DE602632C

DE602632C - Device for measuring the conductivity of substances, especially organic ones

Info

Publication number: DE602632C
Application number: DEK126130D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-07-02
Filing date: 1932-07-02
Publication date: 1934-09-12

Description

Einrichtung zur Messung des Leitwertes von Stoffen, insbesondere von organischen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Ohmschen Leitwertes solcher Stoffe, deren Widerstand sich bei der Verwendung eines Gleichstromes als Meßstrom, infolge von Polarisationsvorgängen, innerhalb der für die Messung erforderlichen Zeitspanne in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße verändern würde und deren innerer Aufbau eine unmittelbare Messung des reinen Ohmschen Leitwertes mittels eines Wechselstromes der üblichen meßtechnischen Frequenzen als Meßstrom, wegen des gleichzeitig auftretenden kapazitiven Widerstandes, nicht zulassen würde. Die Messung des Leitwertes von Stoffen dieser Art, die hauptsächlich organischen Ursprungs sind, erfolgt dabei mittels eines Meßwechselstromes von verhältnismäßig niedriger Frequenz, d. h. einer solchen, die einerseits noch keine Polarisationsvorgänge zur Auswirkung kommen läßt und andererseits lediglich einen zusätzlichen kapazitiven Widerstand, der in bezug auf seine Größe unterhalb der zulässigen Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens bleibt.Device for measuring the conductance of substances, in particular of The present invention relates to a device for measuring the Ohmic conductance of those substances, the resistance of which changes when using a Direct current as measuring current, as a result of polarization processes, within the for the measurement required time span in a the permissible error limit of the applied Measuring method would change excess dimensions and their internal structure a direct measurement of the pure ohmic conductance by means of an alternating current the usual metrological frequencies as measuring current, because of the simultaneously occurring capacitive resistance, would not allow. The measurement of the conductance of substances of this type, which are mainly of organic origin, is done by means of a measuring alternating current of relatively low frequency, d. H. one of those which on the one hand still does not allow any polarization processes to take effect and on the other hand just an additional capacitive resistor, which is related to its size remains below the permissible error limit of the measurement method used.

Erfindungsgemäß erfolgt die Messung des Leitwertes nunmehr mittels einer Meßeinrichtung nach der Art einer Wheatstoneschen Brücke, deren Brückenzweig, in dem das Meßinstrument liegt, zwischen zwei Punkten angeordnet ist, von denen der eine auf der Verbindungsleitung zwischen einem unveränderlichen Widerstande und einer Verstärkerröhre mit gleichbleibender Gitterwechselspannung liegt, der andere dagegen auf der Verbindungsleitung zwischen einem gleichfalls unveränderlichen Widerstande und einer Verstärkerröbre, die eine von dem zu messenden Leitwert abhängige Gitterwechselspannung erhält.According to the invention, the conductance is now measured by means of a measuring device in the manner of a Wheatstone bridge, the branch of which in which the measuring instrument lies, is arranged between two points of which the one on the connecting line between an invariable resistor and an amplifier tube with constant grid alternating voltage, the others on the other hand on the connecting line between an equally unchangeable one Resistors and an amplifier tube that is dependent on the conductance to be measured AC grid voltage receives.

Die in der Meßeinrichtung zur Erfassung der von Natur aus sehr kleinen Meßspannungen vorgesehenen Verstärkerröhren, werden mit ganz besonderem Vorteil ausschließlich auf dem geraden Teile ihrer Charakteristik ausgenutzt. Dadurch werden Disproportionalitäten, die das Meßergebnis wiederum verfälschen könnten, mit Sicherheit vermieden.The ones in the measuring device to record the naturally very small ones Amplifier tubes provided for measurement voltages are of particular advantage exploited exclusively on the straight parts of their characteristic. This will be Disproportionalities, which in turn could falsify the measurement result, with certainty avoided.

Eine Meßanordnung dieser Art ist grundsätzlich von größter Einfachheit. Fehlerquellen, die verwickelte Schaltungen häufig mit sich bringen, sind infolgedessen so gut wie vollkommen ausgeschaltet. Das Meßverfahren andererseits ist von einer außerordentlichen Empfindlichkeit, die im übrigen aber in weiten Grenzen geändert werden kann. Dadurch ist eine genaue Anpassung an den jeweils vorliegenden Einzelfall möglich. Nicht zuletzt ist das Meßverfahren auch vollständig unabhängig von den vorher geschilderten störenden Einflüssen.A measuring arrangement of this type is fundamentally extremely simple. As a result, sources of error which complicated circuits often entail are almost completely switched off. The measurement method, on the other hand, is of one extraordinary sensitivity, which otherwise changed within wide limits can be. This enables a precise adaptation to the individual case at hand possible. Last but not least, the measurement method is also completely independent of the previously described disturbing influences.

Hinsichtlich der jeweiligen Bemessung der Meßfrequenz ist zu sagen, daß diese einmal von dem für die Messungen jeweils vorausgesetzten Genauigkeitsgrad abhängt und außerdem von der mehr oder weniger großen Empfindlichkeit des zu untersuchenden.Stoffes gegenüber Frequenzunterschieden. Gleichgültig also, welche Meßfrequenz in einem etwa gerade vorliegenden Falle an und für sich gegeben ist, also etwa 45 Hz - 5o Hz -6o Hz - ioo Hz - 5oo Hz (meßtechnische Tonfrequenz) oder aber 8oo Hz (Meßfrequenz der Fernmeldetechnik), stets muß sie so weit heruntergesetzt werden, daß die Messungen ohne unzulässige Beeinflussung des Meßergebnisses erfolgen können. Andererseits wieder ist es unnötig, im gegebenen Falle sogar schädlich, sie noch weiter herunterzusetzen.With regard to the respective dimensioning of the measuring frequency, it should be said that that this once of what is assumed for the measurements Degree of accuracy depends and also on the more or less great sensitivity of the substance to be investigated versus frequency differences. So indifferent which measurement frequency is given in and of itself in a case that is about to be present is about 45 Hz - 50 Hz -6o Hz - 100 Hz - 500 Hz (measurement audio frequency) or 8oo Hz (measuring frequency in telecommunications), it must always be reduced that far ensure that the measurements are carried out without unduly influencing the measurement result can. On the other hand, it is unnecessary, in the given case even harmful, to lower it even further.

Die Genauigkeit des Meßverfahrens kann nach der weiteren Erfindung noch erhöht werden, wenn die Meßspannung unterhalb des Schwellenwertes gehalten wird, oberhalb dessen der jeweils zu ermittelnde Leitwert in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße spannungsabhängig ist.The accuracy of the measuring method can according to the further invention can be increased if the measurement voltage is kept below the threshold value above which the respective conductance to be determined is the permissible The error limit of the applied measuring method depends on the voltage is.

Werden die Leitwertmessungen an lebenden Wesen, also etwa an Menschen, vorgenommen, so wird die Meßspannung dabei mit besonderem Vorteil noch um eine Zehnerpotenz kleiner gewählt als sie mit Rücksicht auf die Schmerzempfindlichkeit an und für sich gewählt werden müßte.Are the conductance measurements on living beings, for example on humans, is carried out, the measuring voltage is particularly advantageously still by a power of ten chosen smaller than them with regard to the sensitivity to pain in and for would have to be chosen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für eine Meßeinrichtung nach der vorliegenden. Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of a circuit for a Measuring device according to the present. Invention shown.

Der Motor i, j e nach Erfordernis ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrommotor oder auch ein Universalmotor zum beliebigen Anschluß an Gleichstrom oder Wechselstrom, der z. B. sowohl an eine Spannung von iio V angeschlossen werden kann als auch, und zwar über einen Vorschaltwiderstand 2 hinweg, an eine Spannung von 22o V, ist mit dem Einphasenwechselstromgenerator 3, der einen Wechselstrom von beispielsweise 5 Hz liefert, mechanisch festgekuppelt. Dieser Generator 3 nun speist, über die Sicherungen 4 und 5 hinweg, die Primärspule 6 eines Transformators, auf dessen Sekundärseite mittels der Wicklung 7 die für die Meßanordnung erforderliche Heizspannung abgenommen wird und mittels der Wicklung 8 die Anodenspannung. Die Primärspannung . des Transformators kann dabei mittels des zweckmäßig als Drehwiderstand ausgebildeten Widerstandes 9 geregelt werden. Die eigentliche Meßv orrichtung besteht aus dem Meßinstrument io, das in einem Brückenzweige angeordnet ist, dessen Endpunkte i i und 12 auf der Verbindungsleitung zwischen dem Brückenwiderstande 13 und der Anode der Verstärkerröhre 14 einerseits und der Verbindungsleitung zwischen dem Brückenwiderstande 15 und der Anode der Verstärkerröhre 16 andererseits liegen. Die Brückenwiderstände 13 und 15 sind auf der anderen Seite wiederum an einen auf dem Spannungsteiler 17 liegenden gemeinsamen Anschlußpunkt 18 geführt. Der Spannungsteiler 17 ist dabei sinngemäß an die Anodenwicklung 8 angeschlossen. Demgegenüber sind die Heizdrähte der Verstärkerröhren 14 und 16 unmittelbar an die Heizwicklung 7 angeschlossen. Wie die Zeichnung überdies erkennen läßt, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Heizwicklung 7 neben der Heizspannung auch die Gitterspannung für die beiden Verstärkerröhren 14 und 16 abgenommen. Die Abnahme der gleichbleibenden Gitterspannung für die Verstärkerröhre 14 erfolgt dabei von dem an die Heizwicklung 7 angeschlossenen Spannungsteiler i9. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei verschiedene Abnahmepunkte 20 und 21 auf dem Spannungsteiler i9 vorgesehen, auf die das Gitter der Verstärkerröhre 14 umschaltbar ist. Dazu ist der Umschalter 22 vorgesehen, jede Umschaltung bedingt eine Änderung der während des Meßvorganges selbst gleichbleibenden Gitterspannung und damit eine Änderung des Meßbereiches der gesamten Anordnung. Die Messung erfolgt nun grundsätzlich in der Weise, daß die Gitterspannung der Verstärkerröhre 16 in Abhängigkeit von dem jeweils zu messenden Widerstande beeinflußt wird. Das Gitter der Röhre 16 ist zu diesem Behufe in dem Punkte 23 an , die Verbindungsleitung zwischen dem hochohmigen Konstantwiderstande 24 und dem zwischen den Elektroden 25 und 26 erfaßten unbekannten Widerstande 27 gelegt. Der zu messende. Widerstand 27 ist dabei, in Reihe mit dem Hochohmwiderstande 24 liegend, ebenso wie der Spannungsteiler i9 an die Heizspule 7 angeschlossen. Durch das Zuschalten des hochohmigen Widerstandes 24 zu dem jeweils zu messenden, d. h. also der Größe nach wechselnden Widerstande 27 wird ein von der Größe des jeweiligen Widerstandes verhältnismäßig unabhängige Stromaufnahme des Spannungsteilers erzwungen, den der Hochohmwiderstand 24 und der zu messende Widerstand 27 mit Hinblick auf das im Punkte 23 angeschlossene Gitter der Verstärkerröhre 16 praktisch darstellen. Wie die Zeichnung im übrigen erkennen läßt, wird die Messung nicht durch Auswiegen der Gitterspannungen mit Nullpunktgewinnung am IVleßinstrument io vorgenommen, sondern durch Zeigerablesung am Meßinstrument, das entweder in Siemens (Leitwert) oder aber in Ohm (Widerstand) geeicht worden ist.The motor i, j e as required a direct current motor, an alternating current motor or a universal motor for any connection to direct current or alternating current, the z. B. can be connected to a voltage of iio V as well as, and that across a series resistor 2, to a voltage of 22o V with the single-phase alternator 3 generating an alternating current of, for example 5 Hz supplies, mechanically tightly coupled. This generator 3 now feeds on the Fuses 4 and 5 away, the primary coil 6 of a transformer on its secondary side the heating voltage required for the measuring arrangement is removed by means of the winding 7 is and by means of the winding 8 the anode voltage. The primary voltage. of the transformer can by means of the resistor, which is expediently designed as a rotary resistor 9 are regulated. The actual measuring device consists of the measuring instrument io, which is arranged in a bridge branch whose endpoints i i and 12 on the Connection line between the bridge resistor 13 and the anode of the amplifier tube 14 on the one hand and the connecting line between the bridge resistors 15 and the anode of the amplifier tube 16 on the other hand. The bridge resistors 13 and 15 are on the other side in turn connected to a voltage divider 17 common connection point 18 out. The voltage divider 17 is analogous connected to the anode winding 8. In contrast, there are the heating wires of the amplifier tubes 14 and 16 are connected directly to the heating coil 7. Like the drawing, moreover can be seen, is in the present embodiment of the heating coil 7 besides the heating voltage also the grid voltage for the two amplifier tubes 14 and 16 removed. The decrease in the constant grid voltage for the amplifier tube 14 takes place from the voltage divider i9 connected to the heating winding 7. In the present exemplary embodiment, there are two different acceptance points 20 and 21 provided on the voltage divider i9 to which the grid of the amplifier tube 14 is switchable. The changeover switch 22 is provided for this purpose, and each changeover is required a change in the grid voltage, which remains constant during the measurement process and thus a change in the measuring range of the entire arrangement. The measurement takes place now basically in such a way that the grid voltage of the amplifier tube 16 in Depending on the resistance to be measured in each case, is influenced. The grid the tube 16 is for this purpose at point 23, the connecting line between the high-resistance constant resistor 24 and that between the electrodes 25 and 26 detected unknown resistances 27 placed. The one to be measured. Resistance 27 is there, in series with the high-ohm resistor 24, as well as the voltage divider i9 connected to the heating coil 7. By switching on the high resistance 24 to the respective to be measured, d. H. that is, resistances that change according to their size 27 becomes a relatively independent of the size of the respective resistance Forced power consumption of the voltage divider, which the high resistance 24 and the Resistance 27 to be measured with regard to the grid connected at point 23 of the amplifier tube 16 in practice. As can be seen in the rest of the drawing the measurement is not made by balancing the grid tensions with zero point extraction made on the measuring instrument OK, but by reading the pointer on the measuring instrument, that has been calibrated either in Siemens (conductance) or in ohms (resistance) is.

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Meßanordnung wird diese mit besonderem Vorteil so bemessen, daß die Gitterspannung der einen Röhre mit zunehmender Größe des zu messenden Leitwertes, steigt, die der anderen dagegen mit abnehmender Größe.To increase the sensitivity of the Measuring arrangement this is dimensioned with particular advantage so that the grid voltage of the one Tube with increasing size of the conductance to be measured, that of the other increases on the other hand, with decreasing size.

Wenn als Gitterspannung keine Gleichspannung zur Verfügung steht, so kann nach der weiteren Erfindung an ihrer Stelle eine Wechselspannung verwendet werden, die die gleiche Frequenz hat wie die als Anodenspannung angelegte Wechselspannung. Eine derartige Meßanordnung ist auch in der Zeichnung dargestellt.If no DC voltage is available as grid voltage, Thus, according to the further invention, an alternating voltage can be used in its place which has the same frequency as the alternating voltage applied as the anode voltage. Such a measuring arrangement is also shown in the drawing.

Eine sehr wesentliche Erweiterung des Meßbereiches in Verbindung mit einer nicht unerheblichen Erhöhung der Meßgenauigkeit kann. erfindungsgemäß erzielt werden, wenn das Brückengleichgewicht der Meßanordnung durch eine einfache Änderung der Gitterspannung einer Röhre veränderbar ist. Auf diese Weise können zwei, drei, vier oder noch mehr Meßbereiche geschaffen werden.A very significant extension of the measuring range in connection with a not inconsiderable increase in measurement accuracy. achieved according to the invention if the bridge equilibrium of the measuring arrangement can be changed by a simple change the grid voltage of a tube can be changed. This way two, three, four or more measuring ranges can be created.

Die Elektroden zur Erfassung der zu messenden Widerstände bestehen vorteilhaft aus Flüssigkeiten, aus feuchten Stoffen oder aber aus Metallen, deren Oxyde bzw. Salze leicht löslich und in diesen Lösungen gut leitend sind.The electrodes for detecting the resistances to be measured exist advantageously from liquids, from moist substances or from metals, their Oxides or salts are easily soluble and are highly conductive in these solutions.

Von besonderem Vorteil ist unter Umständen eine federnde Meßelektrode, die durch sicht- oder hörbare Zeichen Rückschlüsse auf die Größe des Tastdruckes zuläßt.A resilient measuring electrode may be of particular advantage, the visible or audible signs draw conclusions about the size of the keystroke allows.

Die Meßanordnung kann nach der weiteren Erfindung dann auch noch in der Weise ausgestaltet werden, daß entweder unmittelbar im Tastkreis oder aber an einer anderen, praktisch gut geeigneten Stelle der Schaltung ein Unterbrechungskontakt angeordnet ist, der sowohl bei zu kleinem als auch bei zu großem Tastdruck in Tätigkeit tritt und den Meßvorgang unterbricht. Dadurch können Meßungenauigkeiten gegebenenfalls weitgehend ausgeschaltet werden.According to the further invention, the measuring arrangement can then also be in be designed in such a way that either directly in the touch circle or on Another, practically well suited point of the circuit is a break contact is arranged, which is active both when the button is too small and when it is too large occurs and interrupts the measuring process. This can lead to measurement inaccuracies largely switched off.

Für den Fall, daß eine auf den gleichen Zeitpunkt zusammengedrängte Mittelwertmessung mehrerer Widerstände erforderlich sein sollte, könnte diese nach der weiteren Erfindung mit Hilfe einer Anzahl parallel geschalteter Meßelektroden ohne weiteres durchgeführt werden.In the event that one was crowded together at the same time Should a mean value measurement of several resistors be necessary, this could be done according to of the further invention with the aid of a number of measuring electrodes connected in parallel can be carried out without further ado.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Equipment for measuring the conductance of substances, especially organic, the resistance of which changes when using a direct current as a measuring current within the period of time required for the measurement in a die Change the permissible error limit of the applied measuring method in excess of the dimensions the internal structure of which would be the usual when using an alternating current Metrological frequencies as the measuring current on the other hand, a direct measurement of the pure ohmic conductance because of the capacitive resistance that occurs at the same time not allowed, by means of a measuring alternating current of relatively lower, d. H. such a frequency that on the one hand polarization phenomena cannot occur, on the other hand, the permissible capacitive resistance below the permissible error limit of the applied measurement method remains, characterized by a circuit according to of the type of a Wheatstone bridge, the branch of which contains the measuring instrument is located between two points, one of which is on the connecting line between a constant resistance and an amplifier tube with a constant Grid alternating voltage is, the other on the other hand on the connection line between an equally invariable resistor and an amplifier tube, the one receives grid alternating voltage dependent on the conductance to be measured. a. .Procedure for conductance measurement with a device according to claim i, characterized in that that the measuring voltage is the threshold value, above which the one to be determined Conductance value in a value that exceeds the permissible error limit of the measuring method used Dimensions depends on the voltage, does not exceed. 3. Procedure for measuring the conductance with a device according to claim i, characterized in that during the measurement of the conductance of organic substances that belong to the body of living beings, the measuring voltage is chosen to be a power of ten smaller than it is with regard to the sensitivity to pain would have to be chosen in and of itself. q :. Procedure for measuring conductance with a Device according to Claim i, characterized in that the provided amplifier tubes exclusively on the straight part of their characteristic be exploited. 5. A method for measuring conductance with a device according to claim i, characterized in that the grid voltage of one tube increases with The size of the conductance to be measured increases, the other with decreasing size. 6. Procedure for conductance measurement with a device according to claim i, characterized in that an alternating voltage is used as the grid voltage which has the same frequency as the alternating voltage applied as anode voltage. 7. Device according to claim i, characterized in that the bridge equilibrium can be changed by changing the grid voltage of a tube. B. Establishment according to claim i, characterized in that the measuring electrodes are made of a liquid exist. 9. Device according to claim i, characterized in that the measuring electrodes consist of a damp substance. ok Device according to claim i, characterized in that that the measuring electrodes consist of a metal whose oxides or salts are light are soluble and are good conductors in these solutions. i i. Device according to claim i, characterized by at least one resilient measuring electrode, which is visible through 'or audible signs allow conclusions to be drawn about the size of the keystroke. 12. Establishment according to claim i, characterized in that either directly in the feeler circle or but arranged an interrupt contact at a suitable point in the circuit that comes into action when the touch is too small or too large. 13. Device according to .Anspruch i, characterized in that a number of measuring electrodes connected in parallel to record the mean value of the conductivity of several resistors are.