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Kreuzspul-Ohmmeter
Kreuzspul-Ohmmeter sind schon seit vielen Jahren bekannt, insbesondere für die Isolationsprüfung.
Da für diesen Zweck relativ hohe Prüfgleichspannungen erforderlich sind, werden solche Ohmmeter normalerweise von einem handbetriebenen Generator gespeist. Mit der Entwicklung der Transistoren ist es jedoch möglich geworden, hohe Gleichspannungen von einem relativ kleinen Gleichspannungswandler abzuleiten, so dass nunmehr der erwähnte handbetriebene Generator durch die Kombination einer Batterie und eines Wandlers ersetzt werden kann. Ein Messinstrument der angegebenen Art kann auch als Leitungsprüfer verwendet werden, indem mittels eines Umschalters ein anderer Messstromkreis zur Wirkung gebracht wird, der es ermöglicht, die Ausgangsklemmen direkt von der Batterie statt über den Wandler zu speisen.
Ein Kreuzspul-Instrument hat eine sogenannte Steuerspule, die direkt von einer Spannungsquelle gespeist wird und somit einen Strom führt, der nur von der Spannungsquelle abhängt, so dass diese Spule ein Bezugs-Drehmoment erzeugt, und ferner eine sogenannte Auslenkspule, die einen Strom führt, dessen Betrag von dem zu prüfenden Widerstand abhängt. Die Winkellage, die das Messwerk einnimmt, gibt das Verhältnis dieser beiden Ströme an und ermöglicht somit eine Messung des zu prüfenden Widerstandes.
Jede Änderung der angelegten Spannung beeinflusst beide Spulen in gleicher Weise, so dass das erwähnte Stromverhältnis unverändert bleibt ; es ist deshalb ein charakteristisches Merkmal von Kreuzspul-Instrumenten, dass sie nicht auf Spannungsschwankungen empfindlich sind.
Bei Verwendung eines handbetriebenen Generators ist diese Unempfindlichkeit auf Spannungsschwankungen als Vorteil anzusehen, weil sie dadurch eine genaue Spannungsregelung erübrigt. Bei Verwendung einer Batterie als Speisequelle liegt jedoch ein solcher Vorteil nicht mehr vor, vielmehr ist es ungünstig, dass eine Änderung der Batteriespannung überhaupt nicht erkennbar ist. Geringfügige Schwankungen der Batteriespannung sind natürlich in gleicher Weise zulässig wie Spannungsänderungen bei handbetriebenen Generatoren, doch besteht bei Batteriespeisung die Gefahr, dass die Batteriespannung unter jenen Wert absinkt, der erforderlich ist, um eine einwandfreie Isolationsprüfung durchzuführen, und auch dieses unzulässige Absinken der Spannung ist nicht erkennbar.
Die Erfindung geht'von einer bekannten Bauart von Kreuzspul-Ohmmeter mit einem Wählschalter aus, der mehrere Schaltstellungen hat, wobei in einer ersten Schaltstellung die Steuerspule in einem Nebenschlusszweig zu einer Spannungsquelle liegt, die Ausgangsklemmen mit einer Spannungsquelle verbunden sind und die Auslenkspule in einer der zu den Ausgangsklemmen führenden Leitungen liegt, während in einer zweiten Schaltstellung die Steuerspule und die Auslenkspule in getrennten Nebenschlusszweigen zu den Ausgangsklemmen liegen.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Instrument dieser Art ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen batteriegespeisten Transistor-Wandler enthält, der in der ersten Schaltstellung des Wählschalters eine hohe Gleichspannung an die Ausgangsklemmen des Instrumentes liefert, dass in der zweiten Schaltstellung des Wählschalters, in welcher die Ausgangsklemmen direkt mit der Batterie verbunden sind, parallel zur Auslenkspule eine bezüglich der Batterie in Sperrichtung gepolte Zener-Diode geschaltet ist und dass in einer dritten Schaltstellung des Wählschalters diese Zener-Diode, nunmehr bezüglich der Batterie in Durchlassrichtung gepolt, in Serie mit der Auslenkspule in einem Nebenschlusszweig zur Batterie liegt, wobei die Steuerspule ebenfalls in einen Nebenschlusszweig zur Batterie geschaltet ist und die Auslenkspule samt der Zener-Diode von einem Widerstand überbrückt ist.
Hiebei dient die erste Schaltstellung zur Isolationsprüfung, die zweite Schaltstellung zur Leitungsprüfung (Kontinuitätsprü-
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fung) und die dritte Schaltstellung zur Prüfung der Batteriespannung.
Bei Fehlen der Zener-Diode würde jede Batteriespannungsänderung beide Spulen des Messwerkes in gleicher Weise beeinflussen, wie dies bereits erklärt worden ist, wogegen durch die Einfügung der ZenerDiode in Serie mit der Auslenkspule in diesem Teil des Stromkreises ein konstanter Spannungsabfall hervorgerufen wird, der die Proportionalität der Spulenbeeinflussung aufhebt und somit gewährleistet, dass das Messwerk des Instrumentes eine geänderte Lage einnimmt, sobald die Batteriespannung absinkt. Die Skala des Instrumentes kann mit einer Anzeigemarke versehen werden, die angibt, dass die Batteriespannung den richtigen Wert hat, so dass eine Abweichung von dieser Marke ein Absinken der Batteriespannung erkennen lässt.
Zusätzlich zu der hiedurch geschaffenen Möglichkeit einer Prüfung der Batteriespannung übt die Zener-Diode noch eine weitere Funktion aus, indem sie infolge ihrer Parallelschaltung zur Auslenkspule während der Leitungsprüfung diese Spule gegen eine Beschädigung schützt, falls die Klemmen des Instrumentes zufällig an einen spannungsführenden Kreis angeschlossen werden. Wie schon erwähnt, ist die Diode so gepolt, dass sie einen Stromfluss von der Batterie sperrt, und ihre Zener-Spannung muss daher so gewählt werden, dass die Diode während der normalen Arbeitsbedingungen des Instrumentes überhauptkeine Funktion ausübt.
Wenn aber an den Ausgangsklemmen des Instrumentes zufällig eine hohe Spannung wirksam wird, so bildet die Diode einen Nebenschluss für die Auslenkspule und schützt sie dadurch gegen eine Beschädigung. Dies geschieht unabhängig von der Polarität der Spannung, weil der Strom entweder in der Durchlassrichtung der Diode fliesst oder aber die Diode einen Durchbruch erfährt, so dass sie unter dem Einfluss der hohen Spannung in Sperrichtung leitend wird. In der Praxis erfordert nur die Auslenkspule einen solchen Schutz, weil sie einen viel geringeren Widerstand hat als die Steuerspule.
Bei normalen Bauweisen von Kreuzspul-Instrumenten wird die Steuerspule von der gleichen Gleichspannung gespeist, die auch auf den zu prüfenden Widerstand wirkt ; bei Verwendung eines TransistorWandlers würde dies zu einer erheblichen Leistungsvergeudung führen, weil für die Steuerspule an sich nur eine gewisse Anzahl von Amperewindungen erforderlich ist, um das erforderliche Bezugs-Drehmoment zu erzeugen. Hiezu wird keine hohe Spannung benötigt, und es kann daher Leistung eingespart werden, indem die Steuerspule direkt von der Batterie anstatt vom Ausgang des Transistor-Wandlers her gespeist wird. In jedem Falle wird die Steuerspule bei der Leitungsprüfung direkt von der Batterie gespeist, und es können daher praktisch die gleichen Schaltverbindungen auch für die Isolationsprüfung beibehalten werden.
Zusätzlich zur Messung von Isolationswiderständen und zu Leitungsprüfungen kann ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Instrument durch Anwendung einer vierten Stellung des Wählschalters auch zu Spannungsmessungen herangezogen werden, wobei in dieser vierten Schalterstellung die Auslenkspule in Seile mit der Zener-Diode mit den Ausgangsklemmen des Instrumentes verbunden ist, während die Batterie so geschaltet ist, dass sie nur die Steuerspule parallel zu einer zweiten Zener-Diode speist, die so gepolt ist, dass sie den Strom von der Batterie durchlässt und somit praktisch einen konstanten Strom in derSteuerspule aufrechterhält.
Die Einschaltung der ersten Zener-Diode in den Prüfkreis verhindert einen Voltmeterausschlag, bis die Zener-Spannung überschritten wird, und führt somit zu einer erwünschten Dehnung der Spannungsskala.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässeninstrumentes soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert werden. Fig. 1 ist das Schaltbild des gesamten Instrumentes, während die Fig. 2 - 5 schematische Schaltbilder für die verschiedenen Betriebszustände der in Fig. 1 erkennbaren Stromkreise zeigen.
Die wesentlichen Bestandteile des in Fig. 1 dargestellten Instrumentes sind ein Transistor-Wandler TC, der von einer Batterie 11 gespeist wird und an die Ausgangsklemmen 12 eine hohe Spannung liefert. Die Steuerspule und die Auslenkspule des Messwerkes sind mit C bzw. D bezeichnet. Das Instrument enthält einen Wählschalter, der acht Kontaktbänke SW-SW aufweist. Dieser Wählschalter hat für jede Kontaktbank vier mit a, b, c und d bezeichnete Stellungen. Die Stellung a entspricht der Verwendung des Instrumentes für die Isolationsmessung, die Stellung b entspricht der Verwendung als Leitungsprüfer, die Stellung c der Verwendung zur Prüfung der Batteriespannung und die Stellung d schliesslich der Verwendung des Instrumentes als Voltmeter.
Diese verschiedenen Betriebszustände des Instrumentes sind schematisch in den Fig. 2 - 5 dargestellt, in denen nur die wesentlichen Bestandteile des Instrumentes unter Weglassung der Schalterkontakte gezeichnet sind.
Gemäss Fig. 2 wird der Transistor-Wandler TC über einen Drucklmopfschalter PB gespeist und seine hohe Ausgangsspannung wird über die Auslenkspule D und einen Begrenzerwiderstand R den
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Klemmen 12 zugeführt. Die Steuerspule C liegt in Serie mit Widerständen Rl und H direkt an den Ausgangsklemmen des Wandlers TC. Diese Schaltung gilt für den normalen Betrieb des KreuzspulInstrumentes für Widerstands-bzw. Isolationsmessungen, wobei die Spule C einen Strom führt, der von derAusgangsspannung des Wandlers TC abhängt, während der Strom der Spule D vom Ausgangsstrom dieses Wandlers abhängt, so dass das Instrument eine Anzeige liefert, welche den Betrag des geprüften Widerstandes erkennen lässt.
Wenn eine Ablesung erfolgen soll, so wird jeweils der Druckknopf PB betätigt, so dass der Batterie immer nur für kurze Zeit Strom entnommen wird.
Anstatt die Spule C an den Ausgang des Wandlers TC anzuschliessen, kann sie auch unmittelbar an die Batterie 11 geschaltet werden, wie dies in Fig. 2 mit strichlierten Linien bei C'angedeutet worden ist. Bei dieser Schaltungsart ist nur der Widerstand ru in Serie zur Spule erforderlich. Diese abgewandelte Schaltung vermindert die Belastung der Batterie und ergibt dennoch die gleiche Anzahl von Amperewindungen für die Steuerspule.
Fig. 3 erläutert die Stellung b des Wählschalters, in welcher das Instrument für die Leitungsprüfung verwendet wird. Bei dieser Schaltung ist der Wandler TC vom Stromkreis abgetrennt, und die Steuerspule C wird in Serie mit dem Widerstand 1) direkt von der Batterie 11 gespeist. Die Auslenkspule D ist ebenfalls an die Batterie 11 angeschlossen, wie dies für die Leitungsprüfung üblich ist. Diese
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liegt in Serie mit einem Widerstand R4'wobei weitere Widerstände 1\ und R6 in ihren Strom-geschaltet, dass sie einen Gleichstromfluss seitens der Batterie sperrt. Unter normalen Umständen spielt diese Diode für die Arbeitsweise des Instrumentes keine Rolle ; wenn aber die Klemmen 12" zufällig mit einer hohen Spannung in Berührung kommen, so schützt die Diode die Spule D gegen Beschädigung.
Mit andern Worten fliesst ein allenfalls auftretender Strom entweder in Durchlassrichtung über die Diode oder er bewirkt in Sperrichtung einen Durchbruch der Diode. Die Kombination der Spule C und des Widerstandes R, ergibt einen hinreichend hohen Widerstandswert, so dass hiefür kein zusätzlicher Schutz erforderlich ist, während die übrige Schaltung mit Hilfe von Schmelzsicherungen 13 und 14 geschützt ist.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist das Instrument so geschaltet, dass eine Prüfung der Spannung der Batterie aus den bereits erläuterten Gründen möglich ist. Die Spule C ist wie in Fig. 3 in Serie mit dem Widerstand ru an die Batterie angeschaltet, während der Stromkreis der Spule D insofern abgeändert ist, als die Diode Z nunmehr in Serie mit dieser Spule an der Batterie liegt. Die Diode ist so gepolt, dass ihre Durchlasskennlinie ausgenützt wird, wobei sich beispielsweise ein Spannungsabfall von 0,6 bis 1 V ergibt. Wenn daher die Batterie beispielsweise eine Nennspannung von 9 V hat und die Batteriespannung z. B. auf 4 V absinkt, so ergibt sich ein wesentlich höherer, nichtproportionaler Spannungsabfall für den Strom in der Spule D als für den Strom in der Spule C.
Um ähnliche Betriebsbedingungen wie für den Fall der Verwendung des Instrumentes für die Isolationsprüfung nachzuahmen, sind die Widerstände R, und R6 in der dargestellten Weise geschaltet, und die Klemmen 12 sind miteinander verbunden, um so die gleiche Belastung der Batterie zu bewirken wie im Falle einer Isolationsprüfung. Diese Massnahmen dienen dem Zwecke, eine geeignete Ablesung an der Skala des Instrumentes zu ermöglichen, die mit einer Anzeigemarke versehen werden kann, welche der richtigen bzw. noch zulässigen Batteriespannung entspricht.
Fig. 5 zeigt die für die Verwendung des Instrumentes als Voltmeter dienende Schaltung. Die Steuerspule C ist wieder so geschaltet, dass sie von der Batterie 11 gespeist wird, doch liegt sie parallel zu einer infolge Durchbruches in Sperrichtung Strom führenden Zener-Diode Z, so dass über die Spule C ein praktisch konstanter Strom fliesst. Die Spule D nimmt Strom von den Klemmen 12 auf, welche mit der Spannungsquelle verbunden sind, deren Spannung gemessen werden soll. Der Stromkreis der Spule D enthält einen Vollweggleichrichter 15, der die Messung von Wechselspannungen ermöglicht. In Serie zur Spule D liegt eine Zener-Diode Z, und parallel zu dieser Kombination liegt ein Widerstand R.
Die Einfügung der Zener-Diode Z ermöglicht eine Dehnung der Anzeigeskala des Instrumentes über den erforderlichen Bereich. Der Grund hiefür liegt darin, dass die Skala an sich quasilogarithmisch wäre und der verwertbare Messbereich, nämlich von 100 bis 300 V im letzten Fünftel der gesamten Skalenlänge enthalten wäre. Die Einfügung der Zener-Diode verhindert jeglichen Ausschlag, bis die Spannung an der Zener-Diode überschritten ist, so dass der nutzlose untere Teil der Skala unterdrückt und der restliche Teil der Skala entsprechend gedehnt wird. In Serie zum Gleichrichter 15 sind weitere Widerstände Ra und Rg geschaltet, wobei der Widerstand R9 von einem Kondensator 16 überbrückt ist, der zur Formfaktor-Korrektur dient.
Aus dem vorhergehenden ist erkennbar, dass in allen Schaltungen nach den Fig. 3,4 und 5 die gleiche
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Zener-Diode Z verwendetwird, was nicht nur zu einer wirtschaftlichen Ausnutzung der Schaltelemente beiträgt, sondern auch die Sicherheit und Verlässlichkeit der Arbeitsweise des Instrumentes als Ganzes erhöht.
In Fig. 1 sind die einzelnen, in den Fig. 2 - 5 verwendeten Schaltelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es ist erkennbar, dass die verschiedenen Kontaktbänke dazu dienen, alternativ die schematisch in den übrigen Figuren herausgezeichneten Stromkreise herzustellen. Für jede Stellung des Wählschalters kann in Fig. 1 ein Stromkreis verfolgt werden, der mit einer der Fig. 2 - 5 übereinstimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kreuzspul-Ohmmeter mit einem Wählschalter, der mehrere Schaltstellungen hat, wobei in einer ersten Schaltstellung die Steuerspule in einem Nebenschlusszweig zu einer Spannungsquelle liegt, die Ausgangsklemmen mit einer Spannungsquelle verbunden sind und die Auslenkspule in einer der zu den Ausgangsklemmen führenden Leitungen liegt, während in einer zweiten Schaltstellung die Steuerspule und die Auslenkspule in getrennten Nebenschlusszweigen zu den Ausgangsklemmen liegen, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Instrument einen batteriegespeisten Transistor-Wandler (TC) enthält, der in der ersten Schaltstellung (a) des Wählschalters eine hohe Gleichspannung an die Ausgangsklemmen (12) des Instrumentes liefert, dass in der zweiten Schaltstellung (b) des Wählschalters, in welcher die Ausgangsklemmen (12)
direkt mit der Batterie (11) verbunden sind, parallel zur Auslenkspule (D) eine bezüglich der Batterie (11) in Sperrichtung gepolte Zener-Diode (Z) geschaltet ist und dass in einer dritten Schaltstellung (c) des Wählschalters diese Zener-Diode (Z), nunmehr bezüglich der Batterie (11) in Durchlassrichtung gepolt, in Serie mit der Auslenkspule (D) in einem Nebenschlusszweig zur Batterie liegt, wobei die Steuerspule (C) ebenfalls in einen Nebenschlusszweig zur Batterie geschaltet ist und die Auslenkspule
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