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Schaltung zur Messung großer Isolationswiderstände, bei der der Spannungsabfall
an dem Meßwiderstand dem Gitter einer Hochvakuumröhre zugeführt wird Zur Messung
großer Isolationswiderstände -ist bereits eine Schaltung bekannt, die in ihrem grundsätzlichen
Aufbau in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. In dieser Schaltung liegen der
zu messende Widerstand Rx mit den Klemmen a, b, ein Meßwiderstand Rg von bekannter
Größe und ein Schutzwiderstand R3 in Reihenschaltung an einer geerdeten Gleichspannungsquelle
E. Der Schutzwiderstand R3, der sehr klein gegenüber Rx und Rg ist, soll den Strom
aus der Quelle E im Falle eines Erdschlusses auf einen zulässigen Wert, z.B. 10
mA, begrenzen. Der Spannungsabfall, den der die drei Widerstände durchfließende
Strom an Rg hervorruft, wird dem Gitter einer Hochvakuumröhre V zugeführt, in deren
Anodenkreis ein Anzeigeinstrument A gelegt ist. Da die Spannung an von on der Größe
von Rx abhängig ist, stellt diese Spannung und damit auch der im Iiistru ment A
angezeigte Wert des Anodenstromes ein Maß für die Größe von R, dar. Da Rg einen
meist sehr hohen Widerstandswert (bis zu 10000 MQ) besitzt, wird als Röhren eine
sog. Elektrometerröhre verwendet, bei der durch entsprechenden Aufbau für eine sehr
hohe Isolation des Gitters gesorgt ist.
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Als Nachteil der bekannten Schaltung ist es zu bezeichnen, daß der
Isolationswiderstand der am Gitter liegenden Teile, insbesondere der der Zuleitung
vom Meßobjekt zum Gitter, die unter Umständen eine erllebliche Länge besitzen kann,
sich nur schwer auf eine solche höhe bringen läßt, daß dieser dem hohen Gitterwiderstand
Rg parallel liegende Widerstand keinen Einfluß auf den Meßbereich der Schaltung
ausübt und keine Fälschung des Meßergebnisses herbeiführt, und zwar, was
besonders
störend ist, in dem Single. daß die Isolationswiderstände zu groß gemessen werden.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird nun erfindungsgemäß um die
am Gitter liegenden Teile ein Schirm gelegt und diesem Schinn mittels eines Hilfsspannungsteilers
eine Spannung aufgedrückt, die der am Gitter der Hochvakummanzeigeröhre liegenden
Spannung gleich ist.
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Die Erfindung sei an hand der Fig. 2 bis 4 der Zeichnung näher erläutert,
von denen Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der Erfindung und die
Fig. 3 bzw. 4 das Ersatzschaltbild der Schaltung nach Fig. 2 darstellt, wenn das
Meßobjekt ein einzelner Widerstand bzw. ein Teilwiderstand eines Kabels darstellt.
In allen Figuren (einschließlich Fig. 1) sind die mit gleichen Bezugszeichen versehenen
Teile identisch.
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Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der bereits erläuterten
Schaltung nach Fig. 1 dadurch, daß ein metallischer Schirm S vorgeschen ist, der
die am Gitter liegenden Teile, d.h. die Zuleitungen zu diesem voll Rx und Rg aus,
und zweckmäßigerweise auch noch die mit dem Gitter verbundenen Enden dieser Widerstände
umschließt. Zwischen die Erdklemme der Spannungsquelle E und die dem Gitter abgewandte
Klemme ds Meßobjektes Rx ist ein aus der Reihenscllaltung zweier Ohmscher Widerstände
R1 und R2 bestehender Spannungsteiler geschaltet. Die den Widerständen R1 und R2
gemeinsame Klemme c ist über eine Leitung t mit dem Schirm 8 leitend verbunden.
Die Spannung an R2 wird dabei durch entsprechende Bemessung des Spannungsteilers
gleich der Spannung an Rg gemacht.
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Die Wirkungsweise der Schaltung erkennt man am besten aus ihrem in
Fig. 3 gezeigten Ersatzschaltbild. Iiierin stellt RF1 den störenden Widerstand der
Ableitung von den Gitterzuleitungen zum Schirm S und RF2 den Isolationswiderstand
des Schirmes gegen Erde dar. Da die Spannung an R2 gleich der an Rg gemacht wird,
kaum, wie sich ohne weiteres übersehen läßt, über RFt kein Fehlerstrom fließen und
die Spannung an Rg fälschen, so daß diese Spannung also ein einwandfreies Maß für
Rx darstellt. Im Gegensatz hierzu ist dies bei der bisher üblichen Schaltung nach
Fig. 1, wo RF1, wie oben bereits erwähnt wurde, direkt an Erde und damit paralle.l
zu Rg liegt, grundsätzlich nicht gewährleistet.
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Die Widerstände R1 und R2 des Hilfsspannungsteilers können so niedrig
gewählt werden, daß das Parallelschalten des Widerstandes RF2 keinen merklichen
Einfluß hat; gegebenenfalls kann dieser Einfluß im übrigen @uch berücksichtigt werden.
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Die Gleichheit der Spannungen an Rg und R2 kann sehr einfach dadurch
geprüft werden, daß RF1 mittels eines die Klemmen a und c verbindenden Schalters
Sj kurzgeschlossen wird; Bei Spannungsgleichheit muß dann der Ausschlag im Anzeigeinstrument
der Elektrometerröhre bei offenem und be schlossenem Schalter der gleiche sein.
Selbstverständlich kann aber auch zur Prüfung der Spannungsgleichheit die Elektrometerröhre
selbst umgeschaltet werden, d. 11. ihr Gitter einmal an die freie Klemme von Rg,
daM andere Mal an die von R2 angelegt werden.
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Im übrigen kommt es auf eine genaue Übereinstimmung der beiden Spannungen
nicht so sehr an. Beispielsweise wird bei einer Ahweichung der Spannungen voneinander
um 1% der Einfluß von RF1 auf die Meßunsicherheit nur etwa 10% betragen wenn RF1
eine Größenordnung kleiner als Rg ist, während bei der bisherigen Anordnung der
Widerstand Rx mit dem zehnfachen des richtigen Wertes gemessen werden würde.
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In vielen Fällen wird nun eine derartig weitgehende herabsetzung
des Einflusses von R,1 gar nicht gefordert werden. Man kann dann eine Vereinfachung
in der Bedienung des Gerätes nach der Erfindung dadurch erreichen, daß der Abgleich
nicht für die einzelnen Meßobjekte jedesmal wieder neu durchgeführt wird, sondern
nur einmal für einen bestimmten Widerstandswert des Meßobjektes, der beispielsweise
der Mitte des Meßbereiches oder einem Grenzwert entspricht, für den die höchste
Genauigkeit gefordert wird.
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Ferner kann der Hilfsspannungsteiler R1, R2 als Drehpotentiometer
ausgebildet werden.
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Dieses kann in Teilstrichen der Skala des Anzeigeinstrumentes A geeicht
werden. Stimmeil die Anzeige dieses Instrumentes und die Anzeige des Potentiometers
überein, so sind die Spaltungen an Rg und R2 einander gleich, und das Meßresultat
ist einwandfrei. Die .Anzeige des Instrumentes ist natürlich von der Einstellung
des Potentiometers abhängig. Dies bringt nun aber den Vorteil mit sich, daß je nach
der Stärke der Abhängigkeit ein Schluß auf die Größe von RF1 gezogen werden kann,
so daß Fehlmessungen, die dadurch entstehen könnten, daß RF1 zu niederohmig geworden
ist, vermieden werden (bei Kurzschluß von RF1 stimmen natürlich Anzeige und Potentiometereinstellung
stets überein).
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Das Ersatzschaltbild nach Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung
auf die Messung des Isolationswiderstandes zwischen den beiden. Adern a und b eines
zweiadrigen Bleimantelkabels K. Der Bleimantel M ist mit Punkt c des Spannungsteilers
verbunden. so daß der Isolationswiderstand R, der Ader a gegen den Mantel sich zu
RF1 parallel legt
und somit ebensowenig wie dieser Widerstand in
das Meßergebnis eingeht. I)er Isolationswiderstand Rb der Ader b dagegen liegt parallel
zu R1 und bewirkt unter Umständen eine kleine Änderung des Potentials des Punktes
c, die jedoch durch Nachstellen des Spannungst,eilers leicht kompensiert werden
kann. Die Spannung an Rg ist dann praktisch allein durch As bestimmt.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß nur die außen an das
Gitter angeschlossenen Teile geschirmt werden. Es kann unter Umständen vorteilhaft
sein, den Schirm sinngemäß auch zur Ausschaltung des Einflusses des Isolationswiderstandes
des Gitters selbst zu verwenden. Das kann beispielsweise bei der bekannten Elektrometerröhre
dadurch geschehen, daß ein schirmender Ring außen auf ihrem Glaskolben aufgebracht
wird. Dadurch wird nur der Einfluß der Oberflächenleitfähigkeit beseitigt. Soll
auch die Leitfähigkeit des Glases ausgeschaltet werden, so muß natürlich der Schirm
vakuumdicht eingeschmolzen werden.