-
Anordnung zur Messung kleiner Gleichspannungen Die Anwendung der Verstärkerröhre
in der Meßtechnik bringt eine außerordentliche Erhöhung der Meßempfindlichkeit mit
sich.
-
Eine Schwierigkeit hierbei ist die Tatsache, daß jede Änderung des
Verstärkungsgrades in die Messung eingeht. Jede Änderung des Heizstromes, der Anodenspannung
oder der Eigenschaften der Röhre bringt eine Änderung der Eichkonstanten mit sich,
so daß häufige und zeitraubende Nacheichungen, besonders bei Gleichspannungsverstärkung,
notwendig sind. Überdies müssen der Heizstrom und die Spannung der Anodenbatterie
genau auf bestimmte Werte eingestellt und konstant gehalten werden.
-
Es ist zwar bereits eine Anordnung bekanntgeworden, welche die sehr
niedrige Gleichspannung leiner Stromquelle, die als Restspannung blei der Komplensatioln
der Meßspannung auftritt durch Zerhacken und Transformieren mit anschließender Röhrenverstärkung
meßbar machen soll. Diese Anordnung hat aber dadurch, daß ein Transformator auf
der Eigangsseite der Verstärkerröhre und ein weiterer Transformator an der Ausgangsseite
der Verstärkerröhre vorgesehen ist, den Nachteil, daß eine gewisse, wenn auch sehr
geringe Leistung erforderlich ist, um die Verstärkerröhre auf der Eingangsseite
zu betreiben. Dadurch wird im belasteten Zustand eine andere Spannung gemessen,
als an der Stromquelle um unbelasteten Zustand vorhanden ist. Dieses ist bei Stromquellen,
welche zur Messung anderer physikalischer Vorgänge dienen, insbesondere bei der
Messung von Temperaturen mittels Thermoelementen, ein erheblicher Nachteil.
-
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß auch
blei ihr die Genauigkeit der Messung von der Konstanz
der Röhren
daten abhängig ist, da die gemessene Ausgangsleistung von der Steilheit der Röhre
abhängig ist und somit ein Fehler in der Steilheit der Röhre einen Meßfehler zur
Folge hat.
-
Ferner ist eine Anordnung bekanntgewor den, bei der die Meßspannung
und eine Ver gleichsspannung abwechselnd in einer Elektronenröhre verstärkt werden,
doch stören auch hier noch Schwankungen der Bletriebsspannungen stark, weshalb eine
weitere Anordnung bekannt wurde, bei welcher in einer Doppelröhre oder zwei gleichartigen
gegeneinandergeschalteten Röhren eine geringe Spannung durch einen Wechselsehalter
mit einer bekannten Spannung verglichen und die Stromdifferenz zur Messung venvendet
wird. Bei leiner derartigen Anordnung ist es jedoch notwendig, daß beide Röhren
bzw. beide Systeme der verwendeten Doppelröhre die gleichen Daten aufweisen. Da
bekannter weise die Röhrendaten nicht gleichartig ausfallen und sich im Laufe der
Zeit recht elrheblich ändern können, gewährleistet auch diese bekannte Anordnuing
keine genauen Messungen, insbesondere über längere Zeiträume.
-
Um nun aber bei einer Anordnung zur Messung kleine Gleichspannungen,
bei der die Meßspannung und die Vergleichsspannung abwechselnd über leine Röhre
verstärkt zur Anzeige gebracht werden, die Mängel der bekannten Anordnungen zu vermeiden
und trotzedem mit ein und derselben Verstärkereinrichtung in beiden Stromkreisen
auszukommen, wird erfindungsgemäß als Anzeigeinstrument ein Quotientenmesser benutzt,
dem in schneller zeitfolge synchron miit dem Anlegen der Meß- und Vergleichsspannung
an das Gitter der Röhre die diesen entsprechenden Anodenströme zugeführt werden,
so daß das angezeigte Verhältnis der Anodenströme unmittelbar ein Maß für die gesuchte
Größe ist. Die Verstärkereinrichtung wird also wechselweise an die eine und dann
an die andere Spule geschaltet, und zwar in so schneller Folge, daß das bewegliche
Organ dank seiner Trägheit diesen Wechseln nicht folgen kann. Bei der vorliegenden
Erfindung wird somit die bekannte Haupteigenschaft des Krenzspulgerätes oder Quotientenmessers
ausgenützt, daß das von der Meßgröße abhängige Drehmoment von derselben Stromquelle
gesteuert werden kann wie das Gegendrehmoment. Es werden daher Änderungen des Verstärkungsgrades
in ziemlich weiten Grenzen höchstens die Empfindlichkeit des Meßgerätes, nicht aber
seine Einstellung beeinflussen.
-
Das Prinzip der Erfindung soll an Hand eines schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert werden.
-
1 und 2 sind die beiden Spulen eines Kreuzspulgerätes. Ihre linken
Enden sind miteinander verbunden, die recchten führen zu den Schaltkontakten 3 und
4 eines Schalters 5.
-
Letzterer kann als schwingender oder rotierender Schalter ausgeführt
sein, dessen Kontaktzahl z. B. 50 pro Sekunde beträgt; sein Drehpunkt ist durch
einen Kreids angedeutet.
-
Am Schalter 5 ist eine Zunge 6 angebracht, die wechselweise die Kontakte
3 und 4 berührt und die durch eine bewegliche Leitung mit der Anodenbatterie 7 und
der Verstärkerröhre 8 verbunden ist. Die Glühkathode 9 dieser Röhre wird durch leine
Batterie 10 geheizt und ist einpolig mit den linken Enden der Kreuszpulen 1 und
2 verbunden. Am Schalter 5 befindet sich eine zweite Zunge I I, die mit dem Röhrergitter
12 durch eine bewegliche Leitung verbunden ist. 11 spielt zwischen den Kontakten
13 und 14, die mit den zu messenden bzw. zu vergleichenden Spannungen, in der Zeichnung
mit den Punkten a und c, verbunden sind.
-
Für die Größe der Meßspannung kann beispielsweise eine Widerstandsänderung
maßgebend sein.
-
So stellt in dem Ausführungsbeispiel die Widerstandskombination a-b-c-d
eine Brücke dar aus zwei konstanten Widerständen Rx. zwei mit der zu messenden Größe,
z. B. einer Temperatur, veränderlichen Widerständen Rx.
-
Aus der Batterie 15 fließen Ströme von b über a und c nach d; die
Spannungen a-d und c-d werden durch die sog. Vorspannung der Batterie 16 auf eine
der Röhre 8 angepaßte Gitterspannung gebracht. Es fließt dann bei schwingendem Schalter
5 über die Spule I des Kreuzpulgerätes ,ein Strom proportional Rx und über die Spule
2 ein Strom proportional %, so daß die Einstellung des Meßgerätes dem Verhältnis
Rx : R entspricht.
-
Parallel zu den Spulen 1 und 2 können Kondensatoren 17 und IS geschaltet
werden, die leine Glättung des unterbrochenen Stromes in den Spulen I und 2 und
leine Entlastung der Schalterkontakte 3 und 4 bewirken.
-
Die Vorteile der Verstärkerschaltung nach der Erfindung sind folgende:
Die Empfindlichkeit kann gegenüber den bekannten Anordnungen erheblich gesteigert
werden. Der Meßstrom für die Kreuzspulen belastet nicht das Meßobjekt. Die Steuerung
durch das Gitter 12 erfolgt in bezug auf das Meßobjekt stromlos. Die Eigenschaften
der Verstärkerröhre 8 sind in weiten Grenzen ohne Einfluß auf die Messung. Die Röhre
kann jederzeit ohne Umeichung der Einrichtung durch eine ähnliche Röhre ersetzt
werden. Spannungsänderungen der verwendeten Batterien sind in weiten Grenzen ohne
Einfluß
auf die Messung. Da die Verstärkerröhre 8 bei Wechselstrom
den Strom nur in einer Richtung durchläßt, kann statt der Batterien eine Wechselstr,omquelle
verwendet werden so daß sich die Einrichtung in b!ekannter Weise zum Netzanschluß
ausbilden läßt.
-
Bei der Einstellung des Kreuzspulmeßwerkes spielt nicht nur das Verhältnis
der Ströme, sondern auch das Verhältnis ihrer Dauer leine Rolle. Man muß dieser
Tatsache bei der Ausbildung des Schalters 5 Rechnung tragen. Man kalnn auch die
Spulen I und 2 durch gittergesteuerte Ventilröhren wechselweise ein- und ausschalten
und durch den mechanischen Schalter nur die Sperrspannung der Ventile steuern. Der
Umstand, daß die Stromdauer in den Spulen einen Einfluß auf die Zeigerstellung hat,
läßt sich auch meßtechnisch ausnützen, indem man die jeweilige Schaltdauer durch
eine Größe, die bei der Messung eine Rolle spielt, beeinflußt, z. B. durch die Außentemperatur.
-
Der dargestellten Schaltung liegt eine Temperaturmessung durch Änderung
der Widerstände Rx zugrunde. Die Widerstände R und Rx können selbstverständlich
auch durch irgendeine andere physikalische Größe unmittelbar oder mittelbar verändert
werden.
-
Es bedarf auch nicht der gezeichneten Brükkenanordnung. Man kann z.
B. eine bekannte Spannung (Normalelement) mit einer zu messenden Spannung (Thermoelement,
Photozelle usw.) vergleichen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß der Vergleichsstromkreis
und der Meßstromkreis nur einpolig miteinander verbunden sein müssen.