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Anordnung zur Messung sehr kleiner Gleichspannungen nach dem Kompensationsverfahren
In der Praxis ist es vielfach erforderlich, sehr niedrige G1eichspannungell, wie
sie z. B. bei Thermoelementen auftreiben, mit großer Genauigkeit zu messen. Da eine
unmittelbare Spannungsmessung meist nicht möglich ist, bedient man sich zu diesem
Zweck geeigneter Kompensationsgeräte.
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Diese müssen, wenn die Spamnungsempiindlichkeit des Galvanometers
möglichst ausgenutzt werden soll, mit geringem Eigenwiderstand ausgeführt sein.
In diesem Falle gehen aber alle Übergangswiderstände an den Kolntaktstellen in die
Messung fein, so das der artige Einrichtungen, wie z. B. der bekannte Kompensator
nach Dieselhorst, nur zu einem verhältnismäßig hohen Preis herstellbar sind.
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Hinzukommt, daß es sehr schwierig ist, alle stromführenden Teile des
Kompensators so auszubilden, daß der störende Einfluß von Thermlospan.nungen bei
Tbempleraterunt,erschieden möglichst vermieden wird. Dadurch wird die Genauigkeit
der Messung stark begrenzt.
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Im allgemeinen stehen nun des hohen Preises wegen solche Sondergeräte
nicht zur Verfügung, und man. mußte sich mit normalen Kompensationsgeräten für höhere
Spanzangen behelfen. Man kann zu diesem Zweck z. B. ein Verfahren anwenden, bei
dem die Meßspannung durch den Spannungsabfall kompensiert wird, der in einem geeignet
bebemessenen Widerstand von einem an einem Ausschlagmeßgerät der Größe nach ablesbaren
Strom hervorgerufen wird. In diesem FalXe ist- die Meßgenauigkeit von der Zuverlässigkeit
der Eichung des benutzten Meßgerätes abhängig.
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Es'bestand nun bereits seit längerer Zeit das Bedürfnis nach einem
einfachen Zusatzgerät, durch das ein normaler Kompensator für höhere Spannungen
in der Weise ergänzt werden kann, daß auch die Messung sehr kleiner Spannungen mit
der gleichen Gen.auigkeit. ohne Zuhilfenahme leines geeichten Meßgerätes möglich
ist. Diese Aufgable wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der in bekannter
Weise zur Erzeugung der Kompensationsspannung an einem unveränderbaren Widerstand
dienende Strom über einen zweiten, um lein Vielfaches größlerein Widerstand geführt
ist und die Enden dieses zweiten Widerstandes mit den Eingangsklemmen eines Kompensators
verbunden sind, so daß diesem Kompensator eine im Verhältnis der beiden Widerstände
erhöhte Mießspannung zugeführt wird.
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Die Stärke des zur Kompensation dienenden Stromes wird also nicht
mit Hilfe eines Ausschlagmeßinstrumentes, sondern unter Zuhilfenahme leines gewöhnlichen
Kompensators gemessen, wobei als Meßspannung dieses Kompensators der Spannungsabfall
dient, der in einem verhältnismäßig großen Widerstand durch den Kompensationsstrom
erzeugt wird.
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Diesen zuletzt genannten Widerstand kann man so wählen, daß der Spanmungsabfall
in einer für die Messung mittels des zur Verfügung stehenden Kompensators zw,eckmäßigen
Größenordnung liegt, so daß sämtliche Kurbeln des Kompensators ausgesteuert werden
können
und auch bei Verwendung eines stromempfindlichen Spiegelgalvanometers als Nullinstrument
des Kompensators eine Interpolation des Nullausschlages möglich ist, ohne den Kompensationswiderstand
zu ändern. Das Wesentliche dieses Verfahrens liegt darin, daß man die Vorteile eines
hochohmigen und die eines niederohmigen Kompensators - ia einer Meßanordnung vereinigen
kann.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Auf einer gemeinsamen Grundplatte 1 sind ein Normalwiderstand R1, ein Normalwiderstand
R2, ein Amperemeter J und ein Regelwiderstand Rs angeordnet. B1 ist eine Stromquelle.
Die genannten Teile sind in Reihe geschaltet. Parallel zum Widerstand R1 liegt der
die zu messende niedrige Spannung liefernde Stromkreis. Beispielsweise ist als Spannungsquelle
tein Thermoelement T angegeben. Zwei den Widerstand R2 einschließende Klemmen -
dienen zum Anschluß eines normalen Kompensationsgerätes JC, dessen GalvanometerG2,
dessen Normalelement mit M und dessen Kompensationsspannungsquelle mit B2 bezeichnet
ist.
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Der Übersichtlichkeit halber sind in der Zeichnung Einzelteile oder
Nebengeräte, die für gewisse Messungen benötigt werden, wie z. B. thermokraftfteie
Doppelumschalter, nicht mit eingezeichnet.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise mag folgendes dienen. Die von dem
Thermoelement T gelieferte zu messende Spannung wird an dem Kompensationswiderstand
R1 kompensiert. Als Nullinstrument dient dabei das spannungsempfindliche Galvanometer
0,. Der mit Hilfe des Regelwiderstandes R3 eingestellte, über den Widlerstand Rt
fließende Hilisstrom erzeugt in dem Widerstand R2 einen Spannungsabfall, der mit
Hilfe des Kompensationsapparates K gemessen wird.
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Das Verhältnis der beiden Widerstände R1 und R2 stellt gewissermaßen
das Übersetzungsverhältnis der Anordnung dar, denn um denselben Betrag, um den der
Widerstand R2 größer als der Widerstand R1 ist, ist auch die an dem Widerstand R2
abgegriffene Spannung größer als die zu messende Spannung des Thermoelements. Die
Umrechnung wird besonders leinfach, wenn R2 ein dekadisches Vielfaches von R1 ist.
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Zur Klarstellung der Verhältnisse ist im folgenden ein Zahlenbeispiel
gegeben. Sollen z. B. Spannungen bis zu IO»V gemessen werden, dann dient als Widerstand
R1 ein Normalwiderstand von 10-4 Ohm. Der höchsten zu messenden Spannung entspricht
lein über den Normalwiderstand fließender Komp ensations-10 . 10+6. strom von 10-4
= 10-1 A=100 mA. Dieser Wert läßt sich leicht mit guten Regulierwiderständen einstellen.
Als Meßwiderstand R2 wird ein Normalwiderstand von 10 Ohm verwendet. An diesem Widerstand
entsteht also eine Meßspannung von I V, die mit dem Kompensationsapparat JC leicht
auf mindestens 0,5 0/oo genau gemessen werden kann. Dieselbe Genauigkeit läßt sich
bei Spannungen bis o,oIV herunter erzielen. Dem Spannungsabfall von o,oIV in dem
Widerstand R2 entspricht ein Strom von ImA und eine Meßspannung von O,I FV. Es ist
also aus dem Zahlenbeispiel ersichtlich, daß eine sehr genaue Messung sehr kleiner
Spannungen ohne Schwierigkeiten ausführbar ist.
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Die zu erreichende Meßgenanigkeit ist im wesentlichen durch die Empfindlichkeit
des Galvanometers Gj begrenzt. In dieser Hinsicht liegen die Verhältnisse bei dem
Erifindungsgegenstand jedoch keineswegs ungünstiger als bei der Anwendung von Spezialkompensatoren
mit sehr kleinem Widerstand.
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Auch die Notwendigkeit, zwei Galvanometer zu verwenden erschwert die
Anwendung des Erfindungsgegenstandes nicht erheblich, zu mal das Galvanometer Ol
keine besonders hohe Empfindlichkeit aufzuweisen braucht.