DE938258C - Verfahren zur Messung von hochohmigen Widerstaenden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Messung von hochohmigen Widerständen Zur Messung von hochohmigen Widerständen mittels Elektronen,röhrenverstärker wird üblicherweise dem Meßobjekt ein Vergleichswiderstand in Serie geschaltet und der Spannungsabfall an diesem Vergleichswiderstand dem Verstärkereingang zugeführt. Hierbei ist es erwünscht, möglichst hohe Verstärkereingangsspannungen zu erhalten, die groß sind gegenüber dem Nullpunktsfehler des Verstärkers. Andererseits soll die Spannung am Meßobjekt möglichst konstant, d. h. von der Größe des zu messenden Widerstandes unabhängig sein, um eine lineare Beziehung zwischen Meßobjektwiderstand undverstärkereingangsspannung zu erhalten.
• Die inkonstante Spannung am Vergleichswiderstand muß daher klein sein gegenüber der Meßspannung, was einen niedrigen Ohmwert des Vergleichswiderstandes erfordert.
• Diese einander widersprechenden Forderungen werden dadurch miteinander in Einklang gebracht, daß erfindungsgemäß als Vergleichswiderstand ein virtueller, durch Gegenkopplung wesentlich verkleinerter Widerstand benutzt wird, indem der dem Meßobjekt abgewandte Pol des Vergleichswiderstandes mit dem Verstärkerausgang verbunden und der Verstärker so beschaffen ist, daß er eine zur Eingangsspannung gegenphasige Ausgangs sp annung erzeugt. Der Vergleichswiderstand kann nunmehr so groß gewählt werden, daß der Nullpunktsfehler des Verstärkers gegenüber dem Spannungsabfall am Vergleichswiderstand zu vernachlässigen ist. Der als Abschlußwiderstand des Meißobjektes auftretende virtuelle Vergleichswiderstand ist um den Gegenkopplungsfaktor kleiner ads der reelle Vergleichswiderstand und dadurch so klein, daß die Spannung am Meßobjekt während des Meßvorganges praktisch konstant bleibt.
• Bei der Messung hochohmiger Widerstände nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Verstärkereingang sehr hochohmig abgeschlossen, so daß Störspannungen, insbesondere aus dem Wechselstromnetz leicht eingestreut werden können.
• Durch kapazitive Überbrückung des Verstärkereinganges ließe sich dieser Fehler zwar beheben; jedoch würde dadurch eine unerwünschte Verlangsamung des Meßvorganges eintreten. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird daher dem Vergleichswiderstand ein Hochpaßfilter parallel geschaltet, das für Wechselströme im Frequenzgebiet der Störfrequenzen durchlässig, für niedrigere Frequenzen, wie sie beim Meßvorgang auftreten, dagegen undurchlässig ist. Ein solches Filter besteht in seiner einfachsten~Form aus einer zweigliedrigen RC-Kette, die zwei Längskondensatoren und einen Querwiderstand enthält. Die durch dieses Filter bewirkte Gegenkopplung ist für die Störspannungen groß, für langsame Stromänderungen dagegen nur gering, so daß die Einstellgeschwindigkeit des Meßvorganges dadurch praktisch nicht verringert wird.
• Ein derartiges Filter erzeugt nun aber bereits Phasendrehungen über go0, so daß die Gegenkopplung in eine Rückkopplung mit unerwünschten Pendelungen der Einstellung umgewandelt werden würde. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden daher dem Filter zusätzliche Schaltelemente zur Phasenrückdrehung zugeordnet, insbesondere Parallelwiderstände zu den Längskondensatoren oder Serienkondensatoren zu den Querwider ständen.
• Um möglichst geringe Gitterströme der ersten Verstärkerröhre zu erzielen, ist es zweckmäßig, diese Röhre mit so niedrigen Spannungen zu betreiben, daß keine oder nur geringfügige Ionisation eventueller Gasreste auftritt. Um den Betrieb mit möglichst niedrigen Spannungen zu ermöglichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die erste Verstärkerröhre in sogenannter Raumladungsschaltung zu betreiben, d h. vor dem eigentlichen Steuergitter in positiv vorgespanntes (Raumladungs-) Gitter vorzusehen. Um den Strom dieses Raumladungsgitters nicht unnötig groß werden zu lassen ist es zweckmäßig, zwischen diese Raumladungsgitter und Kathode noch ein weiteres Gitter vorzusehen, das mit der Kathode verbunden ist oder eine schwache negative Vorspannung erhält. Diese Gittervorspannung kann durch Gittereigenstrom als Spannungsabfall an einem Gitterwiderstand erzeugt werden.
• Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Verstärker muß eine zur Eingangsspannung gegenphasige Ausgangsspannung erzeugen. Dies ist bei einem einstufigen Verstärker der Fall, erfordert jedoch eine besondere Ausbildung eines zweistufigen. Verstärkers, der an sich eine zur Eingangs spannung gleichphasige Ausgangsspannung erzeugen würde. Bei einer zweistufigen Verstärkeranordnung nach der Erfindung, deren Ausgangsspannung zur Eingangsspannung gegenphasig ist, ist die Anode der ersten Röhre mit der Kathode der zweiten Röhre verbunden, während das Steuergitter der zweiten Röhre eine feste, gegenüber der Kathode der ersten Röhre positive Spannung erhält und die Anode der zweiten Röhre mit dem Verstärkerausgang verbunden ist.
• Bei einem dreistufigen Verstärker wäre die geforderte Gegenphasigkeit gegeben, jedoch wäre die zweimalige Gleichstromkopplung zwischen den Röhren kompliziert. Es ist daher zweckmäßig, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine 3-Röhren-Anordnung zu benutzen, bei der die Anode der ersten Röhre mit dem Steuergitter der zweiten und die zweite und dritte Röhre kathodenseitig verbunden sind, wobei die Kathodenstromzuführung über einen Widerstand erfolgt, während die Anode der zweiten Röhre und das Steuergitter der dritten Röhre feste positive Spannungen erhalten und die Anode der dritten-Röhro mit dem Verstärkerausgang verbunden ist.
• Zur Messung des Isolationswiderstandes von Kondensatoren ist es erforderlich, den Kondensator zunächst auf die Meßspannung aufzuladen. Dieser Aufladevorgang würde viel Zeit beanspruchen, wenn er ausschließlich über den Vergleichswid*rstand bewirkt werden würde. Man kann daher besondere Schalter für diesen Zweck vorsehen, die den Vergleichswiderstand zunächst kurzschließen.
• In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfihdung wird nun diese Aufladung durch eine Diodenstrecke bewirkt, die bei übersteuerung des Verstärkers stromdurchlässig wird und eine zusätzliche Gegenkopplung hervorruft. Die Diodeustrecke ist. zu diesem Zweck zwischen Verstärkereingang und einem eine zur Eingangsspannung gegenphasig verstärkte Spannung abgebenden Punkt des Verstärkers angeordnet. An Stelle der Diode kann auch die Gitterkathodenstrecke der letzten Verstärkerröhre benuzt werden, wobei die Steuerung dieser Röhre durch die vorhergehende Röhre über die Kathode erfolgt.

Claims (10)

1. PATENTANsPRÜcHE: I. Verfahren zur Messung von hochohmigen Widerständen mittels Elektronenröhren-Gleichstromverstärkers, dem der von dem Meßobjekt an einem Vergleichswiderstand erzeugte Spannungsabfall zugeführt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß als Vergleichswiderstand ein virtueller, durch Gegenkopplung wesentlich verkleinerter Widerstand benutzt wird, indem der dem Meßobjekt abgewandte Pol des Vergleichswiderstandes mit dem Verstärkerausgang verbunden und die Ausgangsspannung des Verstärkers zur Eingangsspannung gegenphasig gemacht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Vergleichswiderstand ein Hochpaßfilter, insbesondere eine aus zwei Längskondensatoren und einem Querwiderstand bestehende RC-Kette zur wirksamen Gegenkopplung störender Wechselspannungen parallel geschaltet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter zusätzliche Schaltelemente zur Phasenrückdrehung, insbesondere Parallelwiderstände zu den Längskondensatoren oder Serienkondensatoren zu den Querwiderständen enthält.
4. 4. Verstärker zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, -dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerröhre mit so niedrigen Betriehsspannungen gespeist wird, daß keine oder eine nur geringfügige Ionisierung auftritt.
5. 5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Röhre außer Kathode und Anode mindestens drei Gitter enthält und das erste annähernd Kathodenspannung, das zweite eine positive Vorspannung erhält, während das dritte Gitter als Steuergitter für die zu verstärkende Spannung benutzt wird.
6. 6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des ersten Gitters durch den vom Gittereigenstrom hervorgerufenen, SpannungsabfMl an einem Widerstand erzeugt wird.
7. 7. Zweistufiger Verstärker zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der ersten Röhre mit der Kathode der zweiten Röhre verbunden ist, während das Steuergitter der zweiten Röhre eine feste, gegenüber der Kathode der ersten Röhre positive Spannung erhält und die Anode der zweiten Röhre mit dem Verstärkerausgang verbunden ist.
8. 8. Dreistufiger Verstärker zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch I, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anode der ersten Röhre mit dem Steuergitter der zweiten und die zweite und dritte Röhre kathodenseitig verbunden sind und daß die Kathodenstromzuführung über einen Widerstand erfolgt, während die Anode der zweiten Röhre und das Steuergitter der dritten Röhre feste positive Spannungen erhalten und die Anode der dritten Röhre mit dem Verstärkerausgang verbunden ist.
9. 9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und Messung des Isolationswiderstandes von Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Diodenstrecke zur Aufladung des Kondensators auf die Meßspannung vorgesehen ist, die bei Übersteuerung des Verstärkers stromdurchlässig wird und eine zusätzliche Gegenkopplung bewirkt.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode die Gitterkathodenstrecke der letzten Verstärkerröhre benutzt wird, deren Kathodenspannung von der vorhergehenden Röhre in zweckmäßiger Weise gesteuert wird.