DE1221356B - Schaltungsanordnung fuer Drehspul-Messinstrumente zur Beeinflussung der Anzeigecharakteristik - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente zur Beeinflussung der Anzeigecharakteristik Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente, bei der eine Parallelschaltung einer oder mehrerer reihengeschalteter Halbleiterdioden mit einem hochohmigen, linearen Vorwiderstand in Reihe liegt, so daß das Drehspulgerät annähernd mit logarithmischer Charakteristik arbeitet.
• Zum Stand der Technik gehören verschiedene Schaltungsanordnungen mit nichtlinearen Widerständen, insbesondere auch Halbleiterdioden, die eine elektrische Beeinflussung des Skalenverlaufs von Meßinstrumenten bezwecken.
• Es ist berits bekannt, bestimmte Skalenbereiche zu dehnen und andere Bereiche zusammenzudrängen, indem man parallel und/oder in Reihe zu dem Meßinstrument temperaturabhängige keramische Widerstände schaltet. Diese nichtlinearen Widerstände können zusätzlich mit anderen linearen Widerständen kombiniert werden.
• ZurMessung der Effektivwerte vonWechselstromgrößen hat man auch schon die Instrumenten anzeige mittels Zusatzwiderständen von der Meßgröße quadratisch abhängig gemacht. Als Zusatzwiderstände werden beispielsweise Trockengleichrichter verwendet.
• Ferner ist es bekannt, zur Unterdrückung des Anfangsbereiches eines Meßinstrumentes für Wechselstromgrößen zwei antiparallelgeschaltete Zenerdioden in den Meßkreis einzufügen.
• Mit einer festen Hilfsspannungsquelle arbeitet eine bekannte Anordnung zur Beeinflussung der Skalencharakteristik, die sich durch einen oder mehrere zum Instrumentenkreis nebengeschaltete Widerstände mit je einem in Reihe liegenden Gleichrichter auszeichnet. Die Gleichrichter wirken in diesem Fall als Schalter, die in Abhängigkeit von der Meßgröße und aus der Hilfsspannung abgeleiteten Spannungen die Nebenschlüsse zu dem Instrumentenkreis wirksam werden zu lassen.
• Bei einer anderen bekannten Schaltung mit einem nichtlinearen Bauelement zum Gleichrichten einer Wechselstromgröße ist ein zusätzliches nichtlineares Bauelement zu dem Anzeigeinstrument parallel geschaltet. Damit wird trotz des nichtlinearen Gleichrichters eine lineare Anzeigecharakteristik des Instrumentes erzielt.
• Zur Temperaturkompensation von Meßgeräten für Wechselspannungen mit parallel zum Meßinstrument geschalteten Trockengleichrichtern zur Erzielung einer logarithmischen Charakteristik wurden bereits in den Kreis des Meßinstrumentes, vorzugsweise in Reihe mit diesem, zusätzlich ein oder mehrere Trocken- gleichrichter gelegt, die annähernd lineare Charakteristik aufweisen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente, bei der zum Erzielen einer logarithmischen Anzeigecharakteristik eine Parallelschaltung einer oder mehrerer reihengeschalteter Halbleiterdioden mit einem hochohmigen, linearen Vorwiderstand in Reihe liegt, ohne nennenswerte Erhöhung des Schaltungsaufwandes so auszugestalten, daß insbesondere die Anfangslinearität der Charakteristik im logarithmischen Maßstab wesentlich verbessert wird. Übliche Sperrschichtdioden ergeben in dieser einfachen Schaltung nämlich nur dann eine streng logarithmische Charakteristik, wenn die Meßspannung verhältnismäßig groß ist, während sich bei kleineren Spannungen positive Abweichungen von der idealen Charakteristik einstellen. Diese durch die Eigenschaften der Sperrschichtdioden verursachten Abweichungen können durch Dimensionierungsänderungen der Schaltelemente nicht beseitigt werden.
• Diese Unvollkommenheit wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zur Verbesserung der Anfangslinetrität der logarithmischen Charakteristik eine oder mehrere Halbleiterdioden vorgesehen sind, die in Reihe mit dem hochohmigen Vorwiderstand geschaltet sind, und daß ferner im Nebenschluß zu der Parallelschaltung des Drehspulgerätes und der Halbleiterdioden ein linearer Widerstand angeordnet ist, und daß die Widerstände 3 und 4 so bemessen sind, daß die Ausschlagcharakteristik sowohl im Anfangsbereich als auch im Endbereich von einer Geraden nicht mehr wesentlich abweicht.
• An der zu dem Vorwiderstand in Reihe liegenden Diode entsteht durch den in Durchlaßrichtung fließenden Strom ein zusätzlicher Spannungsabfall, der für kleine Ströme und damit kleine Meßspannungen verhältnismäßig groß ist. Damit kann der zur Erreichung einer linearen Ausschlagcharakteristik im logarithmischen Maßstab zu große Widerstand der zu dem Drehspul-Meßinstrument parallelliegenden Dioden im Anfangsbereich der Charakteristik ausgeglichen werden. Die Nichtlinearität der Vorschaltdiode bezüglich der logarithmischen Ausschlagcharakteristik wirkt mit umgekehrtem Vorzeichen wie die Nichtlinearität der zu dem Meßwerk parallelliegenden Dioden. Durch die Größe des linearen Vorwiderstandes in Reihe mit der Diode und des linearen Widerstandes im Nebenschluß zu dem Drehspul-Meßinstiument wird der Eingriff der Dioden auf die Ausschlagcharakteristik bestimmt, die im logarithmischen Maßstab bei richtiger Bemessung dieser Widerstände sowohl im Anfangs- als auch im Endbereich von einer Geraden nicht mehr wesentlich abweicht.
• Damit braucht also nicht auf andersartige nichtlineare Bauelemente, wie z. B. temperaturabhängige Widerstände, zurückgegriffen zu werden, bei denen unter Umständen die verhältnismäßig träge Sinderung des Widerstandes von dem durchfließenden Strom stören kann.
• Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung in F i g. 1 eine Meßschaltung gemäß der Erfindung und in F i g. 2 ihre Charakteristik in logarithmischem Maßstab dargestellt.
• In F i g. 1 ist mit 1 ein Drehspulgalvanometer angedeutet, das vom Meßwerkstrom 1 durchflossen wird. Ohmsche Widerstände2, 3 und 4 dienen der Anpassung. Eine Serienschaltung von Halbleiterdioden 5 ist dem Drehspul-Meßinstrument parallel geschaltet. Eine weitere Halbleiterdiode 6 ist am Eingang der Schaltung angeordnet. An den Klemmein 7 und 8 liegt die Meßspannung U. In Fig. 2 ist in logarithmischem Maßstab der Meßwerkstrom 1 als Funktion der Meßspannung U aufgetragen.
• Bei richtiger Dimensionierung der Widerstände wird der Diodenreihenschaltung 5 ein der Eingangsspannung U proportionaler Strom aufgedrückt, der an ihr einen den Diodenkennlinien entsprechenden Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall hat im mittleren Skalenbereich annähernd logarithmischen Verlauf, der bei vernachlässigbarem Eigenverbrauch des Meßwerkes von diesem angezeigt wird. Durch geeignete Bemessung der Widerstände 2, 3 und 4 läßt sich hierbei der Skalenverlauf beeinflussen. Durch die zusätzliche Anordnung der Halbleiterdiode 6 wird der Anfangsbereich der Charakteristik in gewünschtem Sinne verändert. Für kleine Spannungen ist der Durchlaßwiderstand dieser Diode groß, so daß der Meßwerkstroml erst beim Übergang zu höheren Spannungen allmählich einsetzt.
• Als Halbleiterdioden kommen hauptsächlich Germaniumdioden oder Siliziumdioden in Frage. Germaniumdioden erbringen eine bessere Annäherung an die logarithmische Skala als Siliziumdioden, doch haben sie einen höheren Temperaturfehler. Dieser Temperaturfehler macht sich jedoch bei der hier verwandten Spannungsteileranordnung nur unwesentlich bemerkbar, da sich die Durchlaßwiderstände der Halbleiterdioden 6 und 5 bei veränderlicher Temperatur im gleichen Verhältnis ändern und deshalb eine weitgehende Fehlerkompensation erfolgt.
• Die Meßschaltung in der beschriebenen Form eignet sich vor allem für Präzisionsmessungen kleiner und kleinster Meßgrößen. Eine logarithmische Skala ist z. B. vorteilhaft zur Messung des Stromes eines Gleichrichters im Anfangsbereich des Durchlaßgebietes in Abhängigkeit von der Spannung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung für Drehspul-Meßinstrumente zur Beeinflussung der Skalencharakteristik, bei der eine Parallelschaltung einer oder mehrerer reihengeschalteter Halbleiterdioden mit einem hochohmigen, linearen Vorwiderstand in Reihe liegt, so daß das Drehspul-Meßinstrument annähernd mit logarithmischer Charakteristik arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Anfangslinearität der logarithmischen Charakteristik eine oder mehrere Halbleiterdioden (6) vorgesehen sind, die in Reihe mit dem hochohmigen Vorwiderstand (4) geschaltet sind, und daß ferner im Nebenschluß zu der Parallelschaltung des Drehspulgerätes und der Halbleiterdioden (5) ein linearer Widerstand (3) angeordnet ist, und daß die Widerstände (3 und 4) so bemessen sind, daß die Ausschlagcharakteristik sowohl im Anfangs- als auch im Endbereich von einer Geraden nicht mehr wesentlich abweicht.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterdioden Germaniumdioden vorgesehen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 915 959, 886 633, 699 956; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 759486; österreichische Patentschrift Nr. 133 349; belgische Patentschrift Nr. 496 193.