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WechselstrommeßBrücke zum Messen beliebiger Widerstände durch Vergleich
mit Normalen gleichen Charakters Zur Messung beliebiger Widerstände, beispielsweise
zur Messung von Kapazitäten und Induktivitäten, werden Wheatstonesche Brükkenanordnungen
benutzt. So sind Brückenanordnungen bekannt, bei denen zwei benachbarte Brückenzweige
aus Ohmschen Widerständen aufgebaut und in dem zum Meßzweig benachbarten Brückenzweig
Normalkondensatoren oder Normalinduktivitäten angeordnet sind. Es ist bekannt, mehrere
Normalwiderstände bzw. Kondensatoren vorzusehen, die wahlweise eingeschaltet werden
können. Es ist auch bereits bekannt, den einen Widerstandszweig regelbar zu gestalten,
beispielsweise durch parallel liegende Stufenwiderstände. Diese bekannten Meßbrücken
werden bei einem größeren Meßbereich und gleichzeitig hoher Genauigkeit außerordentlich
umfangreich und kostspielig.
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Die Nachteile dieser bekannten Meßbrücken vermeidet eine bereits
vorgeschlagene Meßbrücke für Kapazitäten, bei der wenige, insbesondere dekadisch
gestufte Normalkondensatoren unabhängig voneinander an beliebige Teilwerte des einen
der beiden Ohmschen Vergleichszweige von einem Brückeneckpunkt aus geschaltet werden.
Hierdurch wird eine Kapazitätsmeßbrücke geschaffen, die einfach im Aufbau und billig
in der Herstellung ist.
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Die inneren Widerstände der Spannungsteilung werden bei dieser Meßbrücke
vorzugsweise dadurch besonders niederohmig gemacht, daß sie durch eine symmetrische
Drossel gebildet werden, die mit vielfädigem
Draht bewickelt ist.
Hierdurch wird auch erreicht, daß das Teilerverhältnis sehr genau und konstant ist.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich'( zur Aufgabe, eine Meßbrücke
zum Messen beliebiger Widerstände durch Vergleich inil: nur einem festen Normal
gleichen Charakters zu schaffen, die in ihrem Aufbau die gleiche Einfachheit wie
die vorstehend behandelte Feinkapazitätsmeßbrücke zeigt und mit geringstem Aufwand
eine direkte und äußerst genaue Messung beliebiger Widerstände gestattet.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer solchen Meßbrücke der eine der
beiden Vergleichszweige aus einer vorzugsweise dekadisch unterteilten Drossel gebildet,
deren einzelne Abteilungen magnetisch streuungsarm miteinander verkettet sind und
an die zur weiteren Unterteilung weitere gleichartige Drosseln angeschlossen sind,
derart, daß die Schalter jeder Stufenreihe zweipolig an zwei benachbarte Abgriffpunkte
der vorhergehenden Drossel abgreifen.
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Es ist an sich bereits bekannt, ein zweites Potentiometer parallel
zu einem ersten zu schalten. Tritt jedoch die Forderung auf, daß der Gesamtwiderstand
des Spannungsteilers konstant bleiben soll, so muß das zweite Potentiometer hochohmig
gegenüber dem ersten bleiben, und dann ist diese Bedingung auch nur näherungsweise
erfüllt. Diese bekannte Schaltungsanordnung läßt sich nicht mehrmals wiederholen.
und es kann auch nicht jede geforderte Einstellgenauigkeit erzielt werden.
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Man hat daher schon vorgeschlagen, bei einem aus mehreren Stufenreihen
bestehenden Mehrdekadenp otentiometer jede Stufenreihe über einen Schalter von der
entsprechenden Widerstandsreihe derart zweipolig abgreifen zu lassen, daß der gesamte
Widerstand zwischen diesen beiden Abgriffen gleich ist dem Widerstand zwischen je
zwei benachbarten Abgriffpunkten. Hierdurch wird eine große Anzahl von Stufenreihen
möglich.
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Dieses bekannte Mehrstuf enp otentiometer erscheint für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung theoretisch für tiefe Meßfrequenzen geeignet; es ist
aber wirtschaftlich untragbar, da alle einzelnen Teilwiderstände die Güte des Normals
besitzen müßten.
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Die für die Meßbrücke nach der Erfindung benutzten symmetrischen
Drosseln werden vorzugsweise aus vielfädigem Draht gewickelt.
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Die Abgriffe werden dadurch gebildet, daß die einzelnen Fäden in Reihe
geschaltet sind.
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Die Schalter jeder Stufenreihe greifen zweipolig an zwei benachbarten
Abgriffpunkten der vorhergehenden Widerstandsreihe ab. Für die einzelnen Stufen
können gleiche Drosseln benutzt werden. Die Staffelung kann hierbei mehrfach wiederholt
werden, ohne daß sich eine zu niederohmige Anordnung ergeben lsönnte. Hierdurch
wird ein Mehrstufenpotentirneter geschaffen, dessen Gesamtwiderstand Westant bleibt
und bei dem das Teilerverhälmis auf Io-s bis Io-6 genau wird und konstant bleibt.
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In besonders zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung erhält die
Drossel jeder oder eines Teiles der Stufenreihe außer den Teilwicklungen, die zwischen
der Sparnungszuführung liegen, noch eine oder mehrere weitere Teilwicklungen, so
daß eine Enveiterung des Bereiches jeder Stufenreihe beispielsweise von 10/ 10 einer
Dekade auf I I/I 0 Dekade erzielt wird. Dies ist wertvoll zur schnelleren Eingrenzung
des Meßwertes.
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Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Induktivitätsmeßbrücke ist in
der Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Meßbrücke wird in den Zweigen DA und DB
durch symmetrische Drosseln gebildet, die insbesondere mit vielfädigem Draht, z.
B. 11 I-bzw. 22drähtiger Litze, bewickelt sind. Die zwischen D und ß liegende Drossel
ist in zehn gleiche Teilwicklungen von je gleichem wirksamem Teilwiderstand r/10
unterteilt und mit Abgriffen o bis 10 versehen. Die Drossel hat zwischen dem Abgriff
10 und 1 1 eine zusätzliche Teilwicklung, deren Widerstandswert gleichfalls 7 beträgt.
Durch diese Teilwicklung wird eine Erweiterung der Dekade um i/ 10 erreicht, was
bei Dekadenpotentiometern aus Widerständen unmöglich ist. Von der ersten Stufenreihe
greift eine die zweite Stufenreihe bildende gleiche Drossel, die die gleiche Unterteilung
zeigt, zweipolig ab, hiervon wieder eine weitere Stufenreihe gleichen Aufbaus.
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Die Staffelung kann so oft wiederholt werden. wie der gesamte Innenwiderstand
der Teilung gegenüber dem sonstigen Widerstand der Brückenseite BC vernachlässigbar
ist. Zwischen A und C liegt eine Normalinduktivität LN. Die zu messende Induktivität
Lx bildet den letzten Brückenzweig und kann an einem der Abgriffe der letzten Stufenreihe
angeschaltet werden.
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Bei einer solchen Ausbildung der Brücke sind die infolge der magnetischen
Verketr ung anem wllksament wierstance aucn 10 bei messung mit holhen Frequenche
praktisch gleich dem Gleichstromwiderstand und sehr genau untereinander gleiche.
Sie sind so niederohmig, daß keine Winkeldrehung durch Parallelkapazitäten auftreten
kann. So ist beispielsweise der Widerstandswert eines Teilwiderstandes in der Größenordnung
von
1 Ohm. Von dem Teilwiderstand aus gesehen ist die die folgende
Stufenreihe bildende Drossel jedoch hochohmig, beispielsweise in der Größenordnung
von look Q, so daß auch der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers konstant bleibt.
Es wurde schon ausgeführt. daß die einzelnen Teilwiderstände sehr genau untereinander
gleich sind. Das Teilerverhältnis bleibt auch mit der Unsicherheit von Io-j bis
Io-6 konstant, da Temperatureinflüsse und Alterung bei streuungsarmen Drosseln nur
mit ihrem eigenen Prozentsatz die genannte Unsicherheit beeinflussen.
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Zur Abstimmung der Brücke entsprechend der gewünschten Meßgenauigkeit
muß auch die Phase abgeglichen werden. In der Fig. 2 ist eine dafür bevorzugte Ausführungsform
gezeigt. Parallel zu einem der Brückenzweige AD oder DB ist eine veränderbare Kapazität
C angeordnet. Um diese Kapazität klein zu halten und ihre Wirksamkeit vervielfachen
zu können, liegt in Reihe mit der Induktivität ein veränderbarer Widerstand R.
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Die Kapazität C und der Widerstand R können auch vertauscht werden.
Eines dieser Elemente kann in tg õ beschriftet werden.
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Soll die Beschriftung für mehrere Frequenzen gelten, so kann das andere
Element in Abhängigkeit von der Freuqenz geändert werden (tg=CR !?=/[<)]).
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Bei einer solchen Ausbildung der Meßbrücke kann an den Ab griffen
der einzelnen Stufenreihen die Ablesung direkt und mit großer Genauigkeit erfolgen.
Zur Erweiterung des Meßbereiches kann der zweite Vergleichszweig ebenfalls, vorzugsweise
dekadisch, unterteilt sein. Die Erfindung ist nicht auf die Messung von Induktivitäten
beschränkt. Die Brücke ist vielmehr zur Messung beliebiger Widerstände geeignet.
: Bei der Messung von Kapazitäten wird jedoch die zu messende Kapazität zwischen
A und C und der Normalkondensator an einen Abgriff der letzten Stufenreihe geschaltet.