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Schaltungsanördnung zum Umformen einer verhältnismäßig kleinen Meßgleichspannung
in einen zur Übertragung geeigneten, verhältnismäßig starken, proportionalen Meßgleichstrom
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umformen einer Verhältnismäßig
kleinen Meßgleichspannufig in einen zur Übertragung geeigneten, verhältnismäßig
starken, proportionalen Meßgleichstrom, der von der Impedanz der Übertragungsleitung
unbeeinflußt ist. DieSchaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich insbesondere
zur entfernten Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen oder Widerstandselementen,
zur Übertragung der elektrischen Ausgangssignale von pH-Verstärkern oder elektrischen
Gasanalysatoren, zu Spannungsmessungen mit elektrischer Übertragung od. dgl.
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Die bisher bekannten Schaltungsanordnungen für Fernmessung weisen
eine Reihe von Nachteilen auf viele dieser Einrichtungen benötigen eine Normalbatterie
zur Lieferung einer konstanten Bezugsspannung, die der zu messenden Spannung entgegengesetzt
oder mit ihr durch ein Galvanometer verglichen wird, wobei dit Meßspannung meist
durch eine zusätzliche Spannung kompensiert wird ; die durch eine besondere Batterie
geliefert wird. In den meisten Fällen v werden zum Zwecke der Kompensation Scaleifdrähtpotentiometer
verwendet, die jedoch den Nachteil haben, daß der Übergangswiderstand des Schleifkontaktes
sich mit der Zeit ändert.
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Die Schleifkontakte müssen daher oft gereinigt werden ; ferner muß
das Instrument von Zeit zu Zeit neu eingestellt und mit derNormälbätterieVerglichen
werden, Um Spannungsänderungen, wie sie durch Temperaturänderungen oder aus anderen
Gründen entstehen, zu verringern ; verwenden einige der bekannten Geber Wechselrichter,
die das Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal verwandeln, welches ohne die
bei Gleichstromverstärkern leicht auftretenden, unerwünschten Spannungsverschiebungen
verstärkt werden kann. Diese Wechselrichter benötigen aber entweder empfindliche,
mechanisch bewegte Teile oder eine komplizierte Schaltung, die die Umwandlung von
Gleichström in Wechselstrom ermöglicht.
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Das Problem der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten
Schaltungsanördnung für Fernanzeige od. dgl, die imstande ist, ein schwaches Gleichstrom-Eingangssignal
in ein proportionales, starkes, zur Übertragung geeignetes Gleichstrom-Ausgangssignal
zu verwandeln, und die gegenüber den bekannten Einrichtungen dieser Art eine Reihe
von Vorteilen aufweist, insbesondere zuverlässig arbeitet, zur Umsetzung des Signals
keine Sclleifdrahtwiderstände oder Wechselrichter benötigt, keine häufige Wartung
und Nachstellung erfordert, keine Normalbatterie benötigt, mit Netzstrom betrieben
werden kann, nur einen sehr geringen Strom des primären Anzeigeelements benötigt,
Anderungen der Netzspannung und der Raumtemperatur automatisch ausgleicht, eine
rasche Anzeige ermöglicht und unabhängig von dem Widerstand der tÇbertragungsleitungen
ist.
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Das Wesen der Erfindung besteht in der Reihenschaltung aus einem
Meßwertgeber, einem temperaturabhängigen Widerstand, einem Meßbereichwiderstand
und einer Eingangsspule einer an sich bekannten elektromagnetischen Waage, die einen
einen Zweig einer Widerstandsbrücke bildenden Oszillator beeinnußt, in der Reihenschaltung
aus dem Brückenausgang, dem Meßbereichwiderstand und dem Umformerausgang und in
einer gleichartig aufgebauten, aus Widerstandsbrücke, Oszillator und Waage bestehenden
Spannungsquelle zur Speisung des temperaturabhängigen Widerstandes.
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Hunter einem Meßbereichwiderstand wird ein Widerstand verstanden,
dessen Änderung eine Änderung der Größe des Meßbereiches bewirkt. Der von der elektromagnetischen
Waage beeinnußte Oszilla-
tor wirbt nur Impedanzrohr, d. h., er
ändert den Widerstand des einen Brückenzweiges.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung enthält der Eingangskreis
der elektromagnetischen Waage in Reihe mit dem Meßbereichwiderstand einen auswechselbaren
Verschiebungswiderstand zur Nullpunktverschiebung des Meßbereiches, wobei der Verschiebungswiderstand
durch die geregelte Spannungsquelle gespeist wird. Unter einem Verschiebungswiderstand
wird ein Widerstand verstanden, dessen Anderung eine Nullpunktverschiebung bzw.
eine Versohiebung des Meßbereiches zur Folge hat.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele hervor.
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Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Gebers nach der Erfindung ; Fig.
2 ist ein Teilschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform für Spannungsmessungen
; Fig. 3 ist ein Teilschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform, bei der eine
Temperaturdifferenz mit Hilfe zweier Widerstandselemente gemessen wird.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus dem eigentlichen
Geber 11 und einer konstanten Spannungsquelle 12. Der Geber enthält eine auswechselbare
Meßbereicheinheit, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 13 bezeichnet ist und durch
deren Auswechselung verschiedene Meßbereiche erzielt werden können. Der eigentliche
Geber 11 enthält eine elektromagnetische Waage und gibt ein Gleichstrom-Ausgangssignal
ab, welches über die Leiter 14 und 15 auf eine Entfernung von 50 km oder mehr an
eine Kommandostelle übertragen werden kann, wo die Meßgröße abgelesen oder zur Regelung
benutzt werden kann. Das Gleichstrom-Ausgangssignal liegt für jeden Meßbereich zwischen
0, 5 und 5, 0 Milliampere, so daß es beispielsweise für eine Regelanordnung Verwendung
finden kann.
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Die konstante Spannungsquelle 12 wird an Stelle der sonst üblichen
Normalbatterie (Meßbatterie, die eine konstante Spannung liefert) verwendet, um
eine Kompensation der kalten Lötstelle des Thermoelements und eine Verschiebung
des Meßbereiches zu erzielen, wie weiter unten näher beschrieben. Sie wird ebenso
wie der eigentliche Geber 11 aus einem Wechselstromnetz von 110 oder 220 Volt gespeist
und enthält eine zweite elektromechanische Waage, die die Konstanthaltung der abgegebenen
Spannung bewirkt.
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Zunächst soll die konstante Spannungsquelle 12 beschrieben werden.
Sie enthält einen Waagebalken 25, an dessen einem Ende eine Spule 26 im Feld eines
Permanentmagneten 26a befestigt ist. Das andere Ende des Waagebalkens 25 ist derart
in der Nähe einer Oszillatorspule 27 angeordnet, daß die Induktanz dieser Spule
sich bei Anderung der Stellung des Waagebalkens ändert. Ein konstantes vorspannendes
Drehmoment wird auf den Waagebalken 25 durch eine geeignete Vorrichtung ausgeübt,
beispielsweise durch eine Spiralfeder 25 b, die mit Hilfe eines Einstellhebels 25a
verstellt werden kann, was zur Folge hat, daß sich die Ausgangsspannung der konstanten
Spannungsquelle 12 ändert. Die Spule 27 liegt in Reihe mit den Kondensatoren 28
und 29, die mit ihr einen Oszillatorkreis bilden, dessen Spannung über den Kondensator
30 an das Steuergitter einer Oszillatorröhre 31 gelegt wird. Der Wechselstrom des
Netzes 20 speist die Eingangswicklung eines Netz-
transformators 36 mit einer Sekundärwicklung
35, deren Spannung durch die Gleichrichter 37 und 38 gleichgerichtet wird, so daß
an den Klemmen des Kondensators 39 eine Gleichspannung entsteht.
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Diese Gleichspannung wird über eine Belastungsimpedanz 40 an die Anode
der Oszillatorröhre 31 gelegt. Die Oszillatorröhre 31 bildet den einen Arm einer
Wheatstoneschen Brücke ; der Kathodenwiderstand 41 der Röhre 31 bildet den zweiten
Arm dieser Brücke, und die Widerstände 42 und 43 bilden den dritten und vierten
Arm der Brücke. Die Eingangsklemmen der Brücke liegen an den Enden des Kondensators
39 ; die symmetrisch dazu angeordneten Ausgangsklemmen sind mit den Ausgangsleiternl6
und 17 verbunden, von denen die konstante Spannung abgegeben wird.
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Um auf den Waagebalken 25 eine Gegenkraft auszuüben, die das mechanische
Drehmoment der Feder 25 b ausgleicht, und eine sehr genaue Regelung der Ausgangsspannung
zu erzielen, sind die Ausgangsklemmen des Brückenkreises (also die Leiter 16 und
17) auch mit der Spule 26 verbunden, so daß ein Rückkoppelungseffekt entsteht. Der
Ausgangsleiter 16 ist über den Widerstand 45 und den Widerstand 46 mit der Spule
26 verbunden, deren zweite Klemme an den Leiter 17 gelegt ist. Die Kondensatoren
47 und 48 legen die Ausgangsleiter 16 und 17 an Erde, um hochfrequente Komponenten
auszufiltem. Der Widerstand 45 besteht vorzugsweise aus Kupfer, während der Widerstand
46 vorzugsweise aus Konstantan, Manganin od. dgl. besteht. Das Verhältnis dieser
Widerstände ist derart gewählt, daß ihr resultierender Temperaturkoeffizient gleich
dem resultierenden Temperaturkoeffizienten der Feder 25 b und des Permanentmagneten
26a ist. Der Temperaturkoeffizient der Feder 25 b hat zwar das entgegengesetzte
Vorzeichen wie der des Magneten 26 a, jedoch gleichen sich beide nicht ganz aus,
da die Feder 25b bei steigender Temperatur schneller schwächer wird als der Magnet
26 a. Die Widerstände 45 und 46 sind daher so gewählt, daß ein vollkommener Temperaturausgleich
erzielt und somit eine außerordentlich konstante Spannung erhalten wird.
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Wenn die Stellung des Waagebalkens 25 sich ändert, beispielsweise
durch Verstellung des Hebels 25 a, ändert sich die Induktanz der Spule 27, was zur
Folge hat, daß die Amplitude der durch die Oszillatorröhre 31 entwickelten Hochfrequenzspannung
sich ändert ; es ändert sich daher auch die Impedanz der Röhre 31, so daß das Gleichgewicht
der beschriebenen Brückenschaltung gestört und somit das Gleichstrompotential zwischen
den Leitern 16 und 17 geändert wird. Diese Gleichspannung beaufschlagt aber auch
die Spule 26, die an dem einen Ende des Waagebalkens 25 befestigt ist. Da die Spule
26 in dem Felde des Magneten 26 a angeordnet ist, wird daher auf den Waagebalken
25 eine Gegenkraft derart ausgeübt, daß der Waagebalken in einer neuen Stellung
zum Gleichgewicht kommt, in welcher die Kraft der Feder 25 b und die der Spule 26
sich die Waage halten. Da infolge der Wirkung der Rückkoppelungsspule26 bereits
eine sehr geringe Bewegung des Waagebalkens 25 ausreicht, um eine große Anderung
des Ausgangsstromes hervorzurufen, wird die Anordnung außerordentlich empfindlich.
Die Spannungsquelle 12 ist daher auch praktisch unempfindlich gegenüber Schwankungen
der Netzspannung, Sinderungen der Raumtemperatur und Alterung
der
Schaltungsteile. Alle Änderungen, die eine Anderung des Brückengleichgewichts hervorzurufen
suchen, werden sofort durch die Wirkung der Rückkoppelungsspule 26 kompensiert,
die den ursprünglichen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen sucht.
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An den Ausgangsleitern 16 und 17 wird daher eine sehr genau geregelte
Gleichspannung erhalten, die an die Stelle der bisher gebräuchlichen Meß-oder Normalbatterien
tritt, vor diesen jedoch den Vorzug hat, dal3 keine Nachstellung erforderlich ist,
daß die Spannungsquelle unabhängig von Schwankungen der Netzspannung und genügend
widerstandsfähig ist, um auch Stöße oder Schwingungen auszuhalten.
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Es soll nunmehr der eigentliche Geber 11 betrachtet werden. Es sei
angenommen, daß die Höhe der Temperatur angezeigt werden soll, die durch ein Thermoelement
gemessen wird. Die warme Lötstelle 55 des Thermoelements 10 ist mit der Klemme 56
der Meßbereicheinheit 13 verbunden. Die kalte Lötstelle 57 des Thermoelements ist
über einen Kompensationswiderstand 58 und einen Verschiebungswiderstand 59 mit der
Klemme 60 der Meßbereicheinheit und damit mit dem Ausgangsleiter 14 des Gebers verbunden.
Die Klemme 56 ist innerhalb der Meßbereicheinheit mit der Klemme 62 verbunden. Die
Klemme 62 ist mit der einen Klemme der Eingangsspule 63 verbunden, die auf dem Waagebalken
64 angeordnet ist ; die Spule 63 bewegt sich im Feld eines Permanentmagneten 65.
Die andere Klemme der Spule 63 ist mit der Klemme 66 der Meßbereicheinheit 13 verbunden.
Die Klemme 66 ist innerhalb der Meßbereicheinheit mit der Klemme 67 verbunden. Die
Klemme 67 ist über den Meßbereichwiderstand 68 mit der Ausgangsklemme 60 und mit
der Verbindungsstelle der Widerstände 59 und 69 verbunden.
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Das der Spule 63 gegenüberliegende Ende des Waagebalkens 64 bewegt
sich im Feld einer Oszillatorspule 72, die mit den Kondensatoren 73 und 74 in Reihe
liegt und mit ihnen einen Schwingungskreis bildet. Die Spannung dieses Schwingungskreises
wird über den Kondensator 75 an das Steuergitter einer Oszillatorröhre 76 gelegt.
Die in der Sekundärwicklung 77 des Netztransformators 36 induzierte Spannung wird
durch die Gleichrichter 78 und 79 gleichgerichtet, so daß sie als Gleichspannung
an den Klemmen des Kondensators 80 zur Verfügung steht.
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Diese Gleichspannung wird über die Belastungsimpedanz 81 an die Anode
der Oszillatorröhre 76 gelegt. Der Kathodenwiderstand 82 der Röhre 76 bildet den
einen Arm einer Brückenschaltung, die Widerstände 83 und 84 bilden den zweiten und
dritten Arm derselben, und die Röhre 76 bildet den vierten Arm.
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Der Eingang der Brückenschaltung liegt an den Klemmen des Kondensators
80. Der Ausgang erfolgt über die Leiter 85 und 86. Der Leiter 85 ist über einen
Prüfwiderstand 86 c mit dem Ausgangsleiter 15 des Gebers verbunden. Der Leiter 86
führt zur Klemme 67 der Meßbereicheinheit 13 und ist über den Meßbereichwiderstand
68 mit der Klemme 60 und damit mit dem Ausgangsleiter 14 des Gebers verbunden.
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Um eine automatische Kompensation der kalten Lötstelle und eine Verschiebung
des Nullpunktes des Meßbereiches (d. h. die Anderung der dem minimalen Ausgangsstrom
des Gebers zugeordneten Temperatur des Thermoelementes 10) zu erzielen, beaufschlagt
die in hohem Grade geregelte, konstante Spannungsquelle 12 den Kompensationswiderstand
58 und den
Verschiebungswiderstand 59. Hierbei ist der negative Ausgangsleiter 16
der Spannungsquelle 12 mit der Klemme 90 der Meßbereicheinheit 13 verbunden. Die
Klemme 90 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 58 und 59 verbunden. Der
positive Ausgangsleiter 17 der Spannungsquelle 12 ist über ein Nullstellpotentiometer
91 mit der Klemme 92 der Meßbereicheinheit 13 verbunden. Die Klemme 92 ist über
einen (einen Spannungsabfall erzeugenden) Widerstand 69 mit der rechten Klemme des
Verschiebungswiderstandes 59 verbunden. Der Leiter 17 ist ferner über den Widerstand
93 mit der Klemme 94 der Meßbereicheinheit 13 verbunden. Die Klemme 94 ist über
einen (einen Spannungsabfall erzeugenden) Widerstand 95 mit der linken Klemme des
Kompensationswiderstandes 58 verbunden. Der Strom des Leiters 17 fließt daher über
den Widerstand 93, den Widerstand 95 und den Widerstand 58 zum negativen Ausgangsleiter
16 und erzeugt dabei an den Enden des Widerstandes 58 einen Spannungsabfall der
in der Zeichnung angegebenen Richtung. In ähnlicherWeise fließt der Strom des Leiters
17 über das Potentiometer 91, den Widerstand 69 und den Widerstand 59 zum negativen
Ausgangsleiter 16 und erzeugt dadurch an den Enden des Widerstandes 59 einen Spannungsabfall
der entgegengesetzten Richtung, wie ebenfalls in der Zeichnung angegeben.
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Es solll nunmehr die Wirkungsweise des eigentlichen Gebers 11, der
das Thermoelement 10, die Ausgangsklemmen der Spannungsquelle 12 und die Meßbereicheinheit
13 enthält, erläutert werden. Die durch das Thermoelement 10 erzeugte Eingangs-Signalspannung
muß zunächst gleich der algebraischen Summe der Spannungen an den Klemmen des Kompensationswiderstandes
58 und des Verschiebungswiderstandes 59 sein. Wenn die Spannung des Thermoelementes
diese algebraische Summe der Spannungen an den Widerständen 58 und 59 überschreitet,
gibt das Thermoelement einen Strom ab, der durch die Eingangsspule 63 des Waagebalkens
64 und durch den Meßbereichwiderstand 68 fließt. Der Widerstand 68 liegt jedoch
derart im Ausgangskreis des Gebers 11, daß durch den Meßbereichwiderstand 68 ein
Rückkoppelungsstrom fließt, dessen Richtung dem Strom des Eingangskreises (also
dem vom Thermoelement abgegebenen Strom) entgegengesetzt ist.
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Die an der Eingangsspule 63 des Waagebalkens 64 liegende resultierende
Spannung ist daher gleich der Differenz zwischen der vom Thermoelement abgegebenen
Spannung und der an den Klemmen des Widerstandes 68 auftretenden Spannung. Eine
Anderung dieser Spannungsdifferenz, beispielsweise infolge einer Temperaturänderung
des Thermoelementes, wird in dem Geber verstärkt, so daß der durch den Widerstand
68 fließende Strom sich derart ändert, daß diese Differenz verringert wird ; der
Ausgangsstrom wird mithin derart geregelt, daß er der Eingangsspannung proportional
ist. Das Thermoelement braucht daher nur so viel Strom abzugeben, daß diese Differenz
ausreicht, um nach Verstärkung den gewünschten Wert des-Ausgangsstromes zu ergeben.
Da die Verstärkung außerordentlich hoch ist, wird dem Thermoelement nur ein sehr
schwacher Strom entnommen, der etwa in der Größenordnung eines halben Mikroampere
liegt. Der an den Enden des Widerstandes 59 auftretende Spannungsabfall, der den
Nullpunkt des Meßbereiches des fernen Anzeigeinstrumentes verschiebt, wird von der
konstanten Spannungsquelle 12
abgeleitet und bleibt daher konstant.
Durch Auswechselung der Meßbereicheinheit 13 und damit des Widerstandes 59 kann
die Verschiebung geändert und der Meßbereich verschoben werden. Der Kompensationswiderstand
58 für die kalte Lötstelle ist ein temperaturempnndlicber Widerstand ; da die Spannung
der Quelle 12 konstant ist, ändert sich daher der Spannungsabfall an den Klemmen
dieses Widerstandes mit der Temperatur der kalten Lötstelle. Wenn die Temperatur
im Instrumentengehäuse sich ändert, ändert sich daher die Spannung an den Enden
des Widerstandes 58 um den gleichen Betrag, jedoch in entgegengesetzter Richtung
so daß die durch die kalte Lötstelle des Thermoelements 10 bewirkte Spin= nungsänderung
kompensiert wird.
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Bei Inbetriebnahme des Gebers wird zunächst die Eingangswicklung
des Netztransformators 36 an das Wechselstromnetz 20 gelegt. Die Ausgangsklemmen
14a und 14b werden an die zu dem fernen Anzeigeinstrument fiihrenden Leitungen gelegt
oder kurzgeschlossen ; die Eingangsklemmen 56 und 57 für das Thermoelement werden
offen gelassen. Ein genau anzeigendes Voltmeter von hohem Innenwiderstähd (bzw.
eine Meßbrücke, ein Röhrenvoltmeter od. dgl.) wird dann an die Klemmebn 93a und
93b angelegt, um den Spannungsabfall des Widerstandes 93 zu messen. Darauf wird
der Einstellhebel 25a so eingestellt, daß die Spannung an den Enden des Widerstandes
93 gleich 1,000 Volt plus oder minus 0,025 Volt ist. Das Voltmeter wird danach an
die Prüfklemmen 86 a und 86 b gelegt, um die Spannung an den Enden des Widerstandes
86 c zu messen. Der Einstellhebel 64 a des Waagebalkens 64 wird dann so eingestellt,
daß die Spannung an den Enden des Widerstandes 86 c gleich 0, 500 Volt plus oder
minus 0, 025 Volt ist. Alsdann wird eine variable Spannungsquelle, die das Thermoelement
vertritt, an die Eingangsklemmen 56 und 57 gelegt. Die Eingangsspannung (in Millivolt)
dieser Spannungsquelle wird nun so eingestellt, daß sie dem unteren Wert des gewünschten
Meßbereiches entspricht. Darauf wird das Nullstellpotentiometer 91 so eingestellt,
daß die Spannung an den Enden des Widerstandes 86 c gleich 0, 10 Volt plus 6der
minus 0, 0025 Volt ist. Die das Thermoelement vertretende Spannungsquelle wird dann
auf eine Eingangsspannung gebracht, die dem höchsten Wert des gewünschten Meßbereiches
entspricht. Bei dieser Eingangsspannung soll die Spannung an den Enden des Widerstandes
86c gleich 1,00 Volt plus oder minus 0,01 Volt sein. Ist dies nicht der Fall, so
müßte der Widerstand 68 geändert werden. Das Voltmeter wird nun von den Klemmen
86 a und 86 b abgeschaltet und das Thermoelement 10 angeschlossen, worauf der Geber
gebrauchsfertig ist.
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Lediglich, beispielsweise und des besseren Verständnisses halber
seien nachstehend die Werte eines ausgeführten Gebers nach Fig. 1 angegeben, bei
dem das Thermoelement eine Gleichspannung zwischen 6 und 50 Millivolt lieferte :
Eine maximale Meßbereichverschiebung von der fünffachen Größe des Meßbereiches ;
eine Empfindlichkeit von 0, 003 Mollivolt ; eine Meßbereichgenauigkeitvon plus oderminus
l"/o ; ein Eingangswiderstand von maximal 200 Ohm ; eine effektive Eingangsimpedanz
von 1000 Ohm pro Millivolt des Meßbereiches ; ein Ausgangsstrom von 0, 5 bis 5,
5 Milliampere (Gleichstrom) ; eine maximale Ausgangsbelastung von 3000 Ohm ; ein
Netzspannungsfehler von plus oder minus 1/4 /o des Meßberei-
cailles bei Schwankung
der Netzspannung zwischen 95 und 130 Volt; ein Raumtemperaturfehler einschließlich
des durch die kalte Löstelle hervorgerufenen Fehlers von plus oder minus 1% des
Meßbereiches bei Temperaturänderung zwischen 5° und 50°C; eine Anzeigegeschwindigkeit
von 0,2 Sekunden für einen Ausschlag von 63%, oder von 0,8 Sekunden für einen Aüsschlag
von 99%, bei einem Meßbereich von 6 Millivolt ; diese Geschwindigkeit steigt proportional
mit der Größe des Meßbereiches. Die Spannung der geregelten, konstanten Spannungsquelle
12 schwarikte bei den genannten Änderungen der Raumtemperatur und der Netzspannung
um nur 0,1%, ein Ergebnis, das die Leistung der gebräuchlichen Normalbatterien unter
gleichen Bedingungen weit übertrifft.
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Für einen Gesaintmeßbereich von 38 bis 315°C und ein Eisen-Konstanten-Thermoelement
hatten die verschiedenen Widerstände die folgenden Werte : Widerstand 58 13, 27
Ohm Widerstand 59. 12, 30 Ohm Widerstand 68 . . 3,377 Ohm Widerstand 69. 9 500 Öhm
Widerstand 95. 9 000 Ohm Widerstand 93 . .. 1000 Ohm Widerstand 82 . . 10 000 Öhm
Widerstand 83 . .. 10 000 Ohm Widerstand 42.... 47 000 Ohm Widerstand 43 .. . 3
300 Ohm Widerstand 45. 3 730 Ohm Widerstand 46 ... . 167 Ohm Potentiometer 91. 1000
Ohm Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, die dazu dient, die inneren Spannungen
zu messen, die beispielsweise in Maschinenteilen auftreten. Der Spannungsmesser
enthält die Widerstände 100, 101, 102 und 103, die in Form einer Wheatstoneschen
Brücke geschaltet sind. DerSpannungsmesser ist so ausgebildet, daß der Wert der
Widerstände 100 und 102 sinkt und Üer der Widerstände 101 und 103 steigt, wenn die
gemessene Variable größer wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 hat die Meßbereicheinheit
13a die gleichen Ausgangsklemmen wie die Meßbereicheinheit 13, nur sind die entsprechenden
Klemmen mit dem Zusatzbuchstaben » a « versehen. Die Normalspannung der Spannungsquelle
12 ist über die Leiter 17 und 16 an die Klemmen 92 a und 94 a gelegt, die mit den
Speiseklemmen der Meßbrücke verbunden sind. Die Ausgangsklemmen der Brücke liegen
an der Klemme 62 a einerseits und über den Meßbereichwiderstand 104 an der Klemme
67 a andererseits. Das Ausgangssignal wird von den Klemmen 60a und 67a abgenommen,
wie in Fig. 1. Darüber hinaus ist ein Nullstellpotentiometer 105 zwischen die Leiter
16 und 17 gelegt. Der Schleifkontakt des Potentiometers ist über die Klemmen 90
a und den Widerstand 106 mit der Klemme 62 a verbunden, um die Speisung des Brückenkreises
variabel zu machen, so daß dieser anfänglich abgeglichen werden kann. Es ist zu
beachten, daß der Ausgangsstrom des Gebers durch den Meßbereichwiderstand 104 in
entgegengesetzter Richtung fließt wie der Strom, der durch das primäre Meßelement,
also durch díe Ungleichheit der Meßbrücke, erzeugt wird, so daß der Ausgangsstrom
proportional dem Eingangssignal wird, wie in Verbindung mit
Fig.
1 näher beschrieben. Es versteht sich hierbei, daß die konstante Spannungsquelle
so eingestellt wird, daß sie zwischen den Leitern 16 und 17 die für die Meßbrücke
erforderliche Speisespannung erzeugt.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderung, wobei zwei Widerstandselemente
verwendet werden, die dazu dienen, eine Temperaturdifferenz zu messen. Das warme
Meßelement 120 und das kalte Meßelement 121 sind mit dem negativen Leiter 16 der
konstanten Spannungsquelle verbunden. Das warme Meßelement 120 liegt in Reihe mit
einem Widerstand 122 der Meßbereicheinheit an der Eingangsklemme 62b. Das kalte
Meßelement 121 ist über den Widerstand 123 mit der anderen Eingangsklemme 66 b verbunden.
Die Eingangsklemme 62 b ist auch über einen Widerstand 125 und ein Nullstellpotentiometer
127 mit dem positiven Leiter 17 der konstanten Spannungsquelle verbunden. Die Eingangsklemme
66 b ist über den Widerstand 124 und einen Prüfwiderstand 126 ebenfalls mit dem
positiven Leiter 17 verbunden. Es entsteht daher eine Brückenschaltung, die über
die Leiter 17 und 16 gespeist wird. Die Widerstände 124 und 126 bilden einen Arm
dieser Brücke, die Widerstände 125 und 127 den zweiten Arm, der Widerstand 122 und
das warme Widerstandselement 120 bilden den dritten Arm und der Widerstand 123 zusammen
mit dem kalten Widerstandselement 121 den vierten Arm der Brücke.
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Die beschriebene Brückenschaltung-wird dadurch ins Gleichgewicht
gebracht, daß der Ausgangsstrom des Gebers durch einen Teil des einen Armes der
Brücke geleitet wird. Die Klemmen 66 b und 67 b sind untereinander verbunden, so
daß der Ausgangsstrom des Gebers durch den Widerstand 123 iließt. Eine Erhöhung
des Widerstandes des Mel3elementes 120 oder eine Verringerung des Widerstandes des
Meßelementes 121, beispielsweise infolge einer Anderung der Temperaturdifferenz
zwischen diesen, bewirkt ein Ungleichwerden der Brücke zwischen ihren Ecken 62 b
und 66 b ; die erstere wird dabei gegenüber der letzteren positiv. Die dadurch entstehende
Erhöhung des Ausgangsstromes des Gebers, der durch den Widerstand 123 fließt, erhöht
den Spannungsabfall an den Enden dieses Widerstandes und macht den Punkt 66b stärker
positiv, so daß das Gleichgewicht der Brücke wiederhergestellt wird. Bei dieser
Anordnung können die Meßelemente 120 und 121 dazu benutzt werden, eine Temperaturdifferenz
zu messen und ein normalisiertes Gleichstrom-Ausgangssignal zwischen 0, 5 und 5,
0 Milliampere abzugeben. Bei einer ausgeführten Vorrichtung hatte der Widerstand
123 einen Wert von 28, 27 Ohm, der Widerstand 122 einen solohen von 35, 33 Ohm,
der Widerstand 124 einen Wert von 48 700 Ohm und der Widerstand 125 einen Wert von
49 000 Ohm ; der Meßbereich des Instrumentes betrug 0 bis 20° C Temperaturdifferenz
; das warme Meßelement hatte eine Bezugstemperatur von 100° C ; die Meßelemente
bestanden aus Nickeldraht und hatten einen Widerstand von 504, 9 Ohm bei 0° C. Es
versteht sich, daß der Ersatz des einen der beiden Widerstandselemente durch einen
konstanten Widerstand es gestattet, mit einem einzigen Widerstandselement die direkte
Temperatur an Stelle einer Temperaturdiferenz zu messen. Im übrigen ist die Anordnung
nach Fig. 3 im wesentlichen die gleiche wie die der Fig. 1.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele, son-
dern umfaßt auch Abänderungen, die im Rahmen des dargelegten
Erfindungsgedankens liegen.