DE763544C

DE763544C - Anordnung zum Messen einer kleinen elektrischen Spannung oder einer in eine solche umformbaren anderen Messgroesse mittels eines sich selbsttaetig abgleichenden Messverstaerkers

Info

Publication number: DE763544C
Application number: DES123375D
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr-Ing Merz
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1936-07-11
Filing date: 1936-07-11
Publication date: 1952-12-15

Description

Anordnung zum Messen einer kleinen elektrischen Spannung oder einer in eine solche umformbaren anderen Meßgröße mittels eines sich selbsttätig abgleichenden Meßverstärkers Es sind Anordnungen zum Messen, Aufzeichnen, Zählen oder anderweitigen Wirksammachen von elektrischen Größen oder solchen, die sich auf elektrische Größen zurückführen lassen, mit Hilfe eines Kompensationsverfahrens mit selbsttätigem Abgleich bekanntgeworden. Von besonderer Bedeutung sind die nach dem sog. Strommesserverfahren arbeitenden Gleichstromkompensatoren mit selbsttätigem Abgleich mittels einer auf elektrischer, optischer oder thermischer Grundlage beruhenden Verstärkereinrichtung. Diese bekannten Anordnungen wirken in der Weise, daß einer von der Meßgröße abhängigen Spannung Ux eine Spannung Uk entgegengeschaltet wird, die in einem von dem Kompensationsstrom durchflossenen Widerstand R erzeugt wird.
Eine bekannte anordnung dieser Art ist in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt.
Dabei ist angenommen, daß eine zu messende oder von der zu messenden Größe abhängige Spannung % an den Eingangsklemmen I und 2 liegt. Die Klemme I ist mit der einen Klemme 3 eines Ohmschen Widerstandes R verbunden, der von dem Kompensationsstrom J durchflossen wird. An die andere Klemme 4 des Widerstandes R und die Eingangsklemme 2 ist die richtkraftlos gelagerte Drehspule 5 eines Meßgerätes angeschlossen, die die Abgleichfahne 6 eines optischen oder eines Bolometerverstärkers 7 steuert, der durch eine an die Klemmen 8 und 9 angeschlossene Stromquelle gespeist wird. Den Klemmen 10 und 11 des Verstärkers 7 wird der Kompensationsstrom J entnommen und einem anzeigenden und einem schreibenden Strommesser 12 bzw. 13 zugeführt.
Bei dieser bekannten Anordnung wird der Eingangsspannung Ux eine Spannung Uk=J#R entgegengeschaltet. Die Spannung Uk ist also nach einem linearen Gesetz von dem Kompensationsstrom J abhängig, so daß die Eingangsspannujng Ux, die ja im abgeglichenen Zustand gleich Uk ist, und damit die Meßgröße durch den Kompensationsstrom J gewissermaßen linear abgebildet wird.
Die Meßgeräte 12 und 13 ermöglichen also eine Ablesung der Meßgröße nach einem linearen Skalengesetz.
In vielen Fällen ist aber ein von dem linearen abweichender Skalenverlauf erwünscht, insbesondere ein solcher, bei dem die Ablesegenauigkeit im unteren Bereich der Skala erhöht ist. Dies wird bei einer Anordnung zum Messen einer kleinen elektrischem Spannung oder einer in eine solche umformbaren anderen Meßgröße mittels eines sich selbsttätig abgleichenden, auf elektrischer, optischer oder thermischer Grundlage beruhenden Meßverstärkers. dessen Eingangskreis die Dirferenz aus der zu messenden elektrischen Spannung und einer Kompensationsspannung zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom in einem elektrischen Meßgerät gemessen wird, gemäß dre Erfindung dadurch erreicht, daß die Kompensationsspannung in einem von dem Ausgangsstrom des Verstärkers gespeisten Energieumformer mit quadratischer oder höherer Abhängigkeit der Ausgangsgröße von der zugeführten Größe erzeugt wird, so daß die Ablesegenauigkeit für die Eingangsspannung im unteren Bereich der Skala des Meßgerätes entsprechend erhöht ist.
Eine in manchen Fällen besonders günstige Anordnung besteht gemäß der Erfindung darin, daß, um ein quadratisches Gesetz zwischen der Kompensationsspannung und dem Ausgangsstrom des Verstärkers zu erhalten, die Kompensationsspannung Uk von einem durch den Kompensationsstrom J geheizten Thermoelement erzeugt wird.
Eine derartige Anordnung ist schematisch in Fig. z dargestellt. Sie unterscheidet sich von der in Fig. I gezeichneten lediglich dadurch, daß der Widerstand R durch einen Heizdraht 14 für ein Thermoelement 15 ersetzt ist. dessen Spannung % der Spannung Ux entgegengeschaltet ist. Bei dieser Anordnung ist Uk=c#J2 und somit im abgeglichenen Zustand auch Ux=c#J2 oder Man kann eine derartige Anordnung somit benutzen, um eine Größe zu messen, die der Quadratwurzel aus einer anderen Größe proportional ist. Dieser Fall liegt z. B. bei der Durchflußmessung nach dem Druckunterschiedsverfahren vor. Ist h der von der zu messenden Strömung in einem Drosselgerät erzeugte Druckuntreschied, so ist bekanntlich die Strömung Q = c @ h . Man kann deshalb die Strömung mit einer Anordnung gemäß der Erfindung in der Weise messen, daß man die Eingangsspannung Ux von einem durch den Druckunterschied gesteuerten Widerstand abnimmt. Der Kompensationsstrom J ist dann ohne weiteres der zu messenden Strömung proportional. Infolgedessen ist diese an einem Strommesser mit linearer Skalenteilung ablesbar, und die Druchflußmenge ist gegebenenfalls mittels eines in den Kompensationsstromkreis einzuschaltenden Amperestundenzählers festzustellen.
Wenn die Spannung Uk nach einer höheren Potenz als der zweiten mit dem Kompensationsstrom ansteigen soll, so kann man die Spannung Uk in einer Fotozelle erzeugen, die von einer von dem Kompensationsstrom J durchflossenen Glühlampe od. dgl. bestrahlt wird. Da die von einer Glühlampe ausgehende Strahlung mit dre vierten Potenz der Stromstärke anwächst, so erhält man auf diese Weise an der Fotozelle eine Spannung, die außerordentliclt stark mit dem Kompensationsstrom ansteigt. Die Skala eines in diesen Strom eingeschalteten Strommessers würde also am Anfang sehr weit auseinandergezogen und am Ende entsprechend stark zusammengedrängt sein.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung dieser Art ist in den Strom J eine Glühlampe 18 eingeschaltet, die eine Fotozelle 19 bestrahlt. Die in dieser durch Strahlung erzeugte Spannung Uk ist der Eingangsspannung Ux entgegengeschaltet. Im übrigen ist die Anordnung die gleiche wie bei dem vorhergehenden Beispiel.
Die Verwendung einer Fotozelle zum Erzeugen einer Kompensationsspannung ist zwar an sich bekannt, jedoch wird die Fotozelle bei der bekannten Einrichtung über den Meßwerkspiegel eines zwischen die-zu messende und die Kompensationsspannung geschalteten Galvanometers von einer konstanten Lichtquelle derart beleuchtet, daß diese Beleuchtung von der Ablenkung des Galvanometermeßwerks abhängig ist. Bei diesem bekannten Kompensationsverfahren wird die zu messende Spannung mit einem Voltmeter für den gleichen Meßbereich gemessen, so- daß sich ebenso wie bei der Schaltung nach Fig. I nur eine lineare Skala ergibt.
Bei der Anordnung nach der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, den Skalenverlauf einem beliebigen gewünschten Gesetz. weitgehend anzupassen. Dies kann gemäß der Erfindung dadurch geschehen, daß in den Kompensationsstro,m J noch ein oder mehrere Widerstände eingeschaltet sind, von denen zusätzliche Kompensationsspannungen abgenommen werden. Dadurch kann man nämlich eine Abhängigkeit der Spannung Uk von dem Kompensationsstrom Z erreichen, die gewissermaßen in beliebigem Verhältnis aus den verschiedenen Gesetzen, nach denen die Teilspannungen von dem Strom abhängig sind, gemischt erscheint.
Wenn z. B. ein Gesetz nachgebildet werden soll, das eine Proportionalität der Spannung Un von dem Wert In erfordert, wobei n eine Zahl ist, die zwischen I und 2 liegt, so kann man die in Fig. 4 dargestellte Anordnung wählen.
Hier ist in dem Kompensationskreis mit einem Ohmschen Widerstand 20 ein Heizdraht 2I in Reihe geschaltet, von dem, durch eine dünne Isolierschicht getrennt, ein Thermoelement 22 beeinflußt wird. Im übrigen ist auch hier die Anordnung die gleiche wie bei den vorhergehenden Beispielen.
Der Eingangsspannung Ux sind auf diese Weise zwei Spannungen Ukl und Un2 entgegengeschaltet, wobei Uki von dem Ohmschen Widerstand 20 und Uk2 von dem Thermoelement 22 abgenommen werden. Da nun bei Verwendung eines unveränderlichen Widerstandes 20 die Spannung U» proportional 1 und andererseits Uk2 proportional J2 sind, so ergibt sich für die Eingangsspannung, die für den Fall des Abgleichs Ux = Uk1 + 2 U2 ist, eine Abhängigkeit von J entsprechend einem Wert des Exponenten n, der zwischen I und 2 liegt, und je nach dem Verhältnis Uki : U2 dem einen oder anderen Grenzwert näher liegt.
Eine weitere Beeinflussung des Skalengesetzes ist dadurch möglich, daß man den unveränderi lichen Widerstand 20 durch einen stromabhängigen- ersetzt.
In ähnlicher Weise lassen sich auch beliebige andere Kombinationen herstellen, z. B. indem man in den Kompensationskreis einen Ohmschen Widerstand und eine Glühlampe einschaltet, die nach Fig. 3 eine Fotozelle bestrahlt, wobei der Ohmsche Widerstand auch durch einen Heizdraht mit Thermoelement nach Fig. 2 ersetzt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zum Messen einer kleinen elektrischen Spannung oder einer in eine solche umformbaren anderen Meßgröße mittels eines sich selbsttätig abgleichenden, auf elektrischer, optischer oder thermischer Grundlage beruhenden Meßverstärkers, dessen Eingangskreis die Differenz aus der zu messenden elektrischen Spannung und einer Kompensationsspannung zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom in einem elektrischen Meßgerät gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung (Uk) in einemvon dem Ausgangsstrom (J) des Verstärkers gespeisten Energieumformer mit quadratischer oder höherer Abhängigkeit der Ausgangsgröße von der zugeführten Größe erzeugt wird, so daß die Ablesegenauigkeit für die Eingangsspannung im unteren Bereich der Skala des Meßgerätes (I2, I3) entsprechend erhöht ist.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations-Spannung (Uk) von einem durch den Kompensationsstrom (J) geheizten Thermoelement erzeugt wird.
3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung (Uk) von einer Fotozelle herrührt, die von einer in den Kompensationskreis eingeschalteten Glühlampe bestrahlt wird.
4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gelçennzeichnet, daß in den Kompensationsstrom noch ein oder mehrere Widerstände (20) eingeschaltet sind, von denen zusätzliche Kompensationsspannungen (U*,) abgenommen werden.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspannung zwei Spannungen entgegengeschaltet sind, von denen die eine von einem im Kompensationskreis liegenden Ohmschen Widerstand abgenommen wird, während die andere von einem von dem Kompensationsstrom geheizten Thermoelement erzeugt wird.
6. Einrichtung zum Messen einer Strömung nach dem Druckunterschiedsverfahren mit einer Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung (Ux) in an sich bekannter Weisevon einem durch den Druckunterschied an einem in der Strömung angeordneten Drosselorgan gesteuerten Widerstand abgenommen wird.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 420 579.

519 159, 572 280; schweizerische Patentschrift Nr. 79 673: USA.-Patentschrift Nr. 1 121 835; britisch Patentschrift Nr. 399 641; Physikalische Zeitschrift 1936, Heft 8, S. 269 bis 271; Liste Normal 34«, der Firma Kipp & Zonen. Delft.