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Gleichstromkompensatoranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromkompensatoranordnung, die einen selbstabgleichenden Kompensator und mindestens zwei getrennt gespeiste Kompensationskreise enthält, in welche Stellwiderstände und Dekaden von Kompensationswiderständen sowie dazugehörige Umschalter eingeschaltet sind. Derartige Kompensatoren finden in der Messtechnik weitgehend Verwendung, u. zw. zur direkten Messung einer EMK mittels der Spannungskompensationsmethode.
Beim Messen einer EMK mit der Spannungskompensationsmethode ergibt sich das Verhältnis der zu messenden EMK-Grösse zu der EMK-Grösse des Normalelements grundsätzlich als Verhältnis zwischen zwei Widerständen, wobei diese Widerstände ein konstanter, für beide Widerstände gemeinsamer Strom durchfliesst. Die Genauigkeit des Kompensators wird dementsprechend vollkommen durch die Genauigkeit der Verhältnisse zwischen den Widerständen bestimmt.
Das Bestreben, die Messgenauigkeit der Kompensatoren zu erhöhen, hat zu dem Entstehen von zahlreichen Schaltungsanordnungen und Verbesserungen der in Kompensatoren verwendbaren Widerstände geführt. Die immer wachsenden Anforderungen, die an die Massgenauigkeit der Kompensatoren gestellt werden, lassen keine Vernachlässigung der auch bei deren sorgfältiger Darstellung nicht vollkommen beseitigbaren Messfehler zu. Die Messfehler bleiben ausserdem nach der Herstellung der Kompensatoren nicht konstant, weil die verwendeten Widerstände sich unvermeidlich im Laufe der Zeit und unter Einwirkung von Temperaturschwankungen ändern.
Aus diesen Tatsachen folgt, dass eine hohe Genauigkeit der Kompensatoren sich praktisch nur dann verwirklichen lässt, wenn in einigen Zeitabständen während der Benutzung eine Möglichkeit für die Genauigkeitskontrolle derselben mit einer ausreichenden Präzision möglich ist.
Es sind mehrere verschiedene Methoden zur Genauigkeitskontrolle von Kompensatoren bekannt. Die meisten von diesen bekannten Methoden erfordern die Benutzung von Normal-Messgeräten, die eine noch höhere Genauigkeit besitzen als der zu kontrollierende Kompensator. Die zur Kontrolle verwendeten Normal-Messgeräte haben auch eigene Messungsgenauigkeiten, die auf die Genauigkeit der Kontrolle der Kompensatoren einwirken. Es gibt zwar einige Verfahren für die Herabsetzung dieser Einwirkungen, aber eine praktische Anwendung dieser Verfahren stösst auf Schwierigkeiten hinsichtlich der Zusammenstellung und Eichung der speziellen Kontroll-Schaltungsanordnungen, und die Ergebnisse der Kontrolle sind wesentlich von der Erfahrung des die Zusammenstellung, Eichung und Kontrolle durchführenden Personals abhängig.
Bei weiterer Präzision der Kompensatoren wird deren Genauigkeitskontrolle während ihrer Verwendung noch schwieriger. Diese Tatsache steht im wesentlichen der Schaffung von neuen, in noch höhe-
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nungen besitzen, welche auf einfache Weise eine Verminderung oder Beseitigung der bei der Kontrolle des im Gebrauch befindlichen Kompensators ermittelten Ungenauigkeiten zulassen. Die Notwendigkeit,
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die Toleranzwerte für die Kompensator-Messergebnisse auszurechnen, führt bei einem Messvorgang zu einem bedeutendem Zeitverlust.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompensator-Schaltungsanordnung zu schaffen, der die obigen Nachteile nicht anhaften, die jedoch geeignet ist, eine Genauigkeitskontrolle während der Verwendung des Kompensators vorzunehmen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Gleichstromkompensatoranordnung mit mindestens zwei Kom- pensationskreisen und einem selbstabgleichenden Kompensator, die Stellwiderstände sowie Dekaden von
Kompensationswiderständen mit dazugehörigen Kurbelschaltern aufweist.
Gemäss der Erfindung sind die Kurbelschalter so ausgebildet, dass zur Genauigkeitskontrolle des
Kompensators die beiden Kompensationskreise so gegeneinander schaltbar sind, dass der selbstabglei- chende Kompensator zur Messung der Spannungsdifferenz dient.
Mit dieser neuen Schaltungsanordnung lässt sich eine Kontrolle des Kompensators mit beliebiger Präzision direkt am Messplatz durchführen, ohne dabei irgendwelche Normal-Messgeräte verwenden zu müssen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Messungenauigkeiten, die bei der
Kontrolle des Kompensators festgestellt werden, direkt am Messplatz berücksichtigt werden können. Die neue Schaltung kann bei der Verbesserung von verschiedenen Typen der Kompensatoren mit grundsätz- lich verschiedenen elektrischen Schaltungen angewendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 6 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen : Fig. l einen bekannten Gleichstromkompensator, Fig. 2 den Kompensator nach Fig. 1 in schematischer Darstellung, Fig. 3 einen bekannten halbautomatischen Gleichstromkompensator, Fig. 4 einen bekannten Gleichstromkompensator mit zwei Kompensationskreisen und einem selbstabgleichenden Kompensator, Fig. 5 den Kompensator nach Fig. 4, der erfindungsgemäss abgeändert ist, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für den Kompensator gemäss der Erfindung.
Fig. 1 zeigt den bekannten Gleichstromkompensator nach W. P. White. Er besteht aus zwei getrennten und unabhängig voneinander gespeisten Stromkreisen --1 und 2-- und einem Galvanometer --3-als Nullindikator. Jeder dieser beiden Stromkreise bildet eine prinzipiell selbständige Kompensationsschaltung.
Im Stromkreis-l-liegen eine Quelle-4--, eine Regelanordnung --5--, ein Stellwiderstand - -6--, welchem zur Stromeinstellung ein Normalelement --EN-- dient, und ein Kompensationswiderstand. Der Kompensationswiderstand ist aus zwei Widerstandsdekaden --7 und 8-- gebildet, an denen über zwei Kurbelschalter --9 und 10-- definierte, dekadisch gestufte Spannungseinheiten, z. B. die Zehner von mV und die Einer von mV, abgreifbar sind.
Im Stromkreis --2--liegen eine Quelle --11--, eine Regelanordnung --12--, ein Stellwiderstand - -13--, der zum Einstellen des Stromes im zweiten Stromkreis entsprechend dem Normalelement-EN-dient, und ein Kompensationswiderstand. Der Kompensationswiderstand des Stromkreises --2-- besteht aus zwei Widerstandsdekaden --14 und 15--, an denen über zwei Kurbelschalter --16 und 17-- definierte dekadisch gestufte Spannungseinheiten, z. B. Zehntel von mV und Hundertstel von mV, abgreifbar sind.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, liegen die Abgreifkontakte der Kurbelschalter-16 und 17-im Stromkreis --2--. Zwischen jedem Abgreifkontakt der Kurbelschalter --16 und 17-- und den dazugehörigen Widerstandsdekaden --14 und 15-- sind Widerstände --18-- eingeschaltet.
Die Werte der Widerstände-18-- sind so gewählt, dass der Widerstand des Stromkreises --2-- von der Stellung der Kurbelschalter --16 und 17-- unabhängig bleibt.
Die Abgreifkontakte der Kurbelschalter --9 und 10--liegen im Stromkreis des Galvanometers - und der zu messenden Spannung-EX--.
Zwischen jedem Abgreifkontakt der Kurbelschalter --9 und 10-- und den dazugehörigen Widerstandsdekaden --7 und 8-- sind Widerstände --19-- eingeschaltet. Die Werte der Widerstände --19-- sind so gewählt, dass der Widerstand des Stromkreises des Galvanometers --3-- und der zu messenden Spannung-EX--von der Stellung der Kurbelschalter und und 10-- unabhängig bleibt. Die beiden Stromkreise --1 und 2-- sind so zusammengeschaltet, dass die an den Kompensationswiderständen abgreifbaren Spannungen in Reihe geschaltet sind und die Addition einer Kompensationsspannung ergeben, welche zum Abgleichen der unbekannten zu messenden Spannung --EX-- dient.
In Fig. 2 ist der Kompensator nach W. P. White in schematischer Form dargestellt :
Es bedeuten : r1 Widerstand des Stromkreises-l-zwischen der Quelle --4-- und dem Kompensationswider- stand-rkj-.
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r2 Widerstand des Stromkreises --2-- zwischen der Qeulle --4-- und dem Kompensationswider- stand-rg-.
U2 die Spannung über den Widerstand --rk2--.
U1 die Spannung über den Widerstand--rl-'
Die Kompensationswiderstände und rk2-- sind so geschaltet, dass die Spannungen --U1 und U2-- addiert werden und die Summe der Kompensationsspannung Uk = U1 + U2 eine über das Galvanometer --3-- angeschlossene unbekannte Spannung-EX--abgleicht.,
Wenn das Galvanomoter kein Strom durchfliesst, dann ist EX = Uk = U1 + U2'
Die Messung mit Hilfe des Kompensators nach W. P. White wird auf folgende Weise vorgenommen.
Man stellt zuerst den Strom im Stromkreis-l-auf einen bestimmten Wert ein. Um das durchführen zu können, wird in Reihe zu den Stellwiderstand --6-- an die Klemmen --EX-- ein Normalelement mit einem in Reihe geschalteten Galvanometer angeschlossen (in Fig. 1 nicht dargestellt).
Mit Hilfe der Regelanordnung --5--stellt man im Stromkreis-l-den Strom auf einen derartigen Wert ein, dass die Spannung über dem Einstellwiderstand --6-- gleich der EMK des Normalelements wird. Das heisst, dass das Galvanometer, das in den Stromkreis des Normalelements und des Einstellwiderstandes als Indikator eingeschaltet ist, Null anzeigt.
Danach wird auf gleiche Weise der Strom im Stromkreis --2-- mit Hilfe der Regelanordnung --12- und dem Einstellwiderstand --13-- eingestellt.
Anschliessend wird mittels der Kurbelschalter-9, 10, 16 und 17--der Wert der Kompensationsspannung so gewählt, dass das Galvanometer --3-- Null anzeigt. Jetzt ist die zu messende Spannung --EX-- gleich der Summe der Spannungen an den Kompensationswiderständen.
Wenn bei der Messung keine vollkommene Kompensation der zu messenden Spannung --EX-- er- reicht wird, wird über das Galvanometer --3-- ein kleiner Strom fliessen, der eine von Null abweichende Anzeige ergibt. Diese Anzeige kann zur Korrektur der Messergebnisse verwendet werden.
Es ist dabei zu beachten, dass der Strom in dem Stromkreis des Galvanometers --3-- und selbstverständlich auch die bei ihm bewirkte Anzeige nicht nur von der Differenz zwischen der zu messenden Spannung-EX--und der mittels der Kurbelschalter --9, 10, 16 und 17-- eingestellten Kompensationsspannung, sondern auch von dem Widerstand des Galvanometerkreises abhängig ist.
Der Widerstand des Galvanometerkreises setzt sich aus den in diesen Kreis geschalteten Widerständen des Gleichstromkompensators und dem Innenwiderstand der Quelle der zu messenden Spannung - zusammen. Dieser Widerstand kann einen beliebigen Wert haben. Er ändert sich in einem breiten Bereich auch beim Messen von einem gleichen Messobjekt, z. B. beim Verwenden des Gleichstromkompensators zu Temperaturmessungen mit Hilfe eines Platinwiderstandsthermometers.
Infolge der obgenannten Abhängigkeit des Stromkreiswiderstandes des Galvanometers --3-- von dem Innenwiderstand der Quelle der zu messenden Spannung-EX--ist die Teilungswertermittlung der Skala des Galvanometers --3-- in Spannungseinheiten jedesmal neu zu wiederholen, d. h. statt einem direkten Ablesen der Messergebnisse macht man eine Interpolation.
Der oben erwähnte Nachteil erschwert die genaue Ermittlung der Differenz zwischen der zu messenden Spannung-EX--und der auf den Kompensatordekaden eingestellten Kompensationsspannung und verlängert die für die Durchführung der Messungen nötige Zeit.
Dieser Nachteil kann auf eine bekannte Weise vermieden werden, u. zw. wenn man das Galvanometer --3-- durch einen selbstabgleichenden Gleichstromkompensator ersetzt. Als selbstabgleichenden Gleichstromkompensator kann man einen selbstkompensierenden Gleichstromverstärker verwenden, der auch als Kompensationsverstärker bezeichnet wird.
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Die aus einem Gleichstromkompensator mit den dekadisch gestuften Kurbelschaltern und einem selbstabgleichenden Kompensator bestehende Anordnung ist unter der Bezeichnung"halbautomatischer Gleichstromkompensator" bekannt.
In Fig. 3 ist ein bekannter derartiger halbautomatischer Gleichstromkompensator schematisch dargestellt.
Der halbautomatische Gleichstromkompensator setzt sich aus zwei einzelnen Kompensatoren zusammen. Einer von ihnen, u. zw. ein nicht automatischer Gleichstromkompensator, ist in Fig. 3 schematisch als der Stromkreis-]--dargestellt, welcher aus einem Kompensationswiderstand --rk1-- und aus dem gleichwertigen Widerstand--ri--besteht.
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matisch und in Fig. 1 ausführlicher dargestellten White-Kompensator ausgebildet sein.
An dem Kompensationswiderstand--rkl-- des halbautomatischen Kompensators wird die Spannung - eingestellt. An den Kompensationswiderstand-rki-ist über einen die Spannung-Ug-er- zeugenden automatischen Kompensator --20-- eine unbekannte zu messende Spannung angeschlossen.
Die Messung der unbekannten Spannung mit Hilfe von einem halbautomatischen Kompensator wird auf folgende Weise vorgenommen. Man stellt zunächst mit einem bekannten Verfahren den richtigen Wert des Stromes im Stromkreis --1""- ein. Das kann z.
B. mittels eines Normalelements, eines Stellwider- standes und einer Regelanordnung (in Fig. 3 nicht dargestellt) vorgenommen werden, auf ähnliche Weise wie es bei dem White-Kompensator beschrieben wurde, nur statt dem Galvanometer-3- (Fig. l) wird als Nullindikator ein automatischer Gleichstromkompensator verwendet. Danach wird eine unbekannte
Spannung --EX-- angeschlossen und über den Kompensationswiderstand --rk1-- eine den vermutlichen
Wert der unbekannten Spannung-KX--gleiche Spannung eingestellt. Dabei ist der Eingang des auto- matischen Kompensators - : -20-- unter der Einwirkung der Spannung --EX-U1--, die die Differenz zwi- schen dem wirklichen Wert der unbekannten Spannung --EX-- und dem Wert der über den Kompensa- tionswiderstand --rk1-- eingestellten Spannung darstellt.
Es ist bekannt, dass, wenn an den Eingang des automatischen Kompensators eine Spannung ange- schlossen wird, automatisch eine dem Wert dieser Eingangsspannung gleiche, aber entgegengesetzte
Kompensationsspannung erzeugt wird. Als automatischer Kompensator kann z. B. der bekannte automatische galvanometrische Photozellenkompensator verwendet werden.
Der Wert der Kompensationsspannung-Ug-kann unmittelbar nach der Anzeige des automatischen Kompensators ermittelt werden.
Im halbautomatischen Kompensator der Fig. 3 wird also der automatische Kompensator zum automatischen Abgleich und zur Messung von demjenigen Teil der zu messenden Spannung verwendet, der durch den ersten nichtautomatischen Kompensator nicht abgeglichen wird.
Die unbekannte zu messende Spannung --EX-- ergibt sich als Summe der Spannung an dem nichtautomatischen Teil und dem automatischen Gleichstromkompensator, nämlich EX = Ui + Un.
Der halbautomatische Gleichstromkompensator ist von dem Nachteil des White-Kompensators, dass die Messergebnisse des Galvanometers von dem Widerstand des Stromkreises abhängen, frei und lässt die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Messung im Vergleich mit den bekannten nichtautomatischen Kompensatoren wesentlich erhöhen. Aber auch in diesen bekannten halbautomatischen Gleichstromkompensatoren ist die Aufgabe nicht gelöst, sie direkt zu kontrollieren.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Entwicklung eines Gleichstromkompensators gelöst, der aus einem automatischen Kompensator und mindestens aus zwei voneinander getrennten und unabhängig voneinander gespeisten Stromkreisen besteht. In jedem dieser Stromkreise liegen eine Quelle, ein Stellwiderstand, eine Regelanordnung und ein Kompensationswiderstand, wie bei den Stromkreisen - l und 2-- des White-Kompensators (Fig. 1 und 2).
Der neue Gleichstromkompensator ist also aus einzelnen Kompensatoren gebildet ; aus einem automatischen und mindestens aus zwei nichtautomatischen Gleichstromkompensatoren. Der neue Gleichstromkompensatoristausserdem mit einer Mehrfach-Schaltvorrichtung versehen, die die für die Messung einerunbekanntenspannung und für eine selbständige Kontrolle des Kompensators nötigen Verbindungen zwischen den einzelnen Stromkreisen und dem automatischen Kompensator gewährleistet.
Fig. 4 zeigt schematisch einen bekannten Gleichstromkompensator, der gemäss der Erfindung so weitergebildet werden soll, dass er zur selbständigen Genauigkeitskontrolle herangezogen werden kann.
Es bedeuten : r1 den Widerstand, der gleich den Widerstand des Stromkreises-l-zwischen der Quelle --4-- und dem Kompensationswiderstand-rkl- ist ;
U die Spannung an dem Widerstand --rk1-- ; r2 den Widerstand, der gleich dem Widerstand des Stromkreises --2-- zwischen der Quelle --lI-- und dem Kompensationswiderstand --rk2-- ist.
Bei der Messung einer unbekannten Spannung werden die Abgriffe der Widerstände --rk1 und rk2-mittels der oben erwähnten Mehrfach-Schaltvorrichtung (in Fig. 4 nicht dargestellt) so geschaltet, dass die Spannungen --U1 und U2-- gleichsinnig sind. Sie werden wie beim White-Kompensator addiert.
Fig. 5 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel des Gleichstromkompensators gemäss der Erfindung, u. zw. den Kompensator nach Fig. 4 mit den Verbindungen, die für eine selbständige Kontrolle des Kompensators nötig sind.
Bei der selbständigen Kontrolle werden die Widerstände und und rk2-- mittels der erwähnten
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Mehrfach-Schaltvorrichtung (in Fig. 5 nicht abgebildet) so geschaltet, dass die Spannungen --U1 und Un-gegeneinander gerichtet sind.
Die Messung der unbekannten Spannung-EX--wird mit der in Fig. 4 dargestellten Schaltung vorgenommen. Vorbereitend stellt man mit einem bekannten Verfahren einen richtigen Wert des Stromes in den Stromkreisen --1 und 2--ein. Das kann z. B. mit Hilfe von (in Fig. 4 nicht gezeigt) einem Normalelement, einem Stellwiderstand und einer Regelanordnung vorgenommen werden, wie es oben für den White-Kompensator (Fig. 1, 2) und für einen halbautomatischen Kompensator (Fig. 3) beschrieben ist.
Sodann wird die unbekannte Spannung --EX-- angeschlossen und über die Kompensationswider- staande und und rk2-- werden die Spannungen und Un-eingestellt, die in der Summe den vermutlichen Wert der unbekannten Spannung --EX-- gleich sind, ähnlich wie es bei dem White-Kompensator gemacht wurde. Auf den Eingang des automatischen Kompensators --20-- wirkt dabei die Spannung Ey- (U + Un), die gleich der Differenz zwischen dem wirklichen Wert der unbekannten Spannung --Ex-- und der Summe der an den Kompensationswiderständen --rk1 + rk2-- eingestellten Spannungen ist.
Der automatische Kompensator --20-- gleicht automatisch dem nicht mit der summierten Spannung über den Kompensationswiderständen-ri und rk2-- kompensierten Teil der unbekannten Spannung --Ex-- ab, wie es oben für den halbautomatischen Kompensator beschrieben ist. Dieser Teil der unbekannten Spannung-EX--wird auch dabei gemessen.
Der Wert der unbekannten Spannung --Ex-- ergibt sich als die Summe der Kompensationsspannung
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Ug-anBei der selbständigen Kontrolle der oben beschriebenen Schaltungsanordnung sind alle ihre Elemente mittels der erwähnten Mehrfach-Schaltvorrichtung so miteinander zu verbinden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. (Die Schaltvorrichtung selbst ist nicht in Fig. 5 dargestellt).
Jetzt werden die Spannungen-U] und Un-im Stromkreis des automatischen Kompensators - gegeneinander geschaltet, so dass sie sich gegenseitig teilweise abgleichen.
Die Differenz der Spannungen-U]-Un--wirkt auf den Eingang des automatischen Kompensators - und wird von ihm selbständig abgeglichen und gemessen. Diese Differenz der Spannungen - U-Un-wird unmittelbar durch den automatischen Kompensator --20-- angezeigt : U3 = U1 - U2'
Die Nullstellung des automatischen Kompensators zeigt an, dass U1 = U2 ist.
Ein automatischer Abgleich und eine Messung der Spannungsdifferenz, was die nach Fig. 5 vorgenommene Verbindung der Schaltungselemente ermöglicht, macht eine schnelle und präzise selbständige Kontrolle des Gleichstromkompensators möglich.
Bevor die Erfindung an Hand der Fig. 6 näher erläutert wird, sollen zunächst die für die präzisen Messungen mit Hilfe von Kompensatoren massgebenden Grundforderungen betrachtet werden. In ihrem Wesen, ihren Mitteln für die Verwirklichung und ihren Kontrollmöglichkeiten können diese Forderungen in zwei ganz verschiedene Arten eingeteilt werden :
1. die Forderung, dass die Spannungen proportional sind ;
2. die Forderung, dass die Spannungen nach ihrem absoluten Wert völlig richtig sind.
Für die Herstellung und für die periodische Kontrolle der im Gebrauch befindlichen Kompensatoren ist die erste Forderung die wichtigste. Das bedeutet, dass eine richtige Proportion zwischen den Spannungen in allen Dekadenstufen der zu einem von einer Quelle gespeisten Stromkreis gehörigen Kompensationswiderstände und Stellwiderstände gewährleistet ist.
Um eine Kontrolle des Gleichstromkompensators durchzuführen, genügt es, die Erfüllung der ersten Forderung nachzuprüfen.
Wenn diese übereinstimmt, dann stehen die Werte der Kompensations- und Stellwiderstände des Gleichstromkompensators in richtigen Verhältnissen zueinander. Jetzt bleibt zur Erfüllung der zweiten Forderung, dass die absoluten Werte der in allen Dekadenstufen der Kompensationswiderstände abgreifbaren Spannungen richtig sind, dass also einer der im gleichen Stromkreis liegenden Widerstände nach seinem absoluten Wert richtig ist.
Bei den bekannten Kompensatoren wird das gewöhnlich während jeder Messung der unbekannten Spannung --EX-- gemacht, indem man mittels einer Regelanordnung eine dem Wert der EMK des Normalelementes genau gleiche Spannung über dem Stellwiderstand einstellt.
Die Forderung der Proportionalität sei zunächst an Hand eines bekannten Kompensators näher betrachtet, beispielsweise an Hand eines White-Kompensators (Fig.]), bei dem die Sollspannungen über
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eine Stromeinstellung nach einem Normalelement mit einer EMK EN = 1018 mV gewährleisten.
Um die gestellten Forderungen der Proportionalität im Stromkreis-l-zu erfüllen, sollen die Spannungen über allen Stufen der Dekade --7-- genau gleichwertig miteinander sein ; die Spannungen über allen
Stufen der Dekade --8-- sollen auch genau miteinander übereinstimmen ; die Summe der Spannungen über denzehn Stufen der kleineren Dekade --8-- soll genau der Spannung über einer Stufe der nächsten grösseren Dekade--7-- gleich sein; die Spannung über dem Stellwiderstand --6-- (1018 mV) soll genau
1018 mal höher als die Spannung über einer Stufe der Dekade --8-- (1 mV) sein.
Um eine Proportionalität der Spannungen im Stromkreis --2-- zu bekommen, sollen die Spannun- gen über allen Stufen der Dekade --]4-- genau gleichwertig miteinander sein ; die Spannungen über allen Stufen der Dekade --15-- sollen auch genau miteinander übereinstimmen ; die Summe der Span- nungen über den zehn Stufen der kleineren Dekade --15-- soll genau der Spannung über einer Stufe der nächsten grösseren Dekade --14-- gleich sein ; die Spannung über dem Stellwiderstand --13-- soll ge- nau 1018 mal höher als die Summe der Spannungen über den zehn Stufen der Dekade --14-- sein.
Um die Erfüllung der erwähnten Forderungen bei dem White-Kompensator und bei den andem be- kannten Kompensatoren kontrollieren zu können, muss man einige andere präzise Messgeräte verwenden und spezielle Prüfschaltungen zusammenstellen, was einen bedeutenden Zeitaufwand seitens der hochgeschulten Fachleute in Anspruch nimmt.
Die Spannungen, deren Differenz mit Hilfe des erfindungsgemässen Gleichstromkompensators zu messen ist, werden so gewählt, dass sie einen gleichen Sollwert haben. Die gemessene Differenz der wirklichen Werte der erwähnten Spannungen entsteht nur wegen der Toleranzen der Widerstandwerte des Kompensators und ist im Vergleich zu den erwähnten Spannungen sehr klein.
Die zweckmässig gewählten Spannungen lassen die Genauigkeitsforderungen für den die erwähnte Differenz der Spannungen bei der selbständigen Kontrolle des Kompensators messenden automatischen Kompensator verringern.
Das Nachprüfen der Erfüllung der Forderung der Proportionalität der Spannungen, wie es oben an Hand des White-Kompensators erklärt wurde (Fig. l), besteht aus der Prüfung der Gleichkeit einiger Spannungen miteinander und aus der Prüfung des Verhältnisses zwischen den wesentlich nicht gleichen Spannungen. Erfindungsgemäss wird die Möglichkeit der Prüfung des Verhältnisses zwischen den wesentlich nicht gleichen Spannungen, indem man die Differenz der nach ihrem Sollwert gleichen Spannungen misst, dadurch gewährleistet, dass die Widerstände mit einigen Abgriffen versehen sind, welche den ganzen Wert des Widerstandes in für den Vergleich praktische Abstufungen unterteilen.
Dies sei an Hand eines Beispiels erläutert. Es soll im Stromkreis des Kompensators ein Stellwider- stand mit dem Sollwert der Spannung von 1018 mV und ein aus zehn Teilen mit der Spannung je 10 mV und aus zehn Teilen mit der Spannung je 1 mV bestehender Kompensationswiderstand vorgesehen sein, wie oben für den Stromkreis-l-des White-Kompensators beschrieben.
Es ist zu kontrollieren, ob der wirkliche Wert der Spannung über dem Widerstand genau 1018 mal grösser als der wirkliche Wert der Spannung über einem Teil des Kompensationswiderstandes mit einem Sollwert von 1 mV ist.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss der Stellwiderstand in solche mit Abgriffen versehene Teile geteilt, dass die ganze über dem Stellwiderstand liegende Spannung in für den Vergleich bequeme Werte geteilt wird. Zum Beispiel : 1018 mV = 10 x100 mV + 10 mV + 8 mV.
Man kann jetzt das Verhältnis der Werte der über dem Stellwiderstand und über dem Kompensationswiderstand liegenden Spannungen kontrollieren, indem man die Differenz zwischen den nach ihren Sollwerten gleichen Spannungen misst.
Dazu werden die Differenzen zwischen der an jeder aus zehn Stellwiderstandsteilen liegenden Spannung und der Summe von 10 mV der an zehn Teilen von je 10 mV des Kompensationswiderstandes liegenden Spannung gemessen und dann anschliessend der Reihe nach : die Differenz zwischen der Spannung von 10 mV, die an dem entsprechenden Stellwiderstandsteil liegt, und der an dem entsprechenden Kompensationsteil liegenden Spannung ; die Differenz zwischen der Spannung von 8 mV, die an dem Teil des Stellwiderstandes liegt, und der Summe von 8 mV, der an acht Teilen von je 1 mV des Kompensationswiderstandes liegenden Spannungen.
Soll für die Prüfung der Proportionalitätsforderungen eine Differenz der Spannungen gemessen werden, die an den Widerständen liegen, welche zu den von verschiedenen Quellen gespeisten Stromkreisen gehören, dann wird dies nach der in Fig. 5 gegebenen Schaltung verwirklicht. Hiebei werden als
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Widerstände --rk1 und rk2-- mittels der oben erwähnten Mehrfach-Schaltvorrichtung die Widerstände angeschlossen, an denen die zu messende Spannungsdifferenz liegt.
Soll für die Prüfung der Erfüllung der Proportionalitätsforderungen eine Differenz der Spannungen gemessen werden, die an den Widerständen liegen, welche zu dem von derselben Quelle gespeisten Stromkreis gehören, dann wird dies erfindungsgemäss auf folgende Weise vorgenommen :
Es soll beispielsweise in dem Stromkreis --1-- (Fig. 5) zwei oder mehrere (nicht in Fig. 5 abgebildet) Widerstände geben, an denen die Spannungen mit einem gleichen Sollwert liegen.
Die Aufgabe besteht darin, die Differenz zwischen den wirklichen Werten der Spannungen-U,
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Wirklichkeit aus mehreren Widerständen bestehen kann, ähnlich dem Stromkreis --2-- in Fig. 2 und 1) ein Teil gewählt, bei dem die Sollspannung gleich den Spannungen ist, die an zwei oder mehreren Widerständen im Stromkreis-l-liegen.
Dieser Teil des Stromkreises --2-- kann aus den als Stellwiderstand oder Kompensationswiderstand verwendeten Widerständen bzw. aus einem speziell zu diesem Zweck in den Stromkreis --2-- eingeschalteten Widerstand bestehen.
Dieser oben erwähnte Widerstand wird nach Fig. 5 als Kompensationswiderstand --rk2-- verwendet
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ständen eingeschaltet, an welchen die Gleichheit der Spannung zu prüfen ist. Ohne den eingestellten Stromwert geändert zu haben, werden dabei die Spannungsdifferenzen für jeden Widerstand entsprechend der Anzeige des automatischen Kompensators abgelesen: U3'=U1'-U2; U3''=U1''-U2 usw.
Weil durch die Stromeinstellung eine Spannungsgleichheit U2 = U erzielt wurde, sind die gemessenen Spannungsdifferenzen-Ug'. Ug''-- gleich den gesuchten Differenzen-U. Ul'. Uj''- der Spannungen, die an den Widerständen liegen, die zu einem von einer Quelle gespeisten Stromkreis gehören : U3'=U1'-U1 ;U3''=U1''-U1.
Die für die beschriebenen Messungen notwendigen elektrischen Verbindungen werden erfindungsgemäss mittels der oben erwähnten Mehrfach-Schaltvorrichtung und einiger zusätzlicher Kontakte und Stromabgriffe vorgenommen, die zu den Kurbelschaltern der Dekaden der Kompensationswiderstände gehören.
Zur Kontrolle des Kompensators werden auf die beschriebene Weise nacheinander die Differenzen zwischen den an jeder Stufe der kleineren Dekade liegenden Spannungen und der an ihrer ersten Stufe liegenden Spannung ; die Differenz zwischen der Gesamtspannung, die an den zehn Stufen der kleineren Dekade liegt, und der an einer Stufe der nächst grösseren Dekade liegenden Spannung usw. für jede Dekade gemessen. Ausserdem misst man die Differenz zwischen den Spannungen, die an dem in de schriebenen Weise eingeteilten Stellwiderstand und an den entsprechenden (nach ihrem Sollwert) Teilen der Dekaden der Kompensationswiderstände liegen.
Das Messender erwähnten Spannungsdifferenzen mittels eines als ein Teil des Gleichstromkompensators entwickelten automatischen Kompensators ermöglicht durch die Selbstkontrolle eine Prüfung der Erfüllung der Forderungen der Spannungsproportionalität. eine Ermittlung der Messfehler des Gleichstromkompensatorsund eine Eichung der Widerstände des Kompensators mittels der variablen Widerstände zur Minderung dieser Messfehler.
Es sei nun die Schaltung der Fig. 6 näher beschrieben, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Der Gleichstromkompensator besteht aus dem automatischen Kompensator --20-- und aus zwei getrennten und unabhängig voneinander gespeisten Stromkreisen --1 und 2--. Jeder der Stromkreise --1 oder 2-- dient als getrennter Kompensator. Im Stromkreis-l-liegen die Quelle --4--, der Stellwiderstand --6--, der Regelwiderstand --5--, das Normalelement --21--, der Anschluss --22-- zum Anschliessen des separaten Nullindikators und der automatische Kompensator --20--als Nullindikator ; ferner noch zwei Widerstandsdekaden --7 und 8--, die als Kompensationswiderstand dienen.
Im Stromkreis --2-- liegen die Quelle ein Stellwiderstand (nicht in Fig. 6 abgebildet), die Regelanordnung --23-- und ein Kompensationswiderstand, der die beiden Widerstandsdekaden-14
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und 15-- enthält.
Die Widerstandsdekaden --7, 8, 14 und 15-- werden mittels ihrer Abgriffe mit den Schleifkontakten - -24, 25, 26 und 27-- der Kurbelschalter verbunden. Über diese Schleifkontakte bewegen sich die Mess- bürsten --28, 29, 30 und 31--, die eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifkontakten --24, 25,
26 und 27--und den Kontaktringen --32, 33, 34 und 35-- herstellen. Mittels der Messbürsten sind an den Widerstandsdekaden --7, 8, 14 und 15-- definierte, dekadisch gestufte Spannungseinheiten abgreifbar, z.
B. die Zehner von mV von der Dekade --7--, die Einer von mV von der Dekade --8--, die Zehntel von mV von der Dekade--14--und die Hundertstel von mV von der Dekaden ähnlich wie es bei dem White-Kompensator mittels der Kurbelschalter --9, 10, 16 und 17-- (Fig. l) vorgenommen wird.
Die Kurbelschalter des erfindungsgemässen Gleichstromkompensators (Fig. 6) besitzen noch die zu- sätzlichen Kontrollbürsten --36,37,38 und 39--, die mit den Messbürsten --28, 29, 30 und 31-- mecha- nisch verbundenund um eine Stufe versetzt sind. Die Kontrollbürsten --36, 37, 38 und 39-- stellen elektrische Verbindungen mit den Kontaktringen --40, 41, 42 und 43-- des Kubelschalters her.
In den Kontaktreihen --24 und 26-- der Dekaden --7 und 14-sind noch zusätzliche Kontakte - 44 und 45-- vorgesehen, die mit den Endkontakten der Kontaktreihen --25 und 27-- der nächst kleineren Dekaden --8 und 15-verbunden sind. Die Kontakte --44 und 45-- sind gegenüber den Nullkontakten der Dekaden --7 und 14-- um eine Stufe versetzt.
Diese Mehrfach-Schaltvorrichtung ist in dem beschriebenen Beispiel des erfindungsgemässen Kompensators als Kurbelschalter --46-- ausgebildet, der die über den Kontaktreihen --50, 51,52 und 53-gleichzeitig schleifenden Bürsten --47,48,49-- besitzt. Der automatische Kompensator --20-- ist mittels der Bürsten --47 und 48-- des Kurbelschalters --46-- zwischen den zwei beliebig mit den entsprechenden Kontakten der Kontaktreihen-50, 51-verbundenen Punkten des Stromkreises des Kompensators anschliessbar.
Die Bürste--49--ist mechanisch noch mit den Bürsten --47 und 48-gekuppelt und verbindet miteinander je zwei entsprechende Kontakte in den Kontaktreihen --52 und 53--, die ihrerseits mit den Stromk@eisen --1 und 2-- verbunden sind. Dieser Kurbelschalter --46-- gewährleistet alle nötigen Verbindungen zwischen den automatischen Kompensator --20-- und den Stromkreisen --1 und 2--.
Bei einer Stellung des Kurbelschalters --46-- wird die Messung der an die Klemmen-54-anzu- schliessenden unbekannten Spannung --EX-- vorgenommen. Die Schaltung ist dabei der in Fig. 4 dargestellten ähnlich. Die andern Stellungen des Kurbelschalters dienen zur Messung der Differenzen der Spannungen, die an den Widerständen des Kompensators liegen, wenn man eine selbständige Kontrolle vornehmen will. Die Schaltung ist dabei der in Fig. 5 dargestellten ähnlich.
Bei einer selbständigen Kontrolle des Kompensators, wie es oben beschrieben ist, werden die Dif- ferenzen von mehreren an den verschiedenen Widerständen der Stromkreise --1 und 2-- liegenden Spannungen gemessen. Deswegen hat der Kurbelschalter --46-- eine entsprechende Anzahl von Kontakten in den Kontaktreihen-50, 51, 52, 53-, die mit den entsprechenden Punkten der Stromkreise --1 und 2-elektrisch verbunden sind.
Der Vereinfachung des Bildes wegen ist der grössere Teil davon nicht in der Figur dargestellt, aber aus der Beschreibung können alle Fachkundigen über die für die Verwirklichung der Erfindung notwendigen Verbindungen im klaren sein.
Der Stellwiderstand --6-- besteht aus mehreren Widerständen, an denen über mehrere Abgriffe - dekadisch gestufte Spannungen abgreifbar sind, welche nach ihrem Sollwert den Werten der an den Widerstandsdekaden --7 und 8-- liegenden Spannungen gleich sind.
Die Stufen der Widerstandsdeka den --7,8, 14 und 15-- und die Teile des Stellwiderstandes --6-sind mit den konstanten, bedeutend grösseren Nebenwiderständen --56-- und mit den zu den Nebenschlusswiderständen --56-- in Reihe liegenden, regelbaren Eichwiderständen --57-- versehen.
Bei der Messung der unbekannten Spannung --EX-- (in Fig. 6 nicht dargestellt), die an die Klemmen --54-- angeschlossen wird, stellt man den Kurbelschalter --46-- in die erste Stellung von links. Die Bürsten --47, 48 und 49-- nehmen dabei die in Fig. 6 gezeigte Stellung ein, und die Stromkreise des Kompensators sind, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, geschaltet.
Die Widerstandsdekaden --7, 8, 14 und 15--, die als Kompensationswiderstände --rk1, rk2 --(Fig.4) dienen, werden so eingestellt, dass an ihnen die Spannungen --U1 und U2-- liegen, deren Summe gleich dem vermutlichen Wert der unbekannten Spannung --Ex-- ist. Der automatische Kompensator - gleicht den Teil der unbekannten Spannung --EX-- ab, die nicht von der Summe der an den Kompensationswiderständen --rkl und rk2-- liegenden Spannungen kompensiert wird. Die unbekannte Spannung ergibt sich als die Summe der Spannungen an den Dekaden-7, 8, 14 und 15-- und dem Kom-
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pensa tor --20-- :ssend erfolgt die Messung der Differenz zwischen der Spannung an einer Stufe der Dekade --8-- und der
Spannung an den andern Stufen derselben Dekade.
Den Kurbelschalter --46-- stellt man dabei in die für die Messung der Spannungsdifferenzen bestimmte Stellung.
In dieser Stellung des Kurbelschalters --46-- sind die Bürsten --47, 48, 49-- im Vergleich mit den in Fig. 6 abgebildeten um eine Position nach rechts verstellt, stehen also in der zweiten Position von links.
Diese Kontakte sind mit den folgenden Punkten der Stromkreise --1 und 2-- verbunden : der Kon- takt --50-- mit dem Kontaktring --41-- des Dekadenschalters der Widerstände-8- : der Kontakt der
Kontaktreihe--52--mit dem Kontaktring-33-- derselben Dekade ; der Kontakt der Kontaktreihe--51-- mit dem Kontaktring --34-- des Kurbelschalters der Dekade-14- ; der Kontakt der Reihe --53-- mit dem Kontaktring --35-- des Kurbelschalters der Dekade --15--,
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B.- -15-- auf Null ; den Kurbelschalter der Dekade --14-- auf die Spannung 10 x 1 mV, die entsprechend der Position des Kurbelschalters wie bei der Messung der unbekannten Spannung abgelesen wird.
Dabei erhält man zwischen den erwähnten Kontaktreihen --51 und 53-- die volle Spannung an der Dekade --14-- mit dem Sollwert 10 mV, ähnlich der Spannung --U2-- in Fig. 5.
Danach wird der Kurbelschalter der Dekade --8-- auf den Ablesungswert 1 x 10 mV eingestellt, wozu er um eine Position nach rechts im Vergleich mit der in Fig. 6 abgebildeten Bürstenlage verstellt wird.
Die Bürsten --29 und 37-- verbinden dabei die Kontaktringe --33 und 41-- mit den Abgriffen der Widerstände der ersten Stufe der Widerstandsdekade --8--. Zwischen den Kontakten der Kontaktreihen - 50 und 52-- erhält man dann die an der ersten Stufe der zu kontrollierenden Dekade --8-- liegende Spannung mit dem Sollwert 10 mV, ähnlich der Spannung --U1-- in Fig. 5.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, wirken die Spannungen-Ui und Un-gegeneinander und ihre Differenz wird automatisch von dem automatischen Kompensator --20-- abgeglichen.
Anschliessend wird mittels der Regelanordnung --23-- ein Strom im Stromkreis --2-- so eingestellt, dass die Anzeige des automatischen Kompensators --20-- gegen Null geht. Die Spannung an den Widerständen der Dekade --14-- stimmt dann mit der Spannung an der ersten Stufe der Dekade --8--überein.
Danach stellt man, ohne den Strom in Kreisen --1 und 2-- zu ändern, den Kurbelschalter der Dekade --8-- in eine Stellung ein, die der Anzeige von 2 x 10 mV bei der Messung der unbekannten Spannung entspricht. Die Bürsten --29 und 37-- bewegen sich um eine Stufe nach rechts und bekommen eine Stellung, in welcher die Kontaktringe --33 und 41-- mit den Abgriffen der Widerstände der zweiten Stufe der Dekade --8-- elektrisch verbunden sind.
Jetzt werden an den erwähnten Kontakten der Kontaktreihe --50 und 52-- statt der Spannung an der ersten Stufe der Dekade --8-- die Spannung an der zweiten Stufe derselben Dekade angeschlossen. Wenn diese Spannungen vollkommen gleichwertig und entgegengesetzt sind, wird der automatische Kompensator --20-- seine vorher eingestellte Anzeige Null beibehalten.
Wenn die Anzeige des automatischen Kompensators nicht gleich Null ist, dann sind die wirklichen Werte der Spannungen an den ersten und zweiten Stufen der Dekade --8-- nicht gleich und die Differenz wird entsprechend der Anzeige des automatischen Kompensators ermittelt.
Danach werden unter Einstellung des Kurbelschalters der Dekade --8-- nacheinander in die Stellungen, die den Ablesungswerten von 3 x 10 mV, 4 x 10 mV usw. entsprechen, entsprechend den Anzeigen des automatischen Kompensators nacheinander die Differenzen zwischen den wirklichen Werten der Spannungen an den dritten, vierten usw. Stufen der Dekade --8-- und an ihrer ersten Stufe ermittelt.
Anschliessend werden die Differenzen zwischen der Spannung an einer der Stufen der Dekade --7-und den Spannungen an den andern Stufen derselben Dekade ermittelt.
Zu diesem Zweck wird der Kurbelschalter--46-- in die für die Messung der oben erwähnten Differenzen der Spannungen bestimmte Stellung eingestellt. Die Verbindungen der Kontakte der Kontaktrei-
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hen --50, 51,52 und 53--, die der oben angegebenen Stellung des Kurbelschalters --46-- entsprechen, sind nicht gezeichnet, um das Schaltbild der Fig. 6 nicht kompliziert zu machen. Diese Verbindungen
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--8-- ähnlichi angeschlossen sind.
Die Vollspannung einer Stufe der nach ihrem Wert grösseren Dekade --7-- (z. B. 10 mV) hat keine gleichwertigen Sollspannungen an den Widerständen der nach ihrem Wert kleineren Dekade-14 und
15--, die zu dem Stromkreis --2-- gehören. Die entsprechenden Kontakte der Kontaktreihen-51 und
53-- werden deswegen mit den andern, nicht in Fig. 6 abgebildeten Punkten des Stromkreises --2-- verbunden, die so gewählt sind, dass die an ihnen liegende Sollspannung der Spannung an einer Stufe der Dekade --7-- gleich wird.
Es werden keine besonderen Ansprüche an die Genauigkeit des wirklichen Wertes der oben erwähn- ten Spannung im Stromkreis --2-- gestellt. Sie soll aber so nah dem Wert der Spannung an einer Stufe der Dekade --7-- liegen, dass sich eine Gleichheit derselben miteinander mit Hilfe von der im Strom- kreis --2-- liegenden Regelanordnung --23-- herstellen lässt. Übrigens weicht die Messung der Diffe- renz der Spannungen an den Stufen der Dekade --7-- von der für die Dekade --8-- beschriebenen Mes- sung nicht ab.
Es wird danach die Differenz zwischen der Spannung an einer Stufe der Dekade --7-- (Sollwert
10 mV) und der Summe der Spannungen der zehn Stufen der Dekade --8-- (Sollwert der Spannung an einer Stufe 1 mV) gemessen. Zu diesem Zweck muss sich der Kurbelschalter --46-- in der für die Mes- sung der Differenz der Spannungen an den Stufen der Dekade --7-- vorgesehenen Stellung befinden.
Der Kurbelschalter der Dekade --7-- wird auf die Spannung 1 x 10 mV eingestellt. Die Bürsten --28 und 36-- werden um eine Stufe nach links im Vergleich zu der in Fig. 6 gezeigten Lage verstellt und sind über die Kontakte der Kontaktreihe --24-- mit den Abgriffen der Widerstände der ersten Stufe der Dekade --7-- verbunden.
Mit Hilfe der Regelanordnung wird die Gleichheit der Spannungen im Stromkreis --2-- und an der ersten Stufe der Dekade-7-im Stromkreis-l-erzielt, damit der automatische Kompensator --20-- eine Nullanzeige gibt. Danach stellt man den Kurbelschalter der Dekade --7-- in die dem Ablesungs- wert von 0 x 10 mV bei der Messung der unbekannten Spannung entsprechende Stellung ein. Die Bürsten - 38 und 36--werden in die in Fig. 6 abgebildete Lage übergehen und die volle Spannung an den zehn
Stufen der Dekade --8-- wird an den Kontaktringen --32 und 40-- angeschlossen. Der automatische
Kompensator --20-- zeigt die Differenz der erwähnten Spannungen.
Anschliessend misst man auf ähnliche Weise bei der entsprechenden Stellung des Kurbelschalters - die Differenzen zwischen den Spannungen an den Teilen des Stellwiderstandes --6-- und den
Spannungen an den Stufen der Dekaden --7 und 8--.
Wenn die Messungen der Differenzen zwischen den Spannungen an den Widerstandsdekaden und den Spannungen an dem Stellwiderstand im Stromkreis vorgenommen ist, dann geht man zu den Mes- sungen im Stromkreis über.
Die dazu nötigen elektrischen Verbindungen können dann mit Hilfe des Kurbelschalters--46-- ver- wirklicht werden. (Ähnlich wie bei der Messung der Spannungsdifferenzen im Stromkreise
Um die Erfindung leicht verständlich zu machen, ist in Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kompensators mit den Widerstandsdekaden --7, 8,14 und 15-- dargestellt, die den Wi- derstandsdekaden --7 und 8-- des bekannten White-Kompensators (Fig. 1) ähnlich sind.
Aus der Beschreibung ist es klar, dass die Erfindung auch für einen Kompensator mit den Widerstandsdekaden verwirklicht werden kann, die eine andere Konstruktion haben, als im Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Nach den Ergebnissen der selbständigen Kontrolle kann eine Eichung des Gleichstromkompensators vorgenommen werden, um die Genauigkeit seiner Messergebnisse zu erhöhen. Zu diesem Zweck werden die bei der Kontrolle gemessenen Differenzspannungen mit Hilfe der veränderbaren Eichungswider- stände --57-- verringert, welche den Stufen der Widerstandsdekaden --7, 8, 14 und 15-- und den Teilen der Stellwiderstände parallelgeschaltet sind.
Der automatische Kompensator--20--wird durch den Vergleich mit den Spannungen an den Kompensationswiderständen des Kompensators kontrolliert und bei der Notwendigkeit seiner Eichung mit Hilfe von seinen veränderbaren Eichungswiderständen (nicht in Fig. 6 abgebildet) geeicht. Danach werden die Spannungen an allen Widerstandsdekaden und Stellwiderständen des Kompensators nochmals kontrolliert und geeicht.
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Die Ergebnisse der selbständigen Kontrolle des Kompensators können nicht nur für die Verringerung der Messtoleranzen durch die Eichung, sondern auch für die Ermittlung des genauen Wertes dieser Toleranzen verwendet werden, um die Korrektionswerte der Messergebnisse zu erfassen.
Zur leichteren Einsichtnahme sind nachstehend die Ableitungen der Formeln zur Berechnung der Kompensatorkorrekturen gemäss den Spannungsdifferenzen sowie entsprechende Beispiele angeführt.
Nimmt man folgende Bezeichnung an :
Um, i tatsächlicher Wert der Spannung an der Stufe i der Dekade m ; Um'. Nennwert der Spannung an der Stufe i der Dekade m ; m, inenn Am i Korrektur für Stufe i der Dekade m ; dm,i Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der Spannung an der Stufe i der Dekade m und dem tatsächlichen Wert der Spannung an der ersten Stufe derselben Dekade ; so erhält man auf Grund der Defination : dm, i = Um,i - Um,l (1) #m,i = Um,i - Um,inenn (2)
Unter Berücksichtigung dessen, dass die Nennwerte der Spannungen aller Stufen einer und derselben Dekade untereinander gleich sind, d. h. dass
Um, inenn=Um,lnenn ist, erhält man :
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nungswert an der Stufe i und dem tatsächlichen Spannungswert an der ersten Stufe plus Korrektur für die erste Stufe derselben Dekade.
Nimmt man weiter folgende Bezeichnungen an :
Um, 1-10 tatsächlicher Wert der Vollspannung an zehn Stufen der Dekade m ;
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der Dekade m und tatsächlichen Wert der Spannung Um-1,1 an der ersten Stufe der Oberdekade m-1; so gemäss der Defination erhält man : dm, l-10 = Um, 1-lo-Um-1, 1 (4)
Am, 1-10 = Um, l-10'Um, l-lOnenn (5)
Der Nennwert der Vollspannung an zehn Stufen der Unterdekade m des Kompensators ist gleich dem Spannungsnennwert Um-i i einer Stufe der Oberdekade m-l.
Um. 1-10nenn = Um-1,1nenn (6)
Aus Gleichung (4) erhält man :
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Anderseits ist die Korrektur für Vollspannung an der Dekade gleich der Summe von Korrekturen für die Einzelstufen dieser Dekade.
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Durch Einsetzung des Wertes Am, i aus der Gleichung (3) in die Gleichung (8) erhält man :
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Durch Ermittlung von Am 1 aus der Gleichung (9) erhält man :
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Durch Einsetzung aus Gleichung (7) erhält man :
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d. h. die Korrektur für die erste Stufe der untenstehenden Dekade m kann gemäss Gleichung (11) ausgedrückt werden durch die Korrektur für die erste Stufe der Oberdekade (m-1), durch die Differenz zwischen der Gesamtspannung an der Dekade m und der Spannung an der ersten Stufe der Dekade (m-1) und durch die Summe der Differenzen zwischen den Spannungen an jeder der zehn Stufen der Dekade m und der Spannung an der ersten Stufe derselben Dekade.
Die Formel (9) ist für den Fall, dass die Dekade aus zehn Stufen besteht, abgeleitet. Falls im Schaltplan des Kompensators irgendeine Dekade m mit n Stufen benutzt wird, wobei n nicht gleich zehn ist, so kann auf dieselbe Weise folgende allgemeine Fogmel abgeleitet werden :
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Die Formel (12) unterscheidet sich von der Formel (9) nur durch die Änderung der Stufenzahl von zehn auf n. Wird in der Gleichung (12) Am,, ermittelt, erhält man einen der Formel (10) ähnlichen Ausdruck :
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regelbare Hauptteil des Einstellwiderstandes gleich 10] 8 Ohm zu halten. Nehmen wir an, dass in demselben Stromkreis die Widerstände 20 x 10 Ohm der Dekade I, deren Stufenwert 10 mV beträgt, und die Widerstände 10 x 1 Ohm der Dekade II, deren Stufenwert 1 mV beträgt, angeordnet sind.
Dann ist es zweckmässig, den Vollwiderstand der Dekade I als ersten Abschnitt des Einstellwiderstandes rst, 1 = 200 Ohm zu benutzen, dazu noch vier Abschnitte (rst, 2..., rest, 5) je 200 Ohm beizufügen, dann den Gesamtwiderstand der Dekade II als Abschnitt rst, 6 = ] 0 Ohm zu nehmen-und noch einen Abschnitt rst, 7 = 8 Ohm zuzusetzen, dabei ergibt sich zusammen der erforderliche Wert des Einstellwiderstandes. rst=rst, l-rst, 2+... rst, 7= 200 + 200 + 200 + 200 + 200 + 10 + 8 = 1018 Ohm.
Der oben erwähnten Bedingung (Bedingung 1) entsprechend summiert sich die Spannung am Einstellwiderstand aus folgenden Spannungen :
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Die Aufteilung des Einstellwiderstandes in Abschnitte kann auch auf andere Art ausgeführt werden.
Wichtig ist aber dabei, dass an den Abschnitten Spannungen entstehen, die mit den Spannungen an den Kompensations-Widerständen vergleichbar sind. Somit kann die Kompensationsprüfung auf die Messung von kleinen Differenzen zwischen den wirklichen Spannungen an den Abschnitten des KompensatorSchaltplanes zurückgeführt werden, an denen die Spannungsnennwerte untereinander gleich sein müssen.
Um dies zu erklären, wollen wir die Betrachtung des oben erwähnten Ausführungsbeispiels eines Einstellwiderstandes fortsetzen.
Die Vollspannung am Einstellwiderstand ist gleich der Summe der Spannungen an allen seinen Abschnitten :
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Uy=Uy, 1+Uy,2+....+Uy,7.
Daraus folgt, dass die Summe der Korrekturen für Spannungen an Einzelabschnitten der Korrektur für die Vollspannung am Einstellwiderstand gleich ist, welche im Betrieb durch regelmässige Nachstimmung des Arbeitsstroms gemäss dem Normalelement stets auf Null gebracht wird. Dabei wurd durch die regelmässige Nachstimmung die Gleichung Uy = EN gewährleistet, wodurch EN die EMK des Normalelements bezeichnet ist.
Somit erhält man :
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l +AyAy Korrektur für Gesamtspannung am Einstellwiderstand.
Da die Nennspannungen an den ersten fünf Abschnitten des Einstellwiderstandes der Gesamtspannung
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U1 1-20 an den zwanzig Stufen der Dekade I gleich sind, können die Korrekturen für diese Abschnitte des Ein- Hierist dy, 1 die Differenz zwischen dem tatsächlichen Spannungswert am Abschnitt i des Einstellwiderstandes und der tatsächlichen Gesamtspannung an der Dekade I, d. h.
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Im vorliegenden Fall erhält man für den ersten Abschnitt d=dy, i=0, da als erster Abschnitt des Einstellwiderstandes die Dekade I benutzt ist ; deshalb gilt :
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Aus demselben Grunde ist die Korrektur für die Spannung am sechsten Abschnitt des Einstellwiderstandes gleich der Korrektur für die Gesamtspannung an zehn Stufen der Dekade II :
#y,6 = #2,1-10 , (17) mit m = 2 erhält man gemäss Gleichung (7) 2, 1-10 = d2, 1-10 + Al, 1 , (18) mit m = 1 und n = 20 erhält man gemäss Gleichung (13)
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Durch Einsetzungvon (19) in die Gleichung (18) und durch Benutzung des Ergebnisses zur Einsetzung in die Gleichung (17) erhält man
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Betrachten wir die Korrektur für die Spannung am siebenten Abschnitt des Einstellwiderstandes.
Gemäss dem oben angeführten ist
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Durch dy, 7 wird die Differenz zwischen der tatsächlichen Spannung am siebenten Abschnitt und der Vollspannung an acht Stufen der Dekade II bezeichnet :
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Man formt den Ausdruck (22) unter Benutzung der Gleichung (21) um :
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oder (23)
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Mit m = 2 erhält man gemäss Gleichung (3) 2, i = d2,i + #2,1 . (24) Durch Einsetzung von (24) in (23) erhält man :
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Aus der Gleichung (25) erhält man :
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mit m = 2 erhält man gemäss (11)
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Durch Einsetzung des Ausdrucks für jazz 1 aus Gleichung (19) erhält man
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Durch Einsetzung von (27) in Gleichung (26) erhält man
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Die Formeln (15), (20) und (28) geben die Korrekturen für die Spannungen an sämtlichen Abschnitten des Einstellwiderstandes an. Diese Korrekturen sind aber dabei durch die Korrektur 6. 1-20 für die Vollgesamtspannung an der Dekade I ausgedrückt.
Gemäss Gleichung (14) ist beim Betrieb des Potentiometers die Summe der Korrekturen für die Spannungen sämtlicher Abschnitte des Einstellwiderstandes stets gleich Null. Durch Einsetzung der Ausdrücke für die Korrekturen aller Abschnitte der Formeln (15), (20) und (28) erhält man nach einigen unkomplizierten Umformungen
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Durch Eliminierung von Al .-20 in dieser Gleichung erhält man
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Sämtliche Koeffizienten in der Formel (29) sind mit ihren genauen Werten ohne Abrundung angegeben und haben einen bestimmten physikalischen Inhalt. Zum Beispiel ist der Koeffizient 5, 09 im
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wobei gilt für die erste Dekade gemäss Gleichung (19)
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Gleichung (30) enthalten sind, gemäss der Formel :
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nacheinander berechnet.
Für die Ableitung der Formel (32) siehe Ableitung der Formel (11).
Die Formeln (29), (30), (31) und (32) ermöglichen es, die Anzeigekorrekturen für eine beliebige Dekade des Kompensators zu berechnen, wobei nur die Messergebnisse der Spannungsdifferenzen an den Abschnitten des Einstellwiderstandes und an den Messwiderständen benutzt werden. Die Formeln (30) und (32) haben allgemeine Bedeutung und sind von der Stufenzahl der Dekade I und von der Abschnittzahl des Einstellwiderstandes nicht abhängig.
Die Formeln (29) und (31) sind für das oben angegebene Beispiel abgeleitet, d. h. für den Fall, dass die Dekade I 20 Stufen hat und der Einstellwiderstand in Abschnitte mit den im Beispiel angeführten Werten unterteilt ist.
Mit Hilfe des oben angeführten Rechenverfahrens und des Anwendungsbeispiels sind auch für andere
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aber ein noch komplizierterer Fall, wenn nämlich ein Teil der Widerstände im Kompensator-Schaltplan sowohl für Einstell- als auch für Messwiderstände benutzt wird. Eben ein solcher noch komplizierterer Fall ist auch im Beispiel angeführt worden.
Die Formel (31) wurde in ihrer allgemeinen Gestaltung oben analysiert. Für den Fall, dass im Kompensator-Schaltplan die erste Dekade mit einer Stufenzahl n = 20 angewendet wird, wird die Formel (31) durch die Formel (13) ersetzt, wobei m = 1, für n aber die gegebene Dekadenstufenzahl anzunehmen ist.
Die Erfindung ermöglicht es, mit Hilfe des zu kontrollierenden Gleichstromkompensators eine Kontrolle und Nacheichung desselben am Messplatz durchzuführen, wobei eine beliebige Messgenauigkeit erreicht werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gleichstromkompensatoranordnung mit mindestens zwei Kompensationskreisen und einem selbstabgleichenden Kompensator, die Einstellwiderstände sowie Dekaden von Kompensationswiderständen
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selbstabgleichende Kompensator (20) zur Messung der Spannungsdifferenz dient.
2. GleichstromkompensatoranordnungnachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einstellwiderstand (6, 13) des Kompensators mit Abgriffen (55) versehen ist, die denselben in Teile unterteilen, wobei die an den Teilen liegenden Spannungen den Spannungen an den Stufen der Dekaden der Kompensationswiderstände (7, 8, 14, 15) desselben Stromkreises gleich sind.