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Elektrisches Vielfachmeßinstrument 1:s sind elektrische Vielfa(fhmeßinstrumente
bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist, sowohl Spannungen als auch Ströme zu messen.
Ein Stufenschalter od. dgl. ermöglicht hierbei die Wahl des gewünschten -.%'Ießl)ereiches.
Meistens ist ein weiterer Schalter vorgesehen, bei dessen Betätigung das Instrument
entweder zur Messung von Gleichstrom oder zur Messung von Wechselstrom geeignet
ist. Je nachdem, ob man Strom oder Spannung messen will, sind im allgemeinen verschiedene
Meßbuchsen vorgesehen, und mit Hilfe des obengenannten Stufenschalters kann eine
Umschaltung auf Strom-oder auf Spannungsmessung erfolgen.
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Es ist ein weiteres Meßinstcument bekanntgeworden, bei welchem in
demselben MeBgerät zwei :,lnzeigeinstrumente vorgesehen sind, wobei (las eine für
Strommessungen und das andere für Spannungsmessungen gedacht ist. Für jedes Anzeigeinstrument
sind hierbei je zwei Buchsen für die Meßleitungen vorgesehen, und außerdem gehört
zu jedem Anzeigeinstrument ein zugehöriger Stufenschalter zur Einstellung des gewünschten
MeBbereiches. Mit diesem Meßgerät ist es möglich, gleichzeitig Ströme und Spannungen
zu messen; und man kann auch durch Umschaltung sowohl Wechselströme oder -spannungen
als auch Gleichströme oder -spannungen messen. MeBinstrumente der bekannten Art
erlauben im allgemeinen. alle vorkommenden Wechselströme oder Gleichströme zu messen,
soweit dieselben in den Frequenzbereich des Meßinstrumentes fallen. Sie haben jedoch
den Nachteil, daB man mit Hilfe des Stufenschalters bzw. des Umschalters auf Gleich-
oder Wechselstrom immer erst das Meßinstrument vor der
Messung dem
Zweck entsprechend einstellen muß, d. h. daß es vor der Messung bekannt sein muß,
ob man einen Gleich- oder Wechselstrom zu messen hat und in welcher ungefähren Höhe
derselbe liegt. Außerdem haben solche Meßinstrumente den Nachteil, daß man immer
entweder nur Gleichströme oder Wechselströme messen kann, daß häufig jedoch beides
an den zu messenden Punkten gleichzeitig geschehen soll. Es ist in diesem Fall mit
bekannten Instrumenten nicht möglich, das Meß-Instrument erst beispielsweise auf
Gleichstrom zu schalten und so den Gleichstrom zu messen und dann das Instrument
auf Wechselstrom umzuschalten und so den Wechselstrom zu messen, weil zwar ein auf
Gleichstrom geschaltetes Meßinstrument_im allgemeinen keinen Wechselstrom anzeigt,
umgekehrt jedoch bei Schaltung auf Wechselstrom Gleichstrom mitanzeigt, ohne allerdings
die Polung dieses Gleichstromes anzuzeigen.
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Das für die Gleich- oder Wechselströme Gesagte gilt analog auch für
Gleich- und Wechselspannungen.
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Vorliegender Erfindungsgedanke vermeidet die genannten Nachteile und
bringt darüber hinaus weitere weiter unten genannte Vorteile mit sich. Hiernach
werden die an den Meßleitungen liegenden Gleich- und Wechselströme bzw. Gleich-
oder Wechselspannungen durch eine elektrische Weiche aufgeteilt und die Gleichströme
@bzw. Gleichspannungen einem Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsmeßinstrument zugeführt
und die Wechselströme bzw. Wechselspannungen einem Wechselstrom-bzw. Wechselspannungsmeßinstrument
zugeführt.
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An Hand der Abb. i sei ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
erläutert.
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i und 2 stellen Meßbuchsen dar, an welche über l%feßleitungen irgendeine
zu messende Spannung gelegt wird. 3 ist ein Drehspulgalvanometer, welches mit seinem
einen Anschluß mit der Meßbuchse 2 verbunden ist, während sein zweiter Anschluß
über den Widerstand 4 mit .der Meßbuchse i Verbindung 'hat. Der mit dem Widerstand
4 verbundene Anschluß des Meßinstrumentes 3 führt zu einem Beleg des Kondensators
5, dessen zweiter Beleg mit einem Wechselstromanschluß von in Grätzschaltung aufgebauten
Gleichrichtern 6 gehört. Der zweite Wechselstromanschluß dieser Grätzschaltung ist
mit der Me&buchse 2 verbunden. .1n den Gleichstromanschlüssen der Grätzschaltung
6 ist ein zweites Drehspulinstrument 7 angeschlossen.
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Wird an :den Meßbuchsen i und 2 eine Meßspannung angelegt, so wird
dieselbe, soweit es sich um Gleichspannung handelt, am Meßinstrument 3 einen Ausschlag
ergeben. Soweit es sich jedoch um Wechselspannung handelt, wird das Drehspulgalvanometer
3 darauf nicht reagieren, .da seine Trägheit zu groß ist, um der wechselnden Stromrichtung
zu folgen. An den Meßbuchsen anlangende Wechselspannung wird' jedoch über :den Koppelkondensator
5 der Grätzschaltung zugeführt und dort gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung
ergibt dann am Drehspulgalvanoineter 7 einen Ausschlag. Hat man also den Fall, daß
an .den Meßbuchsen i und 2 sowohl Gleich- als auch Wechselspannung auftritt, so
wird das Anzeigeinstrument 3 einen dem Gleichspannungsanteil proportionalen Ausschlag
und das Anzeigeinstrument 7 einen dem Wechselspannungsanteil proportionalen Ausschlag
ergeben. Der Vorschaltwiderstand 4 ist in seiner Größe so gewählt, daß er einen
gewünschten Meßbereich der Anzeigeinstrumente ergibt.
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Abb.2 zeigt ein Beispiel gemäß der Erfindung zur gleichzeitigen Messung
von Gleich- und Wechselströmen. Sie unterscheidet sich von der Abb. i nur dadurch,
d'aß der Vorschaltwiderstand 4 fehlt und statt dessen ein Parallelwiderstand 8 zwischen
die Meßbüchsen i und 2 eingeschaltet ist. Dieser Widerstand 8 ist in seinem Wert
so gewählt, daß er. irgendeinen gewünschten Strommeßbereich ergibt. Im übrigen funktioniert
die Schaltung nach Abb. 2 genau w^ie nach Abb. i, indem die Gleichstromkomponente
von dem Anzeigeinstrument 3 angezeigt wird und die Wechselstromkomponente von dem
Anzeigeinstrument 7. Bei beiden .Schaltungen nach Abb. i und 2 wird der Koppelkondensator
5 vorteilhaft so groß gewählt, daß .dessen Scheinwiderstand gegenüber :dem Widerstand'
des Anzeigeinstrumentes vernachlässigbar kleip bleibt und so eine Frequenzabhängigkeit
der Anzeige in dem fraglichen Frequenzbereich vermieden wird.
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Will man jedoch das Meßinstrument nur für eine bestimmte Frequenz
gebrauchen, so genügt es, wenn der Scheinwiderstand .des Kondensators 5 @in den
Widerstand des Wechselstromanzeigeteils einkalkuliert wird und-das gesamte N7ielfachmeßi.nstrument
mit dieser Gebrauchsfrequenz abgestimmt wird. Will man einen größeren Frequenzbereich
umfassen, so wird man vorteilhaft das Vielfachmeßin.strument mit dem doppelten.
Wert der unteren Grenzfrequenz abstimmen, da .dann der Meßfehler bei der unteren
Grenzfrequenz gleich- und entgegengesetzt ist, wie bei einer Meßfrequen:z, die groß
gegenüber der unteren Grenzfrequenz ist. Um nun eine .handliche Größe des Kondensators
5 zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Empfindlichkeit des Wechselstromanzeigeinstrumentes
besonders hoch zu wählen.
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Die beiden Schaltungen zur Spannungsmessung (Abb: i) und zur Strommessung
(Abb. 2) können kombiniert werden, indem durch einen Schalter je nach gewünschter
Meßart entweder ein Vorschaltwiderstand 4 oder ein Parallelwiderstand 8 eingeschaltet
wird: Will man ein erfindungsgemäßes Spannungsmeßgerät mit verschiedenen Meßbereichen
aufbauen, so kann man entsprechend der Abb. 3 verfahren. Diese Abbildung entspricht
im Prinzip der Abb. i, nur daß die in Abb. 3 gezeigte Schaltung für vier wählbare
Meßbereiche umschaltbar eingerichtet ist. Der in Abb: i eingezeichnete Vorschaltwiderstand
4 erhält in Abb. 3 vier verschiedene Größen: 4a, 4b, 4c, 4d. Diese vier Vorschalt-'
widerstände 4a bis 4d können durch den Umschalter io einzeln wahlweise
eingeschaltet werden. Der Stufenschalter io besitzt zwei mal vier Schaltstufen,
und
während mit den ersten vier Schaltstufen der Vorschaltwiderstand umgeschaltet wird,
werden gleichzeitig gekoppelt hiermit mit Hilfe der zweiten vier Schaltstufen vier
im Gleichspannungszweig der elektrischen Weiche eingeschaltete Widerstände 9a bis
gd umgeschaltet.
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Diese Widerstände 9a bis 9d verändern für jeden Nfeßbereich die Stromverteilung
in den beiden Zweigen der elektrischen Weiche. Dies ist notwendig, weil ja der Innenwiderstand
der Schaltungsanordnung für Wechselstrom teils niedriger ist als für Gleichstrom
und weil sich deshalb ohne diese Widerstände 9a bis 9d zur Regulierung der Stromverteilung
für irgendeinen Vorschaltwiderstand 4 ein verschiedener Meßbereichfaktor für Gleichspannung
und für Wechselspannung ergaben würde. Das bedeutet, daß ohne die Widerstände 9a
bis 9d bei größeren Meßbereichwerten die Gleichspannungsanzeige zu hoch oder die
Wechselspannungsanzeige zu niedrig ausfallen würde.
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Eine Schaltung dieser Art beschränkt sich natürlich nicht auf vier
Meßbereiche, und es kann jede beliebige Zahl NIeßbereiche Anwendung finden.
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Abb. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltanordnung zur gleichzeitigen
Messung von Gleich- und Wechselströmen. Sie entspricht im Prinzip der Schaltung
in A bb. 2, nur mit dem Unterschied, daß statt des Widerstandes 8 in Abb. 2 jetzt
vier Widerstände 8a bis 8d vorgesehen sind, welche durch den Stufenschalter i i
je nach dem gewünschten Meßbereich wahlweise eingeschaltet werden können. Im Wechselstromzweig
der elektrischen Weiche sind gegenüber Ahb. 2 zusätzlich die Widerstände i2a bis
12d eingeschaltet, welche durch den einen Teil des Stufenschalters i i wahlweise
eingeschaltet werden können. Ähnlich wie in Abb. 3 regulieren diese Widerstände
12a bis 12d wieder die Stromverteilung des Gleich- und Wechselstromkreises. Da,
wie schon bei der Erläuterung zu Abb. 3 erwähnt wurde, der Wechselstromwiderstandder
Schaltungsanordnung geringer ist als der Gleichstromwiderstand, würde sich bei Erhöhung
des Meßbereiches durch Herabsetzung des Parallelwiderstandes 8 für Gleichstrom ein
anderer Meßbereichfaktor ergeben, und zwar würde bei gleichem Meßbereichfaktor entweder
das 1Vechselstrominstrument zu hoch oder das Gleichstrominstrument zu niedrig anzeigen.
Um dieser Schwierigkeit aus dem Weg zu gehen, sind die Widerstände 12a bis 12d vorgesehen
und setzen damit die Empfindlichkeitdes Wechselstromanzeigeinstrumentes im Vergleich
zur Empfindlichkeit des Gleichstrominstrumentes herab. An Stelle der gezeigten vier
Meßbereiche kann jede beliebige andere Zahl von Nfeßbereichen gewählt werden.
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!1b1>. 5 stellt eine Anordnung dar, welche sowohl eine Spannungs-
als auch eine Strommessung erlaubt. Itn Prinzip zeigt diese Schaltskizze eine Kombination
der Abb. 3 und der Abb. 4. Statt des Stufenschalters io in Abb. 4 kommt hierbei
ein Stufenschalter 13 zur Anwendung. Dieser Stufenschalter 13 besitzt vier
Kaskaden mit je, acht Schaltstufen, @@olx i die Schaltstufen 1 bis 4 vier verschiecletieti
Spatintingsmeßbereichen entsprechen und .die Stufen 5 .bis 8 vier verschiedenen
Strommeßbereichen. Wir sehen, daß beispielsweise der zur Erhöhung des Spannungsmeßbereiches
gedachte Vorwiderstand 4 in .den Schaltstufen für Strommessung nicht angeschlossen
ist. Ebenso ,ist der im Gleichstromkreis liegende Widerstand 9 während der Strommessung
nicht angeschlossen, während der im Wechselstromkreis liegende Widerstand 12 während
der Spannungsanessung unangeschlossen bleibt. Der zur Erhöhung des Strommeßbereiches
gedachte Parallelwiderstand 8 bleibt dagegen während der Spannungsmessung offen.
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Die in A@bb. 5 gezeigte Ausführungsform besitzt nur zwei Buchsen für
die Meßleitung, so daß beispielsweise ,diese Meßleitung bei der Umschaltung von
Spannungsmessung auf Strommessung nicht gelöst werden braucht. Ebenso ist im Betrieb
nur ein einziger Stufenschalter zu betätigen, welcher sowohl die verschiedenen Spannungsmeßbereiche
als . auch die Strommeßbereiche einzustellen gestattet. Die Zahl von vier Strom-
und vier Spannungsmeß.bereichen ist hierbei rein willkürlich und kann beliebig anders
gewählt werden.
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Es war bisher immer von zwei Meßinstrumenten die Rede, und eine Anordnung
mit zwei nebeneinander aufgebauten Anzeigeinstrumenten stellt eine Lösung dar. Besonders
vorteilhaft kann es jedoch sein, wenn man, wie .es in Abb. 6 schematisch dargestellt
ist, die Anordnung konstruktiv @so trifft, daß auf einer Skala zwei Zeiger gleichzeitig
eine Anzeige ergeben, wobei die Drehachsen dieser beiden Zeiger in einer Flucht
liegen. Man kann hierbei die beiden Zeiger verschiedenfarbig wählen, wobei jede
Farbe dem Gleichstrom öder dem Wechselstrom bzw. der Gleichspannung oder der Wechselspannung
entspricht. Man wird hierbei praktischerwei,se so verfahren, daß die Zeiger in Höhe
der Skala als Messerzeiger ausgebildet sind und daß beispielsweise der Wechselstromzeiger
Z i außerhalb der Skala eine rotgefärbte Verdickung aufweist, während der Gleichstromzeiger
Z 2 innerhalb der Skala eine blaugefärbte Verdickung besitzt.
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Die Drehspulen S i und S2, welche den beiden Meßinstrumenten 7 und
3 entsprechen, können untereinander mit getrennten permanenten Magneten M i und
M 2 aufgebaut sein, wobei die beiden Achsen der Drehspulen in einer Flucht liegen.
Diese beiden Drehspuleri können auch im Kraftlinienfeld desselben permanenten Magneten
liegen, wobei jedoch darauf zu ächten ist; daß die Kraftfelder der beiden Drehspulen
sich nicht gegenseitig beeinflussen können und dadurch nicht der Ausschlag des einen
Instrumentes vom Ausschlag des anderen Instrumentes beeinflußt wird.
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Wie die Rechnung bestätigt, ist es auch möglich, an Stelle der beschriebenen,
mit dem Meabereich ansteigenden Ausgleichswiderstände 9 und 12 einen anderen mit
steigendem Meßbereich abfallenden Widerstand im zweiten Stromzweig vorzusehen; wenn
man die Widerstände 4 und 8 entsprechend wählt, was den Vorteil hat, daß man im
Gegensatz zur Schaltanordnung nach Abb.5 mit nur drei Schaltkaskaden auskommen kann,
weil die Ausgleichswiderstände
9 und 12 ja schaltungsmäßig an der
gleichen Stelle liegen, wenn die eine Serie von ihnen in den zweiten Stromkreis
verlegt wird.
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Ferner hat die Rechnung ergeben, daß die errechneten Dimensionen der
Ausgleichswiderstände 9 und 12 sich im allgemeinen mit zunehmendem oder auch mit
abnehmendem Meßbereich asymptotisch einem Wert nähern, den sie schon bei mittleren
Meßbereichen annähernd erreicht haben. Unter diesen Umständen kann es vorteilhaft
sein, einen dem Asymptotenwert erstsprechenden Festwiderstand Vorzusehen, welcher
dann in den einzelnen Meßbereichen durch einen parallel geschalteten Widerstand
Verkleinert wird. Der Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, daß man erstens
einen Teil der Widerstände spart, denn in einem Teil der eßberciche kann derbetreffende
Ausgleichswider-7 stand ohne unzulässigen Meßfehler gleich dem besagten Asymptotenwert
gewählt werden. Der zweite Vorteil besteht darin, daß ein Teil der Widerstände keine
so grobe Genauigkeit zu besitzen braucht, weil ihr Wert nur wenig in die Meßgenauigkeit
eingeht.
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Unterliesen Gesichtspunkten hat sich eine Schaltung nach Abb. 7 als
zweckmäßig ergeben, welche eine Umschaltung auf fünf Spannungsmeßbereiche und sieben
Strommeßbereiche, wie sie an einer der drei Schalterkaskaden angegeben sind, enthält.
Als Ausgleichswiderstände, entsprechend den Widerständen 9 bzw. 12 in Abb. 5, dienen
hierbei die Widerstände R 18 und R i9, welche durch die mittlere Schalterkaskade
und die Widerstände R 6 bis R io mehr oder weniger verkleinert werden. Die Einsparung
an genau abgeglichenen Widerständen erhellt durch die Tatsache, daß Abweichungen
des Widerstandes
| R 2 nur etwa zum 16. Teil des Widerstandes |
| - - - 35. - - - |
| R 8 - - - 200. - - - |
| R 9 - - - 200. - - - |
| Rio - - - 50. - - - |
in die Meßgenauigkeit eingehen. Man braucht also diese Widerstände nicht so genau
abzugleichen.
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Hat man beispielsweise eine Spannungsmessung durchzuführen, bei welcher
die Meßspannung sowohl eine Wechselspannungskomponente als auch eine Gleichspannungskomponente
enthält, so kann es unter Umständen vorteilhaft sein, wenn man, den Meß-bereichschalter
für das Wechselstromanzeigeinstrument und für das Gleic'hspannungsanzeigeinstrument
getrennt einstellen kann. In diesem Fall ist es zweckmäßig, zwei getrennte Me&bereichschalter
und außerdem für die Wechselspannungsanzeige und für die Gleichspannungsanzeige
je einen getrennten Satz Vorwiderstände anzuordnen. Bei einem solchen Gerät liegt
also an den Meßklemmen ein Wechselspannungsanzeigeinstrument mit Meßbereichschalter
und entsprechenden Vorwiderständen und parallel dazu ein Gleichspannungsanzeigeinstrument
ebenfalls :mit zugehörigem Meßbereichschalter und Vorwiderstand. Durch einen Kondensator
im Stromkreis des Wechselspannungsanzeigeinstrumentes wird wieder ein Gleichstrom
in diesem Stromkreis vermieden. Die obengenannten Ausgleichswiderstände können hierbei
wegfall-en.
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Das im vorigen Absatz Gesagte gilt analog auch bei Strommessungen.
Hierbei muß man jedoch das Gleichstromanzeigeinstrument mit Meßbereichschalter und
zugehörigen Parallelwiderständen in Serie zum Wechselstromanzeigeinstrument mit
Meßbereichschalter und zugehörigen Parallelwiderständen in Serie zum Wechselstromanzeigeinstrument
mit Meßbereichschalter und zugehörigen Parallelwiderständen schalten. Da .der dem
Wechselstromanzeigeinstrurnent vorgeschaltete Kondensator einen Gleichstrom nicht
fließen läßt, ist es notwendig, in jedem Meßbereich einen Parallelwiderstand vorzusehen,
welcher dann einerseits die Empfindlichkeit der Wechselstromanzeige festlegt und
andererseits für die Gleichstromanzeige einen geschlossenen Stromkreis herstellt.