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Kompensator zur Messung elektrischer Spannungen
Im österr. Patent Nr. 165941 ist ein Kompensator zur Messung elektrischer Spannungen beschrieben, welcher aus vier in Serie geschalteten, einen geschlossenen Kreis bildenden Potentiometerwiderständen besteht. Von den vier Widerständen R1, R2, Ra, R4 sind je zwei gegen- überliegende gleich, und deren Abgriffe werden durch an sich bekannte mechanisch gekuppelte, bewegliche Kontakte vorgenommen, so dass der innere Widerstand des Kompensators immer konstant ist und die Zweigströme bei Betätigung der beweglichen Kontakte konstant bleiben. Auf diese Weise können bei gleichbleibender
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der Spannung der Speisungsspannungsquelle kompensiert werden.
Dieser Kompensator ist mit zwei Spannungsbereichen verschiedener Stufengrösse (einem Grobund einem Feinabgleich) ausgestattet, welche zugleich und unabhängig voneinander betätigt werden können. Diese stufenförmigen Spannungsbereiche sind beispielsweise als Doppeldekaden von-10 bis + 10 und von-100 bis + 100 Millivolt ausgebildet.
In vielen Fällen kommt man mit zwei Dekaden nicht aus und es ergibt sich die Notwendigkeit, die Zahl derselben auf drei oder mehr zu erhöhen : Es sind verschiedene Kompensatoren mit mehr als zwei Dekaden bekannt, bei welchen es sich aber um Einrichtungen handelt, die die Messung elektrischer Spannungen nur von Null bis zu einem positiven oder negativen Extremwert gestatten. Nach einem bekannten Messprinzip dieser Art ist z. B. der Kompensator von Siemens & Halske gebaut, welcher aus fünf Dekaden besteht, von denen drei in der sogenannten Kaskadenschaltung (auch Varley-Schaltung genannt) angeordnet sind.
Dieses Schaltungsprinzip lässt sich mit der vorgenannten Erfindung kombinieren, wenn man es so abändert, dass die Messung von negativen und positiven Spannungen durchgeführt werden kann. Der auf diese Weise aufgebaute neue
Kompensator kann mi : einer beliebigen Anzahl (z. B. drei oder mehr) Dekaden ausgestattet werden.
Doppelkurbelschalter sind an sich bekannt.
Neu ist, dass sie erfindungsgemäss paarweise mechanisch gekoppelt sind, so dass es sich eigentlich um Vierfachkurbelschalter handelt, durch deren Betätigung der innere Gesamtwiderstand des Kreises nicht geändert wird und dass die Messung verschieden gepolter Spannung mit gleichbleibender Polung der Speisungsspannungsquelle Uk möglich ist.
Beim Aufbau von beispielsweise drei Dekaden wird das Kurbel (Schleifer) paar sa, S4 (Fig. 1) als mechanisch gekuppeltes Doppelkurbelpaar ausgebildet, welches den Stromkreis RS} R6 mit einem oder mehreren Teilwiderständen des Stromkreises R 3 R4 parallel schaltet.
Wenn die Anordnung so getroffen ist, dass je ein (oder zwei oder drei usw.) Teilwiderstände von Ra und R4 innerhalb der Doppelschleifer Sa und S4 liegen, so ist die im Hauptpatent vorgesehene Anzahl 20 der Teilwiderstände von Ra und R4 um ein (bzw. zwei oder drei usw. ) auf 21 (oder 22 oder 23 usw. ) zu erhöhen. Im folgenden Zahlenbeispiel sind diese Schleifer so ausgebildet, dass jeweils drei Teilwiderstände parallel geschaltet sind.
Die erste Dekade mit den höchsten Spannungsstufen umfasst die Widerstände Ri und R2, welche aus je 20 Teilwiderständen, nämlich 20 r, bestehen. Die Mittelstellung ist die Nullstellung (hier wird die Spannung 0 abgegriffen). Mit x ist die Zahl der eingeschalteten Widerstände (positiv in der einen Richtung, negativ in der anderen Richtung) bezeichnet.
Die zweite Dekade mit den mittleren Spannungsstufen umfasst die Widerstände 3==- 23 ra. Die Stellung der Schleifer ist mit y be- zeichnet. Die dritte Dekade ist für die niedrigsten Spannungsstufen vorgesehen. Sie
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<tb> r1 <SEP> = <SEP> 100 <SEP> R
<tb> r3 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> R
<tb> R5 <SEP> = <SEP> 3 <SEP> R,
<tb>
wobei R einen beliebigen Widerstandswert darstellt und z. B. gleich ein Ohm gewählt werden kann.
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Die Kompensationsspannung Us bewirkt in dem Stromkreis einen Strom t, welcher von dem
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und -10 annehmen, so dass V jeden Spannungswert zwischen +Uk in 2220 Teilen annehmen kann.
Wählt man z. B. Usa-=1'11 Volt, so ist die kleinste messbare Spannung + 1 Millivolt, nämlich dann, wenn x=y=0 und z=¯1.
Der in Fig. 1 dargestellte Kompensator mit drei Dekaden ist nur eine beispielsweise Ausführung des neuen Schaltungsprinzips, welches zur Ausbildung von beliebig viel (vier oder mehr) Dekaden geeignet ist. Bei einem Kcmpensator mit fünf Dekaden z. B. sind die Schleiferpaare Si, S, und S5, S6 (Fig. 1) ebenfalls durch Vierfach- kurbeln zu ersetzen, welche zwei weitere Paare
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und Ru, 5'Ra parallel schalten und deren Abgriffe mechanisch gekuppelt sind und zur Anlegung der Spannungen Uk und V dienen.
Um einen solchen Kompensator besser ausnützen zu können, ist es zweckmässig, die Speisungsspannung Uk regelbar einzurichten, z. B. so, dass ein Zehntel und der zehnfache Betrag der normalerweise benötigten Spannung eingestellt werden kann.
Um nämlich kleinere Spannungen als ein Millivolt oder grössere Spannungen als l'l l Volt messen zu können, muss der Kompensationsstrom Ik bzw. die Spannung Uk, entsprechend verkleinert oder vergrössert werden. Dies geschieht z. B. mittels eines Multiplikators, der im Prinzip aus den beiden Widerständen R7 und R besteht, welche als Spannungsteiler geschaltet sind und deren Grösse mittels eines Messbereichschalters Si eingestellt werden kann.
Der Multiplikator wird so dimensioniert, dass bei gleicher Batteriespannung UB in allen vorgesehenen Bereichen die gewünschten Werte von h durch einfache Umschaltung eingestellt werden und dass trotz dieses Vorganges der Belastungsstrom J der Batterie konstant bleibt. Die Messung (mittels Ai) des den gesamten Kompensator durchfliessenden veränderlichen Stromes h erübrigt sich dann und es genügt die Konstanz der Stromstärke In (mittels A2) unter Kontrolle zu halten.
Dies ist ein besonderer Vorteil, welcher dadurch. erreicht wird, dass beim wahlweisen Verändern der Spannung Ut. nichet nur Teile des Widerstandes R7, u, v, sondern auch noch andere Widerstände q und r zu 7 ! g zugeschaltet werden.
Der in Fig. 2 beispielsweise gezeigte Spannungsteiler besteht aus sechs Teilen : u, v, w, p, q, r, welche in den drei vorgesehenen Messbereichen mittels des Schalters SM wie folgt eingeschaltet sind :
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<tb>
<tb> Stufe <SEP> R8 <SEP> R7
<tb> I <SEP> p <SEP> u+v+w
<tb> II <SEP> q+p+u <SEP> v+w
<tb> III <SEP> r+q+p+u+v <SEP> w
<tb>
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mit 0-1 mV und UB=20 V, IB=20 mA, so ergeben sich folgende Widerstandswerte :
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Die Dimensionierung der Teilwiderstände p, u, v, w des Multiplikators wird durch das Verhältnis UK und U B bestimmt, welches für jeden einzelnen Spannungsbereich des Multiplikators verschieden ist.
Die Grösse der Widerstände r und q hingegen ergibt sich aus der Forderung, dass der Strom IB in jeder Stellung des Multiplikatorschalters gleichen Wert haben soll.
Durch das Umschalten der Widerstände u und v von R7 nach Ra (und umgekehrt) ändert sich nämlich der an UB liegende Gesamtwiderstand JPss, welcher sich aus den Widerständen ZK des Kompensators und R7 und Rg des Multiplikators, so zusammensetzt, dass Z K zu R 8 parallel und beide zusammen zu R7 in Serie liegen :
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