DE1516100A1 - Differential-Voltmeter mit elektronisch geregelter Praezisionsspannungsquelle - Google Patents

Description

• Differentiel-Voltmeter mit elektronisch geregelter Präzisionsspannungsquelle Zur Erseugung und leistungslosen Meseung kleiner Spannungen im Millivoltbereich nit einem Auflösungsvermögen von 10-8 V ist es bekannt, sogenannte thermospannungsfreie Kompensatoren, beispielsweise nach Diesselhorst, zu verwenden.
• Für die genaue Erzsungung und leistungslosen Messung grö#ere Spannungen sind in neuerer Z9it neben den üblichen Kompensetoren, deren Me#bereich einige Volt nicht überschreitet, sogenannte Differential-Voltmeter bekannt geworden, iait denen nach dem Kompensationsverfahren Spannungen bis über 1000 Volt mit einem Auflösungsvermögen ron etwa 10-4 V gemessen werden können. In der Fig* 1 ist ein derartiges Differential-Voltmeter im Prinzip dargestellt. Es besteht aus einer niederchmigen Präzisionsspannungsquelle 1 mit einer bekannten elektronischen Regelschaltung, die im wesentlichen aus einer Stellröhre 30 und einer diese steuernden Röhre 31 besteht, Ia Eingangskreis dieser Röhre 31 ist ein veränderbarer Widerstand' 32 mit beispielsweise vier Kurbelsohaltern 33 angeordnet. An den Ausgangsklemmen 34, 35 ist eine Spannung von beispielsweise +O... 1000 V abnehmbar, die mittels der Kurbelachalter 33 eingestellt wird. Es ist ferner ein empfindliches Voltmeter 36 vorgesehen, das an die Klemme 34 und eine Klemme 37 geführt ist. Zu messende Spannungen werden an die Klemmen 37, 35 geschaltet. Bei Nullausschlag des Instrumentes 36 entspricht die Einstellung der Kurbeln 33 der « messenden Spannung.
• Typische Fehlergrensen solcher Geräte sind ~ 1.10-4 VOM Meßbereich + 30 µV. Die an den Klemmen 34, 35 auftretende ausgangsspannung kann auch unter Umgehung des eingebauten Nullinstruments 36 als Präzisionsspannunge quelle verwendet werden und ist in gewissem Ma#e belastbar (etwa 10 m@), ohne daß die angegebenen Fehlergranzen überschritten werden. Die oben angegebene Fehlergrenze ist durch die Unsicherheit des Reglverstärkers 30, 31 gegeben, und es ist daher mit diesen bekannteu Geraten nicht möglich, Spannungen im Millivoltbereich mit einem Auflösungsvermögen von 10-8 V zu erzeugen oder zu messen.
• Besitzer dieser Differentisl-Voltmeter müssen für derartige Messungen als Zweitgerät beispielsweise über einen Diosselhorst-Kompensator verfolgen. Der Anschaffungspreis eines derartigen Kompensators liegt bei ca. 6000,-- DM.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die an sich bekannte Präzisionsspannungsquelle ohne inneren Eingriff so au erweitern, da# Spannungen im Millivoltbereich mit einer Auflösung von 10-8 V und besser erzeug- und me#ber sind, so da# ein besonderer Kompensator hierfür entfällt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, da# bereits vorhanden.
• Präzisionsspannungsquellen in einfacher Weise erweiterbar sind Dt. Erfindung bezieht siob auf ein Differential -Voltmeter mit einer elektrondisch geregelten Präzisionsspannungsquelle, der einstellbere Spannungen entnehmber sind. Die Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung und leistungslosen Messung von Spannungen im Millivolthereich mit einem Auflösungsvermögen von t 10-B V an die Ausgangsklemmen der betriebsfertigen Präzisionsspannungsquelle ein stärspannungsfreier Spennungsteiler angeschsltet i8t, dessen Me#kreisanschlüsse für den kleinsten Me#bereich suterhalb des Weges des Spannungsteilerstromes liegen.
• Die Erfindung wird mit weiteren vorteilheften Ausbildungen anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
• In der Fig. 1 ist gemaß der Erfindung an die Präzisionaspannungsquelle 1 ein Spannungsteiler 2 mit z. B. 10 000 # Gesamtwiderstand und Teilerverhältnissen von 102 und 104 geschaltet, die durch die widerstandswerte der Teilwiderstände 3, 4 und 5 des Spannungsteilers 1 gegeben sind. Der Meßkreis für die Messungen kleinster Spannungen besteht aus dem Widerstand 5, einem Nullindikstor und einer Quelle 39, deren Spannung Ex zu sessen ist.
• Der Widerstand 5, an dem die kleinsten Spannungen abgegriffen werden, kann beispielsweise den Wert 1 # haben Dieser niedrige Wert ist bei der Messung kleinster Spannungen günstig für die Verwendung eines Nullindikators 38 großer Spannungsempfindlichkeit. FUr den Widerstand 5 ist ein Widerstandsmaterial mit kleinem Temperaturkoeffizienten verwendet. Gemä# der Erwindung ist der Widerstand 5 derart ausgebildet, deB die unermeidbaren Schwei#-, Tot- oder Klemmstellen, die die Anschlüsse 6, 7 für den Teilerstrom und die Anschlüsse 8, 9 fir die abzugreifende Meßspannung bilden, voneinander getrennt liegen, so daß im Me#kreis (Anschlüsse 8, 9) keine vom Spannungsteilerstrom I durchflossenen Anschlftsse vorbanden sind.
• Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Widerstandes 5. Verwendet ist Widerstandablech in Mäanderform. Die der Stromzuführung dienenden Lötstellen 6, 7, die von Spannungsteilerstrom durchflossen werden, sind normal ausgeführt, beispielsweise duroh Hartlötung. Die Leitungen 20, 21 können aus Kupfer bestehen. An die Me#kreisabgriffe 8, 9 sind flache Kupfer bänder oder Bleche 10, 11 in Streifenform hart angelötet. Die Kupferbänder 10, 11 sind über thermospannungsarme Weichlötstellen 16, 17 mit beispielsweise aus dem gleichen Material bestehenden Drähten 14, 15 verbunden, die zum Meßkreis führen, wie in der Fig. 1 angedeutet ist. Auf den so gebildeten Widerstand 5 wird eine nicht weiter dargestellte isolierende Lage (beispielsweise Glimmer) aufgelegt. Der Widerstand 5 wird dann an der strichpunktierten Unie 13 zusammengefaltet.
• Die Fig. 3 zeigt einen derart zusammengefalteten Widerstand.
• Die isolierende Zwischenlage ist mit 12 bezeichnet. Wie ersichtlich2 liegen die nach 14, 15 führenden Spannungsabgriffe über die Verbindungßstellen 8, 9 hinaus zum Temperaturausgleich auch au9 der Kupferseite (10, 11) flach aufeinander.
• Die Weichlötstellen 169 17 zwischen den Kupferstreifen 107 11 und den weiterführenden Kupferdrähten 14, 15 lassen sich mit thermosspannungsarmem Weichlot auf einfache Weise thermospannungsarm nischen.
• Darch das Zusammenfalten des Widerstandes 5 wird die zu störenden Thermospannungen führende Temperaturdifferenz an den Verbindungsstellen 8, 9 auf einer äu#erst geringen Wert gebracht.
• Die viel verwendete Widerstandslegierung "Menganin" nach WM43 hat z. B. eine Thermospannung gegen Kupfer von etwa 10-6 V/grd.
• Eine Temperaturdifferenz von 16W2 grd erzeugt eine Thermospannung von 10-8 V, die die Größe der verlangten Me#unsicherheit ist Durch die erfindungsgemä#e Konstruktion und einen sweckentsprechenden Einbau des Widerstandes 5 in ein nicht weiter dargestelltes Gehäuse guter Wärmedämmung kann diese Unsicherheit noch unterschritten werden.
• Patentansprüche:

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Differential-Voltmeter mit einer elektronisch geregelten Präzisionsspannungsquelle, der einstellbare Spannungen entnehmbar sind, dadurch gekennselchnet, da# zur Erzeugung und leistungslosen Messung von Spannungen im Millivoltbereich mit einer Auflösung von # 10-8 V an die Ausgangsklemmen der betriebafertigen Spannungsquelle ein störspannungsfreier Spannungsteiler angeschaltat ist dessen Ausgangsanschlüsse für den kleinsten Me#bereich au#erhalb des Weges des Spannungsteilerstromes liegen.
2. 2. Spannungsteiler für die Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilwiderstand fiir den kleinsten Me#bereich ein Widerstandsblech ist, des so gefaltet ist, da# sich zwei mit geringem Abstand gegenüberliagende Telle ergeben, 3. Teilwiderstand nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (8, 9) für die Agbriffe der Meßspannung von den Verbindungsstellen (6, 7) für die Zuführung de
3. 3 Spannungsteilerstromes getrennt sind.
4. 4. Teilwiderstand nach anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, da# die Me#kreisabgriffe (8, 9) mit Kupferstreifen (10, 11) ver bunden sind, die ebenfalls isoliert aufeinander liegen.