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Kompensationsschaltung zur-Eichung von Strom-, Spannungs- und Leistungsmessern
Zur genauen Messung von Gleichspannungen nach dem Kompensationsverfahren bedient
man sich eines Kompensators, der aus einer Kombination von Widerständen mit einem
Normalelement besteht, wobei an einem Galvanometer als Nullinstrument die erfolgte
Kompensation festgestellt wird. Das Prinzip des Verfahrens ist in der Abb. z schematisch
dargestellt. Der Strom einer Hilfsbatterie S durchfließt die Widerstände
R, r1, r2. Durch Regeln von R wird die Spannung an den Enden des Widerstandes
r1 derjenigen des Normalelementes N gleichgemacht; dann zeigt das Galvanometer G1
keinen Strom an. r1 wird dabei so gewählt; daß der Strom einen runden Wert, z. B.
1/l000 A, hat.. Die zu messende Spannung wird nun durch einen Widerstand r2 kompensiert,
der durch Verschieben der Schneiden f1 und B auf dem Schleifdraht eingestellt
wird. Als Nullinstrument dient hierbei entweder ein zweites Galvanometer G2 oder,
nach Umschalten, das Galvanometer G1. Der Widerstand r2 liefert nach erfolgter Kompensation
unmittelbar die Spannung X. Gleichströme werden in ähnlicher Weise gemessen, indem
man sie durch einen Normalwiderstand von bekanntem Betrag leitet und die an den
Enden des Widerstandes erzeugte Spannung kompensiert.
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Dieses Verfahren wird z. B. für die Eichung von- Präzisions-Anzeigeinstrumenten
für Stromi Spannung und Leistung in großem Umfange angewendet. Man verfährt hierbei
folgendermaßen: Die Spannung an dem Instrument (oder der Strom) wird so geregelt,
daß der Zeiger auf den zu kontrollierenden Teilstrich der Skala genau einspielt;
diese Einstellung kann bei Instrumenten mit guter Skala mit der Genauigkeit eines
Bruchteiles von i Promille ausgeführt werden. - Die so eingestellte Spannung (oder
der Strom) wird dann mit Hilfe des Kompensationsapparates gemessen. Die zu berechnende
Differenz gegen den vom Instrument angezeigten Wert ergibt den Fehler bzw. die Korrektion
des Instruments. Die Kompensationsmessung selbst muß, entsprechend der Einstellgenauigkeit
des Instruments, mit einer Genauigkeit von einigen 1/10000 ausgeführt werden. Der
Widerstand r2 kann daher nicht aus einem einfachen Schleifdraht bestehen, sondern
es sind fünf Serien von je zehn Widerständen, die nach Dekaden abgestuft sind, erforderlich.
Mindestens drei von diesen müssen als Doppelwiderstände ausgebildet sein, da die
Forderung zu erfüllen ist, daß bei der Veränderung von r2 der Gesamtwiderstand des
Kompensators ungeändert bleibt. Ein solcher Kompensator enthält daher eine große
Zahl von Einzelwiderständen und ist sehr teuer. Man hat in neuerer Zeit speziell
für die Eichung vonPräzisionsinstrumenten vereinfachte Kompensatoren geschaffen:
Diese Apparate haben nur eine Kurbel mit einer beschränkten Anzahl
von
Widerständen, so daß nur bestimmte runde Spannungsstufen eingestellt bzw. kompensiert
werden können. Bei der Eichung der Instrumente -muß man daher in anderer Weise,
als vorher .angegeben, verfahren:-- Es wird eine bestimmte Spannung (oder ein bestimmter
Strom) mit Hilfe des Kompensators eingestellt und dann an dem Instrument abgelesen,
um wieviel der Zeiger von seinem Sollwert abweicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
daß seine Genauigkeit geringer ist als bei dem ersten Verfahren, weil die Einstellung
des Zeigers auf einen Teilstrich der Skala sehr viel genauer ausgeführt werden kann
als die Schätzung des Fehlers in Bruchteilen eines Skalenintervalls bei dem zweiten
Verfahren.
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Die Nachteile, die demnach beiden Verfahren anhaften, werden durch
.die im folgenden beschriebene Kompensationsschaltung vermieden, die an einem bestimmten
Beispiel erläutert werden soll. Es liege die Aufgabe vor, einen Strommesser für
die Nennstromstärke 1o A mit einer zooteiligen Skala- zu eichen. Für die meisten
Zwecke genügt dabei die Eichung an vier oder fünf Punkten der Skala. Dementsprechend
erhält der Kompensationsapparat für den Widerstand r2 eine Kurbel mit fünf Einstellungen
entsprechend derb Skalenteilen 2o, 4.o, 6o, 3ä, =oo. Der Zeiger des Strommessers
wirrt nun ähnlich wie bei dem eingangs beschriebenen Verfahren durch Regeln des
Stromes zunächst genau auf den zu kontrollierenden Teilstrich, etwa too, eingestellt.
Es fließt dann ein Strom von angenähert to A, der durch einen Normalwiderstand von
z. B. o,i Ohm geleitet wird; an den Enden des Widerstandes wird demnach eine Spannung
von etwa i V erzeugt. Diese Spannung wird nun dem Kompensator zugeleitet und der
an r2 herrschenden Spannung gegengeschaltet. Dabei war r2 so gexiählt, Maßeine -Spannung
von genau i V an seinen -Enden herrscht. -Ist der vorher eingestellte Strom im Instrument
genau to A, so bleibt das -Galvanometer in Ruhe; weicht der Strom von -to A ab,
so zeigt das Galvanorneter einen Ausschlag. Dieser Ausschlag kann nun unmittelbar
in %o eines Skalenintervalls nies Instruments geeicht werden. Auf diese Weise kann
an dem Galvanometer ohne weiteres der Fehler des Instruments unmittelbar abgelesen
werden. In gleicher Weise werden die vier übrigen Skalenteile kontrolliert, wobei
das Galvanometer jedesmal automatisch den Fehler des Instruments in i/10 Teilstrichen
angibt. Bei der Umschaltung auf die entsprechenden kompensationsspannungen werden
geeignete Vorwiderstände in ,dien GalVanomstdrkreis eingeschaltet, welch bbWi.rkt-n,
daß in allhn Fäl.ltn der 8clzließungswiderstand und somit die Spannungsempfindlichkeit
des Nullgalvanometers erhalten bleibt. Die Schaltung eines solchen Kompensators
zeigt Abb. 2. Hierin =bedeuten S die Hilfsbatterie, deren Strom durch den Widerstand
R geregelt werden kann, r1 den Widerstand zur Kompensation des Hilfsstromes gegen
das Normalelement, r2 den aus einer Anzahl von Stufen r,, rb... bestehenden Widerstand
zur Kompensation der unbekannten Spannung, K die Kurbel zum Abgreifen der Teilspannungen
an den Widerständen rQ, rb. . ., r2, r4... die an den Abgreifpunkten der
StufenwiderständerQ, rb... vorgesehenen Widerstände. Sie bewirken, daß bei allen
Stellungen der Kurbel K der Schließungswiderstand des Galvanometers der gleiche
ist, H, V und N die Klemmen zum Einschalten der zu kompensierenden
Spannungen in den Galvanometerkreis (z. B. H für die Strommessung, V für
die Spannungsmessung, N für das Normalelement), D einen Schalter, der gestattet,
wahlweise den Galvanömeterkreis an die Klemmen H, h oder N anzulegen,
U einen Umschalter zwecks Ein- und Abschaltung eines Schutzwiderstandes,
W für das Galvanometer G.
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Für Instrumente mit anderen Nennstromstärken wird der Normalwiderstand
so gewählt, daß bei der Nennstromstärke die Spannung an seinen Enden den gleichen
Betrag hat wie die Spannung des als Beispiel angeführten Normalwiderstandes bei
to A.
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In ähnlicher Weise wird bei der Messung von Spannungen verfahren,
die durch einen Spannungsteiler so unterteilt werden, daß die dem Kornpensator zuzuführende
Spannung stets denselben Betrag hat.