DE182065C

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Publication number: DE182065C
Application number: DENDAT182065D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVIl 82065 '-KLASSE 21 e. GRUPPE

Meßgerät für Widerstände und Kapazitäten. Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. November 1905 ab.

Die bisher bekannten Zeiger-Meßgeräte zur Messung großer Ohmscher Widerstände (Isolationswiderstände) mittels Wechselstromes haben den Nachteil, daß sie mehr oder weniger fehlerhafte Angaben machen, sobald Kapazität in dem zu messenden Widerstände vorhanden ist. Durch ein Meßgerät nach vorliegender Erfindung wird dieser Nachteil vermieden. Dasselbe kann gleichzeitig nach

ίο einer einfachen Umschaltung auch zur Bestimmung von Kapazitäten dienen, die auf einer Skala unmittelbar abgelesen werden können. Bisher hat es Zeiger-Meßgeräte zur Messung von Kapazitäten überhaupt nicht gegeben. Der Apparat beruht auf einem Meßgerät dynamometrischen Prinzips in folgender Schaltung (Fig. i):

K₁ und K₂ seien die Klemmen einer Stromquelle, z. B. eines Transformators oder Induktors. Zwischen K₁ und K₃ ist die feste Spule Sf unter Zwischenschaltung eines stufenweise abschaltbaren und während der Messung kurzgeschlossenen Widerstandes ς geschaltet. Zwischen K und K₂ ist die bewegliche Spule S_b und in Reihe mit ihr je nach der Stellung des Umschalters u entweder ein kapazitäts- und induktionsfreier Widerstand W^ oder ein Kondensator von der Kapazität c geschaltet. Der zu messende Widerstand bezw. die zu bestimmende Kapazität wird an die Klemmen K_s und X₄ angeschlossen. In der Stellung ι des Umschalters wird der Widerstand W gemessen.

Der Stromkreis der beweglichen Spule kann gegebenenfalls noch eine feste Spule S/ nach Art der Kompensationsspule enthalten, welche, wie bekannt, bei den dynamometrischen Leistungsmessern zur Korrektion wegen des Eigenverbrauches der Spannungsspule verwendet wird. Durch die Kompensationsspule kann der Zeigerausschlag proportional dem reziproken Werte des zu messenden Widerstandes bezw. proportional der zu messenden Kapazität gemacht werden.

Die Unabhängigkeit der mit diesem Meßgerät bei der Widerstandsmessung gewonnenen Angaben von der Kapazität ergibt sich aus folgenden:

Es seien Eu, Jf, J_b die bezüglichen Effektivwerte der zwischen K₃ und K₄ herrschenden Spannung, des die feste Spule durchfließenden Stromes und des Stromes in der beweglichen Spule, C die Kapazität des Leiters, dessen Ohmscher Widerstand W gemessen werden soll, w der Gesamtwiderstand des so gut wie vollkommen induktionsfreien Nebenschlusses zwischen K und K₂. Es ist dann der den zu messenden Widerstand durchfließende Gesamtstrom J die vektorielle Summe von

und dem Kapazitätsstrom J₂ = Ek · ω · C, wobei οι = 23-x Periodenzahl. Hierbei ist, da der Vektor J₂ auf dem Vektor E_k senkrecht steht:

J COS φ =

(siehe Fig. 2).

Ferner ist

E_k

und Jf = Vektor — Summe von J und J_b. Nun ist das von der fixen Spule auf die bewegliche ausgeübte Drehmoment:

D₁ = A' Jf · J_b· cos ψ,
ίο wo A eine Konstante ist. Es ist aber

Jf · COS ψ = J · COS ψ -\- J_b =

Also, ist

Unter der Voraussetzung, daß E/_: eine Konstante ist, gilt daher

D₁'- a ■

wo α und b Konstanten sind. Also ist das Drehmoment von der Kapazität des Leiters vollkommen unabhängig. Die Skala des Meßgerätes kann daher unmittelbar in Ohm geeicht werden.' Auch ist die Angabe von der Periodenzahl unabhängig und, welches auch der zeitliche Verlauf der zwischen K₃ und K₁₁ bestehenden Wechselstromspannung sein mag, stets liefert das Meßgerät, wenn nur die Spannung zwischen K₁ und K₂ konstant gehalten wird, unabhängig von der Kurvenform die gleichen Angaben.

Ist nun noch die feste Spule 5/ vorhanden, welche ein dem Drehmoment D₁ entgegenwirkendes Drehmoment D₂ ausübt, so kann man durch passende Bemessung dieser Spule erreichen, daß D₂ = — b = —AJ_b'². In diesem Falle wird das resultierende Drehmoment

D = D₁ + D₂ = ^,

worin

tv

Der Ausschlag wird also umgekehrt proportional dem zu messenden Widerstand.

Kompensiert man mittels der Spule S/ nur einen Teil des in D₁ enthaltenen Drehmomentes b, oder schaltet man diese Spule um oder ganz aus, so kann bei einem äußeren Widerstände W = 00 das verbleibende Drehmoment dazu benutzt werden, die an den Klemmen K₁ und K₂ vorhandene. Spannung zu messen. Das Meßgerät erhält zu diesem Zwecke noch eine Voltskala. Man kann sich so unter Umständen durch das Gerät selbst von dem richtigen Wert der Spannung überzeugen.

In der Stellung 2 des Umschalters U wird dagegen die Kapazität C unabhängig vom Widerstand gemessen, wie sich aus folgendem ergibt.

Ist der Widerstand n>_b der beweglichen Spule vernachlässigbar klein im Verhältnis zu

wc

so eilt der die bewegliche und die Kompensationsspule Sf durchfließende Strom J_b = Ek· cw um 90⁰ gegenüber der Spannung vor. Das hierbei von der festen Spule Sf auf die bewegliche Spule ausgeübte Drehmoment ist

D₁ = AJf-J₁, cos ψ (siehe Fig. 3),
' Jf = vektor. Summe von J und J_b, j = vektor. Summe von J₁ und J₂, wobei Jf COS ψ = J COS φ -f J_b = J₂ + J₀.

Demnach ist

D₁ = A (J₂ -f JJ J_b = A· (E_k' w C - E_k ω c . + E₁? ω² c*J = A . E₁* ω² c (C + c).

Indem wir Ek und w als konstant voraus- ^ setzen, ergibt sich:

D₁ = C - Constj -(- Const₂.

Das Drehmoment wird also von dem Widerstand des Leiters nicht beeinflußt. Das Meßgerät kann daher bei bestimmter Periodenzahl eine Eichung in Mikrofarad erhalten.

Ist die feste Spule -S/ vorhanden, so übt diese auf die bewegliche Spule bei passender Bemessung ein Drehmoment D₂ = ·— Const₂ = — A J_b ² aus, so daß D — D₁ -\- D₂ = C ' Constj. Der Ausschlag wird also proportional der zu messenden Kapazität und zwar wird, wie sich aus den Formeln ergibt, sowohl bei der Widerstands- wie bei der Kapazitätsmessung die Proportionalität bei der gleichen Bemessung der Kompensationsspule erzielt.

An Stelle der Kapazität c kann zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von 90⁰ auch eine Selbstinduktion L eingeschaltet werden (Fig. 4). Ist der Widerstand w_b der beweglichen Spule vernachlässigbar klein im Verhältnis zu Lw, so eilt der die bewegliche und die Kompensationsspule durchfließende Strom

^b wL

um 90⁰ gegenüber der Spannung nach. Das hierbei von der festen Spule Sf auf die bewegliche Spule ausgeübte Drehmoment ist:

D₁ = AJfJ_b· cos ψ (siehe Fig. 5),

Jf = vektor. Summe von J. und J_b,

J = vektor. Summe von J₁ und J₂, wobei Jf COS ψ = — J COS φ -j- Jb = — Λ + Jb-

Also ist

D₁ = -A(J₂ = —AlEh-C-

JJJ₀

ω L C

Ef
O)²L²
ι

unabhängig vom Widerstand. Durch die ίο Kompensationsspule S/ kommt wieder ein zusätzliches Drehmoment D₂ hinzu, welches bei der gleichen Bemessung dieser Spule

D₂ =

AJ₁;² = — A-

¹L²

wird, so daß, wenn E]₁ und L als konstant angenommen werden können,

D = D₁ + D₂ = — A - E_k* = C - Const.

Das Drehmoment ist also proportional der Kapazität C. Auch ist es in diesem Falle von der Periodenzahl unabhängig.

■ Die beschriebenen Meßgeräte eignen sich insbesondere dazu, um bei Kabeln schnell hintereinander den Isolationswiderstand und die Kapazität zu bestimmen. Soll das Gerät nur zur Bestimmung einer dieser Größen dienen, so kann selbstverständlich der Vorschaltwiderstand oder die vorgeschaltete Kapazität bezw. Selbstinduktion sowie der Umschalter entfallen.

Claims

Patent-Ansprüche: ,c

1. Meßgerät für große Ohmsche Widerstände, gekennzeichnet durch ein gegebenenfalls an einen Transformator angeschlossenes Elektrodynamometer, dessen feste Spule von dem Gesamtstrome durchflössen wird, der zum Teil den zu messenden Widerstand, zum anderen Teil einen zu letzterem parallel geschalteten Stromkreis durchfließt, der die bewegliche Spule, einen kapazitäts- und induktionsfreien Vorschaltwiderstand und gegebenenfalls eine feste Kompensationsspule nach Art derjenigen der Leistungsmesser enthält, zum Zwecke, die Anzeige unabhängig von der Kapazität des Leiters zu machen.

2. Eine Abänderung des Meßgerätes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Vorschaltwiderstandes ein Kondensator oder eine Selbstinduktion tritt, zum Zwecke, die Kapazität unabhängig vom Ohmschen Widerstand bestimmen zu können.

3. Ein- kombiniertes Meßgerät nach Anspruch ι und 2, das durch Einfügung eines einpoligen Umschalters sowohl Widerstandswie auch Kapazitätsmessungen gestattet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.