<Desc/Clms Page number 1>
Mit einem Zählwerk versehenes Millivoltmeter
Gegenstand der Erfindung ist ein mit einem Zählwerk versehenes Millivoltmeter mit grossem Messbe- reich, das sich besonders für die Messung von kleinen Spannungen, wie sie z. B. bei Thermoelementen u. dgl. vorkommen, eignet.
Solche niedrige Spannungen werden auf verschiedene Weise gemessen. Zu den einfachsten Geräten gehören Messwerke mit direkter Spannuhgsanzeige auf einer Skala mittels eines Zeigers, z. B. Drehspul- messgeräte od. dgl. Die Nachteile derartiger Messgeräte sind ihr grosser Eigenverbrauch und die sich dar- aus ergebende Tatsache, dass beispielsweise bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen oder bei der Messung von Wechselspannungen unter Benützung von speziellen Thermoelementen jedes Thermoele- ment mit dem dazugehörigen Messgerät geeicht werden muss. Bei einer eventuellen Verwechslung der
Messgeräte ergeben sich dann falsche Messwerte.
Zur genaueren Temperaturmessung werden im allgemeinen Kompensationsmessmethoden benutzt, die insbesondere dort Anwendung finden, wo kleine Spannungen ohne Stromverbrauch gemessen werden müssen. Messungen dieser Art sind aber stets sehr zeitraubend, und sie erfordern unbedingt einen qualifizierten Arbeiter. Auch bei diesen Messungen sind Irrtümer möglich und es können leicht Grössenordnungsfehler vorkommen.
Darüber hinaus sind Kompensations-Messeinrichtungen bekannt geworden, bei welchen der Abgleichwiderstand mit Hilfe eines Servomotors eingestellt wird, der von einem als Umschaltrelais ausgebildeten Nullindikator gesteuert wird. Zweckmässigerweise können nach einem andern Vorschlag die Bewegungen des Servomotors zwecks Verwertung im integrierenden Sinne auf ein Zählwerk übertragen werden.
Ausser den bisher beschriebenen Messgeräten stehen noch zahlreiche Röhrenvoltmeter zur Verfügung, die zwar meist den Vorteil eines hohen Innenwiderstandes besitzen, aber auch bei diesen Geräten können die Messbereiche verhältnismässig leicht verwechselt werden, besonders dort, wo die Messwerte an einer Messbereichskala abgelesen werden.
Die eben geschilderten Nachteile der Zeigermessgeräte werden durch Voltmeter mit Spannungsanzeige mit Hilfe eines Zählwerkes beseitigt. Spannungsmesser dieser Bauart sind eingehend in der Zeitschrift Funk-Technik 8 [1957], S. 236 beschrieben. Alle bisher bekannten Geräte dieser Art eignen sich jedoch vorwiegend zur Messung höheier Spannungen, wogegen sie für die Messung niedriger Spannungen in einem grossen Messbereich (z. B. 10- -10 V) im allgemeinen nicht brauchbar sind.
Das erfindungsgemässe Millivoltmeter, das an Stelle einer Skala mit einem Zählwerk ausgerüstet ist, besitzt einen grossen Messbereich und es arbeitet nach dem Prinzip des Gleichstromkompensators. Das Messwerk wird von dem integrierenden Relais-Regler nach der österr. Patentschrift Nr. 204134 gesteuert. Mittels eines Servomotors betätigt dieser Regler ein Potentiometer, dem die Kompensationsspannung entnommen wird. Die Differenz der beiden zu vergleichenden Spannungen wird in an sich bekannter vise von einem mit einer Blende oder mit einem Spiegel ausgerüsteten Galvanometer abgeleitet, dessen Ausschlag aus der Nullstellung eine Änderung in der Beleuchtungsintensität zweier von einer gemeinsamen Lichtquelle beleuchteten Photozellen bewirkt.
Das erfindungsgemässe Millivoltmeter mit Zählwerkanzei- ger arbeitet vollautomatisch. Die Grösse der gemessenen Spannung wird auf dem Zählwerk abgelesen, das mechanisch mit dem obgenannten Servomotor verbunden ist. Das Zählwerk ist mit einem Ordnungszeichen versehen, welches den Messbereich des Gerätes kennzeichnet. Dieses Ordnungszeichen kann entweder von Hand - bei einfacheren Einrichtungen - oder vollautomatisch - bei mehr entwickelten Anord-
<Desc/Clms Page number 2>
nungen-je nach den gemessenen Messwerten umgeschaltet werden. Infolgedessen kann die Bedienung des
Gerätes und die Ablesung der Messwerte auch von einem unqualifizierten Arbeiter durchgeführt werden.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemässe, mit einem Zählwerk versehene Voltmeter dadurch, dass durch den Strom aus jeder Photozelle je ein Integrationskonderisator eines an sich bekannten Integrations- servoreglers geladen wird, welcher durch den Servomotor in der betreffenden Drehrichtung das erwähnte
Messpotentiometer betätigt, wobei mit dem Schieber dieses Potentiometers ein Zählwerk mechanisch ver- bunden ist.
An Hand der beigefügten Zeichnungen soll der Erfindungsgegenstand nun näher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines einfachen Millivoltmeters mit Zählwerkanzeige. In Fig. 2 ist eine mo- difizierte Anordnung mit Photozelle und Fig. 3 zeigt schliesslich ein Millivoltmeter gemäss der Erfindung mit automatischer Umschaltung der Messbereiche, sowie mit einer Anordnung zur Anzeige positiver wie auch negativer Spannungswerte.
Wie Fig. 1 zeigt, wird die gemessene Spannung Ex, die z. B. bei einer Temperaturmessung einem
Thermoelement entnommen wird, an die Klemmen 1 und 2 gelegt. Der Doppelumschalter 3 dient zur Eichung der Einrichtung, indem er die Anschaltung der Normalspannung En an den Eingang der Messeinrichtung ermöglicht. An die Klemme 1 ist ein Pol des Galvanometers 4 angeschlossen, während die zweite Klemme 2 den Eingang mit dem Spannungsteiler 5 verbindet, der als ein genau geeichtes Potentiometer ausgebildet ist. Das Potentiometer 5 wird von der Stromquelle 6 über den Vorwiderstand 7 und den variablen Widerstand 8 gespeist. Durch die Grösse des Vorwiderstandes 7 wird der Messbereich festgelegt, wogegen der variable Widerstand 8 zur Einstellung des zur Eichung nötigen Stromes dient.
Die Spannungsquelle 6 ist so gepolt, dass die Spannungen Ex und Es in dem Abtastpunkt des Potentiometers 5 im entgegengesetzten Sinne wirken. Der Ausschlag des Galvanometers 4 ist in diesem Falle der Differenz Ex-Es proportional. Die Drehspule 9 des Galvanometers 4 ist mechanisch mit der Blende 10 verbunden, welche zum'Teil die beiden Photozellen 11 und 12 abdeckt. Die Photozellen 11, 12 werden von einer gemeinsamen Glühlampe 13 beleuchtet. Die Grösse der Blende 10 ist so gewählt, dass sie in ihrer Mittelstellung ungefähr die Hälfte jeder Photozelle 11,12 abdeckt. Beide Photozellen sind an die Integrationskondensatoren 14,15 der Regeleinrichtung 16 angeschlossen, u. zw. derart, dass der Anodenstrom der. Photozelle 11 zu dem Kondensator 15 fliesst, während der Kondensator 14 durch den Strom der Photozelle 12 geladen wird.
Die integrierende Relais-Regeleinrichtung 16 sowie ihre Arbeitsweise sind in der österr. Patentschrift Nr. 204134 ausführlich beschrieben. Der Regler 16 betätigt den Servomotor 17, u. zw. in beiden Drehrichtungen. In dem Getriebekasten 18 werden die Umdrehungen des Servomotors 17 in Umdrehungen der Schraube 5A umgesetzt. Dadurch wird der Schieber 5B des Potentiometers 5 nach oben oder nach unten bewegt, je nach dem Sinne der Drehrichtung des Motors 17. Mit dem Getriebekasten 18 ist ein Zählwerk 19 mechanisch gekuppelt, das den Wert der gemessenen Spannung angibt.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung arbeitet wie folgt : Wenn die beiden Spannungen Ex an den Klemmen l, 2 und Es an dem Schieber 5B des Potentiometers 5 übereinstimmen, befindet sich die Blende 10 in der Mittelstellung und die beiden Photozellen 11 und 12 werden von der Lichtquelle 13 gleichmä- ssig beleuchtet. Die von den Photozellen 11,12 an die Kondensatoren 14,15 abgegebenen Ströme sind dann einander gleich und der von dem Regler 16 betätigte Servomotor 17 bleibt in Ruhe. Verändert sich das Verhältnis der gemessenen Spannung Ex und der Kompensationsspannung Es, bewirkt das Galvanometer 4 eine Bewegung der Blende 10 aus der Mittellage heraus, wodurch die Beleuchtung einer Photozelle verstärkt und die der andern geschwächt wird.
Der Strom in der stärker beleuchteten Photozelle nimmt zu, wodurch die Spannung an dem zugeordneten integrierenden Kondensator den Schaltwert eher erreicht als die Spannung in dem zweiten Integrationskreis. Die Regeleinrichtung 16 setzt den Servomotor 17 in Bewegung, der über dem Getriebekasten den Schieber 5B des Potentiometers 5 verschiebt, z. B. mittels der Mikrometerschraube 5A. Der Schieber 5B bewegt sich so lange, bis die Kompensationsspannung Es den Wert der gemessenen Spannung Ex erreicht. Das Zählwerk 19 gibt dann den Wert der gemessenen Spannung an, u. zw. direkt in Volt, Millivolt oder deren dezimalen Brüchen.
Zur Messung sehr kleiner Spannungen wird anstatt des mit der Blende 10 versehenen Galvanometers 4 ein Spiegelgalvanometer mit grösserem Spiegeldurchmesser benützt. Die entsprechende Anordnung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Das optische System 20 konzentriert das Licht der Glühlampe 13 auf den Spiegel 21, der mechanisch mit der Drehspule des Galvanometers verbunden ist und der das Strahlenbündel der Glühlampe auf zwei symmetrisch zur Galvanometerachse befestigten Photozellen reflektiert.
Die Lage der beiden Photozellen ist so gewählt, dass ungefähr eine Hälfte jeder Photozelle belichtet ist.
Im stromlosen Zustand des Galvanometers sind beide Photozellen zur Hälfte gleichmässig beleuchtet. Falls das Strahlenbündel aus der Ruhelage abgelenkt wird, fällt auf eine Photozelle mehr Licht als auf die an-
<Desc/Clms Page number 3>
dere. Der weitere Aufbau der Messeinrichtung und die Arbeitsweise derselben entsprechen vollkommen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.
Zur vollen Automatisierung des gesamten Messvorganges kann die in Fig. 1 schematisch dargestellte
Anordnung einerseits durch die Einrichtung zur Anzeige der Polarität der gemessenen Spannung, anderseits durch einen automatischen Messbereich-Umschalter ergänzt werden. Jede dieser beiden Ergänzungsein- richtungen kann entweder für sich allein vorhanden sein und unabhängig von der andern benützt werden, oder man kann sie-wie es in Fig. 3 dargestellt ist-kombinieren, je nach den individuellen Bedürfnis- sen des Messvorganges oder nach den konstruktiven Anforderungen an das betreffende Messgerät. Die erfin- dungsgemässe Anordnung eines in Fig. 1 dargestellten Gerätes für vollautomatische Messung ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Wie Fig. 3 zeigt, wird die Klemme 2 anstatt an das Ende 23 der Potentiometerwicklung an die An- zapfung 22 angeschlossen. Das Zählwerk 19 ist so eingestellt, dass die Anzeige gerade auf 0000 steht, wenn sich der Schieber 5B gegenüber der Anzapfung 22 befindet. Stimmt die Polarität der Spannung an den Eingangsklemmen mit der der Kompensationsspannung überein, so bewegt sich der Schieber 5B bei der automatischen Kompensation über die Anzapfung 22 gegen das Ende 23 der Potentiometerwicklung. Da- bei stösst der Schieber gegen den Anschlag 26, der über den Umschalter 28 die Umpolung der Spannungs- quelle 6 bewirkt. Der Umschalter 28 ist mechanisch oder elektrisch mit dem Anzeigefeld 29, das die Polarität (plus oder minus) der gemessenen Spannung angibt, verbunden.
Der Anschlag 26 kann den Um- schalter 28 sowohl mechanisch als auch elektrisch mit Hilfe eines Relais betätigen.
In Fig. 3 ist schematisch eine mechanische Betätigung des Umschalters 28 veranschaulicht. Wenn der Schieber 5B gegen den Anschlag 26 stösst, bewirkt die Zugstange 41 eine Auslenkung des Waagehebels 42 (in gezeichneter Pfeilrichtung), wodurch der Daumen 43 eine Drehung des Rades 44 verursacht. Das Rad 44 ist mechanisch mit dem Umschalter 28 und mit dem Anzeigefeld 29 gekuppelt, so dass es bei einer Drehung des Umschalters aus einer Lage in die andere umklappt und das Anzeigefeld 29 ebenfalls umgestellt wird.
Der Messbereich des Gerätes ist durch den Anschlag 27 bestimmt : der sich an dem oberen Ende 24 des Potentiometers 5 befindet. Falls die zu messende Spannung grösser ist als die maximale Kompensationsspannung, stösst der Schieber 5B bei seiner Aufwärtsbewegung gegen den Anschlag 27, dessen Bewegung auf den Umschalter 32 übertragen wird. Durch den sich drehenden Umschalter 32 werden die Vorwiderstände 7A, 7B, 7C nacheinander kurzgeschlossen. Diese Widerstände sind derart ausgelegt, dass, wenn einer nach dem andern kurzgeschlossen wird, die Kompensationsspannung an dem Potentiometer 5 um eine oder mehrere Zehnerpotenzen (10mal, 100mal usw.) steigt. Zugleich wird der Dezimalzeiger 30 des Zählwerkes um eine oder mehrere Stellen nach rechts verschoben.
In Fig. 3 ist diese Umstelleinrichtung schematisch durch die Zahnstange 38 veranschaulicht, die in das Zahnrad 37 eingreift. Das Zahnrad 37 ist mechanisch mit dem Arm des Umschalters 32 sowie mit der drehbaren Scheibe 39 gekuppelt, die mittels eines Seilzuges den Dezimalzeiger 30 am Zählwerk verschiebt. Das Seil ist über die Rolle 40 geführt. Die Schraubenfeder 36 zieht den Zeiger 30 nach rechts, also in Richtung der niedrigen Dezimalstellen. An der gemeinsamen Welle des Zahmades 37, des Umschalters 32 und der Scheibe 39 sitzt auch das Klinkenrad 34, in dessen Zähne die Sperrklinke 35 eingreift. Die Sperrklinke 35 wird von einem Elektromagneten betätigt, dessen Stromkreis einen von dem Hebel 31 betätigten Kontakt enthält. Der Hebel 31 befindet sich in derselben Höhe wie die Anzapfung 22 des Potentiometers 5.
Die eben beschriebene Umschaltvorrichtung arbeitet wie folgt :
Sobald die von dem Potentiometer 5 entnommene Kompensationsspannung Es grösser ist als die zu messende Spannung Ex, bewirkt der Regler 16, dass die Richtung der Regelung umgedreht wird, und der Potentiometerschieber 5B wird in einer solchen Stellung zur Ruhe gebracht, in welcher die Grösse der Kompensationsspannung der zu messenden Spannung entspricht. Solange die Messung in einem bestimmten Messbereich stattfindet, ist der Messbereich-Umschalter 32 in der entsprechenden Lage durch das Klinkenrad 34 gesperrt. In dem Augenblick, in welchem die zu messende Spannung unter den kleinsten Wert des betreffenden Messbereiches sinkt, wird der Schieber 5B bis zur Anzapfung 22 verschoben.
Dabei stösst der Schieber an den Auslösehebel 31, der die Kupplung zwischen der Sperrklinke 35 und dem Rad 34 aufhebt, was entweder elektrisch oder mechanisch geschieht. Nachdem das Rad 34 und somit auch der mit ihm verbundene Umschalter 32 freigemacht wurde, bewirkt der Zug der Feder 36 die Rückkehr des Umschalters 32 in die Ausgangslage.
Das erfindungsgemässe Millivoltmeter mit Zählwerkanzeige kann vorteilhaft durch eine Registrieroder Fernübertragungseinrichtung ergänzt werden. So ist es z. B. möglich, unter Verwendung eines SelsynSenders, der über eine Übersetzungsvorlage mechanisch mit dem Potentiometerschieber 58 gekoppelt ist,
<Desc/Clms Page number 4>
die zu messende Spannung mit einem Tintenschreiber auf einem Registrierstreifen zu registrieren, dessen Quervorschub von einem Selsyn-Empfänger abgeleitet wird.
Eine andere Methode zur Registrierung der gemessenen Spannungswerte besteht darin, dass die Anzeige des Zählwerkes direkt auf einen Registrierstreifen gedruckt wird, wie dies z. B. bei den Rechenmaschi- nen üblich ist. Der von dem erfindungsgemässen Millivoltmeter festgelegte Spannungswert kann auch unmittelbar dem geprüften Erzeugnis aufgedruckt werden.
EMI4.1
messungen brauchbar, wobei sein bedeutendster Vorteil darin besteht, dass es sogar von einer ungeübten Arbeitskraft bedient werden kann.
Die Messwertanzeige an einem Zählwerk kenntkeinenParallaxefehler, wie er bei den bisher üblichen Zeigergeräten möglich ist, ganz abgesehen davon, dass die Genauigkeit dieser Messgeräte im Vergleich zu den jetzigen Geräten bedeutend höher liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mit einem Zählwerk versehenes Millivoltmeter mit grossem Messbereich, dessen Arbeitsprinzip auf dem Vergleich der zu messenden Spannung mit einer Kompensationsspannung aus einem durch einen Servomotor automatisch einstellenden Messpotentiometer beruht, wobei zur Anzeige der Differenz dieser beiden Spannungen ein mit einer Blende oder einem Spiegel versehenes Galvanometer vorhanden ist, dessen Ausschlag aus der Nullstellung eine Änderung in der Beleuchtungsintensität zweier von einer gemeinsamen Lichtquelle beleuchteten Photozellen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Strom aus jeder Photozelle (11,12) je ein Integrationskondensator (14,15) eines an sich bekannten Integrationsservoreglers (16) geladen wird, welcher durch den Servomotor (17) in der betreffenden Drehrichtung das erwähnte Messpotentiometer (5) betätigt,
wobei in an sich bekannter Weise mit dem Schieber (5A) dieses Potentiometers ein Zählwerk (19) mechanisch verbunden ist.