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Empfindlichkeitsregler für elektrische Meßinstrumente Die Erfindung
betrifft einen Empfindlichkeitsregler für elektrische Meßinstrumente, insbesondere
Spiegelgalvanometer, mit im wesentlichen elektromagnetischer Dämpfung zur Strom-.
Spannungs-, oder Leistungsmessung. Die Aufgabe solcher Empfindlichkeitsregler besteht
darin, ein und dasselbe Meßinstrument zur Messung elektrischer Spannungen usw. verschiedener
Größenordnung zu befähigen. Ohne einen solchen Empfindlichkeitsregler erfaßt das
Instrument nur einen verhältnismäßig kleinen unteren Bereich. Bei Überschreiten
desselben macht das Anzeigeorgan einen Ausschlag, der keine Ablesung auf der Skala
mehr gestattet; schließlich wird das Instrument unter dem Einfluß der zu stark werdenden
ablenkenden Kräfte oder der in der Drehspule zu groß werdenden Stromwärme zerstört.
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Der Empfindlichkeitsregler bestellt im allgemeinen aus einer Kombination
von Widerständen, mittels derer ein von Stufe zu Stufe größer werdender Bruchteil
des die Meßgröße kennzeichnenden Stromes am Instrument vorbeigeführt wird. Infolgedessen
wird jeweils ein kleinerer Bruchteil im Instrument gemessen und mit einem entsprechenden
Faktor auf den wahren 1Vert umgerechnet.
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Bekannt sind im -,vesentlichen zwei Typen von Empfindlichkeitsreglern.
Bei der einen Type sind zwei Widerstände vorgesehen, deren einer parallel zum Instrument
(oder zum Meßwertgeber) und deren anderer in Reihe mit dem NIeßwertgeber (oder mit
dem Instrument) geschaltet ist. Regler dieser Art üben eine beträchtliche Rückwirkung
auf die zu messende Größe aus, da sie die Belastung des Meßwertgebers verändern.
Daher sinkt auch bei der Umschaltung des Reglers von Stufe zu Stufe der Tnstrumentenausschlag
keineswegs auf
den der Stufung entsprechenden Wert: Die Angaben
des Instruments werden unzuverlässig.
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Bei der anderen Type bekannter Regler liegen zwischen Nleßinstrument
und Geber drei Widerstände, und zwar vorzugsweise so, daß zwischen zwei mit Instrument
und Geber in Reihe liegende Längswiderstände ein Querwiderstand geschaltet ist.
Die beiden in gleicher Richtung liegenden Widerstände sind untereinander gleich
und zusaininen mit dem dritten nur durch einen Widerstandswert und die Zahl der
Reglerstufen festgelegt. Die beabsichtigte Stufung wird aber mit einem solchen Empfindlichkeitsregler
ohne weiteres nur dann gewonnen, wenn, mehr oder weniger zufällig, einmal der innere
Widerstand RG des Instruments und der äußere Grenzwiderstand RaGr, also die beiden
das Instrument kennzeichnenden Größen einander gleich sind. Mit solchen Ausnahmefällen
sind naturgemäß die Aufgaben einer Meßmethode nicht erschöpft. Es muß daher meistens
zwischen Instrument und Regler ein zusätzlicher Widerstand geschaltet werden, der
von Fall zu Fall so gewählt werden muß, daß wenigstens für einen gewissen Bereich
eine Anpassung an das Instrument erreicht wird.
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Der Erfinder hat nun gefunden, daß man zu übersichtlichen Verhältnissen
gelangt, wenn man die Kombination von drei Widerständen bei Empfindlichkeitsreglern
als Vierpole behandelt. Es zeigt sich dann, daß die bekannten Kombinationen bei
I?inpfindlichkeitsreglern symmetrische Vierpole sind. Diese werden auch durch die
geschilderte Anwendung eines zusätzlichen Widerstandes nicht zu unsN-nimetrischen
-Vierpolen im Sinne der Vierpoltlieorie. Eine echte Unsymmetrie liegt nur dann vor,
wenn nicht nur die Längswiderstände oder der Querwiderstand, sondern beide beteiligt
sind. Das heißt, es müssen erstens die paarweise in gleicher lZichtung liegenden
Widerstände einander ungleich und der quer zu ihnen liegende Widerstand mit jenen
durch eine Funktion verbunden sein, die eindeutig durch den Grad der Ungleichheit
derselben festgelegt ist.
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Gemä l@ der Erfindung gelangt man zu einem praktisch ohne Rückwirkung
auf die Meßgröße arbeitenden Empfindlichkeitsregler, wenn diese l'orderung nach
echter Unsyminetrie erfüllt ist, wenn also die paarweise in gleicher Richtung liel;enden
Widerstände jeder Stufe einander und die quer zu ihnen liegenden Widerstände finit
jenen durch eine eindeutige, durch den Ungleichheitsgrad festgelegte Funktion verbunden
sind.
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Hin so gebauter Empfindlichkeitsregler gestattet, einwandfrei durchgehend
von Stufe zu Stufe zu messen, ohne daß die geringste Verfälschung des Meßergebnisses
festzustellen wäre. Er ist nicht mehr abhängig vom Grad der Gleichheit oder Ungleichheit
des Galvanometerwiderstandes und des äußeren Grenzwiderstandes. Er arbeitet vielmehr
iniiner richtig, auch in Fällen starker _=lsvinmetrie der Meßanordnung.
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Zur Verdeutlichung der Verhältnisse hei den bekannten Reglern mit
symmetrischen Vierpolen und der neuen Regler nach der Erfindung mit unsymmetrischen
Vierpolen seien im folgenden die formelmäßigen Beziehungen in der Behandlungsweise
des Erfinders aufgeführt. Dabei bedeuten: RV den instrumentseitigen Längswiderstand
des Reglers, RN den Querwiderstand des Reglers, RB den geberseitigen Widerstand
des Reglers, RG den inneren Instrumentenwiderstand, RaG, den äußeren Grenzwiderstand,
y das Verhältnis der Widerstände RG/R"Gr, " den reziproken Wert des jeweiligen Empfindlichkeitsbruchteils
i/".
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Für den symmetrischen Vierpol gilt dann
und für den unsymmetrischen Vierpol
Wie ersichtlich, werden im Falle des unsymmetrischen Vierpols nicht nur RV
-und RB einander ungleich, sondern es wird auch RN infolge seiner Verknüpfung
mit den beiden anderen Widerständen durch die Größe ;- von der Unsyminetrie erfaßt,
wie <las die Erfindung verlangt.
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Die Beziehung gilt ohne weiteres für die T-:\nordnung der Widerstände,
hei der also zwischen z\\-ei Längswiderstände ein Ouerwiderstand geschaltet ist.
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Die Erfindung läßt sich auch finit einer 1-r -Anordnung der Widerstände
realisieren, die also aus zwei QuerNviderständen und einem zwischen beiden angeordneten
I_äiigs,#\-iderstand besteht. Für diese Kombination gilt:
Ein Empfindlichkeitsregler nach der Erfindung kann ohne Abweichung von der grundlegenden
Regel auf verschiedene Weise aufgebaut sein. Eine Möglichkeit besteht in der :\nweiiduiig
eines einzigen Vierpols, dessen Einzelwiderstände veränderlich sind, und zwar so,
ciaß die Längswiderstände von Stufe zu Stufe vergrößert, die Querwiderstände aber
verkleinert werden.
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Eine andere Möglichkeit besteht in der Aneinanderreihung mehrerer
verschiedener Vierpole und eine weitere, Herstellungsmäßig besonders vorteilhafte,
in der Aneinanderreihung identischer Vierpole. Auch können die beiden letztgenannten
Formen gemischt werden. Die Zuschaltung der einzelnen Stufen kann beispielsweise
mittels der bekannten Stöpselkontakte oder eines Kurbelschalters vorgenommen werden.
Im
folgenden ist je ein Empfindlichkeitsregler nach der Erfindung in T- und TI-Anordnung
an Hand einer schematischen Abbildung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die Schaltanordnung eines zweistufigen Reglers mit in
T-Anordnung geschalteten Widerständen. Durch Fortsetzung der Aneinanderreihung von
Vierpolen lassen sich weitere Stufen anfügen. Werden sie z. B. dekadenmäßig bemessen.
so wird sukzessive die Empfindlichkeit des Instru -ments auf i/io der vorhergehenden
Stufe herabgesetzt. An die Klemmen des Instruments G, z. B. eines Spiegelgalvanometers,
ist der Empfindlichkeitsregler ER angeschlossen, der in Kettenschaltung Vierpole
(RV, RB, RN) enthält, die je in Form eines T geschaltet sind. Erfindungsgemäß
sind die Längswiderstände RV und Ri3 einander ungleich und mit dem Querwiderstand
RN durch eine eindeutige, durch den Ungleichheitsgrad der beiden anderen Widerstände
bestimmte Funktion verknüpft. An der anderen Seite des Reglers ER ist der Meßwertgeber
M, z. B. eine Photozelle, angeschlossen. Das Umschaltorgan, beispielsweise ein Kurbelschalter,
ist der Cbersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.
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Abb. z -Zeigt in der gleichen Darstellungsweise einen Empfindlichkeitsregler
nach der Erfindung in TI-Anordnung. Zwischen den Klemmen des A'feßinstruments G
(Spiegelgalvanometer) und dein N'Ießwertgeber J1 (Thermoeleinent) liegt ein Empfindlichkeitsregler
ER, der nur zweistufig gezeichnet ist. Die beiden Vierpole (RN , RB', RV')
können identisch gleich sein, während natürlich die Querwiderstände RN' und RB'
einander ungleich und mit dem Längswiderstand Rv' durch die obengenannte Beziehung
verknüpft sind. Während mit dem Instrument G ohne Einschalten des Reglers mit voller
Empfindlichkeit gemessen wird, sinkt die Empfindlichkeit mit "Zuschalten der ersten
Stufe auf i/" und finit "luschalten auch der zweiten Stufe auf 1/"2.