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Vielbereichmeßgerät mit einem Cleidistrommeßwerk und einer Mehrzahl
durch einen Schalter wählbarer Nebenwiderstände
Bei Vielbereichmeßgeräten sind für
die Schaltung von Nebenwiderständen, Meßwerk und Schalter zwei Wege bekannt. Naheliegend
ist es, einen einpoligen Schalter zu verwenden, welcher die Nebenwiderstände umschaltet.
Dabei liegt das Meßwerk direkt im Stromkreis. Diese Anordnung hat jedoch erhebliche
Nachteile, da nicht allein der Spannungsabfall am Nebenwiderstand, sondern auch
noch der Spannungsabfall des Schalters mitgemessen wird. Bei starken Strömen und
schlechten Übergangswiderständen am Schalter können dabei erhebliche Meßfehler auftreten.
Auch kann bei der Meßbereichumschaltung, wenn in der Zwischenstellung eine Unterbrechung
eintritt, eine Überlastung und Beschädigung des Meßwerkes vorkommen.
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Gebräuchlicher ist eine Schaltung, bei welcher ein kombinierter Nebenwiderstand
verwendet wird, an dessen Enden das Meßwerk fest angeschlossen ist, während der
Strom über einen Schalter verschieden großen Teilen des Widerstandes zugeleitet
wird. Nachteilig ist hierbei, daß der nicht eingeschalteteTeil des Nebenwiderstandes
als Vorwiderstand zum Meßwerk tritt und damit' dessen Empfindlichkeit herabdrückt.
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Ebenfalls werden der Spannungsabfall und die Leistungsaufnahme größer,
zumal wenn stark unterschiedliche Meßbereiche benötigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Vielbereichmeßgerät mit einem Gleichstrommeßwerk
und einer Mehrzahl durch einen Schalter wählbarer Nebenwiderstände, bei welchen
die Nachteile der bekannten Instrumente vermieden, ihre Vorteile jedoch erhalten
sind. Sie ist gekennzeichnet durch einen mit dem Meßbereichschalter gekuppelten
Schalter, welcher das Meßwerk direkt mit dem gewählten Nebenwiderstand verbindet.
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Der am Nebenwiderstand auftretende Spannungsabfall liegt zugleich
direkt und vollständig am Meßwerk. Der Übergangswiderstand des Meßbereichschalters
ist auf das Meßergebnis ohne Einfluß, und der Widerstand des damit gekuppelten Schalters
ist von untergeordneter Bedeutung, da er nur einen kleinen Meßwerksftom leiten muß
und der Systemwiderstand groß gewählt werden kann, so daß eine Änderung seines tvbergangswiderstandes
demgegenüber keine Bedeutung hat. An Stelle eines Schaltarmes, an den sehr hohe
Anforderungen gestellt werden müssen, treten deren zwei, die jedoch nur mäßige Ansprüche
zu erfüllen brauchen, so daß auch eine Verbilligung bei der Herstellung eines solchen
Schalters eintreten kann.
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An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
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Fig. I zeigt eine bekannte Schaltung mit parallel geschalteten Nebenwiderständen
und Fig. 2 eine andere bekannte Schaltung mit einem kombinierten Nebenwiderstand;
Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung mit parallel geschalteten Widerständen
und Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem kombinierten Nebenwiderstand
und Vorwiderständen zur Spannungsmessung.
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In der bekannten Schaltung nach Fig. I sind drei Nebenwiderstände
R1, R2 und R3 vorgesehen, die einerseits gemeinsam mit der Instrumentenklemme B
und einem Pol des Meßwerkes J, andererseits mit den Kontakten 1, 2, 3 eines Umschalters
S verbunden sind. Der Schaltarm des Schalters ist mit dem anderen Pol des Meßwerkes
und der zweiten Instrumentenklemme A verbunden.
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Bei einem Drehspulmeßwerk für 10 mA und einem inneren Widerstand
von 8 Ohm muß ein Nebenwiderstand für 200 mA einen Widerstand von 0,42I Ohm aufweisen.
Hat der Umschalter einen Widerstand von 0,I Ohm, der im ungünstigsten Falle auftreten
kann, so zeigt das Instrument etwa 250/, falsch an. Die Fehlanzeige wird noch größer,
wenn stärkere Ströme gemessen werden sollen und der Nebenwiderstand entsprechend
kleiner gewählt werden muß.
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In der anderen bekannten Schaltung nach Fig. 2 ist für alle Meßbereiche
ein gemeinsamer Nebenwiderstand, der aus den Teilen Ra, Rb und Re besteht, vorgesehen,
an dessen Enden das Drehspulmeßwerk J fest angeschlossen ist. Ein Ende des Widerstandes
ist mit der Instrumentenklemme B verbunden; die zweite Instrumentenklemme A ist
an den Dreharm des Schalters S angeschlossen, dessen Kontakte a, b und c mit Anzapfungen
des Nebenwiderstandes verbunden sind.
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In dieser Schaltung geht der Übergangswiderstand der Kontakte nicht
in das Meßergebnis ein. Jedoch sind andere Nachteile vorhanden, wie aus einem Zahlenbeispiel
hervorgeht. Hat der Nebenwiderstand Ra + Rb + Re insgesamt 8 Ohm und das Meßwerk
wie im ersten Beispiel 10 mA und einen Innenwiderstand rot von 8 Ohm, so ist der
Nebenwiderstand z. B. Re für 200 mA = o,8 Ohm. R,z + Rb I 7,20hm wirken als Vorwiderstand.
Der Spannungsabfall bei der Messung von 200 mA, welcher im ersten Beispiel So mV
beträgt, steigt auf 152 mm, die Leistung von I6 auf 30,4 mW; dabei ist aber der
kleinste mögliche Meßbereich nur 20 mA, während-er im ersten Beispiel 10 mA betrug.
Soll der kleinste Meßbereich heruntergedrückt werden, etwa auf 15 mA, so muß der
Nebenwiderstand vergrößert werden, nämlich auf 16 Ohm. Der Spannungsabfall steigt
weiter an auf 228 mV und die Leistung etwa auf den dreifachen Wert 48,6 mW.
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Die Fig. 3 stellt eine einfache Schaltung nach der Erfindung dar,
in welcher ähnlich wie in Fig. I drei Nebenwiderstände Rl , R3 vorgesehen sind,
die einerseits mit der Klemme B und einem Pol des Meßwerkes, andererseits mit den
Kontakten I, 2, 3 des Umschalters S und den Kontakten a, b, c des mit S gekuppelten
Umschalters T verbunden sind. Die Klemme A ist mit dem Schaltarm von S verbunden,
der andere Meßwerkpol mit dem Schaltarm von T.
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Der Hauptstrom geht durch einen der Nebenwiderstände und über einen
der Kontakte des Schalters S.
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Dessen Übergangswiderstand hat keinen Einfluß auf das Meßergebnis,
da der Spannungsabfall nur am Nebenwiderstand abgegriffen wird, während der Schalter
T im eigentlichen Meßkreis nur einen kleinen Meßstrom führt.
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Bei einem Meßwerk für 10 mA und einem Innenwiderstand von 8 Ohm,
wie in den vorangegangenen Beispielen, tritt bei einem Übergangswiderstand des Schalters
T von 0,I Ohm unabhängig von der äußeren Stromstärke ein Fehler von etwa 1 01o auf.
Eine Unterbrechung beim Umschalten bewirkt keine Zerstörung des Meßwerkes, da der
Meßkreis unterbrochen wird. Verwendet man ein Instrument mit hohem Innenwiderstand,
so werden die Unterschiede in der Fehlermöglichkeit gegenüber bekannten Schaltungen
nach Fig. I noch größer, und das Ergebnis wird günstiger. Bei der Messung von 200
mA mit einem Meßwerk von 0,I mA und Ri = 300 Ohm ist der Fehler nach der bekannten
Schaltung Fig. I einmal 6001o im anderen Falle nach der neuen Schaltung 0,3 °/0,
wenn der Umschalter einen Übergangswiderstand von 0,1 Ohm besitzt; der Spannungsabfall
ist beidemal gleich.
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Die Grundschaltung kann in verschiedener Weise abgeändert und besonderen
Verwendungszwecken angepaßt werden, wobei die Vor- und Nebenwiderstände parallel
oder in Reihe geschaltet werden können.
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Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, in dem ein kombinierter Widerstand
mit den Teilen Ra, Rb und Re venvendet wird und bei dem Kontakte und ein kombinierter
Vorwiderstand mit den Teilen Rd, Re und Rf für die Spannungsmessung vorgesehen sind.
Die Teile des Nebenwiderstandes sind mit den Kontakten 2, 3, 4 des Umschalters S
und mit den Kontakten b, c, d des
damit gekuppelten Schalters T
verbunden, während die Klemme I direkt mit dem Meßwerk in -Verbindung steht. An
die Kontakte d, e, f des Schalters T sind Vorwiderstandsteile Rd, Re, R Rf angeschlossen,
welche zu einer Instrumentenklemme - V führen. Die gemeinsame Klemme + V, A ist
mit dem Ende des Nebenwiderstandes und mit einem Pol des Meßwerkes verbunden. Der
andere Teil des Meßwerkes ist mit dem Wähler des Schalters T und die Klemme - A
mit dem Wähler des Schalters S in Verbindung. In der Stufe I hat das Instrument
die Empfindlichkeit des Meßwerkes allein. Es liegt in diesem Fall nur ein Schalter
im Stromkreis. Für gleichzeitigen Strom- und Spannungsanschluß eines Kreises sind
drei Klemmen vorgesehen. Werden die Kontakte für die Spannungsmessung 5, 6, 7 mit
der gemeinsamen Klemme + V, A und dem Meßwerk verbunden, so werden bei der Spannungsmessung
die Stromklemmen kurzgeschlossen.
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Durch Zusammenfassung der Klemmen - A und V ist es auch möglich, ein
Instrument mit zwei Klemmen für Strom- und Spannungsmessung zu erhalten.
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An Stelle eines zweifach gekuppelten Schalters mit Schleifkontakten
kann auch ein entsprechend gebauter Schalter mit einem Doppelstöpsel Verwendung
finden.