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Verfahren zum Abgleich einer Wechselstrommeßbrücke Eine fehlerfreie
Messung des Betriebsscheinwiderstandes von einpolig geerdeten Meßobjekten, insbesondere
der Betriebskapazität von geerdeten Kondensatoren, ist mit der bekannten Wheatstonebrücke
im allgemeinen nicht möglich, weil hierbei die Richtigkeit der Meßergebnisse in
starkem Maße von der Größe und Art der Scheinwiderstände der Brückeneckpunkte gegen
Erde abhängig ist. Der Einfluß dieser Scheinwiderstände auf das Meßergebnis ist
besonders bei Messungen mit hohen Frequenzen störend. Aber auch bei Messungen mit
Tonfrequenz kann der Einfluß der erwähnten Scheinwiderstände u. U:, heispielsweise
bei der Messung sehr kleiner Betriebskapazitäten, eine erhebliche Rolle spielen
und eine beträchtliche Fälschung des Meßergebnisses zur Folge haben.
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Es ist nun zwar eine Scheinwiderstandsmeßbrücke (die sog. Wagnerbrücke)
bekannt, bei welcher der Einfluß der Erdkapazitäten der Brückeneckpunkte mittels
eines Hilfszweiges kompensiert wird. Diese Brücke ge-. stattet aber lediglich die
genaue Messung von Teilwiderständen. Zur Erläuterung dieses Begriffes sei folgendes
ausgeführt: Jeder Scheinwiderstand besteht aus drei Teilwiderständen, erstens dem
Teilwiderstand zwischen seinen beiden Klemmen, zweitens dem Teilwiderstand zwischen
der einen Klemme und Erde und drittens dem Teilividerstand zwischen der anderen
Klemme und Erde. Der Betriebsscheinwiderstand ergibt sich aus der Parallelschaltung
des erstgenannten Teilwiderstandes mit der Reihenschaltung der beiden anderen Teilwiderstände.
Liegt nun eine I(lemme des Scheinwiderstandes an Erde, so ist der zugehöribe Teilwiderstand
kurzgeschlossen. Bei der bekannten Wagnerbrücke müßten also bei einem erdfreien
bzw. einpolig geerdeten Scheinwiderstand drei bzw. zwei Teilwiderstandseinzelmessungen
durchgeführt und aus ihrem Ergebnis der Betriebsscheinwiderstand rechnerisch ermittelt
werden, was ein sehr umständliches Unter fahren bedeuten würde. Im übrigen aber
ist
die Wagnerbrücke in dem häufig vorliegenden Falle daß es sidl
um die Messung einpolig geerdeter Scheinwiderstände handelt, iiberhaupt nicht anwendbar.
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Es ist ferner eine Scheinwiderstandsmeßbrücke mit einem Brückenverhältnis
1 : 1 bekannt, bei welcher der Einfluß der Scheinwiderstände der Brückeneckpunkte
gegen Erde durch besondere Symmetriermaßnahmen, beispielsweise durch die Einschaltung
zusätzlicher Symmetrierkondensatoren und durch die Verwendung besonders geschirmter
Übertrager. kompensiert wird. Abgesehen davon, daß i)ei dieser bekannten Brücke
die Herstellung der Symmetrie einen erheblichen Aufwand an Zeit erfordert, stellt
die Bedingung, daß das Brückenverhältnis stets I: I sein muß, eine für die Praxis
unerwünschte Einschränkung dar. weil vielfach mit den vorhandenen Mitteln (Normalien)
eine Messung bei dem genannten Brückenverhältnis von 1 : I nicht durchzuführen ist.
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Die Erfindung, die die genannten Nachteile der bekannten Meßbrücken
vermeidet, bezieht sich auf ein Verfahren zum Abgleich einer Wechselstrommeßbrücke
mit einem von 1 : 1 abweichenden Brüclsenverhältnis zur fehlerfreien Messung des
Betriebsscheinwiderstandes von einpolig geerdeten Njeßobjeliten, insbesondere zur
Messung der Betriebskapazität von geerdeten Kondensatoren, bei der die Brückenzweige
#1, #2, #3 so aufgebaut sind, daß ihre Erdkapazitäten praktisch auf die Brückeneckpunkte
konzentriert sind und bei der zur Ausschaltung des Einflusses der störenden Erdscheinwiderstände
ein Hilfszweig verwendet wird.
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Erfindungsgemäß sind das Meßobjekt #4 und das Normal #3 über einen
zweipoligen Schalter an die mit der Wechselspannungsquelle verbundenen Brückeneckpunkte
a, b angelegt, wobei bei zunächst abgeschaltetem Meßobjekt und Normal eine Zusatzbrücke
aus zwei Hilfswiderständen #a", Rb" und den beiden festen Widerstände #1, #2 der
eigentlichen Meßbrücke durch Verändern der Hilfswiderstände abgeglichen wird und
danach bei geschlossenem Schalter der Abgleich der eigentlichen Brücke lediglich
durch Einstellung des Normales erfolgt.
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Die Erfindung, die den Vorteil mit sich bringt, daß keinerlei besondere
Abschirmnaßnahmen an den Meßspannungszuführungsleitungen bzw. -übertragern erforderlich
sind, sei im folgenden an Hand der Abb. 1 bis 3 der Zeichnung, von denen Abb. 3
ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung darstellt, näher erläutert. In allen
Abbildungen sind identische bzw. entsprechende Schaltelemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Abb. 1 stellt eine Scheinwiderstandsmeßbrücke dar, deren vier Brückenzweige
aus den Scheinwiderständen #1, #2, #3 und #4 bestehen. Der eine Brückenpunkt d liegt
direkt an Erde. Die Widerstände #1 und #2 sind feste Widerstände, #3 ist das Scheinwiderstandsnormal
und #4 das Meßobjekt.
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Es ist nun bekanntlich möglich, die Brücke so aufzubauen, daß die
Erdkapazitäten der einzelnen Brückenzweige praktisch auf die Eckpunkte konzentriert
sind. Unter dieser Voraussetzung gibt dann die Ersatzschaltung nach Abb. 2 die bei
der Messung tatsächlich vorliegenden Verhältnisse wieder. Die Widerstände #a, #b
und #c sind die auf die Eckpunkte konzentrierten Scheinwiderstände gegen Erde. Würde
man mit dieser Brücke richtig messen, dann würde bei abgeglichener Brücke die Bedingung
#1/#2=#3/#4 bzw.
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#3 # #2 #4= (1) #1 erfüllt sein.
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Tatsächlich ist diese Bedingung aber zunächst nicht erfüllt. Beim
Abgleich der Brücke gilt nämlich in Wirklichkeit #3 # #a #3 + #a #1/#2 = (2) #4
# #b #4 + #b oder #3 # #a(#4 + #b) #1/#2= . (3) #4 # #b(#3 + #a) Will man daher
mit dieser Brücke ein richtiges Ergebnis erhalten, dann muß man dafür sorgen, daß
das Verhältnis der Scheinwiderstände #a und #b dasselhe ist wie da der angrenzenden
Brückenzweigwiderstände #1 und #2, d. h.
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#a/#@ = #1/#. (4) In diesem Falle geht nämlich die Formel 3 in die
Formel 1 über, wie im folgenden gezeigt wird.
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Aus 3 ergibt sich: #1 # #4 # #b (#3 + #a) = #2 # #3 # #a (#4 + #b)
oder # #4 # #b # #3 + #1 # #4 # #b # #a = #2 # #3 # #a # #4 + #2 # #3 # #a # #b.
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Ersetzt man im ersten Glied auf der linken Seite dieser Gleichung
(?, #4, #b # #3) auf
Grund der Formel 4 #1 # #b durch #a # #2, so
erhält man #a # #4 # #2 # #3 + #1 # #4 # #b # #a = #2 # #3 # #a # #4 + #2 # #3 #
#a # #b.
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Mithin #1 # #4 = #2 # #3 oder #2 # #3 R4 = .
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#1 Abb. 3 zeigt beispielsweise eine Anordnung, mit der diese Bedingung
erfüllt werden kann. #1 und #2 sind feste Widerstände, #3 ist der Normalwiderstand
und #4 wiederum das Meßobjekt. Die NATiderstände RJ, #2 und #3 können so aufgebaut
werden, daß ihre Scheinwiderstände gegen Erde praktisch auf ihre Klemmen konzentriert
sind, und zwar soll beim Widerstand #3 der gesamte Erdscheinwiderstand auf der Seite
von d liegen.
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Die Widerstände »?aH und , sind zwei veränderliche Scheinwiderstände,
während die Scheinwiderstände #a' und #b' von den festen Widerständen #1 und #2,
der Spannungsquelle und dem durch den Schaltungsaufbau bedingten Scheinwiderstand
der Eckpunkte a und b gegen Erde herrühren.
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Die Messung wird folgendermaßen vorgenommen: Der Schalter S bleibt
zunächst in geöffnetem Zustand, so daß die Widerstände #3 und #4 nicht in die Brücke
eingeschaltet sind. Mit Hilfe der veränderlichen Widerstände Ra" und Rb" kann die
aus den vier Widerständen #1, #2, #a und #b bestehende 13rücke abgeglichen werden,
wobei #a' # #a" #a' + #a" und #b' # #b" #b = #b' + #b" ist.
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Dann ist
Nach diesem Abgleich wird der Schalter S geschlossen und die gesamte Brücke durch
den veränderlichen Widerstand #3 abgestimmt. Dabei wird die beim ersten Abgleich
gefundene Einstellung der veränderlichen Widerstände Ra" und #b" nicht verändert.
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Beim Abstimmen mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes #2 bleibt
dann also die für die richtige Messung gefundene Bedingung Ra ~ #b #2 erfüllt.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin,
daß bei einem Austausch von Spannungsquelle und Anzeigeinstrument, was eine in der
Meßtechnik häufig angewandte Maßnahme darstellt, auch die Wechselspannungsquelle
einseitig an Erde liegen kann, ohne daß, wie dies bei den bekannten Meßbrücken der
Fall ist, eine grundsätzlicheVeränderung des ganzenSchaltungsaufbaues erforderlich
ist.