DE283669C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 283669 KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. November 1913 ab.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Meßapparat nach Art der Wheatstoneschen Brücke. Der Apparat nach der Erfindung dient dazu, Widerstände im allgemeinen zu messen und insbesondere durch die Widerstandsmessung eine Temperaturmessung vorzunehmen. In letzterem Falle wird die Eigenschaft der meisten Leiter dazu benutzt, daß sich ihr Widerstand mit der Temperatur ändert.

Nach der Erfindung werden bewegliche Kontakte so angeordnet, daß ihr Berührungswiderstand bei den Messungen ohne Einfluß bleibt. Zu diesem Zwecke werden die Verhältniswiderstände untereinander und mit dem

!5 Vergleichswiderstand durch veränderliche Widerstände verbunden, auf denen zwei gemeinsam zu verschiebende Kontakte der Diagonalzweige schleifen.

Auf der Zeichnung ist in Fig. 1 der Apparat nach der Erfindung .schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt zwei bewegliche Kontakte in Verbindung miteinander.

Es soll nun der Apparat der Erfindung an Hand von Fig. 1 beschrieben werden. A und B sind Widerstände in zwei Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke, die das Verhältnis des zu messenden Widerstandes zu einem Vergleichswiderstande festlegen. R und T sind Widerstände in den anderen Zweigen der Brücke.

Der Widerstand R ist bekannt, T unbekannt. Bei Temperaturmessung bezeichnet T den Widerstand eines Widerstandsthermometers.

Zwischen den Brückenarmen mit den Widerständen R und A liegt ein Verbindungswiderstand w, der zwischen den Punkten χ und 2 ausgespannt ist und irgendeine passende Form erhalten kann. In Fig. 1 ist er als gerader Schleifdraht dargestellt. Der Widerstand w wird von einem beweglichen Kontakt g berührt, der an ihm entlang geschoben werden kann, um die Lage des Verbindungspunktes zwischen, den Brückenzweigen mit den Widerständen R und A zu verändern. Der Kontakt g bildet ein Ende der Diagonalverbindung 3, die mit ihrem anderen Ende im Verbindungspunkt 4 der Widerstände B und T angreift und ein Galvanometer oder anderes geeignetes Anzeigeinstrument enthält. Zwischen den Widerständen A und B ist vom Punkt 5 zum Punkt 6 ein zweiter Schleifdraht W₁ ausgespannt, der ebenfalls als verstellbarer Widerstand dient. Auf ihm gleitet ein Kontakt h der Diagonalverbindung 7, die über eine Stromquelle (Batterie) C und einen Taster K mit Kontakt 11 zur Klemme 9 und von hier mittels der Leitung 10 zum Verbindungspunkt 8 der Widerstände R und T führt. 12 und 13 sind Klemmschrauben zum Anschluß der Thermometerleitungen L, von denen je eine in einem der Brückenzweige liegt, die die Widerstände R und T enthalten.

Die Leitungen L haben gleichen Widerstand, und zwar besitzen sie zweckmäßig gleiche Länge bei gleichem Material und Querschnitt,

da sie ja von dem eigentlichen Meßapparat zu dem mehr oder weniger weit entfernten Thermometerwiderstand T laufen. Die Leiter L und der Leiter io können zu einem Kabel vereinigt oder miteinander verseilt oder verflochten werden. Hierdurch erreicht man, daß die Leiter L, L derselben Temperatur über ihre ganze Länge unterworfen werden und daher stets gleichen Widerstand haben.

Es ist notwendig, daß die Widerstände der Brückenzweige, die die Widerstände A und JS enthalten, jederzeit gleich sind, damit die Leiter L, L einander wirklich kompensieren und nicht zu falschen Messungen führen. Dies folgt aus der Gleichung für die Wheatstonesche Brücke, die folgendermaßen lautet:

^a c + L ^¹' ~b ⁼ J+L '

Hierin bedeutet α den Widerstand des den Widerstand A enthaltenden Brückenzweigs, b den Widerstand des den Widerstand B enthaltenden Zweigs, c + L den Widerstand desjenigen Brückenzweigs, der den Widerstand R enthält, und endlich d + L den Widerstand des Brückenzweigs mit dem zu messenden Widerstand T, worin L ■ den Widerstand jedes der beiden gleichnamigen Leiter bedeutet. Damit die beiden Widerstände L in obiger Gleichung herausfallen, ist es nötig, daß

(2) ' c + L = d + L.

Das kann aber nur der Fall sein, wenn

Es ist also eine notwendige Bedingung, daß die Widerstände in den das Widerstandsverhältnis festlegenden Brückenzweigen einander gleich sind, wenn die Brücke dazu benutzt werden soll, einen entfernten Widerstand zu messen, zu dem Leitungen geführt werden müssen, damit diese Leitungen die Messung nicht beeinflussen.

Wenn der zu messende Widerstand T von verhältnismäßig geringem Werte ist oder sich nur innerhalb geringer Grenzen ändert, ist es nicht zweckmäßig, die Brücke in den Gleichgewichtszustand zu bringen, indem man die Größe des Widerstandes R mittels eines auf ihm gleitenden Kontaktes verändert, der mit dem Widerstände R in demselben Brückenzweig in Reihe liegt, da der Widerstand des Kontaktes selbst ausreicht, um einen Meßfehler herbeizuführen. Vielmehr ist es erwünscht, das Gleichgewicht der Brücke herbeizuführen, indem man Kontakte verschiebt, die so angeordnet sind, daß sie keinen Kontaktwiderstand innerhalb der Brückenzweige erzeugen. Entsprechend wird die Brücke ins Gleichgewicht gebracht mittels eines oder mehrerer Gleitkontakte, wie g und h, die mit den Dia-'gonalverbindungen zusammenhängen.

Nach der Erfindung werden die beiden angestrebten Ziele — d. i. die Aufrechterhaltung des Verhältnisses 1 zwischen den Zweigen der Widerstände A und B und die Einstellung der Brücke auf das Gleichgewicht ohne Einführung von Kontaktwiderständen in irgendeinen Brückenzweig — durch die in Fig. ι dargestellte Anordnung erreicht.

Zum Zweck der Erläuterung werde angenommen, daß der Widerstand w aus tausend Widerstandseinheiten besteht, von denen jede den W^Tert r hat. Der Widerstand des Schleifdrahtes W₁ ist halb so groß als derjenige des. Drahtes w. Demnach kann man annehmen, daß der Draht W₁ einen Widerstand von tausend Einheiten besitzt, von denen jede die Größe ^- beträgt.

Durch die nachbeschriebene Einrichtung werden die beiden beweglichen Kontakte g und h gemeinsam miteinander bewegt, so daß, wenn der Kontakt g sich am Punkt 1 befindet, der' Kontakt h am Punkt 5 steht. Ist der Kontakt g auf die halbe Länge am Schleifdraht w entlang geführt worden, steht er also in der Mitte zwischen den Punkten 1 und 2, so befindet sich auch der Kontakt h in der Mitte des Drahtes W₁, d. i. in der Mitte zwischen den Punkten 5 und 6. Bei der Ausführung des Apparates nach der Erfindung werden die Widerstände A, W₁ und B so gewählt, daß

ist. Dann lautet die Gleichung der Wheatstoneschen Brücke:

A
(5)

nr

■ (1000 — n) r R + nr + L

', B + (1000— n) —

T + L

Hierin bezeichnet η die Anzahl der Widerstandseinheiten, über die der Kontakt g hinweggeglitten ist, vom Punkt 1 ab gerechnet, bzw. die Anzahl halber Einheiten, die vom Kontakt Jt₁ vom Punkt 5 ab gerechnet, überstrichen worden sind.

Setzt man in Gleichung (5) für B dessen Wert aus Gleichung (4) ein, so ergibt sich für die linke Seite der Gleichung (5) folgender Wert: . ■

nr

+ 1000r

(6)

. nr
A 1-1000 r

Dieser Wert ist = 1, wie oben für notwendig angegeben wurde.

Da nun die linke Seite der Gleichung (5) den Wert 1 besitzt, so geht diese in folgende Form über:

(7)	R + nr + L
Hieraus folgt: (8) und ferner	1 T + L
	T = R + nr
T-R ΛΛ

ίο Zweckmäßig wird bei Temperaturmessungen der Widerstand R ungefähr gleich dem Widerstände T gemacht, und zwar gleich demjenigen Werte von T, den dieser hat, wenn die Temperatur ihre untere Grenze besitzt; d. h.

wenn der Apparat für Messung von Temperaturen in den Grenzen von 100 bis 1000 ° C benutzt wird, so erhält R einen Widerstand, der gleich dem Widerstände T bei einer Temperatur von 100°. ist.

■20 Wie bereits gesagt wurde, werden die beweglichen Kontakte g und h gleichzeitig über ihre Schleifdrähte w und W₁ hinweggeführt. Dies kann in der in Fig. 2 dargestellten Weise erreicht werden. Hier sind die Kontakte g und h an demselben Gleitstück 14 befestigt und voneinander isoliert. Das Gleitstück 14 kann mittels eines Handgriffes 15 vor- und zurückbewegt werden, in Richtung der Drähte w und W₁. Über einer Skala 16 läuft ein Zeiger 17 am Gleitstück 14. Diese Skala kann in irgendwelche passenden Einheiten geteilt sein, z. B. Widerstandseinheiten, Temperatureinheiten oder empirische Einheiten.

Im Nebenschluß zu den Schleifdrähten w und W₁ liegen in Fig. 1 die Widerstände S und S₁. Diese dienen dazu, zwischen den Punkten 1 und 2 sowie 5 und 6 den erforlichen genauen Widerstandswert zu sichern. Wenn die Drähte w und W₁ nicht den richtigen Widerstand haben, so wird den Nebenschlußwiderständen der passende Wert gegeben, um den richtigen Widerstand zwischen den Punkten 1 und 2 bzw. 5 und 6 zu erhalten. Wenn also die Widerstände w und W₁ genau richtige Werte haben, so können die Nebenschlußwiderstände S und S₁ fortgelassen werden.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Apparates ist folgende: Der Widerstand T wird in die Atmosphäre oder den Stoff gebracht, dessen Temperatur gemessen werden soll. Diese Temperatur nimmt der Widerstand T an, so daß er einen bestimmten Wert erhält. Wenn dies geschehen ist, werden die Kontakte g und h mittels des Handgriffes 15 an den Drähten w und W₁ entlang geführt, bis beim Schließen der Kontaktstelle K, 11 das Galvanometer G keinen Stromdurchgang im Leiter 3 mehr anzeigt. Dann befindet sich die Brücke im Gleichgewicht. Nunmehr wird mittels des Zeigers 17 auf der Skala 16 der angegebene Wert abgelesen. Wenn nun die Skala 16 in Temperatureinheiten geteilt ist, so wird die Temperatur direkt auf der Skala abgelesen. Ist die Skala in Widerstandseinheiten geteilt, so erhält man die Widerstandsänderung von T entsprechend der Gleichung (8). Dann kann man von einer Kurventafel, die die Temperatur in Funktion des Widerstandes T enthält, erstere ablesen, wenn man letzteren auf der Skala 16 festgestellt hat.

Natürlich können auch die Stromquelle C und das Galvanometer miteinander vertauscht werden; ferner können die Kontakte g und-Ä. ruhen, während die Schleif drähte w und W₁ (die auf eine rotierende Trommel aufgewickelt sein können) den Kontakten gegenüber bewegt werden.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Widerstandsmeßeinrichtung nach dem Schema der Wheatstoneschen Brücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswiderstand (R) mit dem einen Verhältniswiderstand (A) durch einen zu seiner Veränderung dienenden einstellbaren Widerstand (ze;), an dem ein Kontakt (g) des Galvanometerzweiges (3) in bekannter Weise schleift, verbunden ist und die beiden Verhältniswiderstände (A und B) miteinander durch einen einstellbaren Widerstand (W₁), an dem ein Kontakt (A) des die Stromquelle (C) enthaltenden Diagonalzweiges (7) schleift, verbunden sind, wobei die die einzelnen Brückenzweige verbindenden Widerstände (w, W₁) so abgestimmt sind, daß bei . der Verstellung der Gleitkontakte (g und h) um gleiche Beträge das Verhältnis der Gesamtwiderstände der beiden die Verhältniswiderstände (A und B) enthaltenden Brückenzweige konstant bleibt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Vergleichswiderstand (R) sich anschließende einstellbare Widerstand (w) pro Längeneinheit doppelt so groß ist als der die beiden Verhältniswiderstände (A und B) verbindende Widerstand (W₁).

3. Meßeinrichtung nach Anspruch iund 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkontakte (g, h) zwecks gemeinsamer Verstellung auf einem Gleitstück (14) sitzen, das gleichzeitig auf einer Skala (16) den gesuchten Widerstand anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.