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Schalt anordnung von direktzeigenden elektrischen Meßgeräten zur Messung
von Ohmschen Widerständen und Kapazitäten Zusatz zum Patent 921338
Die Schalt anordnung
von direktzeigenden elektrischen Meßgeräten zur Messung von Ohmschen Widerständen
und Kapazitäten nach dem Hauptpatent 921 338 ergibt bei der Messung von der Zahl
(Ohm, Mikrofarad) nach gleich großen Widerständen und Kapazitäten an einem Wechselstromanzeigegerät
dieselbe Anzeige, wodurch die Skala des Anzeigegerätes sowohl für Widerstands- als
auch für Kapazitätsmessungen die gleiche Teilung und Bezifferung aufweist. Diese
Schaltanordnung benötigt für Kapazitätsmessungen zwei Kondensatoren mit großer Genauigkeit,
die außerdem gegen Temperatur- und Alterungseinflüsse weitgehendst unempfindlich
sein müssen. Kondensatoren, die diese Bedingungen erfüllen, sind relativ kostspielig
und haben große Abmessungen, wodurch der Preis und der Aufbau des Meßgerätes entscheidend
beeinflußt wird.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der Schaltanordnung nach
dem Hauptpatent und bezweckt, unter Beibehaltung der gleichen Teilung und Bezifferung
der Skala des Wechselstromanzeigegerätes für die Messung von Ohmschen Widerständen
und Kapazitäten die Anzahl der erforderlichen Kondensatoren zu reduzieren. Erfindungsgemäß
sind die Widerstände und Kapazitäten (des Widerstands- und des Kapazitätsmeßzweiges)
so gewählt, daß zwischen den Anschlußpunkten der Meßspannung bei gegebener Frequenz
bei nicht angeschlossener Kapazität und bei kurzgeschlossenem, zu messendem Widerstand
gleich große Scheinwiderstände vorhanden sind und
daß der in Mikrofarad
ausgedrückte Zahlenwert der Vergleichskapazität und der in Ohm ausgedrückte Zahlenwert
der Summe der Ohmschen Widerstände gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches voneinander
sind. Damit wird beim Anlegen einer konstanten Meßspannung gegebener Frequenz an
die Meßzweige der Meßanordnung und beim Einschalten eines zu messenden Widerstandes
oder einer Kapazität, welche der Zahl nach gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches
voneinander sind, das Anzeigegerät den gleichen Ausschlag ergeben, und der Meßwert
kann für jede Meßanordnung an einer einzigen Skala abgelesen werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in Fig. 1 und in einer weiteren Ausführungsform
in Fig. 2 dargestellt.
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Bei der Anordnung nach Fig. I wird vom Anschlußpunkt a ein Wechselstromanzeigegerät
m vom Eigenwiderstand Rm mit einem Vergleichswiderstand Rn in Serie an den Anschlußpunkt
b geschaltet. Vom Anschlußpunkt c wird ein Vergleichskondensator c,, mit einem Vorwiderstand
R0 in Serie an den gemeinsamen Punkt g1 von Rm und Rn geschaltet, und der gemeinsame
Punkt g2 von C, und R0 wird mit dem Anschlußpunkt d verbunden. Wird bei der Schaltanordnung
nach Fig. 1 an die Anschlußpunkte a und b eine konstante Wechselspannung U gegebener
Frequenz f mit Zwischenschaltung des zu messenden Widerstandes R, zwischen a oder
b und einem Pol der Spannungsquelle gelegt, so wird die Anzeige gemäß der bekannten
Gleichung Rm + Rn αx = α0 .
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Rm + Rn + Rx wobei die Anzeige aO bei kurzgeschlossenem Widerstand
R, erzielt wird. Wird die Wechselspannung U an die Punkte a und c gelegt, so wird
am Meßgerät eine Anzeige γ0 erzielt. Wird dann zwischen a und d eine zu messende
Kapazität C, geschaltet, so erhält man die Anzeige γx, deren Abhängigkeit
von nachstehend abgeleitet werden soll.
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Die Anzeige γ0 ist proportional dem im Meßwerk m fließenden
Strom im Demnach ist U Yo konst. fo = konst. wobei Z0 die Impedanz des Kreises a-g,-g2-c
ist.
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Setzt man für
in in die Gleichung für Im0 0 ein, so ist
Wird nun die zu messende Kapazität C, an die Punkte a und d (Fig. I) angeschlossen,
so wird der von der Spannungsquelle abgegebene Gesamtstrom U Ix = , wobei Zx die
Gesamtimpedanz zwischen den Zx Punkten a und c ist.
In die Gleichung für I, eingesetzt ergibt sich
Durch das Parallelschalten von C" zu Rm und R0 wird der Gesamtstrom I verzweigt,
der durch das Anzeigegerät fließende Teilstrom Jma errechnet sich
Die Anzeige Yx des Meßwerkes wird demnach
| = konst. I 1 |
| I ,, =konsi.l. |
| }/(Rm + Ro)2 (22 f C2)2 + I |
Wird der bestimmte Wert für Ix in die obige Gleichung eingesetzt, so erhält man
| y, = konst. 2 X f U |
| V(R+R0)2 (2f)2(Q+Q)2 (22 |
Dividiert man die obige Gleichung durch die Gleichung für yO, so ergibt sich
und die Anzeige
Wird nun durch entsprechende Dimensionierung von Cp, (Rm + R0) und geeigneter Wahl
der Frequenz f der Leitwert R + R0 klein gegenüber dem Leitwert 1 2 # f Cp, so kann
vernachlässigt werden (Rm + R0)² und es ergibt sich Cp γx = γ0 .
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Cp + Cx Werden nun die Werte von R" und Cp so bemessen, daß bei gegebener
Spannung und Frequenz der für Rx = 0 (R, kurzgeschlossen) erhaltene Ausschlag a0
gleich
dem für Cx =o 0 (Cx abgeschaltet) erhaltene Ausschlag yO wird und wird ferner der
Zahlenwert von Cp @ gleich der Summe von Rm + RnJ so ersieht man, daß die Gleichungen
für ax und y", identisch werden.
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Dann hat aber die Skala des Meßgerätes nach der Schaltanordnung mit
nur einer Vergleichskapazität nach Fig. I zur Messung von Ohmschen Widerständen
und Kapazitäten dieselbe Teilung und Bezifferung.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltanordnung ist eine Ausführungsform
der in Fig. I angezeigten Anordnung.
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Bei dieser Ausführungsform wird zum Messen von Kapazitäten die Vergleichskapazität
Cj, in Serie mit dem Vergleichswiderstand R" in der Anordnung zur Messung von Ohmschen
Widerständen geschaltet, wodurch sich eine Verringerung der erforderlichen Ohmschen
Widerstände ergibt.
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In obiger Beziehung können die Widerstände Rm, R" und R", einerseits
und die Kapazitäten Cp und C andererseits in beliebigen Einheiten ausgedrückt sein.
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Sind z. B. die Widerstände in Ohm ausgedrückt, so wird die Skala in
Ohm abzulesen sein. Sind die Kapazitäten in Mikrofarad ausgedrückt, so werden die
Werte von C, auf derselben Skala wie die Widerstände aber in Mikrofarad abzulesen
sein. Darüber hinaus können aber die Größen der Widerstände oder der Kapazitäten
bei dieser verbesserten Schaltanordnung in beliebigen dekadischen Vielfachen der
üblichen Einheiten ausgedrückt sein, ohne daß eine weitere Skaleneinteilung erforderlich
wäre. Hierdurch wird es möglich, nicht nur einen Widerstand und Kapazitätsmeßbereich
auf einer einzigen Skala abzulesen, sondern eine größere Anzahl solcher, vorausgesetzt,
daß durch entsprechende Umschaltung beim Übergang von einem Meßbereich zum anderen
die Werte von Rn und Ro und C, dem jeweils gewünschten Meßbereich angepaßt werden.