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Einrichtung zur Bestimmung von kleinen Widerstandsänderungen mit einer
Wheatstoneschen Brückenschaltung und einem Kreuzspuleninstrument In dem Hauptpatent
ist eine Einrichtung zur Bestimmung von kleinen Widerstandsünderungen mit einer
Wheatstoneschen Brückenschaltung und einem Kreuzspulengerät beschrieben, von dessen
Spulen -die eine im Diagonalzweig der Brücke und die andere Spule, die sogenannte
Richtmomentenspule, an, der zur Messung verwendeten Betriebsspannung oder einer
davon gesetzmäßig abhängigen Spannung angeschlossen ist und als Kreuzspuleninstrument
ein solches der Drehspulentype mit feststehender Achse des Magnetfeldes dient. Es
ist dabei auch die Anwendung von Vorschaltwiderständen für die Richtmomentenspule
zur Kompensation .des Temperaturkoeffizienten angegeben worden.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei der Anordnung nach dem Hauptpatent
eine derartige Kompensation des Temperaturkoeffizienten in manchen Fällen nicht
hinreichend ist. Dies gilt insbesondere für elektrische Rauchgasprüfer, die nach
dein Prinzip der Messung des Wärmeleitvermögens arbeiten.
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Es bereits vorgeschlagen, bei Wheatstoneschen Brückenschaltungen zur
Kompensierung des Einflusses der Umgebungstemperatur parallel zu der gesamten Brücke
einen zusätzlichen Widerstand und gegebenenfalls noch einen Vorschaltwiderstand
für die Brückenschaltung anzuordnen. Würde man diese bekannte Einrichtung bei der
Anordnung nach dem Hauptpatent anzuwenden versuchen, so würde man eine praktisch
in vielen Fällen unzulässig starke Herabsetzung der an sich schon verhältnismäßig
kleinen zur Messung der kleinen Widerstandsänderungen verfügbaren Energie inKauf
nehmen müssen. Dadurch würde dann zwar :der Temperatureinfluß kompensiert, aber
zugleich die Meßgenauigkeit erheblich herabgesetzt. Aus diesem Grunde läßt sich
dieser bekannte Vorschlag bei der Anordnung nach dem Hauptpatent nicht nutzbringend
verwerten. Die Erfindung greift daher zur Kompensierung des Temperaturkoeffizienten
auf den im Hauptpatent enthaltenen Vorschlag der Anwendung von temperaturempfindlichen
Widerständen in dem Stromkreis der Richtmomentenspule des Kreuzspuleninstrumentes
zurück und verwendet eine besondere Anordnung derartiger Widerstände, um auch insbesondere
für elektrische Rauchgasprüfer, die
nach dem Prinzip der Messung
des Wärmeleitvermögens arbeiten, eine ausreichende Temperaturkompensation zu erzielen.
Gemäß der Erfindung wird mit der Richtmomentenspule des Kreuzspulengerätes ein temperaturempfindlicher
Widerstand in Reihe und ein zweiter Widerstand von anderem Temperaturkoeffizienten
als der erste parallel zu der Richtmomentenspule geschaltet. Eine solche Kunstschaltung
kann erforderlichenfalls mehrfach angewendet werden.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführunbbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Abb. i zeigt eine erste _@usführungsform der Erfindung
in vollständiger Schaltung, während in Abb.2 eine andere Art der Kunstschaltung
für die Richtmomentenspule des Kreuzspulengerätes veranschaulicht ist.
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In Abb. i ist aus den Widerständen d, b,
c, d eine Wheatstonesche
Brücke gebildet, die aus den Netzleitungen k bespeist wird. In dem Diagonalzweig
dieser Brücke liegt eine Spule g eines Kreuzspulengerätes e, dessen Richtmomentenspule
f bei i und 1z an die Betriebsspannung angeschlossen ist. In Reihe
mit der Richtmomentenspule f ist nun ein Widerstand m und parallel zu der Spule
ein Widerstand L von anderen Temperaturkoeffizienten geschaltet. Der Widerstand
in kann beispielsweise aus Nickel oder Kupfer herbestellt sein, während für den
Widerstand l Mariganin,- Konstantan oder ein anderes praktisch konstant bleibendes
Widerstandsmaterial verwendet wird. Man erhält in diesem Fall als Temperaturkoeffizienten
des Richtmomentenstromes für die Richtmomentenspule f und den Vorschaltwiderstand
in
maximal den Temperaturkoeffizienten des Materials, aus dem der Widerstand
in hergestellt ist, zur Kompensation.
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Dadurch, daß nun ein Widerstand L aus praktisch temperaturunabhängigem
Material parallel zu der Richtmomentenspule f liegt, kann man die Kompensation dadurch
wesentlich verbessern, wenn man den Widerstand in möglichst groß gegen die Parallelschaltung
f, Z wählt, was sich stets erreichen läßt, da die Meßenergie in der Spule f verhältnismäßig
klein sein kann. Die Rechnung ergibt, daß man in diesem. Falle mit der Richtmomentenspule
einen Koeffizienten erzielen kann, der annäherungsweise doppelt so groß ist wie
der Temperaturkoeffizient reiner Metalle, z. B. Nickel, Kupfer oder Eisen.
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Gewünschtenfalls läßt sich -der Wert des zur Kompensation verfügbaren
Koeffizienten auch weiter vervielfachen, beispielsweise auf das Dreifache des normalen
Koeffizienten der verwendeten temperaturabhängigen Materialien bringen. Dieser Fall
spielt insbesondere eine Rolle bei Rauchgasprüfern, die nach dem Prinzip der Messung
des Wärmeleitvermögens arbeiten. Hierfür genügt u. U. die in Abb. i dargestellte
Kompensationsschaltung noch nicht völlig. Es ist dabei besonders zu berücksichtigen,
daß außer dem reinen elektrischen Temperaturkoeffizienten, der durch die unbeabsichtigte
Änderung des Widerstandes tier Brückenschaltung gegeben ist, noch ein weiterer Temperaturkoeffizient
hinzukommt, der durch -die Temperaturabhängigkeit des Unterschiedes der Wärmeleitfähigkeit
des Gases, z. B. Kohlensäure, dessen Gehalt ermittelt tverden soll, und des Vergleichsgases,
vorzugsweise Luft, bedingt ist. Beide Temperaturkoeffizienten wirken sich in der
Wehse aus, daß sie eine Vergrößerung des Temperaturfehlers hervorrufen, wenn man
nicht gleichzeitig eine verstärkte Kompensation für die Richtmomentenspule anwendet.
Um dieser Bedingung weitgehend zu genügen, kann die in Abb.2 dargestellte Schaltung
für die Richtmomentenspule f des Krenzspulengerätes e angewendet werden.
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Zu -der Richtmomentenspule f ist wiederuni ein Widerstand L aus praktisch
temperaturunempfindlichem Material parallel und ein Widerstand m mit hohen Temperaturkoeffizienten
in Reihe geschaltet. Zu dieser Schaltung ist dann ein weiterer Widerstand Z, aus
Manganin o. dgl. parallel und ein anderer Widerstand in, aus stark temperaturabhä
ngige#m Material in Reihe geschaltet.
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Die gesamte Anordnung ist bei i. und lt an die Betriebsspannung
oder an eine von dieser gesetzmäßig abhängigen Spannung angelegt.
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Bei den bisher besprochenen Beispielen war der Temperaturkoeffizient
des Stromes in der Richtmomentenspule fstets als negativ angenommen, d. h. bei höheren
Temperaturen floß ein geringerer Strom als bei tieferen Temperaturen. Aus diesem
Grunde wurde der Richtmomentenstrom ebenfalls mit einem negativen Temperaturkoeffizienten
versehen. Es treten aber auch häufig Fälle auf, wo in der Kunstschaltung Richtmomentenströme
mit positiven Temperaturkoeffizienten angewendet werden müssen. Als Beispiel sei
die Messung des Methangehaltes in der Luft nach der Methode der Messung der Wärmeleitfähigkeit
mit Hilfe einer elektrischen Brückenschaltung erwähnt. Infolge des hohen Temperaturkoeffizienten
der Wärmeleitfähigkeit des Methans besitzt die erwähnte Anordnung einen positiven
Temperaturkoeffizienten. In diesem Falle muß bei der -,#nordnung nach den Abb. i
und 2 der in Reihe geschaltete Widerstand entweder aus temperaturunabhängigem Material
oder solchem mit negativen Temperaturkoeffizienten hergestellt
werden,
während der Parallel«-i:lerstand einen großen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweisen muß.