Vorrielltung zur Messung von Gleiellspannungen geringer Grösse.
Für die Messung von Gleichspannungen geringer Grösse und insbesondere für die Messung der Klemmenspannung einer Gleichstromquelle mit einem sehr hohen innern Widerstand sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die zu messende Gleichspannung mittels eines Kondensators, der durch die zu messende Gleichspannung geladen wird, in eine Wechselspannung umgesetzt wird, während Mittel vorgesehen sind, mit denen die Rondensatorkapazität periodisch mit einer bestimmten Frequenz geändert wird. Dem Kondensator kann in diesem Fall eine Wech seispannung mit einer Amplitude entnommen werden, die der Grösse der dem Kondensator zugeführten Gleichspannung proportional ist, und diese Wechselspannung kann nach Verstärkung und gegebenenfalls nach Gleichrichtung auf einfache Weise gemessen werden.
Derartige Vorrichtungen sind gleichfalls mit Vorteil anwendbar bei der Betimmung der Grösse von Gleichspannungen mit Hilfe eines Kompensationsverfahrens, bei dem die erreichte Genauigkeit von der Genauigkeit abhängig ist, mit der die Differenz zwischen der unbekannten und einer bekannten Gleichspannung gemessen werden kann.
Die Anmelderin hat gefunden, dass die Genauigkeit, mit der mit den obenbeschriebenen Vorrichtungen eine Gleichspannung gemessen werden kann, unter Umständen wesentlich geringer ist, als im Hinblick auf den zur Verstärkung der dem Kondensator entnommenen : Wechselspannung verwendeten Verstärker erwartet werden dürfte.
Die Erfindung zeigt einen Weg, die bei Vorrichtungen der beschriebenen Gattung eine wesentlich grössere Messgenauigkeit ermöglicht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Messgenauigkeit durch die Speisequelle des verwendeten Verstärkers ungünstig beeinflusst werden kann, wenn diese Speisequelle eine zumindest eine Wechsel spannungskomponente enthaltende Speise spannung liefert und die genannte ungünstige Beeinflussung sogar dann auftritt, wenn die gegebenenfalls durch Gleichrichtung erhaltenen und den Verstärkerröhren des Verstärkers zugeführten Speisespannun; gen (Anoden- und Schirmgitterspannungen, Steuergittervorspannungen ! und dergleichen) sorgfältig abgeflacht werden.
Der genannte Übelstand, der offenbar durch kapazitive und/oder induktive Kopp lung zwischen den in dem Raum, in dem die Messvorrichtung angeordnet ist, vorhandenen Netzleitungen einerseits und an der seits dem Kondensator mit sich periodisch ändernder Kapazität, dessen Verbindungsleitungen mit dem Verstärker und mit der die zu messende Gleichspannung liefernden Quelle und mit dieser Quelle verbundenen Leitungen oder Gegenständen herbeigeführt wird, wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass in der Messvorrichtung die Va riationsfrequenz des Kondensators von der Frequenz der genannten Wechselspannungs komponente und von jenen höheren :
Harmo- nischen dieser Frequenz, die zu einer störenden Wechselspannungskomponente im Verstärker Anlass geben können, abweicht, und dass die dem Kondensator entnommenen, in ihrer Frequenz verschiedenen Wechselspannungen derart nach der Frequenz getrennt werden, dass von diesen Wechselspannungen nur diejenigen, die eine der Variationsfrequenz des Kondensators entsprechende Frequenz besitzen, eine Anzeige verursachen.
Um die frequenzmässige Trennung der dem Kondensator entnommenen Wechselspannungen zu vereinfachen, wenn die Variationsfrequenz des Kondensators verhält nismässig niedrig ist, z. B. kleiner als 200 Rz, wird die Variationsfrequenz vorzugsweise derart gewählt, dass sie zumindest annähernd (s + 1A2) n entspricht, wenn n die Frequenz der Wechselspannungskomponente der Speisespannung und s eine ganze Zahl ist.
Die frequenzmässige Trennung der Wechselspannungen kann durch das mit dem Verstärker verbundene Anzeigeinstrument selbst in der Weise erfolgen, dass ein an sich bekanntes, nur für eine bestimmte Frequenz empfindliches Anzeigeinstrument verwendet wird.
Es ist jedoch empfehlenswert, einen Verstärker zu benutzen, der die Variationsfrequenz des Kondensators selektiv verstärkt, wodurch es möglich wird, ein empfindliches Anzeigeinstrument der allgemein üblichen Type, zum Beispiel eine Drehspulinstrument oder einen Kathodenstrahl- anzeiger, zu benutzen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt ist.
Bei der gezeichneten Vorrichtung besteht die zu messende Gleichspannung aus dem Unterschied zwischen einer Spannung unbekannter Grösse EPH, wie z. B. bei der Bestimmung von Säurekonzentrationen (pa-Mes- sungen) der Fall ist, und einer einstellbaren Vergleichsspannung Ev bekannter Grösse.
Die zwischen den Anschlussklemmen 1 der Vorrichtung herrschende Unterschiedsspannung wird der Reihenschaltung eines vorzugsweise hochohmigen Widerstandes 2 und eines Kondensators a zugeführt, wodurch der Kondensator durch die zu messende Spannung aufgeladen wird. Dadurch, dass die Grösse des Kondensators periodisch mit einer bestimmten Frequenz geändert wird, entsteht zwischen den Anschlussklemmen des Kondensators eine Wechselspannung, deren Grösse der Grösse der dem Kondensator zugeführten Gleichspannung proportional ist.
Die auf diese Weise erhaltene Wechselspannung wird in der dargestellten Vorrichtung mit Hilfe von Kopplungskondensatoren 4, 5 dem Steuergitter der Verstärkerröhre 6 und nach weiterer Verstärkung mit : E Hilfe einer zwei- ten Verstärkerröhre 7 dem Steuergitter eines Triodenverstärkersystems zugeführt, das zusammen mit einem Rathodenstrahlanzeiger, der im vorliegenden Fall als Anzeigeinstrnment dient, in einer Röhre 8 angeordnet ist.
Die Schaltung ist derart gewählt, dass, falls am Kondensator 31 keine Wechselspannungen auftreten und somit Epn und EV gleich gross sind, die fluoreszierende Oberfläche des Kathodenstrahlanzeigers eine gleichbleibende Mindestgrösse besitzt, während, falls die genannten Spannungen verschieden sind und somit am Kondensator 3 eine Wechselspannung einer der Spannungs differenz proportionalen Grösse auftritt, die fluoreszierende Oberfläche grösser als im erstgenannten Fall ist und sich ausserdem im Rhythmus der Wechselspannung ändert.
Der Verstärker ist für Speisung aus einem Wechselstromnetz eingerichtet. Die dem Netz entnommene Wechselspannung wird den Anschlussklemmen 9 der Primärwicklung eines Netztransformators 10 zugeführt und, nachdem sie von einer Zweiweggleichrichterröhre 11 gleichgerichtet und mit Hilfe eines aus zwei Rondensatoren 12 und einem Reihenwiderstand 13 bestehenden Abflachfilter abgeflacht worden ist, den Verstärkerröhren 6, 7, 8 zugeführt.
Da Verstärker- und Speiseschaltungen der in der Figur dargestellten Type als bekannt angenommen werden dürfen und ihre genaue Ausführung für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, wird darauf nicht weiter eingegangen.
Die Erfindung hat, wie bereits erwähnt, den Zweck, zu verhindern, dass aus dem Starkstromnetz herstammende Wechselspannungen, die durch kapazitive und/oder in duktive kopplung zwischen dem Starkstrom netz und dem Kondensator nebst den mit letzterem verbundenen Leitungen und Vorrichtungen entsprechende Wechselspannungen zwischen den Anschlussklemmen des Kondensators 3 entstehen lassen, einen störenden Einfluss auf die vorzunehmenden Mes sungen haben können.
Die Frequenzen der Störspannungen, die infolge der genannten l < : Kopplung auftreten können, entsprechen selbstverständlich der Netzfrequenz und/oder höheren Harmoni schen dieser Frequenz, wobei zu berücksich tigen ist, dass einige höhere Harmonische der Netzfrequenz, oder bei einem Gleich stromnetz höhere Harmonische der Grund frequenz der Sechs elspannungskomponente der Netzspannung häufig eine verhältnismässig grosse Amplitude besitzen. Die dadurch verursachten Störungen würden zur Folge haben, dass sich nicht genau feststellen lässt, wann die durch die zu messende Spannung verursachte Wechselspannung gleich Null ist, da unabhängig davon am Konden- sator stets eine Wechselspannung auftritt.
Ein derartiger störender Einfluss wird in der dargestellten Vorrichtung dadurch vermieden, dass die Variationsfrequenz der Kapazi- tät des Kondensators 3 derart gewählt wird, dass sie von der Netzfrequenz und von jenen höheren Harmonischen dieser Frequenz, die eine Störung veranlassen könnten, abweicht, während die dem Kondensator entnommenen Wechselspannungen mit einer der Variationsfrequenz der Kondensatorkapazität entsprechenden Frequenz erst nach. selektiver Verstärkung dem Anzeigeinstrument zugeführt werden.
Die dargestellte Vorrichtung weist zu diesem Zweck einen Röhrengenerator 14 an sich bekannter Schaltung auf, die von dem für den Verstärker vorgesehenen Netzanschlussgerät gespeist wird und Schwingungen erzeugt, deren Frequenz durch den Schwingungskreis 15 bestimmt wird. Die in diesem Kreis auftretenden Schwingungen werden mit Hilfe eines Transformators 16 einer Spule 17 zugeführt, die in einem von einem Dauermagneten 18 erzeugten Magnet- feld beweglich angeordnet ist. Für die Spule 17 und den Magneten 18 ist mit Vorteil ein an sich bekanntes Lautsprechersystem anwendbar.
Wie in der Figur schematisch angegeben ist, ist die Spule 17 mit einer der Elektroden des : Kondensators 3 derart mecha- nisch verbunden, dass die Elektroden in bezug aufeinander in Schwingung versetzt werden und auf diese Weise die Kapazität des Kondensators im Rhythmus der vom Generator 14 erzeugten Schwingungen geändert wird. Eine dem : Kondensator 3 zugeführte Gleichspannung wird dann in eine Wechselspannung einer der Eigenfrequenz des Krei- ses 15 entsprechenden Frequenz umgesetzt.
Diese Wechselspannung wird mit Hilfe des Verstärkers 6, 7, 8 selektiv verstärkt, da die Anodenimpedanz der Röhre 6 aus einem auf die Variationsfrequenz des Kondensators 3 abgestimmten Schwingungskreis 19 besteht.
Im allgemeinen wird bei geeigneter Wahl der Variationsfrequenz bereits mit Hilfe eines einzigen Schwingungskreises guter Qualität eine ausreichende Selektion erreicht.
Im Hinblick darauf wird die Variationsfrequenz vorzugsweise derart gewählt, dass sie (s + l/2) e entspricht, wenn n die Netz- frequenz, oder bei einem Gleichstromnetz die Grundfrequenz der Wechselspannungskomponente der Netzspannung, und s eine ganze Zahl und vorzugsweise grösser als 1 ist.
Wenn zum Beispiel n = O Hz, so beträgt die Variationsfrequenz vorzugsweise zum Beispiel 125 Hz.
Durch die genannten Massnahmen wird erreicht, dass etwaige am Kondensator 3 auftretende, vom Speisenetz herrührende Störspannungen das Anzeigeinstrument nicht beeinflussen und daher eine sehr grosse Messgenauigkeit gewährleistet wird.
PBTENTBNSPRUCH :
Vorrichtung zur Messung von Gleichspannungen geringer Grösse, insbesondere zur Messung einer mit Hilfe eines JEompen- sationsverfahrens erhaltenen Differenzspannung einer Gleichspannung bekannter Grösse und einer Gleichspannung unbekannter Grösse, bei der die zu messende Gleichspannung mittels eines Kondensators, der durch die zu messende Gleichspannung aufgeladen wird, in eine Wechselspannung umgewandelt wird, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Kondensatorkapazität periodisch mit einer bestimmten Frequenz geändert werden kann, und bei der die erhaltene Wechselspannung über einen Verstärker, der für Speisung mit einer zumindest eine Wechselspannungskomponente enthaltenden Speisespannung eingerichtet ist, einem Anzeigeinstrument zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Variationsfrequenz der Kondensatorkapazität von der Frequenz der genannten Wechselspannungskomponente und von jenen höheren Harmonischen dieser Frequenz, die zu einer störenden Wechselspannungskomponente im Verstärker Anlass geben, abweicht, und dass die dem Kondensator entnommenen, verschieden frequenten Wechselspannungen derart frequenzmässig getrennt werden, dass von diesen Wechselspannungen nur diejenigen, die eine der Variationsfrequenz des Kondensators entsprechende Frequenz besitzen, eine Anzeige verursachen.
Pre-ripple for the measurement of floating stresses of small magnitude.
For the measurement of DC voltages of small magnitudes and especially for the measurement of the terminal voltage of a DC power source with a very high internal resistance, devices are known in which the DC voltage to be measured is converted into an AC voltage by means of a capacitor that is charged by the DC voltage to be measured , while means are provided with which the round capacitor capacitance is periodically changed at a certain frequency. In this case, an alternating voltage with an amplitude that is proportional to the magnitude of the direct voltage supplied to the capacitor can be taken from the capacitor, and this alternating voltage can be measured in a simple manner after amplification and, if necessary, after rectification.
Such devices can also be used with advantage in determining the magnitude of DC voltages with the aid of a compensation method, in which the accuracy achieved depends on the accuracy with which the difference between the unknown and a known DC voltage can be measured.
The applicant has found that the accuracy with which a direct voltage can be measured with the devices described above is under certain circumstances significantly lower than might be expected with regard to the amplifier used to amplify the alternating voltage taken from the capacitor.
The invention shows a way that enables a significantly greater measurement accuracy in devices of the type described.
The invention is based on the knowledge that the measurement accuracy can be adversely affected by the supply source of the amplifier used if this supply source supplies a supply voltage containing at least one alternating voltage component and the said unfavorable influence even occurs when the possibly obtained by rectification and the Amplifier tubes of the amplifier supplied supply voltage; (anode and screen grid voltages, control grid bias voltages! and the like) must be carefully flattened.
The above-mentioned drawback, which is evidently caused by capacitive and / or inductive coupling between the power lines in the room in which the measuring device is arranged, on the one hand and the capacitor with periodically changing capacitance, its connecting lines with the amplifier and on the other the source supplying DC voltage to be measured and lines or objects connected to this source is brought about, is avoided according to the invention that in the measuring device the variation frequency of the capacitor from the frequency of the named AC voltage component and from those higher:
Harmonic of this frequency, which can give rise to a disruptive alternating voltage component in the amplifier, deviates, and that the alternating voltages taken from the capacitor, different in frequency, are separated according to frequency in such a way that of these alternating voltages only those that correspond to one of the variation frequency of the Capacitor have the appropriate frequency, cause a display.
In order to simplify the frequency separation of the AC voltages taken from the capacitor when the frequency of variation of the capacitor is behaving tively low, z. B. less than 200 Rz, the variation frequency is preferably selected such that it corresponds at least approximately (s + 1A2) n, if n is the frequency of the AC voltage component of the supply voltage and s is an integer.
The frequency-related separation of the alternating voltages can be done by the display instrument connected to the amplifier itself in such a way that a display instrument which is known per se and is only sensitive to a certain frequency is used.
However, it is advisable to use an amplifier which selectively amplifies the frequency of variation of the capacitor, which makes it possible to use a sensitive display instrument of the general type, for example a moving-coil instrument or a cathode ray indicator.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which an embodiment of a device according to the invention is shown.
In the device shown, the DC voltage to be measured consists of the difference between a voltage of unknown value EPH, such as B. is the case when determining acid concentrations (pa measurements), and an adjustable equivalent voltage Ev of known size.
The difference voltage prevailing between the connection terminals 1 of the device is fed to the series connection of a preferably high-resistance resistor 2 and a capacitor a, whereby the capacitor is charged by the voltage to be measured. Because the size of the capacitor is changed periodically at a specific frequency, an alternating voltage is generated between the connection terminals of the capacitor, the size of which is proportional to the size of the direct voltage supplied to the capacitor.
The alternating voltage obtained in this way is fed in the device shown with the aid of coupling capacitors 4, 5 to the control grid of the amplifier tube 6 and, after further amplification with the help of a second amplifier tube 7, to the control grid of a triode amplifier system, which together with a Rathode ray indicator, the in the present case serves as a display device, is arranged in a tube 8.
The circuit is chosen so that, if there are no alternating voltages on the capacitor 31 and thus Epn and EV are the same size, the fluorescent surface of the cathode ray indicator has a constant minimum size, while, if the voltages mentioned are different and thus an alternating voltage on the capacitor 3 the voltage difference proportional magnitude occurs, the fluorescent surface is larger than in the first case and also changes in the rhythm of the alternating voltage.
The amplifier is set up for feeding from an alternating current network. The AC voltage taken from the network is fed to the connection terminals 9 of the primary winding of a network transformer 10 and, after it has been rectified by a full-wave rectifier tube 11 and flattened with the help of a flat filter consisting of two round capacitors 12 and a series resistor 13, is fed to the amplifier tubes 6, 7, 8 .
Since amplifier and feed circuits of the type shown in the figure may be assumed to be known and their precise design is not essential for the present invention, they will not be discussed further.
As already mentioned, the invention has the purpose of preventing alternating voltages originating from the power supply system from being caused by capacitive and / or inductive coupling between the power supply system and the capacitor in addition to the lines and devices connected to the latter, corresponding alternating voltages between the terminals of the capacitor 3 can have a disruptive influence on the measurements to be made.
The frequencies of the interference voltages that can occur as a result of the aforementioned I <: coupling, of course, correspond to the network frequency and / or higher harmonics of this frequency, whereby it must be taken into account that some higher harmonics of the network frequency or, in the case of a direct current network, higher harmonics of the The basic frequency of the six-voltage component of the mains voltage often have a relatively large amplitude. The interference caused by this would mean that it cannot be determined exactly when the alternating voltage caused by the voltage to be measured equals zero, since an alternating voltage always occurs on the capacitor regardless of this.
Such a disruptive influence is avoided in the device shown in that the variation frequency of the capacitance of the capacitor 3 is selected such that it deviates from the mains frequency and from those higher harmonics of this frequency that could cause interference, while the AC voltages removed from the capacitor with a frequency corresponding to the frequency of variation of the capacitor capacitance only after. selective amplification can be fed to the display instrument.
For this purpose, the device shown has a tube generator 14 of a circuit known per se, which is fed by the power supply unit provided for the amplifier and generates oscillations, the frequency of which is determined by the oscillating circuit 15. The vibrations occurring in this circuit are fed with the aid of a transformer 16 to a coil 17 which is movably arranged in a magnetic field generated by a permanent magnet 18. A loudspeaker system known per se can advantageously be used for the coil 17 and the magnet 18.
As indicated schematically in the figure, the coil 17 is mechanically connected to one of the electrodes of the capacitor 3 in such a way that the electrodes are set in oscillation with respect to one another, and in this way the capacitance of the capacitor is set to the rhythm of the generator 14 generated vibrations is changed. A direct voltage supplied to the capacitor 3 is then converted into an alternating voltage of a frequency corresponding to the natural frequency of the circuit 15.
This alternating voltage is selectively amplified with the aid of the amplifier 6, 7, 8, since the anode impedance of the tube 6 consists of an oscillating circuit 19 tuned to the variation frequency of the capacitor 3.
In general, with a suitable choice of the variation frequency, a sufficient selection is achieved with the aid of a single good quality oscillating circuit.
In view of this, the variation frequency is preferably selected such that it corresponds to (s + 1/2) e, if n is the network frequency, or in a direct current network, the fundamental frequency of the alternating voltage component of the network voltage, and s is an integer and preferably greater than 1 is.
For example, when n = 0 Hz, the variation frequency is preferably 125 Hz, for example.
The measures mentioned ensure that any interference voltages occurring at the capacitor 3 and originating from the supply network do not influence the display instrument and therefore a very high measurement accuracy is guaranteed.
PBTENT APPLICATION:
Device for measuring DC voltages of small magnitudes, in particular for measuring a differential voltage, obtained with the aid of a compensation method, of a DC voltage of known magnitude and a DC voltage of unknown magnitude, in which the DC voltage to be measured is charged by means of a capacitor that is charged by the DC voltage to be measured an alternating voltage is converted, while means are provided with the aid of which the capacitor capacitance can be changed periodically at a certain frequency, and in which the alternating voltage obtained is fed to a display instrument via an amplifier which is set up for supply with a supply voltage containing at least one alternating voltage component is characterized by
that the frequency of variation of the capacitor capacity differs from the frequency of the named alternating voltage component and from those higher harmonics of this frequency that give rise to a disruptive alternating voltage component in the amplifier, and that the alternating voltages of different frequencies taken from the capacitor are separated in terms of frequency in such a way that these alternating voltages only those which have a frequency corresponding to the frequency of variation of the capacitor cause an indication.