DE963353C - Kompensationsschaltung zur Messung der EMK von Normalelementen - Google Patents

Kompensationsschaltung zur Messung der EMK von Normalelementen

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DE963353C
DE963353C DEH23097A DEH0023097A DE963353C DE 963353 C DE963353 C DE 963353C DE H23097 A DEH23097 A DE H23097A DE H0023097 A DEH0023097 A DE H0023097A DE 963353 C DE963353 C DE 963353C
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DE
Germany
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normal
voltage
emf
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voltage drop
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DEH23097A
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Dr Rer Nat Walter Hetzel
Doris Hetzel Geb Schuelke
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DORIS HETZEL GEB SCHUELKE
WALTER HETZEL DR RER NAT
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DORIS HETZEL GEB SCHUELKE
WALTER HETZEL DR RER NAT
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/28Provision in measuring instruments for reference values, e.g. standard voltage, standard waveform

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • Hilfsstrom erfolgt. Der Wert kann dann unmittelbar an den eingestellten Kurbeln abgelesen werden.
  • Mit derartigen Kompensationsschaltungen ist eine Einstellgenauigkeit von etwa 1 io-5 zu erreichei.
  • 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.
  • 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..
  • In der Fig. 2 ist die Schaltung zur Messung des Innenwiderstandes des zu prüfenden Normalelementes X dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die erzeugte Gegenspannung am Widerstand I wird also einen Höchstwert von O,OOI30 V erreichen können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Fig. 2. ist die Schaltungsanordnung zur Messung des Innenwiderstandes des zu prüfenden Normalelementes X dargestellt.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Kompensationsschaltung zur Messung der EMK von Normalelementen, 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,oi8oo V 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 des EMK des zu prüfenden Normalelementes geeicht ist.
  2. 2. Kompensationsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Temperaturdifferenz beruhende Spannungsunterschied der beiden zu vergleichenden Normalelemente mit Hilfe der Spannungsdifferenz zweier gegeneinandergeschalteter, in den Kompensationskreis mit eingefügter Thermoelemente kompensiert wird, die den gleichen Temperaturunterschied haben wie die Normalelemente, und deren durch den Temperaturunterschied hervorgerufene Spannungsdifferenz in dem Bereich von I5 bis 200 C angenähert die gleiche Temperaturabhängigkeit zeigt wie die entsprechende Spannungsdifferenz der Normalelemente.
  3. 3. Kompensationsschaltung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Messung des Innenwiderstandes des zu prüfenden Normalelementes dieses mit einem Widerstand von I,02 . 106 bzw. I,02 . I07 Q belastet wird, so daß bei einem Innenwiderstand des Normalelementes von IOOO Q und einer Belastung mit 106 9 ein Spannungsabfall von IO-3V und bei einem Innenwiderstand von IOOOO 9 und bei einer Belastung mit IO7 9 ein Spannungsabfall von ebenfalls IO3 V an dem Normalelement entsteht, und daß dieser Spannungsabfall durch den Spannungsabfall am Normalwiderstand (Nb) kompensiert wird, der in diesem durch den zugeordneten Hilfsstrom erzeugt wird, wobei die Skala des Hilfsstrommessers unmittelbar den Widerstandswert in Ohm angibt.
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