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Kompensationsmeßverfahren zum Messen von Strömen und Spannungen mit
Hilfe einer Brücke Die Erfindung bezieht sich auf ein Kompensationsmeßverfahren
zum Messen von Strömen und Spannungen mit Hilfe einer Brücke, bei der mindestens
ein Brückenzweig aus einem spannungsabhängigen, die übrigen Brückenzweige aus spannungsunabhängigen
Widerständen bestehen und bei der die an einer Brückendiagonale angelegte Brückenspeisespannung
durch Verschwindenlassen der anderen Brückendiagonalspannung auf einen bestimmten
Wert eingestellt wird. Die Messung wird meistens durch Vergleichen der von einer
Meßeinrichtung gelieferten Meßspannung mit einer einstellbaren Vergleichsspannung
durchgeführt, wobei sich beide Spannungen nach erfolgter Einstellung aufheben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige Meßbrücke
dahingehend zu verbessern, daß sie den praktischen Erfordernissen der Meßtechnik
besser angepaßt ist.
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Diese Aufgabe wird an einer Meßbrücke der oben näher beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Verändern des Teilabgriffes eines
beliebig teilbaren spannungsunabhängigen Widerstandes die andere Diagonalspannung
als Vergleichsspannung eingestellt wird, die Vergleichsspannung an dem Teilabgriff
einerseits und andererseits zwischen dem spannungsabhängigen Widerstand und einem
spannungsunabhängigen Festwiderstand abgenommen wird und der beliebig teilbare Widerstand
in bezug auf die Anschlußpunkte der Brückenspeisespannung die eine Brückenhälfte
bildet.
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Es sind schon Meßbrücken bekanntgeworden, bei denen nicht die Anschlußpunkte
der Brückenspeisespannung, sondern die anderen beiden Brückendiagonalpunkte über
einen weiteren teilbaren Widerstand miteinander verbunden bzw. an eine weitere Brücke
angeschlossen sind.
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Derartige Schaltungen können in ihrer Wirkung nicht mit der Anordnung
gemäß der Erfindung verglichen werden.
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Es ist des weiteren noch eine Brückenschaltung mit spannungsabhängigen
Widerständen vorgeschlagen worden, die eine Stabilisierung der Brückenspeisespannung
ergibt. Bei dieser bekannten Schaltung sind keinerlei Maßnahmen vorgesehen, die
es gestatten, den Meßbereich in beliebiger Weise der jeweiligen Meßaufgabe entsprechend
einzustellen, d. h. die Ablesegenauigkeit zu steigern und die Stromrichtung kontinuierlich
zu ändern.
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Auch fehlt die Möglichkeit, von positiver auf negative Spannung umzuschalten.
Außerdem ist die bekannte Vorrichtung nicht für verschiedene kontinuierlich einstellbare
Normalspannungen an den Brückenzweigen oder des Brückenspeisestromes geeignet.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und
zwar bedeutet Fig. 1 ein schematisches Schaltbild mit einem verschiebbaren Abgriff
zur Einregulierung der Stromlosigkeit des Meßindikators, Fig. 2 ein schematisches
Schaltbild mit zwei verschieb-
baren Abgriffen zur Einstellung einer beliebigen Brückenspeisespannung,
wobei ebenfalls der Meßindikator auf Stromlosigkeit eingestellt wird.
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In Fig. 1 bedeutet R 1 einen spannungsabhängigen Widerstand und R
2 einen spannungsunabhängigen Widerstand. Diese beiden Widerstände bilden über den
Leiter 1 die eine Hälfte der Brücke, während R 3 und R 4 zwei spannungsunabhängige
Widerstände darstellen, gebildet aus den beiden Abschnitten eines Schleifwiderstandes
S 1 beiderseits des festen Abgriffes A 1, wodurch die zweite Brückenhälfte gebildet
wird. Auf diesem Schleifwiderstand S 1 läuft dann noch der verschiebbare Abgriff
A 2, der über die Leiter 2 und 3 mit dem Meßkontakt M verbunden ist. An die beiden
freien Enden der Leiter 2 und 3 ist an den Punkten G und H die zu messende Spannung
Ux angelegt. Der feste Abgriff A 1 ist über den Leiter 4 mit dem Eichkontakt E verbunden.
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Die beiden Kontakte M und E sind über den Schalter S mit der Anzeigevorrichtung
1 verbunden, die mit ihrem anderen Pol an der einen Brückenleitung 1 liegt. In den
Punkten C und D sind die beiden Brückenhälften R 1, R 2 und R 3, R 4 vereinigt.
Weiterhin ist an den Punkten C, D noch der Leiter 5, 5 a mit der Speisebatterie
B und dem Regulierwiderstand R 5 angeschlossen. Die Spannung zwischen C, D betrage
U8.
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Fig. 2 enthält im wesentlichen dieselben Positionen wie Fig. 1, unterscheidet
sich aber von dieser durch einige Zusätze. Vor allem ist außer dem Schleifwiderstand
S1 mit den Teilwiderständen R3, R4 noch der Schleifwiderstand S2 mit den Teilwiderständen
Rfi, R 7 vorhanden.
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Auf diesem zweiten Schleifwiderstand S2 läuft der verschiebbare Abgriff
A 2' während der in Fig. 1 auf dem auch hier vorhandenen Schleifwiderstand S 1 angebrachte
feste Abgriff A 1 durch den verschiebbaren Abgriff A 1' ersetzt wurde. Der verschiebbare
Abgriff A 2' ist über die
Leiterstücke 6, 7, 8 mit dem verschiebbaren
Abgriff A 1' verbunden. Zwischen den Leiterstücken 6 und 7 ist an den Punkten F
und K eine weitere zu messende Spannung Ug, anlegbar. In diesem Stromkreis in Leiter
8 befindet sich eine weitere Anzeigevorrichtung 11. Was die zu messende Spannung
Uz betrifft, so werden in der Schaltung gemäß Fig. 2 die Funktionen der Widerstände
R3 und R4 aus Schaltung gemäß Fig. 1 durch die Widerstände R 6 und R7 übernommen.
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Wirkungsweise Zum Abgleichen der Brückenspeisespannung wird bei der
Anordnung nach Fig. 1 mit Hilfe des Regelwiderstandes R5 die Speisespannung Us so
eingeregelt, daß die Anzeigevorrichtung I stromlos wird. Zu diesem Zweck muß der
Schalthebel S auf den Eichkontakt E gestellt werden. Die an der Anzeigevorrichtung
I liegende Spannung Ui läßt sich bei unendlich großem Eigenwiderstand der Meßeinrichtung
I nach der Formel
berechnen. Zum Messen einer Spannung Ux an den Klemmen G und H wird der Umschalter
S auf die Klemme M geschaltet. Nun wird der Schleifkontakt A 2 so lange verschoben,
bis die Meßvorrichtung I wiederum stromlos wird. Hierin ist bei dem Abgleich von
U8, R1 = R2 und die Brückenspeisespannung U8 selbst eine eindeutig definierte, jederzeit
reduzierbare Konstante Usk geworden. Folglich ist
Die Kompensationsspannung Uz hängt damit nur noch von dem Verhältnis der Schleifdrahtwiderstände
R3 und R4 ab, so daß der Schleifwiderstand S1 direkt in Volt geeicht werden kann.
Aus dem Verhältnis Rl ~ R3 R2 R4 ist zu sagen, daß der Ausdruck R2 ~ 1 R1+R2 2 nur
für eine Eichung am Mittelabgriff A 1 gilt, durch den das Verhältnis R3 1 R4 bestimmt
wird. Da die Brückendiagonale für die Kompensationsspannung stets durch Stromlosigkeit
abgeglichen wird, ist eine konstante Belastung der Stromquelle B durch die gesamte
Brückenschaltung als
gegeben.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 läßt sich durch den weiteren Brückenzweig
R6, R7 der Ausdruck R2 R1 t R2 auf einen beliebigen Wert einstellen. Jede Einstellung
entspricht dann infolge des spannungs abhängigen Widerstandes R 1 einer bestimmten
Brückenspeisespannung Us
bei stromloser Brückendiagonale. Der Umschalter S befindet
sich dabei in der Stellung E. Das Verhältnis R4 R3 kann also direkt in Volt Brückenspeisespannung
geeicht werden. Die Brückenspeisespannung ist jetzt keine Konstante mehr, sondern
eine Funktion des Verhältnisses R4 zu R 3. Hierdurch ist es möglich, das Verhältnis
R6 R7 zu wählen, bei dem in Stellung M des Umschalters S über den Abgriff A 2 die
Brückendiagonalspannung Uz = O ist.
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Dadurch ist durch eine in anderer Höhe geeichte Brückenspeisespannung
auch ein anderes eindeutig definiertes Spannungsverhältnis in den Brückenzweigen
R7 und R6 vorhanden, so daß hierdurch nicht nur eine Skalenverschiebung des geeichten
Abgriffes A2, sondern auch eine Maßstabsänderung (Meßbereichsänderung) erfolgt.
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Für die Eichung gilt die Beziehung
während für die eigentliche Kompensationsmessung der Spannung Us folgende Beziehungen
gelten:
Da bei der Eichung R4 ~ R2 R3tR4 R1 + R2 wird, kann für
gesetzt werden.
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Werden noch die beiden Anschlußklemmen F und K eingeführt, so entsteht
eine Doppelbrücke, in der die Diagonalspannung UZ, folgender Beziehung folgt:
Die einzelnen Brückenzweige verhalten sich hierin wie R4 ~ R7 R3 R6 während die
Brückenspeisespannung Us durch die vorangegangene Eichung mittels R5 über die Brücke
R4 R2 R3 R1 als Usk eindeutig definiert wurde. In Serie mit der der Kompensationsspannung
Uy entgegengeschalteten zu messenden Spannung liegt noch in bekannter Weise ein
Nullstromindikator, der beispielsweise in einem an F und K angeschlossenen Nachlaufverstärker
enthalten sein kann.
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Die Messung der unbekannten Spannung U5 bzw. U, kann auch für Regelvorgänge
verwendet werden. Ein Brückenzweig kann auch aus einem an sich bekannten Widerstandsthermometer
gebildet werden. Die Messung der Temperatur erfolgt dann in der Brückendiagonalen
nach der Ausschlagmethode mit eindeutig definierter Brückenspeisespannung.
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Es können auch mehrere spannungsabhängige bzw. stromabhängige Widerstände
mit unterschiedlicher oder entgegengesetzter Charakteristik in mehreren Brückenzweigen
verwendet werden, z. B. R1 mit positiver (Metallfadenlampe
) und
R2 mit negativer (Kohlenfadenlampe) Widerstandsänderung. Dies gilt auch für die
Brückenzweige R3, R4, R6, R7, so daß die Spannungsempfindlichkeit der Brückenschaltung
in der Brückendiagonalen in bezug auf die Brückenspeisespannung erheblich gesteigert
und eine größere Eichgenauigkeit der Brückenspeisespannung erzielt wird.