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Kompensationssdialtung zur Messung der EMK von Normalelementen
Die
Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung zur Messung der elektromotorischen
Kraft von Normalelementen, und zwar wird die Differenz der elektromotorischen Kraft
des zu prüfenden Normalelementes gegen ein Vergleichsnormalelement mit bekannter
elektromotorischer Kraft gemessen.
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Es sind bereits Kompensationsschaltungen zum Vergleich von zwei Normalelementen
bekanntgeworden, die einen. Kompensationswilderstand aufweisen, der von einem konstanten
:EIilfsgleic}ìstrom durchflossen wird. Der Kompensationswiderstand ist im allgemeinen
als Mehrdekadenwiderstand mit zwei veränderbaren Abgriffen ausgebildet, so daß an
den beiden Abgriffen die verschiedensten Kompensationsspannungen entstehen. Die
Abgriffe sinn dabei unabhängig voneinander verstellbar. Die Messung der elektromotorischen
Kraft der zu vergleichenden Normal elemente geht derart vor sich, daß zuerst mittels
eines Normalelementes mit bekannter EMK, das über ein Nuilgalvanometer gegen den
Kompensationswid'erstand geschaltet ist, die Einstellung des Hilfsstromes erfolgt.
Anschließend erfolgt die Anschaltung des anderen Elementes an die veränderbaren
Abgriffe, wobei die Einstellung der Kompensationsspannung für dieses Element
wieder
mittels des Nullgalvanometers und der Kurbein des Mehrdekadenwiderstandes bei konstanter.
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Hilfsstrom erfolgt. Der Wert kann dann unmittelbar an den eingestellten
Kurbeln abgelesen werden.
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Mit derartigen Kompensationsschaltungen ist eine Einstellgenauigkeit
von etwa 1 io-5 zu erreichei.
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Durch die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung wird eine wesentlich
höhere Einstell genauigkeit erreicht; außerdem ergeben sich beträchtliche Vereinfachungen
in der Einstellung und Ablesung. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in
den Kompensationskreis eine Gegenspannung von solcher Größe eingeführt wird, daß
in Verbindung mit der bekannten Spannung eines Vergleichsnormalelementes ein Spannungsbetrag
von I,OI800V entsteht und daß der diesen Wert übersteigende Betrag der EMK des zu
prüfenden Normalelementes gegen den Spannungsabfall eines Normalwiderstandes kompensiert
wird, der von dem Strom eines Hilfsstromkreises, bestehend aus Batterie, Regelwiderstand
und Anzeigeinstrument, durchflossen wird, wobei die Skala des Anzeigeinstrumentes
unmittelbar in Werten der EMK des zu prüfenden Normalelementes geeicht ist. Einer
weiteren Ausbildung entsprechend wird der auf Temperaturdifferenz beruhende Spannungsunterschied
der beiden zu vergleichenden Normalelemente mit Hilfe der Spannungsdifferenz zweier
gegeneinandergeschalteter, in den Kompensationskreis mit eingefügter Thermoelemente
kompensiert, die den gleichen Temperaturunterschied haben wie die Normalelemente
und deren durch den Temperaturunterschied hervorgerufene Spannungsdifferenz in dem
Bereich von 15 bis 20° C angenähert die gleiche Temperaturabhängigkeit zeigt wie
die entsprechende Spannungsdifferenz der Normalelemente. Zur Messung des Innenwiderstandes
des zu prüfenden Normalielementes wird dieses nach der Erfindung mit einem Widerstand
von I,02 106 bzw. I,02 io7 Q belastet, so daß bei einem Innenwiderstand des Normalelementes
von 1000 Q und einer Belastung mit I06 Q ein Spannungsabfall von 10-2 V und bei
einem Innenwiderstand von 100009 und bei einer Belastung mit I07 Q ein Spannungsabfall.
von ebenfalls Io-SV an dem Normalelement entsteht, und daß dieser Spannungsabfall
durch den Spannung abfall. am Normaiwiderstand kompensiert wird, wobei die Skala
des Hilfsstrommessers unmittelbar den Widerstand in Ohm angibt.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Aus der Fig. I ist das Prinzip der Messung der elektromotorischen
Kraft des zu prüfenden Normal elementes gegen ein Verglieichsnormalelement mit bekannter
elektromotorischer Kraft zu ersehen..
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In der Fig. 2 ist die Schaltung zur Messung des Innenwiderstandes
des zu prüfenden Normalelementes X dargestellt.
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In der Fig. I ist das Vergleichsnormalelement mit N bezeichnet und
das zu prüfiende Normalelement mit X. Beide Elemente sind. gegeneinandergeschaltet.
Mit dem Vergleichsnormalelement N ist ein Widerstand' I über ein Nullgalvanometer
G und eine Taste T in Reihe angeordnet, der an einen aus einer Batterie 2, einem
Regelwiderstand 3 und einem Anzeigeinstrument 4 bestehenden Hilfsstromkreis 5 angeschaltet
ist. In Reihe mit dem Widerstand I ist ein weiterer Normaiwiderstand 6 geschaltet,
der mit einem Anschluß am Pluspol des Normalelementes X liegt. Auch dieser Normalwiderstand
6 ist an einen Hilfsstromkreis 7 angeschaltet, der aus einer Batterie8, einem Regelwiderstand
9 und einem Anzeigeinstrument4' besteht.
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Die Messung der EMK des zu prüfenden Normal elementes X geht nun
in folgender Weise vor sich. Die EMK des Vergleichsnormalelementes ,» ist bekannt.
Diese wird bei brauchbaren Normalelementen zwischen i,oi8oo und I,OI930 V liegen.
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Das Anzeigeinstrument 4, das als Strommesser ausgebildet ist, ist
gleichfalls in einem Bereich von i,oi8oo bis 1,o1930V geeicht, wobei I ,OI800 V
der Skalenanfangswert ist. Am Anzeigeinstrument 4 wird nun bei offener TasteT ein
Ausschlag eingestellt, der der bekannten EMK des Vergleichsnormalelementes entspricht.
Dadurch entsteht an dem Widerstand I eine Spannung von solcher Größe und Polarität,
daß an den Punkten IO und II bei gedrückter Taste T und bei Nichtberücksichtigung
des Hilfsstromkreises 7 stets eine Spannung von I,OI800 V herrscht, unabhängig vom
Wert der bekannten EMK des Vergleichsnormalelementes N.
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Die erzeugte Gegenspannung am Widerstand I wird also einen Höchstwert
von O,OOI30 V erreichen können.
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Nach dieser Voreinstellung der Gegenspannung am Widerstand 1 kann
das Anzeigeinstrument durch einen dem Innenwiderstand desselben entsprechenden Widerstand
ersetzt und in den Hilfsstromkreis 7 eingeschaltet werden, wo es mit 4' bezeichnet
ist. Es wird also für beide Hilfsstromkreise 5 und 7 nur ein Anzeigeinstrument benötigt.
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Nunmehr wird die Taste T gedrückt, und der den Wert von I,OI800 übersteigende
Betrag des zu prüfenden Normalelementes X wird gegen einen entsprechenden Spannungsabfall,
der an dem Normalwiderstand 6 entsteht, kompensiert. Der Abgleich erfolgt derart,
daß mittels des Regelwiderstandes g des Hilfsstromkreises 7 ein Ausschlag am Anzeigeinstrument
4' eingestellt wird, bei welchem das Galvanometer G stromlos ist. Der von der Skala
des Anzeigeinstrumentes 4' abgelesene Wert entspricht dann unmittelbar der EMK des
Normal elementes X.
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Um bei einer Messung der EMK von Westonelementen weitgehend von den
durch Temperaturunterschiede hervorgerufenen Spannungsänderungen der Elemente unabhängig
zu sein, sind einer weiteren erfindungsgemäßeu Ausbildung entsprechend in dem Kompensationskreis
zwei Thermoelemente angeordnet. Dabei ist das Thermoelement TN mit mit dem Vergleichsnormalelement
N vereinigt und das Thermoelement Tx mit dem zu prüfenden Normaleiement X. In diesem
Falle wird die Leitung a aufgetrennt und die beiden Thermoelemente in den Leitungszug
eingefügt Die Charakteristik der
Thermoelemente TN und Tx ist nun
so gewählt, daß bei durch Temperaturänderungen auftretenden Spannungs änderungen
der EMKe der Normaleiern ente At und X eine entsprechende kompensierende Spannungsänderung
der Thermoelemente NN und Tx erfolgt. Fällt also die EMK der Normalelemente mit
steigender Temperatur, so steigt die Spannung der Thermoelemente entsprechend an
Wird also bei der vorher beschriebenen Messung die EMK des Vergleichsnormalelementes
N für die Temperatur von 200 C zugrunde gelegt, dann erhält man bei dem zu prüfenden
Normalelement X auch die EMK für 200 C, unabhängig von der Meßraumtemperatur.
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In der Fig. 2. ist die Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes
des zu prüfenden Normalelementes X dargestellt.
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Vor der eigentlichen Messung des Innelnwiderstandes erfolgt wieder
ein Vorabgleich der Normalelemente, und zwar wird die EMK des zu prüfenden Normalelementes
X durch Hinzuschalten des am Widerstand 2I auftretenden Spannungsabfatles gegen
die EMK des Vergleichsnormalelementes N kompensiert. Ist die EMK des zu prüfenden
Normalelementes größer als die des Vergleichsnormalelementes, so ist der Hilfsstromkreis
25, wie durch die ausgezogenen Linien angedeutet, geschaltet. Im umgekehrten Falle
wird die Stromrichtung durch den Widerstand 2I umgepolt, wie durch die ge strichelten
Linien angedeutet. Nach dieser Einstellung wird das Anzeigeinstrument 24 im Hilfsstromkreis
25 durch einen Widerstand ersetzt und im Hilfsstromkreis 27 angeordnet und trägt
dort die Bezeichnung 24'. Der am Widerstand 2I eingestellte Spannungsabfall bleibt
unverändert. Das Anieigeinstrument 24' ist mit einer Skala versehen, die einen Widerstandsmeßbereich
von o bis IOOO Q bzw. o bis IooooQ aufweist. Das zu prüfende Normalelement X wird
im Meßbereich o bis IOOO Q über einen Umschalter 30 durch einen Widerstand 3I mit
einem Strom von 10 A belastet, so daß bei einem Innenwiderstand des zu prüfenden
Normalelementes X von IOOO Q ein Spannungsabfall von IO3 V entsteht. Im Meßbereich
Io ooo 9 wird das zu prüfende NormalelementX durch einen Widerstand 32 mit einem
Strom von I0- A belastet, so daß hei einem Innenwiderstand des zu prüfenden Normalelementes
X von 10000 9 gleichfalls ein Spannungsabfall von IO3 V entsteht.
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Dieser Spannungsabfall wird nun durch den am Normalwiderstand 26 des.
Hilfsstromkreises 27 entstehenden Spannungsabfall kompensiert. Die Ablesung des
Widerstandswertes in Ohm erfolgt am Anzeigeinstrument 24' bei Stromlosigkeit des
Galvanometers G.