ströme. Die Kompensation des Ruhestromes in io durch Einstellung de: Widerstandes
22 bringt auch den entsprechenden Teilstrom im Instrument =6 auf Null.
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Die Arbeitsbedingungen sind hier die gleichen wie bei Fig. z. Beispielsweise
hängt auch hier der Strom durch das Instrument i9 nur von der Gitterspannung 9 und
dem Widerstand 16 ab. Das entsprechende gilt für die anderen Stromkreise. Der dem
Summenstrom und dem Instrumentenwiderstand entsprechende Spannungsabfall an 26 gehört
zu allen Anodenstromkreisen, ist aber ohne Einfluß auf die Anzeige, weil die Anodenströme
unaBhängig von den Widerständen der Anodenkreise sind.
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Natürlich können bei 9, io und ii jeweils mehrere mit- oder zwecks
Subtraktion gegeneinandergeschalteteSpanmungen angeschlossen werden, wobei dann
die Instrumente 19, 20, 21 zur Angabe der einzelnen Teilsummen dienen.
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Haben die einzelnen zu addierenden Meßgrößen nicht die gleichen -.NIeßkonstanten,
d. h. entsprechen gleichen Änderungen der Meßgrößen ungleiche Änderungen der diesen
entsprechenden Meßspannungen 9, io oder ii, so wird man Übereinstimmung erzielen
durch Anordnung von passend angeschlossenen Spannungsteilern in den Gitterkreisen
oder besondere Wahl der Kathodenwiderstände 16, 17, 18. Ungleiche Meßkonstanten
lassen sich auch berücksichtigen durch Anordnung eines Mehrfachnebenschlusses zum
Summeninstrument 26, wie dies Fig. 4 zeigt. In dieser Abbildung bedeutet 28 den
Nebenwiderstand, 29, 30 und 31 sind die Anschlüsse zu den verschiedenen
Teilmeßwertinstruinenten und 32 die Verbindung zur Hilfsstromquelle 25.
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Die Erfindung läßt sich ohne Schwierigkeit auch auf den Fall der Zusammenfassung
von mehr als nur drei Meßgrößen oder Gruppen von solchen anwenden. Dabei ist es
sehr einfach, sie im Sinne der Addition oder Subtraktion der Meßgröße wahlweise
mit Umschaltern anzuschließen, wie dies für die @feßspannung 12 in Fig. 3 beschrieben
worden ist.