DE838029C - Verfahren zur Messung nach dem Nullverfahren - Google Patents

Description

Zur Durchführung von Messungen nach dem Nullverfahren ist es beispielsweise bekannt, den Meßling in einen Zweig einer über zwei Diagonalpunkte von einer Meßfrequenz gespeisten Wheatstoneschen Brücke einzuschalten und ein veränderliches Glied (Ohmscher Widerstand, Induktivität, Kapazität) in einem anderen Brückenzweig so lange zu verstellen, bis ein an die freien Diagonalpunkte der Brückenanordnung angelegtes Instrument (optisch oder akustisch) die Nullage einnimmt. Dieses Verfahren ergibt keine einwandfreien Ergebnisse, da die Nullage des Instrumentes nicht immer ein eindeutiges Merkmal dafür ist, daß tatsächlich die Brückenzweige gegeneinander abgeglichen sind. Denn der Fall kann beispielsweise so liegen, daß infolge von Ableitungen des Nullinstrumentenjsweiges gegen Erde über Teile dieses Zweiges Ableitungsströme fließen und daher die Brückenzweige so abgeglichen sind, daß bei Leerlauf an den entsprechenden Diagonalpunkten noch ein Poten- ao tialunterschied vorhanden ist, welcher gerade dazu führt, daß bei eingeschaltetem Instrumentenzweig über das Meßwerk des Instrumentes kein Strom fließt. Das Instrument befindet sich dann zwar in der Nullage, die Zweige der Brücke mit unbeschal- »5 tetem Nullzweig sind aber nicht auf den Potentialunterschied Null an den Diagonalpunkten abgeglichen. Das Meßergebnis ist also falsch. Zur Vermeidung solcher Meßfehler wird üblicherweise in Ergänzung der Wheatstoneschen Brücke parallel

zu den Anschlußpunkten der Meßspannung ein aus zwei veränderlichen Gliedern bestehender, zwischen diesen Gliedern geerdeter Hilfszweig geschaltet. Im ersten Meßgang, bei dem der Instrumentenkreis an dem geerdeten Punkt des Hilfszweiges und an dem unteren freien Diagonalpunkt der Brückenschaltung angelegt wird, werden etwa die veränderlichen Glieder des Hilfszweiges verstellt, bis das Instrument die Nullage einnimmt. Im zweiten

ίο Meßgang erfolgt die Abgleichung der Brückenanordnung unter Verstellung eines Brückengliedes; der Instrumentenkreis liegt hierbei zwischen dem geerdeten Punkt des Hilfszweiges und dem oberen Diagonalpunkt der Brückenschaltung. Anschließend wird der erste Meßgang zur Rückkontrolle wiederholt. Das Meßergebnis ist in diesem Fall fehlerfrei, da der Bezugspunkt bei beiden Meßgängen der gleiche, nämlich der geerdete Punkt des Hilfszweiges ist; unter Erde ist hierbei und im folgenden stets allgemein Masse, d. h. das Potential der Umgebung zu verstehen.

Die eben geschilderte Meßmethode ist aber nicht grundsätzlich anwendbar, da sie nicht ziim Ziel führt, wenn z. B. der Meßling auf Grund seiner Betriebseigenschaften selbst Erdableitungen einer solchen Art besitzt, die es verbietet, einen seiner Endpunkte auf Erdpotential zu bringen.

Die Erfindung offenbart demgegenüber ein Verfahren, welches grundsätzlich, also z. B. auch in dem eben erläuterten Meßfall, anwendbar ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Potentialgleichheit zwischen zwei Punkten nacheinander zwei Nullmessungen mit Hilfe einer besonderen einpolig geerdeten Kompensationsstromquelle und eines Indikators gemacht werden, dessen spannungführende Teile bis auf eine frei bleibende Sonde mit dem Potential der Kompensationsstromquelle umschirmt und/oder durch Differentialwirkung so abgestimmt sind, daß das eigentliche Nullinstrument im Fall der nicht angelegten Sonde stromlos ist.

Zunächst ist ein Ausführungsbeispiel in Anwendung auf eine Brückenschaltung mit einem Betriebsscheinwiderstand X in Fig. ι gezeigt. Der mit dem Generator G₁ gleichfrequente, sonst aber unabhängige, nach Spannung und Winkel einstellbare Kompensationsgenerator G₂ speist die abgeschirmte Primärwicklung P₁ des Übertragers U₁, die in eine freie Sonde 5 auslauft; an der Sekun-

därwicklung S₁ liegt das * Nullinstrument /. Abgesehen von der vernachlässigbar kleinen Kapazität der Sondenspitze S gegen die Umgebung ist der Ül>ertrager ^₁ stromlos. Nachdem die Brücke mit den Brückengliedern A₁, R₂, R₃ und X (Meßling), etwa in bisher gewohnter Weise einer Nullmessung, zwischen den Punkten P₁ und P₂ einigermaßen vorabgestimmt ist, wird die Sondenspitze S z. B. an den Punkt P₁ geführt und der Generator G₂ so geregelt, daß das Instrument / wieder stromlos ist.

Es kann dann auch keinerlei Strom zwischen P₁ und 5 fließen, d. h. die Sonde S hat genau das Potential des Punktes P₁. Der spannungführende Teil des Indikators stellt für den Generator G₂ eine feste Last dar, die ein für allemal eingeeicht sein kann. Nunmehr wird die Sonde .S" an den Punkt P₂ angelegt, wobei an dem Generator G₂ keine Regelung vorgenommen wird, und die Brücke wird z. B. mittels Verstellung von R₁ nachgestimmt, bis das Instrument / wieder stromlos ist. Wie üblich muß je nach der Konvergenz der Brückenabstimmung die Nullprobe für die Punkte P₁ und P₂ wiederholt werden, bis sie in beiden Fällen sauber erfüllt ist. Man hat dann festgestellt, daß die Punkte P₁ und P₂ potentialgleich sind, ohne daß diese Punkte dabei irgendwie belastet worden sind. Es ist dann

X = R₁-

R,

Bei Hochfrequenz macht sich schließlich doch der Ladestrom bemerkbar, welchen der Generator G₂ für die Erdkapazität der freien Sonde liefern muß. Man bildet dann den Indikator zweckmäßig gemäß der Fig. 2 aus. Die Primärwicklung p₂ ist hier in zwei gegeneinandergeschaltete Wicklungshälften aufgeteilt, an deren Mitte der Generator G₄ angeschlossen ist. Das eine Ende der einen Wicklungshälfte ist mit der Sonde verbunden, während das noch freie Ende der anderen Wicklungshälfte eine gleichartige Sonde Sp erhält, so daß sich die Ladeströme infolge der Differentialwirkung der beiden Wicklungshälften magnetisch aufheben und das Instrument / stromlos bleibt. Erforderlichenfalls kann mit Hilfe eines kleinen Trimmerkondensators K_t ein genauer Abgleich erfolgen, wobei es keine Schwierigkeiten bereitet, Gleichgewicht ein für allemal für alle Spannungen und Frequenzen des Generators zu erzielen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch »oo in Verbindung mit der Frankeschen Maschine oder ähnlichen rein elektrischen Meßverfahren angewandt werden. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen dem Fall eines einpolig geerdeten Meßlings (Fig. 3) und dem eines erdsymmetrischen Meßlings (Fig. 4). In beiden Fällen ist der Punkt V₀ des Indikators gemäß Fig. 2 mit der am anderen Ende geerdeten, zur Kompensation dienenden Stromquelle (Generator G₂) verbunden. Der Generator G₁ speist die Reihenschaltung aus dem Meßling X = X · e-_t φ_χ und dem Normalwiderstand W, von dem ein veränderbarer Teil Ww abgegriffen werden kann (Abgriffpunkt b). In der Schaltung gemäß Fig. 3 wird die Sonde 5¹ (Fig. 2) zunächst an das Ende von X (Punkt α) angelegt, wobei die Amplitude V und die .Phase φ des Generators G₂ so eingestellt werden, daß das Instrument/ Nullausschlag zeigt. Danach wird die Sonde an Wzv (Punkt i>) angelegt, wobei der Generator G₁ umgepolt und der zwischen der Erde und dem Abgriff (Punkt b) liegende wirksame Wert Ww sowie die Phase des Generators G₂ zur Kompensation benutzt werden. Der abgelesene Winkelunterschied Δ ψ ist dann gleich φ_χ, der Betrag von X = Ww.

In der Schaltung nach Fig. 4 seien O₁ und a₂ die Klemmen, zwischen denen der Meßling X liegt, O^

und ^₁ die Klemmen, zwischen denen die eine

W
Hälfte — des Normalwiderstandes W liegt, und

a₂ und b₂ die Klemmen, zwischen denen die andere W

Hälfte _} des Normalwiderstandes W liegt. Die

Sonde S (Fig. 2) wird nun einmal an ein Ende des Meßlings X an dem Punkt O₁ und einmal an ein benachbartes Ende an dem Punkt b_x des Generators G₁ angelegt. Da der Meßling X erdsymmetrisch ist, hat bei ebenfalls erdsymmetrischem Generator G₁ die Mitte des Meßlings X Erdpotential. Ist nun z. B. der Normahviderstand W erheblich größer als X, so ist die Spannung zwischen den Punkten b_x und O₁ praktisch gleich der Spannung an den Punkten ^₁ und Erde. Ferner ist der Winkel zwischen diesen beiden Spannungen sehr klein, so daß der Winkel zwischen den Spannungen b_x und Erde und C₁ und Erde praktisch gleich dem gesuchten Winkel φ_χ von X ist. Daraus ergibt sich, daß sich die zur Kompensation führenden Werte der Amplituden V₁ und V₂ zueinander ver-

halten wie ' =-^ : -und die zur Kompensation

führenden Werte der Phasen im ersten Meßgang (Erde, O₁) praktisch φ_χ und im zweiten Meßgang (Erde, ftj Null sind; ihre Differenz ist also <p_x.

In der bisher bekannten Art der Messungen mit der Frankeschen Maschine oder mit entsprechenden rein elektrischen Verfahren wird die Spannung des kompensierenden Generators zweipolig einmal an X und einmal an W angelegt, wodurch störende Erdkapazitäten hinzugebracht werden, welche das Meßergebnis fälschen. Infolgedessen ist es nicht möglich, dieses Verfahren für Hochfrequenz anzuwenden. Erst der eben beschriebene Indikator gestattet, ein solches Verfahren durchzuführen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren für Messungen nach dem Nullverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Potentialgleichheit zwischen zwei Punkten nacheinander zwei Nullmessungen mit Hilfe einer besonderen einpolig geerdeten Kompensationsstromquelle (G₂) und eines Indikators gemacht werden, dessen spannungführende Teile bis auf eine frei bleibende Sonde (S) mit dem Potential der Kompensationsstromquelle umschirmt und/oder durch Differentialwirkung so abgestimmt sind, daß das eigentliche Nullinstrument (/) im Fall der nicht angelegten Sonde stromlos ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- - kennzeichnet, daß das Nullinstrument (/) im Stromkreis einer Sekundärwicklung (s_t) eines mit zwei in Reihe liegenden, gegeneinandergeschalteten primären Wicklungshälften (p₂) ausgerüsteten Übertragers (U₂) liegt, wobei das Ende der einen Wicklungshälfte in die Sonde (S) ausläuft und die Wicklungshälften einschließlich der zur Sonde führenden Leitung in ihrem Verbindungspunkt (V₀) mit dem Potential der*· Kompensationsstromquelle (G₂) umschirmt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das noch freie Ende der anderen Wicklungshälfte unmittelbar in einer freien Spitze (Sp) ausläuft, gegebenenfalls unter Abgleich beider Spitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 5137 4.52