Vorrichtung zur unmittelbaren Ablesung einer mit Hilfe einer Nullmethode
zu ermittelnden elektrischen Meßgröße Bei der Messung von elektrischen Größen, wie
Widerständen, Kapazitäten oder Induktivitäten, benutzt inan, wenn auf größte Genauigkeit
Wert gelegt wird, Brückenmethoden, die den Vorzug haben, daß die Ablesung von der
zur Messung verwendeten Energie unabhängig ist. Die Messung erfordert bei einer
Brückenschaltung die Veränderung eines reellen oder komplexen Widerstandes bis zu
der Stellung, in welcher das Nullinstrument bzw. bei Wechselstrommessung das Telephon
Brückengleichgewicht anzeigt.Device for the immediate reading of a with the help of a zero method
Electrical measurand to be determined When measuring electrical quantities, such as
Resistances, capacitances or inductances are used when the greatest accuracy is required
Great importance is attached to bridging methods which have the advantage that the reading of the
energy used for measurement is independent. The measurement requires a
Bridge circuit the change of a real or complex resistance up to
the position in which the zero instrument or, in the case of alternating current measurements, the telephone
Indicates bridge equilibrium.
Man ist im Verlauf einer Serienfabrikation häufig genötigt, an einer
großen Anzahl von Objekten die elektrischen Größen, die in gewissen Grenzen um einen
Sollwert streuen, zu messen. So ist man beispielsweise genötigt, bei vielpaarigen
Fernsprechkabeln sämtliche Werte der Kapazität der Sprechkreise nach der Fertigstellung
des Kabels zu ermitteln. Die Werte der Kapazität schwanken hierbei bei den einzelnen
Sprechkreisen um einige Prozent um einen in den Lieferbedingungen festgelegten Sollwert.In the course of a series production, one is often required to work on one
large number of objects the electrical quantities, which within certain limits around one
Scatter target value, measure. For example, if you have multiple pairs you are required
Telephone cables all values of the capacity of the speech circuits after completion
of the cable. The values of the capacity fluctuate with the individual
Speech circles by a few percent around a target value specified in the delivery conditions.
Die Ermittlung der Meßwerte mit Hilfe von Brückenschaltungen erfordert
eine beträchtliche Zeit und eine hohe Aufmerksamkeit des Messenden. Es wäre wünschenswert,
eine Einrichtung zu besitzen, die eine Ab-Lesung des gesuchten Wertes unmittelbar
nach dem Anlegen des Objektes ermöglicht.The determination of the measured values with the help of bridge circuits requires
a considerable amount of time and a high level of attentiveness on the part of the measurer. It would be desirable,
to have a device that allows a reading of the value sought immediately
after creating the object.
Gemäß der Erfindung wird das Problem auf die folgende Weise gelöst,
die an dem Beispiel der Kapazitätsmessung mit Hilfe einer Wechselstrombrückenschaltung
und Nüllabgleich am einfachsten zu erläutern ist. Die Stromquelle der Brücke liefere
eine Frequenz von 8oo Hz. Gemäß der Erfindung wird dem Normalkondensator
ein
Drehkondensator parallel geschaltet, dessen Größe so gemessen ist, daß er den Kapazitätsbereich
umfaßt, in welchem die einzelnen Werte der Meßobjekte 'streuen.-Der Drehkondensator
wird von einem kleinen Motor in ständig gleichförmige Drehl)e«-egong versetzt, so
daß beispielsweise in 1/1o Sekunde der ganze Kapazitätsbereich des Kondensators
durchfahren wird. Die Kapazität des Drehkondensators möge sich also beispielsweise
sinusförmig mit einer Perioden-(lauer von 1/5 Sekunde verändern. Entsprechend dieser
Veränderung wird dann auch der Nullstrom in der Brückendiagonale schwanken, und
eine der Stellungen des rotierenden Kondensators wird für einen Augenblick dein
Strom Null im Nullinstrument entsprechen. Es möge nun die gleichgerichtete Energie
des Kullstromes dazu benutzt werden, um den Kathodenstrahl einer Kathodenstrahlröhre
mit Hilfe eines Plattenpaares abzulenken. Der Brennfleck des Kathodenstrahles wird
dann den sich stetig verändernden-`'@rert des Nullstromes unmittelbar anzeigen.
Der Lichtfleck wird sich also entsprechend den sich stets ändernden Werten des Drehkondensators
auf einer Linie hin und her bewegen. Mit dem Drehkondensator ist nun das zweite
Plattenpaar der Kathodenstrahlröhre, welches senkrecht zti dem ersten steht, so
elektrisch gekuppelt, daß der Brennfleck je nach der Stellung dieses Kondensators
senkrecht zu der durch die Veränderung des Nullstroms bedingten Bewegung hin und
her geführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß mit
der Drehachse des Drehkondensators ein zweiter Drehkondensator mechanisch gekuppelt
ist, dessen Widerstand sich entsprechend den Werten des Meßkondensators stetig verändert
und der die an dem zweiten Plattenpaar liegende Spannung in ihrer Größe bestimmt.
Blendet man nun auf der Mattscheibe der Kathodenstrahlröhre einen schmalen, langen
Spalt aus, der den vorn Nullstrom gesteuerten Lichtfleck nur dann sichtbar werden
läßt, wenn er die Nullebene durchschreitet oder berührt, so erkennt man sofort,
daß der Lichtpunkt an verschiedenen Stellen in dem Spalt erscheinen wird, je nach
der Stellung des Drehkondensators, die dem Strom lull entspricht. Es wird also in
dem vorliegenden Beispiel nach jeder 1/1o Sekunde an einer bestimmten Stelle des
Spaltes ein Lichtblitz erscheinen, dessen Entfernung von einem auf dem Spalt angebrachten
Markierungspunkt unmittelbar den Wert der Kapazität angibt. Es sei noch bemerkt,
daß- man unter Umständen auch ohne Spalt an(1 ohne Gleichrichtung des Nullstromes
auskommt, da bei Brückengleichgewicht die Lichtdichte in der Zeiteinheit am größten
ist und somit der Nullpunkt deutlich markiert ist.According to the invention, the problem is solved in the following way,
the example of the capacitance measurement with the help of an AC bridge circuit
and zero adjustment is the easiest to explain. The power source of the bridge provides
a frequency of 8oo Hz. According to the invention, the normal capacitor
a
Variable capacitor connected in parallel, the size of which is measured so that it covers the capacitance range
includes, in which the individual values of the objects to be measured 'scatter.-The variable capacitor
is set by a small motor in constantly uniform turning) e «-egong, see above
that, for example, the entire capacitance range of the capacitor in 1 / 1o of a second
is driven through. The capacitance of the variable capacitor may be, for example
Change sinusoidally with a period of 1/5 second. Corresponding to this
Change will then also fluctuate the zero current in the bridge diagonal, and
one of the positions of the rotating capacitor becomes yours for a moment
Correspond to zero current in the zero instrument. May it now be the rectified energy
of the Kullstrom can be used to generate the cathode ray of a cathode ray tube
deflect with the help of a pair of plates. The focal point of the cathode ray is
then immediately display the constantly changing value of the zero current.
The light spot will therefore change in accordance with the constantly changing values of the variable capacitor
move back and forth on a line. With the variable capacitor is now the second
Pair of plates of the cathode ray tube, which is perpendicular to the first, see above
electrically coupled that the focal spot depending on the position of this capacitor
perpendicular to the movement back and forth caused by the change in the zero current
is brought forth. This can be achieved, for example, in that with
the axis of rotation of the variable capacitor, a second variable capacitor is mechanically coupled
whose resistance changes continuously according to the values of the measuring capacitor
and which determines the magnitude of the voltage applied to the second pair of plates.
If you now blind a narrow, long one on the screen of the cathode ray tube
Gap from which the light spot controlled by the zero current only then becomes visible
if he walks through or touches the zero plane, one immediately recognizes
that the point of light will appear in different places in the gap, depending on
the position of the variable capacitor, which corresponds to the current lull. So it will be in
in the present example after every 1/10 of a second at a certain point in the
Gap a flash of light appear, the removal of which is attached to the gap
Marking point immediately indicates the value of the capacity. It should also be noted
that under certain circumstances you can also switch on without a gap (1 without rectifying the zero current
is sufficient, since with bridge equilibrium the light density is greatest in the unit of time
and thus the zero point is clearly marked.
Die grundsätzliche Besonderheit der Erfindung, die hier an einem Beispiel
erläutert «-erde, läßt sich natürlich auf verschiedene ändere Arten und für verschiedene
andere Meßmethoden anwenden. So kann man beispielsweise an Stelle des ersten Plattenpaare
der Kathodenstrahlröhre ein Dynamometer bzw. ein Vibrationsgalvanometer setzen,
dessen Lichtstrahl in der zur Bewegtingsel)ene des Dynamonieterspicgels senkrechten
Richtung mit Hilfe eines mit dein Drehkondensator verbundenen rotierenden oder sinusförmig
hin und her bewegten Spiegels gesteuert wird. Dieser rotierende Spiegel braucht
nur in einer einfachen Spiegelfläche zu bestehen, die mit der Achse des Drehkondensators
verbunden ist; statt des Spiegels ist natürlich auch ein total reflektierendes Prisma
verwendbar. Diese Vorrichtung möge an Hand der Abbildungen verdeutlicht werden.
Entsprechend Abb. i soll die Brücke aus vier Widerständen bestehen; mit X ist das
zu messende Objekt und mit N das Meßnormal bezeichnet, dein der sich periodisch
ändernde Widerstand parallel geschaltet ist. Mit D ist ein empfindliches Dynamometer
bezeichnet, (las Schwankungen des Stromes möglichst träglieitslos zu folgen vermag.
Das Dynarnorneter besitzt eine Ablesevorrichtung mittels Lichtzeiger. An die Stelle
des Dvnamometers kani# auch ein Galvanometer mit vorgeschaltetem Gleichrichter treten.
In Abb.2 ist die Ablesevorrichtung selbst noch besonders erläutert. In dieser Abbildung
ist das Galvanometer lediglich durch den kleinen Spiegel S angedeutet, der an dein
Faden T angebracht ist. Der Spiegel S wird von einer Lichtquelle L über den Spalt
Sy beleuchtet. Der Lichtstrahl wird vom Spiegel S reflektiert und auf das total
reflektierende Prisma P entworfen, welches den Strahl wiederum auf die Ebene E wirft.
Das Prisma ist um die Achse A drehbar und ist mit der Achse des veränderlichen Widerstandes
(s. Abb. i) so gekuppelt, daß jeder Stellung dieses Widerstandes eine bestimmte
Stellung des Prismas entspricht. Die Kupplung zwischen dem bewegten Widerstand '1"
und dem Prisma sei derart, daß im Falle einer 5trornlosigkeit im Instrument D der
Lichtstrahl bei jeder beliebigen Stellung des Widerstandes N" auf der durch
e1 und e= begrenzten Linie innerhalb der Ebene E hin und her schwankt. In der Ebene
E befindet sich zwischen: den Punkten ex und e= entweder ein Spalt oder ein schmaler
Streifen, der einen auftreffenden Lichtstrahl diffus reflektiert. Neben dieseln
Spalt bzw. Streifen läuft eine Skala einher, welche unmittelbar den Wert des Widerstandes
.1,' 'anzeigt, wenn, den
Strom Null im Instrument D vorausgesetzt,
der Lichtstrahl an einer bestimmten Stelle der Skala den Spalt durchsetzt bzw. auf
dem reflektierenden Streifen sich markiert. Unter dem Einfluß des Nullstromes dreht
sich nun der Spiegel S, so daß der Strahl auf der Ebene F_ in der zum Spalt senkrechten
Richtung bewegt wird, die durch die beiden Pfeile R angedeutet ist. Man erkennt
sofort, claß ein Beschauer, der die Ebene E von unten betrachtet, in dem Spalt einen
Lichtblitz sieht, sobald der Strom im Instrument D durch Null hindurchgeht; ist
zwischen e1 und e., ein diffus reflektierender Glasstreifen aufgebracht, so wird
dieser, von oben betrachtet, im Falle des Nulldurchgangs aufleuchten. Wenn die Zeit
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Lichtstrahles durch die Nullage
klein genug ist, wird infolge der Trägheit des Auges eine objektive Lichtanzeige
für den Wert des Widerstandes N' somit gegeben sein.The fundamental peculiarity of the invention, which is explained here using an example, can of course be applied in various other ways and for various other measuring methods. For example, instead of the first pair of plates of the cathode ray tube, a dynamometer or a vibrating galvanometer can be used, the light beam of which is controlled in the direction perpendicular to the moving part of the dynamo mirror with the help of a rotating mirror or a sinusoidal moving mirror connected to the rotating capacitor. This rotating mirror need only consist of a simple mirror surface which is connected to the axis of the variable capacitor; Instead of the mirror, a totally reflective prism can of course also be used. This device should be clarified on the basis of the figures. According to Fig. I, the bridge should consist of four resistors; with X the object to be measured and with N the measurement standard, to which the periodically changing resistance is connected in parallel. A sensitive dynamometer is designated with D, (which is able to follow fluctuations of the current as slowly as possible. The dynamometer has a reading device by means of a light pointer. Instead of the dynamometer, a galvanometer with an upstream rectifier can be used. The reading device itself is shown in Fig.2 In this figure the galvanometer is only indicated by the small mirror S, which is attached to the thread T. The mirror S is illuminated by a light source L through the gap Sy. The light beam is reflected by the mirror S and onto the totally reflecting prism P designed, which in turn throws the beam onto the plane E. The prism can be rotated around the axis A and is coupled to the axis of the variable resistance (see Fig. i) so that each position of this resistance has a certain position of the prism. Let the coupling between the moving resistor '1 "and the prism be such that In the case of a dorlessness in instrument D, the light beam fluctuates back and forth on the line delimited by e1 and e = within the plane E at any position of the resistor N ". In plane E there is between: points ex and e = either a gap or a narrow strip that diffusely reflects an incident light beam. Next to the slit or strip there is a scale which immediately shows the value of the resistance Stripes are marked. The mirror S now rotates under the influence of the zero current, so that the beam is moved on the plane F_ in the direction perpendicular to the gap, which is indicated by the two arrows R. One recognizes immediately that an observer who looks at plane E from below sees a flash of light in the slit as soon as the current in instrument D passes through zero; If a diffusely reflecting glass strip is applied between e1 and e., this will light up when viewed from above in the event of the zero crossing. If the time between two successive passages of the light beam through the zero position is short enough, an objective light display for the value of the resistance N 'will thus be given due to the inertia of the eye.
An die Stelle der objektiven Ablesung kann auch eine selbsttätige
Schreibevorrichtung treten; es ist ohne weiteres verständlich, daß man mit Hilfe
eines bewegten photographischen Films die Meßwerte einer großen Anzahl von Meßobjekten
auf einen Bildstreifen aufzeichnen kann, indem man beim Anlegen eines neuen Objektes
den Film ruckweise weiterbewegt. Man kann auch beispielsweise den Spalt e1, e2 (s.
Abb. 2) keilförrnig ausbilden oder mit einem Glaskeil so überdecken, daß die Lichtstärke
des anzeigenden Lichtstrahls von der Stelle auf der Linie er, e," abhängt, und kann
dann die Helligkeitsunterschiede mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen für die
selbsttätige Aufzeichnung der vorhandenen lIeßwerte benutzen. Auf diese `'eise beschränkt
sich die Arbeit des Messens darauf, die Meßobjekte an die Meßapparatur nacheinander
anzulegen.An automatic reading can also take the place of the objective reading
Kick writing device; it is easily understandable that one with the help
of a moving photographic film, the measurement values of a large number of measurement objects
can record on a film strip by creating a new object
jerks the film forward. You can also, for example, the gap e1, e2 (see Fig.
Fig. 2) wedge-shaped or cover with a glass wedge so that the light intensity
of the indicating beam of light depends on the place on the line he, e, ", and can
then the differences in brightness with the help of photoelectric cells for the
Use automatic recording of the existing readings. Limited to this' way
The work of measuring is based on placing the objects to be measured on the measuring apparatus one after the other
to put on.