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Automatisch rechnender Kompensator
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welchem Falle aber bei der Kompensation mit der einen Dekadenreihe die andere für diese Zeit auszu- schalten ist, damit kein Messfehler entsteht. Diese Fehlermöglichkeit kann dadurch beseitigt werden, dass zwei von einander unabhängige Kompensationskreise angewendet werden. wobei der Widerstandswert der einenDekadenreihegleich dem Widerstandswert der andern Dekadenreihe ist und zur Regelung des Stromes in den beidenKompensatorkreisen ein aus zwei mechanisch gekoppelten regelbaren Widerstandsteilen be- stehender Widerstand angeordnet ist.
Das Messen kann auch durch den Spannungsunterschied der die Kompensationsspannungen gebenden
Batterien gestört werden. Zur Behebung dieses Übelstandes kann man mit den Dekadenreihen parallel so- wie in Reihe konstante oder regelbare Widerstände bzw. die Kombination derselben schalten und damit die der Spannung der Batterien entsprechende Einstellung und einen die Dekadenreihen durchfliessenden, jeweils gleichen Strom sichern.
Eine Weiterentwicklung des Erfindungsgegenstandes liegt darin, dass der im Speisestromkreis die kompensierende Spannung erzeugende Widerstand eine Grösse von einem runden Zehner-oder Zehntel- wert besitzt. Im vorteilhaftesten Falle wird dieser Widerstand mit dem Wert von ein Ohm gewählt, da in diesem Falle durch entsprechende Einstellung der Einrichtung, nach der Kompensation des durch den Strom erzeugten Spannungsabfalles, an der zur Kompensation des Potentialunterschiedes dienenden Dekadenreihe als Widerstand der gesuchte spezifische Widerstand selbst ohne jede Berechnung erhalten wird.
Der Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, dass sie keine Elektronenröhren sondern nur ohmsche Widerstände und Niederspannungsbatterien aufweist. Gewicht und Aussenmasse sind dementsprechend klein. Der Wert des zu messenden spezifischen Widerstandes ist unmittelbar ablesbar. Die Einrichtung kann bei irgendeiner gebräuchlichen Elektrodenanordnung (wie z. B. Wenner, Schlummberger usw.) verwendet werden und berücksichtigt den Wert des Faktors k mit einer dreistelligen Genauigkeit. Während allgemein bei den verwendeten Instrumenten zum zweimaligen Messen des spezifischen Widerstandes an einer Messstelle der Schalter 18-mal zu bewegen ist, so hat dies bei dem erfindungsgemässen Instrument nur 8-mal zu erfolgen.
Die Einrichtung kann zum Messen mit pulsierendem oder gewöhnlichem Gleichstrom gleich gut verwendet werden und sie ist auch zu natürlichen Potentialmessungen geeignet.
Einige beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kompensators werden an Hand der beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 dient zur Erläuterung des Grundprinzips zur Messung des spezifischen Widerstandes. Fig. 2 ist die prinzipielle Schaltung des Kompensators mit zwei Dekadenreihen und einem Kompensatorstromkreis.
Fig. 3 ist die prinzipielle Schaltung des Kompensators mit zwei Dekadenreihen und zwei Kompensatorkreisen, während Fig. 4 eine solche beispielsweise Ausführungsform des in Fig. 3 dargestellten Kompensators darstellt, bei welcher zur Sicherung der gleichen Stärke der durch zwei Dekadenreihen hindurchflie- ssenden Kompensatorströme Widerstände Verwendung finden.
Die Figuren veranschaulichen natürlich prinzipielle Schaltungen als Beispiele und im Rahmen der Erfindung können noch zahlreiche ähnlicheschaltungen verwirklicht werden. Sonstige, bei den Einrichtungen gebräuchliche Schaltelemente, wie z. B. Schalter, Anschlusshülsen, weitere Widerstände, usw. sind in den Zeichnungen nicht angegeben.
In den Figuren wurden zur Bezeichnung gleicher, Bestandteile identische Bezugszeichen gebraucht.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird über die in die Erde gesenkten Elektroden A, B mit dem Schliessen des Schalters 12 aus der Batterie 11 Strom I in die Erde geleitet. In der Figur bezeichnet 10 das Instrument, in welchem zwecks Erläuterung zwei Galvanometer angeordnet sind. Von diesen dient das Galvanometer G zum Messen des Stromes, u. zw. mit Hilfe des an den Klemmen des in den Speisestromkreis A, B ein-
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hängige Konstante, die auf Grund von rein geometrischen Daten in Abhängigkeit von der Lage der Elektroden und Erdungen aus bekannten Tabellen festgestellt werden kann. Die Forschungstiefe ist in der Praxis allgemein ein veränderlicher Wert zwischen AB/2 bis AB/5 und kann durch Vergrösserung der Entfernung der Elektroden A, B beliebig erhöht werden.
Mit Kompensatoreinrichtungen untersucht man-wie erwähnt- allgemein nur geringere oder mittlere Tiefen.
Fig. 2 ist das Schema der erfindungsgemässen Einrichtung mit zwei Dekadenreihen und einem Kompensatorkreis. Wie aus der Fig. ersichtlich, wird der Speisestrom I aus der Batterie 11 über den Widerstand R und die Elektroden A, B in die Erde geleitet. Die Potentialdifferenz A V entsteht auch hier zwi- schen den auf den Boden gelegten Elektroden M, N. Die am Widerstand R entstehende, mit dem Strom I proportionale Spannung wird an der Dekadenreihe RK mit dem Widerstandswert K und die Potentialdiffe- renz AV mit dem an der Dekadenreihe RD eingestellten Widerstand R kompensiert. Der Widerstand R besitzt zweckmässig zur Vereinfachung der Berechnung bzw. des Messens den Wert 1 Ohm oder irgendeinen Zehner- oder auch einen Zehntelwert desselben.
Das Messen kann unter Verwendung der zwei Dekadenreihen mit dem klassischen Verfahren so durchgeführt werden, dass man zuerst den Widerstandswert K einstellt. Hieraus wird der Wert von I ermittelt, dann der Wert von R bestimmt und der Wert der auftretenden Potentialdifferenz festgestellt. Aus diesen Werten stellt man rechnerisch mit der im vorhergehenden angegebenen spezifischen Widerstandsformel den Wert des spezifischen Widerstandes p fest, wobei der Faktor k natürlich immer berücksichtigt wird.
Der Messvorgang kann wesentlich mit dem folgenden Vorgang beschleunigt werden : Auf der Dekadenreihe ru wird der Wert K auf die Grösse des Faktors k eingestellt und der-von Batterie 13 geliefer- te - Strom 1 des Kompensationskreises mit Hilfe des Potentiometers RE so lange geändert, bis das Galva- nometer GI stromlos wird, d. h. die am Widerstand R auftretende Spannung mit der am Widerstand K liegenden Spannung übereinstimmt. In diesem Falle ist
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IAV = R. i.......... 3. )
Aus den für i erhaltenen Zusammenhängen 1., 2. und 3. und der Grundformell., folgt also, dass
PL = R, d. h., der zu bestimmende spezifische Widerstand ist gleich dem Wert des aus der Dekadenreihe RD eingeschalteten Widerstandes R.
Aus dem obigen ist es offenbar, dass, wenn der Wert des Widerstandes R von l Ohm nur in der Zehnergrössenordnung abweicht, man auch im Zusammenhang mit R nur die Grössenordnung des abgelesenen Wertes festzustellen hat, um das Resultat zu erhalten. Bei der gegebenen Anordnung ist nur dann ein genaues Messen möglich, wenn man mit den beiden Dekadenreihen nicht gleichzeitig misst. Im entgegengesetzten Fall werden die zu messenden Werte nämlich durch die Messeinrichtung selbst geändert, da zwischen den Punkten C und D, sowie F und M zwischen dem Speisestromkreis und dem Kompensationskreis Strom fliesst. Deshalb wird während des Messens, während mit der Dekadenreihe RK kompensiert wird, die Dekadenreihe R von den Elektroden M, N abgeschaltet, und umgekehrt.
Um dieses Abschalten zu vermeiden, verwendet man zwei von einander unabhängige Kompensatoren, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. In diesem Falle liegen die zwei Kompensatoren in zwei separaten Kreisen und es ist zu sichern, dass die Stromstärke i in den beiden kompensierenden Kreisen immer die
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Zur Erreichung der notwendigen Messgenauigkeit ist es unbedingt notwendig, dass die Batteriespannungen einander mit einer Abweichung von höchstens 0,5% gleich sind. Diese Bedingung zu sichern, ist überaus schwer, da die Spannungen der Batterien selbst im frischen Zustand voneinander abweichen, je- doch nach längerem Gebrauch die Abweichung von derNennspannung in ungünstigen Fällen sogar. den Wert von 25% erreichen kann. Eine beispielsweise Lösung zur Behebung des sich hieraus ergebenden Fehlers ist mit der in Fig. 4 ersichtlichen Schaltung erreichbar.
Diese weicht von der in Fig. 3 dargestellten insoferne ab, dass parallel mit den Dekadenreihen R und RD bzw. in Reihe mit denselben Widerstände eingeschaltet werden und gesichert wird, dass die durch
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vorkommenden Spannungsabweichungen immer auf gleiche Werte einstellbar sind.
Wie es aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Ströme der beiden Kompensatoren mit Hilfe der Widerstände REI und und RMV gleichzeitig eingeregelt. Wenn die Spannung der beiden Batterien VI =V ist, so wird bei irgendwelchem identischem Wert von REI und RE#V2 iI = i sein. In der Praxis besteht eine Gleichheit der Batteriespannungen nur selten, da die Spannung der einen Batterie, im vorliegenden Falle
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der Wert von i niemals gleich iI ist. Die Aufgabe wurde so gelöst, dass ein Teil des Stromes beim Kompensator RK über einen konstanten Widerstand R hindurch und bei dem Kompensator mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes R fortgeleitet wurde.
Der durch die Kompensatoren RK und RD fliessende Strom wird dann
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Wenn man die Bedingung RI = R#V ausführlicher aufschreibt, so erhält man :
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= RDDieÄnderungvonR und R erfolgt gleichzeitig mit einem auf gemeinsamer Achse montierten Stufenschalter. Nunmehr ist es lediglich erforderlich, den Wert von R in der Funktion des Verhältnisses der durch dieBatterien gelieferten Stromstärken auszudrücken. Wenn in die Ausgangsgleichung (Gleichung 4) mit der Bedingung i2=i4
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die Frage dem Wesen nach gelöst ist.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Automatisch rechnender Kompensator für geologische Messungen zur Bestimmung des scheinbaren spezifischen Widerstandes des zwischenMesselektroden liegenden Untergrundes mit Kompensationsmessung der Potentialdifferenz (A V) und des Speisestromes (I) mittels eines in den Speisestromkreis geschalteten, die zu kompensierende, dem Speisestrom (I) proportionale Spannung erzeugenden konstanten Widerstandes und zweier Kompensationswiderstände zur Herstellung der den zu kompensierenden Spannungen entge- gengeschalteten Spannungen sowie mittels zweier Galvanometer, dadurch gekennzeichnet, dass als Kompensationswiderstände zwei Dekadenreihen (R K.
RD) angeordnet sind, wobei die eine Dekadenreihe (RK)
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gleicher Grösse ein stufenweise oder kontinuierlich einstellbarer Widerstand (RE) oder zwei mechanisch gekoppelte gemeinsam geregelte jeweils gleiche Widerstandswerte aufweisende verstellbare Widerstän- de (RmxsRHA@) vorgeschen sind.