-
Verfahren zur Messung von Widerständen mit einem Stufenkompensator
Mit Hilfe des Präzisionskompensators kann man bekanntlich Widerstandsmessungen.
derart durchführen, daß man den Spannungsabfall an dem zu messenden Widerstand mit
dem an einem bekannten Widerstand vergleicht, während beide Widerstände von demselben
Strom durchflossen werden. Dieses Verfahren wird gemäß den Vorschriften der Pbysikalisch-Technischen
Reichsanstalt auch benutzt, um die Widerstandswerte der bei Leistungsmessern eingebauten
oder zugeschalteten Vorwiderstände zu bestimmen. Hierbei kommt es darauf an, die
Messung möglichst mit dem gleichen Strom durchzuführen, von dem das Meßgerät bei
Nennspannung durchflossen wird.
-
Im allgemeinen benatzt man hierbei die in Abb. I gezeigte Schaltung,
da dann die Spannung U am Prüfling genau die gleiche ist wie die, welche man mit
Hilfe des Präzis.ionskompensators mißt oder einstellt. Irrtümer sind dabei ausgeschlossen.
Allerdings wird dann der Normaiwiderstand RN nicht nur von dem Strom des Prilflings,
sondern auch von dem Strom des Spannungsteilers durchflossen.
-
Es ist weiterhin bekannt, für die Nachprüfung von Instrumenten auch
einfache Stufenkompensatoren zu verwenden, an denen man nicht jede beliebige, sondern
z. B. nur zehn bestimmte Kompensationsspannungen einstellen kann, wobei an dem mit
einer bestimmten gleichmäßigen Teilung versehenen Galvanometer die Abweichung vorn
Sollwert unmittelbar in Prozent abgelesen wird. Mit solchen Stufenkompensatoren
war es bisher nicht möglich, die Messung beliebiger Widerstände d,urchzuführen.
Dies hängt damit zusammen, daß der Spannungsabfallv an dem Normalwiderstand RN naturgemäß
im allgemeinen einen beliebigen Wert, d. h. also nicht gerade einen der Spannungswerte
hat, die man an dem Stufenkompensatolr einstellen kann Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bildet ein Verfahren, mit dem man unter Verwendung eines Stufenkompensators
die Messung beliebiger Widerstände vornehmen kann. Erfindungsgemäß wird hierzu die
an den Meßkreis gelegte Spannung U derart geändert, daß der an einem bekannten,
dem. zu messenden Widerstand vorgeschalteten Normalwiderstand RN auftretende Spannungsabfall
u. mit einer am Stufenkompensator einstellbaren Kompensationsspannung übereinstimmt,
worauf die MeßspannungU mittels eines einfachen, nur auf verhältnismäßig wenig feste
Werte einstellbaren Spannungsteilers und des Stufenkompensators gemessen wird und-
die dabei zwischen den Kompensationsspannungen etwa entstehenden Abw eichungen durch
Ablesung des Galvanometenausschlages
berücksichtigt und hieraus
der zu messende Widerstand berechnet wird.
-
Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei beispielsweise angenommen,
daß der Widerstand Rp eines Prüflings gemessen werden soll, der normalerweise bei
Skalenendwert und bei der Nennspannung von z. B. I50 V einen Stromverbrauch von
22 mA besitzt. Es sei ferner vorausgesetzt, daß der Spannungsteiler Sp, mit dessen
Hilfe die angelegte Spannung ti gemessen wird, bei Abgleichung, d. h. also dann,
wenn das Galvanometer des angeschlossenen Kompensators auf Null steht, einen Stromverbrauch
von genau 10 mA besitzt. Dann würde sich z. B. bei einer Spannung von 150 V ein
Spannungsabfall von 0,32 V an dem Normalwiderstand von RN = 10 Ohm ergeben. Durch
eine im Schaltbild nicht gezeichnete, an sich bekannte Regeleinrichtung wird nun
die angelegte Spannung U so lange geändert, bis der Spannungsabfall ii an dem Normalwiderstand
mit der nächsten Spannungsstufe des Kompensators in dem gewählten Beispiel 0,30
V übereinstimmt. Es ist nunmehr nur noch erforderlich, mit Hilfe des Spannungsteilers
und des Kompensators die dabei herrschende Spannung U zu messen und aus den bekannten
Werten, nämlich der angelegten Spannung U, der Kompensationsspannung u, dem Normalwiderstand
RN und dem Strom im Spannungsteiler 1T den gesuchten Widerstand des Prüflings nach
der leicht abzuleitenden Formel (1)
zu errechnen.
-
Durch änderung der angelegten Spannung und durch Messung derselben
in an sich bekannter Weise gelingt es also, den Widerstand aus den gemessenen Werten
leicht zu ermitteln.
-
In der praktischen Ausführung stellen sich dieser Messung insofern
Schwierigkeiten entgegen, als es im allgemeinen nicht möglich ist, einen stetig
verstellbaren Spannungsteiler Sp zu verwenden, mit dessen Hilfe also jede beliebige
Spannung U ohne- weiteres gemessen werden kann. Die Verwendung eines solchen Spannungsteilers
würde der Benutzung eines Präzisionskompensators, die doch gerade ve rmieden werden
soll, gleichkommen. In weiterer Fortfiihrung der Erfindung wird deshalb ein einfacher
Spannungsteiler mit nur drei Kurbeln verwendet, mit dessen Hilfe man zusammen mit
dem an sich bekannten Stufenkompensator jede beliebige ganzzahlige Spannung zwischen
z. B. I und 1110 V genau messen kann.
-
Benutzt man diesen Spannungsteiler und verfährt wie oben beschrieben,
so kann man zwar die nächstliegende ganzzahlige Spannung (in dem obenerwähnten Beispiel
141 V) nach der Anzeige des Spannungsteilers (die drei Kurbeln stehen auf 141 V)
und des Stufenkompensators (das Galvanometer steht genau auf o) mit Hilfe des im
Schaltbild nicht gezeichneten Spannungsreglers einstellen; mißt man aber jetzt die
Spannung u am Normalwiderstand, so wird diese im allgemeinen etwas von der am Stufenkompensator
eingestellten Kompensationsspannung abweichen. Das Galvanometer des Stufenkompensators
wird also eine an der Skala des Galvanometers in Prozenten ablesbare Abweichung
lto = du/u anzeigen. Dies rührt daher, daß der Widerstand Rp des Prüflings nicht
genau den nach Formel (1) aus der Spannung U = 141 V usw. errechneten Wert hat,
sondern um den Betrag d RP davon al> weicht. Diese Abweichung und die gemessene
Abweichung @o sitzt sind durch die Beziehung #Rp d Rp = # du #u verbunden. Durch
Differentiation der Formel ( r ) ergibt sich daraus
Aus dieser Formel läßt sich also die Abweichung des gesuchten Widerstandes RP von
dem nach Formel (I) gefundenen Wert und damit der genaue Widerstandswert Rp richtig
errechnen.
-
Grundsätzlich kann man in genau gleicher Weise auch bei Anwendung
der Schaltung gemäß Abb. 2 vorgehen; - nur ergeben sich hierbei natürlich ein wenig
andere Rechenformeln.
-
Praktisch wird diese Schaltung weniger benutzt, da hier nicht die
volle eingestellte Spannung U (Nennspannung), sondern nur die Spannung U - u am
Prüfling liegt.
-
Wollte man umgekehrt eine um den Spannungsabfall u, z. B. u = 0,3
V, höhere Spannung, d. h. also 1 5Q3 V mit Hilfe des Spannungsteilers einregeln,
so wäre das nicht möglich, da man mit dem Spannung teiler nur ganzzahlige Spannungen
einstellen kann.