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Vorrichtung zum Eichen von Spannungs- oder Strommessern
Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Eichen von Spannungs- oder Strommessern auf verschiedene
Eichwerte. Die Eichung hochwertiger elektrischer Geräte nach der Kompensationsmethode
erforderte bisher hochempfindliche Galvanometer, die sich nur langsam einstellen
und zudem nur von technisch vorgebildetem Personal gehandhabt werden können.
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Bekanntlich wird bei der althergebrachten, klassischen Eichmethode
erst die Spannung für den gewünschten Endausschlag angelegt, mit einem Präzisionskompensator
verglichen und der Vorwiderstand (eventuell elektrischer Nebenwiderstand) für das
zu eichende Meßgerät bestimmt. Schon diese Arbeit stößt mit den handelsüblichen
Eichkompensatoren insofern auf Schwierigkeiten, weil bei jeder Veränderung des Vorwiderstandes
die Spannung infolge des nicht vernachlässigbaren Innenwiderstandes des Gebers neu
nachreguliert werden muß.
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Sind die Daten für den gewünschten Endausschlag festgelegt, werden
möglichst viele Zwischenwerte mit dem Spannungsgeber eingestellt, mit dem Präzisionskompensator
verglichen und die dazugehörigen Ausschläge des zu eichenden Gerätes auf einer dafür
hergestellten, linear geteilten Eichskala abgelesen und notiert. Nach diesen Werten
wird dann die endgültige Skala angefertigt und nach dem Einbauen in das Gerät auf
die oben beschriebene Art nochmals auf die Genauigkeit kontrolliert.
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Es sind nun die verschiedensten Versuche gemacht worden, diese verhältnismäßig
umfangreiche Arbeit zu vereinfachen. So wurde mit gedruckten
Skalen
gearbeitet, wobei dann nur noch die Bestimmung des Vorwiderstandes bzw. eine Einstellung
des magnetischen Nebenwiderstandes und die Kontrolle der Zwischenwerte übrigbleibt.
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Diese Methode kann wegen der niemals vollständigen Linearität der
Drehspulgeräte und der zugestandenen Fertigungstoleranzen nur bei Geräten mit geringer
Güte Verwendung finden.
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Weiterhin sind halbautomatische Eichvorrichtungen bekanntgeworden,
die sich zunutze machen, daß bei einem eindeutigen funktionellen Zusammenhang von
drei Größen die zweite Größe ein Maß der dritten ist, also die zweite Größe in Einheiten
der dritten ausgedrückt werden kann, wenn die erste Größe konstant gehalten wird.
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Bei einer dieser Eichvorrichtungen wird ein konstanter Strom durch
Stufenwiderstände geschickt, die so bemessen sind, daß beim Parallelschalten eines
bestimmten Widerstandes am Anfang und Abgriff (die zusammen den Ausgang bilden)
die durch die Eichreihe gegebene Spannung an den Ausgangsklemmen liegt. Unter »Eichreihe«
ist hierbei die Reihe der Zahlenwerte der Spannung verstanden, die zur Spannungseichung
benötigt wird.
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Diese Vorrichtung hat den großen Nachteil, daß der Innenwiderstand
des Gerätes auf den vorgegebenen Wert gebracht werden muß, bevor mit der Eichung
begonnen werden kann. Außerdem bestehen die Stufenwiderstände aus nicht glatten
Werten, die zudem noch alle unter sich verschieden sind. Der Abgleich eines solchen
Stufenwiderstandes ist sehr schwierig und zeitraubend.
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Der größte Nachteil dieser Eichvorrichtung liegt jedoch darin, daß
für jede Eichreihe ein gesonderter Stufenwiderstand notwendig ist. Das bedeutet,
daß für jede Thennoelementart, z. B. Eisen-Konstantan, Nickel/Chrom-Nickel, Platin/Rhodium-Platin
usw. mit den verschiedenen Anfangspunkten oO C, 200 C, 500 C usw., für die verschiedenen
Strahlungspyrometer, für die Eichwerte der relativen und absoluten Feuchte usw.,
je eine verschiedene Widerstandsreihe für einen Stufenwiderstand bestimmt und angefertigt
werden muß, wenn der die Widerstandsreihe des Stufenwiderstandes durchfließende
konstante Strom an den einzelnen Schaltpunkten der Eichreihe entsprechende Spannungsabfälle
an den angeschlossenen, auf einen bestimmten Innenwiderstand gebrachten Geräten
erzeugen soll. Bei jeder Anderung einer Eichreihe müssen auch die entsprechenden
Stufenwiderstände wieder neu angefertigt werden. Andere Zwischenwerte als die ursprünglich
vorgesehenen können später nicht mehr damit erfaßt werden.
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Eine andere Schaltung ist bekanntgeworden, die mit einem lichtelektrischen
Kompensator nach Lindeck-Rothe den Spannungsabfall an einem Widerstand (Kompensationswiderstand)
gegen ein Normalelement kompensiert. Der entstehende Strom ist konstant, seine Größe
ist unabhängig vom Außenwiderstand und nur durch die Größe des Kompensationswiderstandes
bestimmt. Mit dieser Vorrichtung können gleichzeitig mehrere Geräte geeicht werden,
was eine erhebliche Zeitersparnis bedeutet.
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Der Nachteil dieser Schaltung ist, daß nur Stromeichungen direkt
durchgeführt werden können, wogegen mindestens ebenso viele Eichreihen in Spannungswerten
benötigt werden. Für Spannungseichungen müßte der Innenwiderstand berücksichtigt
werden oder, wie oben, vorher ein bestimmter Innenwiderstand hergestellt werden.
Der Strom wird bei dieser Einrichtung um so größer, je kleiner der Kompensationswiderstand
gewählt wird, d. h., der reziproke Wert des Widerstandes wäre ein Maß für den Strom.
Es ist aber nicht möglich, Widerstände so aufzubauen, daß die eingestellten Widerstandswerte
den Strom in Dekaden wiedergeben. Es ist vielmehr genau wie oben nur eine einzige
Eichreihe möglich, wenn die Eichreihe des Stromes einfach durch Umschalten des Stufenwiderstandes
gegeben sein soll.
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Es ist ferner eine Kompensationsvorrichtung mit zwei selbsttätigen
Lindeck-Rothe-Kompensatoren bekannt, bei der der Spannungsabfall an einem im Kompensationsstromkreis
des ersten von einem Normalelement gespeisten Kompensators liegenden Widerstand
durch den zweiten Kompensator kompensiert wird. Bei der bekannten Einrichtung dient
der erste Kompensator dazu, eine konstante Spannung für die Messung mit unterdrücktem
Nullpunkt zu erzeugen.
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Es ist weiterhin eine zum Prüfen des Endausschlages eines schreibenden
Meßgerätes dienende Kompensationsschaltung bekannt, bei der eine für die Prüfung
verwendete Normalspannung als Spannungsabfall an einem von einem Konstantstrom gespeisten
Normalwiderstand auftritt und bei der der Konstantstrom mit Hilfe einer ein Normalelement
als Bezugsspannung verwendenden Kompensationsschaltung nach L in deck - Roth e einstell-
und kontrollierbar ist und bei der ferner die von dem Konstantstrom erzeugte Prüfspannung
im Kompensationskreis eines selbsttätigen, in seinem Ausgangsstromkreis das zu prüfende
Meßgerät enthaltenden Kompensators nach Lindeck-Rothe liegt. Eine solche Prüfvorrichtung
eignet sich allein jedoch noch nicht zur Durchführung einer Spannungs- und Strommesser-Eichung
auf verschiedene Eichwerte, sondern ist zur Kontrolle des Endausschlages des bei
einer Temperaturmessung verwendeten Schreibgerätes bestimmt.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Eichvorrichtung
für Spannungs-und Strommesser zu schaffen, an der jede beliebige gegebene Eichreihe
an einem einzigen Prüfstand hergestellt werden kann, ohne daß dafür eine große Anzahl
von Stufenwiderständen notwendig ist, und die auch von ungelerntem Personal zuverlässig
und schnell bedient werden kann.
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Um dieses Ziel zu erreichen, besteht die Erfindung darin, daß unter
Anwendung einer an sich bekannten, zum Prüfen des Endausschlages eines schreibenden
Meßgerätes dienenden Kompensationsschaltung, bei der eine für die Prüfung verwendete
Normalspannung als Spannungsabfall an einem
von einem Konstantstrom
gespeisten Normalwiderstand auftritt, bei der der Konstantstrom mit Hilfe einer
ein Normalelement als Bezugsspannungsquelle verwendeten Kompensationsschaltung nach
Lindeck-Rothe einstell- und kontrollierbar ist und bei der ferner die von dem Konstantstrom
erzeugte Prüfspannung im Kompensationskreis eines selbsttätigen, in seinem Ausgangsstromkreis
das zu prüfende Meßgerät enthaltenden Kompensators nach Linde c k - Roth e liegt,
die die Prüfspannung liefernde Schaltung ebenfalls als selbsttätige Kompensationsschaltung
ausgebildet ist, daß für die Darstellung der verschiedenen Eichwerte der die Prüfspannung
liefernde Normalwi derstand durch einen Dekadenwiderstand ersetzt ist und daß der
diesen Widerstand durchfließende Strom so bemessen ist, daß er den Absolutwert der
Stromstärkeeinheit hat.
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Mit dieser Eichvorrichtung können sowohl Spannungsmeßgeräte wie Strommeßgeräte
auf einfachste Weise geprüft werden. Außerdem läßt sich mit einem zusätzlich eingebauten
Nullgalvanometer der Innenwiderstand des Meßgerätes ohne zusätzliches Umklemmen
bestimmen. Der Aufbau einer solchen automatischen Prüfanordnung ist grundsätzlich
mit jedem automatischen Kompensator nach Lindeck-Rothe möglich, gleichgültig, nach
welchem Verfahren gearbeitet wird.
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Für die nachfolgend als Beispiel beschriebene Einrichtung wurde ein
mit Hochfrequenz arbeitender, automatischer Kompensator gewählt.
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An Hand der Zeichnungen soll der Erfindungsgegenstand näher erläutert
werden.
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In Abt. 1 ist mit K, ein Kompensator nach L iii deck - Roth e bezeichnet,
der einen konstan ten, vom Außenwiderstand unabhängigen Strom erzeugt, der über
einen in Kt eingebauten Widerstand A>k 1 (Kompensationswiderstand, s. auch Abt).3),
dessen Spannungsabfall gegen ein Normalelement kompensiert wird, geleitet wird.
Dieser konstante Strom fließt durch den Präzisionskurbelwiderstand RN und erzeugt
an diesem einen Spannungsabfall u = Ikortst RN.
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Wird für die Höhe des Stromes 1konst eine Zelmerpotenz von I gewählt,
etwa O,IOO bzw. I,OO usw., so entsteht an dem Widerstand RN ein Spannungsabfall,
der der Gleichung lt = O,I RN bzw. lt = RN (mV) folgt, so daß, bis auf eine Zehnerpotenz,
die Zahlenwerte des Widerstandes und der Spannung übereinstimmen. Wird für RN ein
Präzisionskurbelwiderstand mit dekadischer Teilung gewählt, dessen Kurbeln entsprechend
der Widerstandsteilung die Zahlen o bis g tragen, so ist der Zahlenwert des Spannungsabfalls
unter Beachtung der durch die Größe des Konstantstromes notwendigen Kommasetzung
auf dem Kurbdwiderstand direkt ablesbar. Wird der Widerstand RN mit vier Dekaden
ausgeführt, kann jeder Spannungswert genügend genau abgebildet werden. Damit ist
die Gewähr gegeben, daß jede Eichreihe bzw. jeder Zwischenwert gebildet werden kann.
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Dieser Spannungsabfall dient als Eichnormal für die zu eichenden
Geräte Mg, M2 usw.
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Die Spannungsmeßgeräte M,, M2 usw. werden dem Widerstand Rk2 parallel
geschaltet. Diese Parallelschaltung wird von der Stromquelle U2 gespeist. Das richtkraftlose
Galvanometer G2 des zweiten Kompensators K2 dient zum Vergleich der Spannungsabfälle
an RN und Rk2. Sind diese Spannungsabfälle nicht genau gleich, fließt ein Strom
im Galvanometer G,. Dieser Strom setzt das Galvanometer in Bewegung, was durch Verändern
der Eintauchtiefe des Fähnchens F in die Spülchen Sp den von K2 erzeugten und durch
Rk2 fließenden Strom so ändert, daß die Spannungsdifferenz kleiner wird.
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Dieser Vorgang setzt sich fort, bis das Galvanometer stromlos wird.
Das bedeutet aber, daß der Spannungsabfall an den Eingangsklemmen der MeßgeräteMl,
M2 usw. gleich dem Spannungsabfall an RN ist. Ganz gleich ist dabei, welchen Innenwiderstand
die Meßgeräte haben mögen.
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Die Eichung mit dieser Einrichtung ist wesentlich einfacher als mit
allen bisherigen. Mit dem Kurbelwiderstand RN wird zunächst die durch die Eichreihe
gegebene Spannung für den Endausschlag der Meßgeräte dd als Widerstandswerte eingestellt,
nullmehr die Vorwiderstände der Meßgeräte so lange geändert, bis die Geräte auf
der vorgesehenen Endmarke stehen. Danach werden mit Hilfe von RN auch die anderen
Eichwerte eingestellt und auf der Eichskala abgelesen. Alle diese Vorgänge beanspruchen
nur wellige Augenblicke, weil der Neuabgleich nach jeder Veränderung automatisch
in weniger als einer Sekunde erfolgt. Die Arbeiten können von ungeleriiten Kräfteii
durchgeführt werden, weil nur wenige Handgriffe notwendig sind.
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Diese Einrichtung kann ebenso zur Eichung von Strommessern herangezogen
werden. Hierbei ist es jedoch vorteilhaft, auch die Größe des Widerstandes Rk2 in
besonderer Weise zu wählen. Diese Größe kann für die Spannungseichung beliebig sein.
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Für die Stromeichung ist es jedoch zweckmäßig, auch für diese eine
glatte Zehnerpotenz zu wählen.
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Im allgemeinen wird man die Größe so wählen, daß der entstehende Strom
zahlenmäßig der Beschriftung des Widerstandes RN entspricht. Die Stromeichung ist
dadurch ebenso einfach wie die Spannungseichung, nur werden die Instrumente nicht
parallel zu Rk2 geschaltet, sondern in Reihe, wie aus Abb. 2 ersichtlich.
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Wird der Widerstand Rk2 in zwei gleich große Teile geteilt, kann
mit Hilfe des Vorwiderstandes und eines zusätzlich eingebauten Nullgalvanometers
N der Innenwiderstand des Gerätes durch Schließen des Schalters S5 bestimmt werden,
denn die beiden Hälften des Widerstandes Rk2, Rv und der Innenwiderstand des Gerätes
, bilden eine Wheatstonesche Brücke, die in Abb. 3 mit 3 bezeichnet ist. Die Brücke
ist dann im Gleichgewicht, wenn Rv gleich dem Innenwiderstand von Ml ist.
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In diesem Fall wird der Strom im Galvanometer N Null.
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In Abb. 3 ist ein Beispiel einer Gesamtanlage mit elektronischen
Kompensatoren nach Lindeck-Rotte wiedergegeben.
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In dem mit I bezeichneten Kompensationskreis wird mit Hilfe des Galvanometers
G, die Spannung des Normalelementes NE mit dem Spannungsabfall an Rk, verglichen
und dauernd über die Verstärkereinrichtung automatisch nachgeregelt, d. h., der
fließende Strom 1konst wird konstant gehalten. Der Strom 1kost durchfließt den Widerstand
RN und erzeugt an diesem einen dem eingestellten Widerstand entsprechenden Spannungsabfall.
Dieser Spannungsabfall dient in dem mit 2 bezeichneten Kompensationskreis als leicht
einstellbares Spannungsnormal. Das Galvanometer G2 sorgt über den zugehörigen Verstärker
dafür, daß der Strom le eine solche Größe annimmt, daß der Spannungsabfall an Rk2
und damit an den Klemmen I und 4 gleich dem Spannungsabfall an RN ist. Dabei ist
der zwischen den Klemmen I und 4 eingeschaltete Widerstand ohne Einfluß auf die
Genauigkeit bei der Eichung in Spannungswerten, sofern die Leistung des Verstärkers
nicht überschritten wird.