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Einrichtung zum Messen von Gleidistromstärken in absoluten Einheiten
unter Benutzung eines in internationalen Einheiten geeichten Normalwiderstandes
Für
genaue Messungen von Gleichstromstärken verwendet man Normalwiderstämde, die auf
einen runden Wert abgeglichen sind. Die gebräuchlichsten Normalwiderstände haben
die Werte IO, I, O,I, O,OI und O,OOI Ohm. Der zu messende Strom durchfließt den
Normalwiderstand und erzeugt einen bestimmten Spannungsabfall, der an besonderen,
an dem Widerstand angebrachten Spannungsklemmen abgenommen und nach bekannten Verfahren,
meistens Kompensationsverfahren, gemessen werden kann. Der Spannungsabfall ergibt
demnach ein Maß für die Stromstärke.
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Die Normaiwiderstände sind in der gesetzlich festgelegten Einheit,
dem internationalen Ohm, geeicht. Dementsprechend wird die Stromstärke in internationalen
Einheiten erhalten. Neuerdings werden aber an Stelle der internationalen Einheiten
die absoluten Einheiten des Widerstandes, der Spannung und der Stromstärke vorgeschrieben.
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Das absolute Ohm weicht von dem internationalen Ohm um fünf Zehntausendstel
in dem Sinne' ab, daß die in internationalen Ohm geeichten Normalwiderstände um
diesen Betrag verkleinert werden müßten, um sie den absoluten Einheiten anzupassen.
Eine solche Änderung ist aber insbesondere für die kleineren Stufen der Normalwiderstände,
die aus Manganinblechen bestehen, äußerst umständlich und kostspielig; außerdem
wäre eine
erneute Eichung der geänderten Widerstände erforderlich.
Da ferner für eine längere tÇbergangszeit mit Rücksicht auf andere vorhandene Meßeinrichtungen
beide Einheiten nebeneinander gebraucht werden, so wäre- eine -soiche Anderung auch
nicht zweckmäßig.
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Die Erfindung beruht nun auf der neuen und überraschenden Erkenntnis,
daß man eine Meßeinrichtung so bauen kann, daß sie wahlweise eine Messung in intern,ationalent
und in absoluten Einheiten ermöglicht, wenn man an die an dem in internationalen
Einheiten geeichten Normalwiderstand vorhandenen Spannungsklemmen einen Abgleichwiderstand
passender Größe anschließt und diesen seinerseits mit Anzapfungen für die Messung
in absoluten Einheiten versieht, wobei überraschenderweise die Genauigkeit der Messung
durch die in den Zuleitungen und- Klemmen auftretenden unvermeidbaren veränderlichen
Übergangswiderstände nicht leidet.
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Wenn man an die Spannungsklemmen des Normalwiderstandes einen Ausgleichwiderstand
anschließt, so wird auch dieser vom Strom durchflossen, und in den Zuleitungen zu
den Spannungsklemmen des Normals sowie in den Klemmen selbst, an den- Verbindungsstellen
zwischen den Klemmen und dem Ausgleichwiderstand, treten Spannungsabfälle auf, die
die Meßgenauigkeit leeinflussen. Die Größe w der- diesen Spannungsabfällen entsprechenden
Widerstände hängt von der Konstruktion der Klemmen und der Bemessung der Zuleitungen
ab, sie wird aber im allgemeinen, den Wert 0,I Ohm nicht überschreiten.
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Diese Schwierigkeiten werden nun gemäß der Erfindung dadurch überwunden;
daß an die Spannungsableitungen des in internationalen Einheiten geeichten Normalwiderstandes
ein Ausgleichwiderstand angesclilossen ist, dessen Wert in Ohm größer als w # #
ist, wenn n, die in den Spannung ableitungen und Klemmen des Normals auftretenden
Widerstände -und 4 die vorgeschriebene Meßgenauigkeit des Normals ist, und der seinerseits
mit Anzapfungen derart versehen ist, daß die an diesen Anzapfungen abgenommene Spannung
ihrem Sollwert in absoluten Einheiten entspricht.
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Würde man z. B. bei einem Normalwiderstand von 0,01 Ohm an seine Spannungsklemmen
einen Ausgleichwiderstand anschließen, dessen Spannungsableitungen, an seinen Enden
liegen, so würde er, wie die - Rechnung ergibt, den Wert von 20 Ohm haben müssen.
In diesem Falle würden aber die in den Spannungsleitungen und Klemmen auftretenden
Widerstände im Betrage von w=0,1 Ohm einen Spannungsabfall hervorrufen, der die
Meßspannung um ein Zweihundertstel ihres Wertes fälscht. Ist nun der größte zulässige
Meßfehler 1/# = 1/10000, so muß der Ausgleichwiderstand größer als w #, also >
1000 Ohm sein, damit der erwähnte Fehler den zulässigen Wert nicht überschreitet.
Wird als Ausgleichwiderstand- z. B. ein solcher von 2000 Ohm gewählt, so sollen
die Anzapfungen, die die vorgeschriebene Meßspannung liefern, einen Betrag von N
+ 2000/p = 1994 Ohm auf dem Widerstand R = 2000 Ohm abgreifen, wenn p das Verhältnis
der internationalen zu der absoluten Widerstandseinheit ist.
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Man kann aber dem Ausgleichwiderstand auch einen so großen Wert geben,
daß er den Wert des Normalwiderstandes überhaupt nicht merklich ändert Ist der größte
zulässige Meßfehler ,5, so müßte der Ausgleichwiderstand R größer als AN sein, damit
die durch ihn hervorgerufene Amderung des Widerstandswertes innerhalb der vorgeschriebenen
Meßgenauigkeit liegt. Eine solche Anordnung ist zweckmäßig, wenn man einen Satz
von dekadisch oder nach einem anderen Verhältnis abgestuften Normalwiderständen
hat. In diesem Falle kann man - nämlich den gleichen Ausgleichwiderstand für alle
Stufen verwenden, wenn man seinen Wert so wählt, daß er größer als 6 Nm ist, wobei
Nm der größte unter den Einzelwiderständen vorkommende Wert ist. Liegt z. B. ein
Satz von Normalwiderständen im Betrage von I, 0,I, OßOI und 0,OOI Ohm vor und ist
1/# = 10000, so muß dem für alle Normalwiderstände verwendbaren Ausgleichwiderstand
ein Wert gegeben werden, der größer ist als 6Nm = I0000 Ohm. Wählt man z. B. den
Wert 50000 Ohm, so müssen die Anzapfungen, um die vorgeschriebene Meßspannung in
absoluten Einheiten zu liefern, einen Betrag von N + p =49 975 Ohm auf dem Ausgleichwiderp
stand abgreifen. In diesem Falle wäre der Sollwert der Meßspannung bei dem Widerstand
von 1 Ohm nur um ein Fünfzigtausendstel, bei dem Widerstand 0,I Ohm- nur um ein
Fünfhunderttausendstel usw. falsch.
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Der Ausgleichwiderstand wird vorzugsweise als ansteckbarer Widerstand
ausgebildet, so daß er in einfacher Weise an den Spannungsabnahmeklemmen der Normalwiderstände
angebracht und abgenommen werden kann. Dadurch wird erreicht, daß der Normalwiderstand
sowohl für Messungen in internationalen Einheiten als auch für Messungen in absoluten
Einheiten benutzt werden kann.
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Eine besondere Anordnung von Normalwiderständen ist unter der Bezeichnung
»Stufen-Normalwiderstand« bekannt; dieser wird meistens in Verbindung mit einem
sogenannten Stufenkompensator verwendet. Dabei sind mehrere, z. B., wie in der Zeichnung
dargestellt, vier Normalwiderstände in Reihe geschaltet, die so abgestuft sind,
daß die Einzelwerte N1, N2, N3 und N4 in umgekehrtem Verhältnis zu den jedem der
Widerstände zugeordneten Nennstromstärken stehen. Es wird also an den Spannungsabnahmeklemmen
K1, K2 stets die gleiche Spannung herrschen, wenn den Stromzuführungsklemmen 5S1,
SS,, SS3, SS4 der Widerstände N1, 2, N3 oder N4 jeweils die ihnen zugeordneten Nennströme
zugeführt werden, vorausgesetzt, daß von den Spannungsklemmen aus keine
oder
keine merkliche Stromabgabe stattfindet, wie dies bei Kompensationsmethoden der
Fall ist. Da für alle Widerstandsstufen nur ein Paar von Spannungsabnahmeleitungen
vorhanden ist, die zu den Klemmen K1, K2 führen, so würde ein Parallelwiderstand
R, der an die Spannungsableitungen bzw. an die Spannungsabnahmeklemmem K1, K2 gelegt
ist, jeden der Einzeiwiderstände N1, N2, N8, N4 in anderer Weise beeinflussen. Man
könnte zwar gemäß der Erfindung einen Ausgleichwiderstand von solcher Größe wählen,
daß er die Meßgenauigkeit keiner der Stufen in unzulässiger Weise beeinflußt, und
auf ihm die Sollspannung abgreifen. Das ist aber mit Rücksicht auf den Gebrauch
des Normalwiderstandes in Verbindung mit dem Stufenkompensator nicht zulässig, weil
bei einer solchen Anordnung und Abmessung der Widerstände in den Galvanometerkreis
ein zusätzlicher Widerstand solcher Größe eingeschaltet würde, daß er die vorgeschriebene
Empfindlichkeit des Galvanometers ändern würde.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß durch die nachstehend beschriebene
Anordnung vermieden.
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An die Spannungsabnahmeklemmen des Stufenwiderstandes wird ein Ausgleichwiderstand
gelegt, dessen Wert R so bemessen ist, daß er mindestens gleich dem Wert N, . -
p p ~ ist, wobei Ng der Wert der größten Widerstandsstufe und p das Verhältnis der
internationalen zur absoluten Widerstandseinheit ist. Der Parallelwiderstand R wird
seinerseits mit Ableitungen versehen, die auf ihm rz einen Betrag von N" + p abgreifen
und die zu den Spannungsabnahmeklemmen P1, P2 führen.
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Auch in diesem Falle beeinflußt der Ausgleichwiderstand R jeden der
Einzelwiderstände Nt, N2, N3, N4 in anderer Weise. Es hat sich nun gezeigt, daß
trotzdem bei einer solchen Widerstandskombination an den Klemmen P1, P2 des Ausgleichwiderstandes
stets die vorgeschriebene Spannung herrscht, wenn den Widerständen N1, N2, N3, N4
die ihnen zugeordneten Ströme zugeführt werden Der größten Stufe N4 = Ng sei der
Strom J zugeordnet. Wird nun an die Klemmen K1, K2 ein Parallelwiderstand R gelegt,
so ist der resultierende Widerstand NgR N,+R und der dem Strom J entsprechende Spannungsabfall
an den Klemmen P1, P2 ist NgR J # .
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Ng + R Nun werde ein beliebiger Stufenwiderstand von Ng dem Werte
betrachtet. Ihm ist der Strom α # J α zugeordnet. Der Gesamtwiderstand
ist, wenn wiederum der gleiche Ausgleichwiderstand R an den Klemmen K1, K2 liegt,
Der Spannungsabfall an den Klemmen Po, P2 ist dann
Dies ist aber der gleiche Ausdruck, der für den Spannungsabfall an den Klemmen Pt,
P2 bei dem größten Widerstand N erhalten wurde. Hieraus folgt allgemein, daß ein
an die Klemmen K1, K2 gelegter Ausgleichwiderstand beliebiger Größe an seinen Spannungsklemmen
P1, P2 stets die gleiche Spannung aufweist, unabhängig davon, welche von den Stufen
des Normalwiderstandes benutzt wird, immer bezogen auf die zugeordneten Nennstromstärken.
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Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß diese Folgerung auch dann
giit, wenn die Spannungsableitungen P1, P2 nicht an den Enden, sondern an beliebigen
Punkten des Parallelwiderstandes liegen.
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Man ist also in der Lage, für R den Wert zu wählen, der unter Berücksichtigung
einerseits des Widerstandes im Galvanometerkreis und andererseits der Widerstände
an den Klemmen Kt, K2 und den Zuleitungen zu diesen Klemmen als der günstigste erscheint.
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Neben der Verkleinerung der Meßspannung, die durch den Übergang von
den internationalen zu den absoluten Einheiten bedingt ist, tritt bei einem solchen
Stufenwiderstand zuweilen die Aufgabe auf, die Meßspannung um einen anderen vorgeschriebenen
Betrag zu verkleinern. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die angegebenen Mittel
in der gleichen Weise hierzu Verwendung finden können. Auch für diesen Fall gelten
die angegebenen Formeln, wenn in ihnen p das Verhältnis der ursprünglichen Meßspannung
zu der verkleinerten vorgeschriebenen Meßspannung bedeutet.