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Einrichtung zur Herstellung einer Normalspannung Zur quantitativen
Messung elektrischer Spannungen bedient man sich bekanntlich im allgemeinen anzeigender
Instrumente, der sogenannten Voltmeter. Diese sind immer dann sehr zweckmäßig, wenn
an die Meßgenauigkeit keine allzu großen Ansprüche gestellt werden. Bei Messungen
jedoch, die sehr genau sein sollen, machen sich bei den Voltmetern Skalenfehler,
Reibungsfehler, Fehler durch Überlastung, Frequenzfehler bei Wechselspannungsmessungen,
Fehler durch Alterung der Gleichrichterröhren usw. als Unsicherhei ts faktoren störend
bemerkbar.
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Bei der Messung von Gleichspannungen kann man sich in den Fällen,
in denen eine hohe Genauigkeit, z. B. eine solche von + I 0/ovo, des Meßergebnisses
gefordert wird, eines der bekannten Gleichspannungsnormalelemente bedienen und die
unbekannte Spannung mit der Spannung dieses Normalelementes nach dem üblichen Kompensationsverfahren
vergleichen.
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Bei der- Messung von Wechselspannungen, insbesondere hochfrequenter
Wechselspannungen, hat es bis jetzt jedoch an einer Anordnung, die derart genaue
Meßergebnisse liefert, gefehlt.
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Die Erfindung, die diese Lücke ausfüllt, betrifft eine Einrichtung
zur Herstellung einer Normalspannung mittels einer eingangsseitig von einem Generator
gespeisten Brücke, die in mindestens einem Brückenzweig einen spannungsabhängigen
Widerstand enthält.
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Erfindungsgemäß dient als Normalspannung die im Abgleichszustand der
Brücke. der mittels eines Reglers für die Generatorspannung und mittels eines im
Ausgang liegenden Nullinstrumentes hergestellt wird, am Brücke keneingang vorhandene
Spannung.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Entnahme einer von Schwankungen
der Speisespannung unabhängigen Nutzspannung bekannt, hei denen letztere an den
Ausgangsklemmen einer eingangsseitig von der schwankenden Spannung gespeisten Brücke
entnommen wird, die mit zwei spannungsabhängigen Widerständen ausgerüstet ist. Als
Nutzspannung wird die Ausgangsspannung der Brücke verwendet. Diese wird also nicht
im Abgleichszustand betrieben.
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Im Gegensatz hierzu wird bei der Einrichtung nach der Erfindung die
Eingangsspannung der im Abgleichszustand befindlichen Brücke verwendet.
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Die bekannten Einrichtungen sind für die Lösung des der Erfindung
zugrunde liegenden Problems, nämlich der Schaffung einer praktisch belastungsunabhängigen
und sehr genau, z. B. mit einer Toleranz von 1°/oo einen vorgegebenen Wert aufweisenden
Normalspannung, wie sie für SIeßzwecke erforderlich ist, nicht zu gebrauchen, weil
bei ihnen die Nutzspannung von der am Brücken ausgang liegenden Belastung in starkem
Maße abhängig ist.
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Außerdem besteht bei den bekannten Einrichtungen nicht die Möglichkeit.
ohne Verwendung besonderer zusätzlicher Nfeßgeräte zu prüfen, ob die Nutzspannung
ihren Sollwert hat oder nicht.
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Die von diesen Nachteilen freie Erfindung ist im folgenden an Hand
der Fig. I bis 3 der Zeichnung näher erläutert, von denen Fig. I beispielsweise
eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine zum besseren
Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 dienendes Diagramm und Fig,
3 beispielsweise eine Anwendung des Erfindungsgegenstands zur Messung einer unbekannten
Spannung darstellt.
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In Fig. 1 ist G eine Wechselspannungsquelle, die über einen veränderbaren
Widerstand R die eine Diagonale einer Brücken speist, deren andere Diagonale mit
einem Anzeigeinstrument (Nullinstrument) V1 verbunden ist. Die Brücke besteht aus
zwei gegenüberliegenden ohmschen Widerständen 1, 2 und zwei spannungsabhängigen
Widerständen 3, 4. Als letztere können beispielsweise Urandioxydrwiderstände, Glühlampen
usw dienen, d. h. allgemein Widerstände mit nichtlinearer Stromspannungskennlinie.
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Es sei der Einfachheit halber ein Brückenverhältnis von 1 : 1 angenommen,
außerdem habe die Strom (Jj -Spannungs (U)-Kennlinie der Brückenwiderstände I, 2
bzw. 3. 4 einen den Kurven k=-lL, 2 bzw. K3,4 gemäß Fig. 2 entsprechenden Verlauf.
Dann ist hei einem hestimmten Wert lv der Brückeneingangsspannung, der dem Schnittpunkt
4 der genannten Kurven entspricht, der Strom in allen Widerständen gleich groß und
die Brücke daher abgeglichen. Die Spannung UN' stellt eine infolge der bekannten
weitgehenden Frequenzunabhängigkeit des Widerstandes von Glühlampen, Urandioxydwiderständen
usw. in sehr weiten Grenzen frequenzunabhängige und sehr genau konstante Spannung
dar: sie wird daher als Normalspannung verwendet.
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Diese Normalspannung UN' wird hei festen Widerständen I, 2 im allgemeinen
irgendeinen beliebigen unrunden Wert haben. Man wird daher zweckmäßigerweise die
Normalspannung mittels eines entsprechend bemessenell Vorwiderstandes 5 auf einen
gewünschten runden Wert UN, Z. B. io V, ergänzen oder durch mehrere wahlweise einschaltbare
Vorwiderstände auf verschiedene gewünschte Werte bringen.
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Eine andere Möglichkeit. die Normalspannung variabel zu machen, besteht
darin, daß die Widerstände I, 2 veränderlich ausgebildet werden.
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Die Messung einer unbekannten Spannung mit der Einrichtung nach der
Erfindung geht nun, wie in Fig. 3 dargestellt, in der Weise vor sich, daß ein Anzeigeinstrument
V2J beispielsweise mittels eines Umschalters S, abwechselnd an die zu messende,
von einer Spannungsquelle Q gelieferte Spannung % bzw an die vom Spannungsnormal
N, entsprechend Fig. I gelieferte und in einem veränderbaren Dämpfungsglied D, z.
B. einer Eichleitung, gedämpfte Spannung UN " angelegt wird. Dabei wird das Dämpfungsglied
so eingeregelt, daß das Instrument 1% in heiden Fällen den gleichen Ausschlag zeigt.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht nur für Wechsel-, sondern
auch für Gleichspannungsmessungen brauchbar. Im letzteren Fall ist der Generator
G der Fia. 1 durch eine Gleichspannungsquelle zu ersetzen.
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Von großem Vorteil ist die Eichmöglichkeit der Einrichtung nach der
Erfindung mittels Gleichspannung, da es hei dieser Stromart, wie oben erwähnt. sehr
genaue Aleßmethoden gibt.
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Die Brüclie B braucht nicht unhedingt aus zwei spannungsabhängigen
und zwei ohmschen Widerständen zu bestehen. Sie kann vielmehr
beispielsweise
auch aus einem spannungsabhängigen und drei ohmschen Widerständen aufgebaut sein.
Sie kann aber auch aus vier temperaturabhängigen Widerständen, zwei Heiß- und Zwei
Kaltleitern bestehen, wobei die beiden Heißleiter und die beiden Kaltleiter in einander
gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnet sind.
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Das Brückenverhältnis braucht nicht notwendigerweise 1 : 1 zu sein;
es kann unter Umständen auch die Wahl eines anderen Brückenverhältnisses zweckmäßig
sein.