CH122385A - Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen in einer Brückenschaltung mittelst Wechselstrom. - Google Patents

Description

  Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen in einer Brückenschaltung  mittelst Wechselstrom.    Zur Messung von Widerstandsänderungen  bedient man sich gerne der Brückenschaltung,  weil dieselbe grosse     Messgenauigkeit    erlaubt.  Wenn es sich aber um sehr kleine Wider  standsänderungen handelt, wie sie beispiels  weise bei Temperaturmessungen mit der Wider  standsbrücke vorkommen, so waren diese  Messungen bisher nur mit Gleichstrom mög  lich, weil es zur Zeit kein technisches     Wech-          selstrommessinstrument    gibt, das die erforder  liche Empfindlichkeit     für    die Messung der  geringfügigen Stromschwankungen besitzt.

    Es ist nun häufig erwünscht, derartige Mes  sungen mit Wechselstrom ausführen zu können,  wenn nämlich dieser zur Verfügung steht,  Gleichstrom dagegen nicht.  



  Durch die Erfindung wird es möglich,  Wechselstrom für die Speisung der Wider  standsbrücke zu benutzen und dennoch einen  genügend grossen Ausschlag am     Messinstrument     zu erzielen.     Erfindungsgemäss    wird als     Mess-          instrument    ein fremd erregtes     h'erro-Dynamo-          meter    verwendet, das heisst ein     Instrument,     das aus einem     Wechselstromelektromagneten     und einer in eine Unterbrechungsstelle seines    Eisenkreises eingefügten Drehspule mit Gegen  feder besteht.

   Dieses Instrument ist primär  an das Wechselstromnetz angeschlossen, wäh  rend es sekundär, das heisst mit seiner Dreh  spule an zwei     Diagonalpunkten    einer     Wheat-          stone'scheii    Brücke liegt, die ihrerseits die  der Änderung unterworfenen Widerstände  enthält. An den beiden andern     Diagonalpunkten     liegt ein Blindwiderstand, zum Beispiel eine  Selbstinduktion. Diese bewirkt, dass bei     Un-          symmetrie    der Brücke in die Drehspule ein  Strom solcher Phase geschickt wird, der mit  dem Primärfeld des Instrumentes ein Dreh  moment erzeugt.  



  In der Zeichnung, die drei Ausführungs  beispiele für die Erfindung enthält, ist ein       Hitzdrahtvakuummeter    von bekanntem Prinzip  dargestellt, nach welchem die Veränderlich  keit der Wärmeabgabe eines elektrisch ge  heizten Drahtes von grossem elektrischen  Temperaturkoeffizienten mit den Schwankun  gen der Luftleere zur Messung und direkten  Anzeige des Vakuums benutzt wird. Darin  bedeutet     g    das     Messinstrument    und m die  Widerstandsbrücke, die beispielsweise aus      zwei     einandör    gegenüberliegenden, im Vakuum  angeordneten     Hitzdrähten    a und c und zwei  dazwischenliegenden Vergleichswiderständen b  und d besteht.

   Die Erregerspule e des Instru  mentes<I>g</I> wird vom Wechselstromnetz<I>f'</I> un  mittelbar oder über einen Transformator und  gegebenenfalls noch über einen     Vorschalt-          widerstand    gespeist, der in der Zeichnung  weggelassen ist und zwecks Ausgleich der  primären     Spannungsschwankungen    ein Eisen  drahtwiderstand in Wasserstoffatmosphäre  sein kann. Die Drehspule     lt,    des     Instrumentesg,     die auch, wie zum Beispiel in     Fig.        ä    gezeigt,  als sogenannte Kreuzspule ausgeführt sein  kann, ist an zwei diagonale Ecken A und C  des     Widerstandsviereckes        na    angeschlossen.

    In der Drehspule<I>lt,</I> wird durch Transformator  wirkung ein zusätzlicher Heizstrom für die       Hitzdrähte        a    und c erzeugt. Da die Brücke  induktionsfrei ist und die Drehspule     lt    eben  falls praktisch verschwindend kleine Selbst  induktion besitzt, erzeugt dieser Zusatzstrom  in dem Wechselfeld der Spule e kein Dreh  moment, auch dann nicht, wenn die Zweige     a     und c der     Brücke    ihren Widerstand -     durch     Wärmeschwankungen infolge     Vakuumvaria-          tionen    - ändern.  



  Schickt man nun gemäss     Fig.    1 durch die  Brücke einen Strom in der Richtung der  andern Diagonale     BD,    so heizt dieser einer  seits die Widerstände     a    und c und überlagert  sich denn genannten Zusatzstrom, ohne bei  abgeglichener Brücke an den     Diagonalpunk-          ten    AC eine Potentialdifferenz hervorzurufen.

    Sind dagegen die Widerstände der Brücke   infolge Vakuumänderungen beziehungsweise  Erwärmung der Zweige     a,        r,   <I>-</I> nicht mehr  abgeglichen, so sind die Spannungsabfälle in  den Zweigen     a    und c verschieden von den  jenigen in den Zweigen b und d, infolge  dessen tritt eine     Potentialdifferenz    an den  Punkten A und C auf, und es fliesst ein  zusätzlicher Strom durch die Drehspule     1a     des Instrumentes g. Wenn dieser Strom gegen  die Netzspannung keine Phasenverschiebung  hat, so ist er gegen das von der Erregerspule e  erzeugte Feld um 90  verschoben und erzeugt  daher kein Drehmoment.

   Um aber ein solches    und damit einen     Ausschlag    des Drehsystems       gegen    die Kraft seiner Gegenfeder i zu er  halten, fügt     rnan    in den bei B     und.D    ange  schlossenen Hilfsstromkreis eine gegebenenfalls  einstellbare Drosselspule     k    ein.  



  In     Fig.    2 ist die Wirkungsweise der  Schaltung durch ein einfaches     Vektordia-          gramm    erläutert. Die Netzspannung E ruft  in der Primärspule e des     Ferrodynamometers    g  einen um fast 90  nacheilenden     Magnetisie-          rungsstrorn    Im hervor, mit dem auch das von  ihm erzeugte Feld     (I)    in Phase ist. Durch  dieses wird in der Drehspule     lt        transforma-          torisch    eine Spannung     Ed    induziert, die ihrer  seits gegen den Kraftfuss     (I)    um 90  zeitlich  zurückverschoben ist.

   Diese Spannung schickt  bei<B>AG</B> in die Brücke     aya    den zusätzlichen  Heizstrom     Ii,    der mit der Spannung     E"    in  Phase ist, weil die     Induktivität    der Spule     h     selbst     vernachlässigbar    klein ist und die  Brückenwiderstände     a,   <I>b, e, d</I> induktionsfrei  sind.

   Da er gegen das Feld 0 um 90  ver  schoben ist, erzeugt er kein Drehmoment in  der Spule     h.    Gleichzeitig ist die Brücke bei       BD    über die Drosselspule     k    an die Netz  spannung E angeschlossen, so dass in Rich  tung     BD    ein gegen die Spannung     E    nach  eilend phasenverschobener Heizstrom 1, flieht.

    Wenn bei Erwärmung der Brückenzweige     a     und     c:    die Brücke unsymmetrisch wird, fliesst  ein Teil     Z'6    dieses Stromes     I,    durch die Dreh  spule     lt    des Instrumentes     und    setzt sich  hier mit dem Zusatzstrom     I,    zu einem resul  tierenden Strom I zusammen. Diejenige Kom  ponente A von 1, die mit dem Feld 0 in  Phase ist, erzeugt nun ein Drehmoment in  der Spule     h,    die so weit ausschlägt, bis das       Gegenmoment    der Feder     i    dem Drehmoment  der Spule     lr,    das Gleichgewicht hält.  



  Bei der     Anordnung    nach     Fig.    3 ist eine  besondere Drosselspule     k    entbehrlich. Hier  wird der     1Vlagnetisierungsstrom    Im der Er  regerspule e unmittelbar bei E und D in  die Brücke geschickt. Da im allgemeinen der  volle     Magnetisierungsstrorn    eine zu starke  Belastung der Brückenwiderstände darstellen  würde, ist an die Punkte<I>B</I> und<I>D</I> ein  Parallelwiderstand     a    angeschlossen, der      einen Teil des Stromes Im aufnimmt.  Der Rest dieses Stromes 1m dient zur  Heizung der     Hitzdrähte    a und c.

   Bei       Unsymmetrie    der Brückenzweige fliesst nun  ein Teil     I2    des     Magnetisierungsstromes    Im  durch die Drehspule h, so dass auch hier  wieder ein Drehmoment entsteht, das dem  Produkt aus dem Feld     (l'    und dem Strom     I2     entspricht. In der Spule h selbst fliesst, wie  aus dem Diagramm     Fig.    4     bervorgeht,    der  resultierende Strom I.  



  Bei der Schaltung nach     Fig.    5 ist die  Brücke nur einfach gespeist, und zwar von  der Spule<I>lt</I> aus, so dass hier zwischen Instru  ment und Brücke nur zwei Leitungsdrähte  erforderlich sind. Bei abgeglichenen Brücken  zweigen fliesst lediglich der Wattstrom     h     von A nach 0. Dieser allein heizt hier die  Brücke. Entsteht nun durch Vakuumänderung  in den Zweigen a und c zwischen den     Eck-          punkten   <I>B</I> und<I>D</I> eine Potentialdifferenz, so  fliesst ein     Ausgleichstrom    12 durch die an  diesen Punkten angeschlossene Drosselspule o  und gibt dem Heizstrom eine induktive Kom  ponente 12.

   Diese     Komponente    erzeugt mit  dem Feld     (I    ein Drehmoment in der Spule<I>lt.</I>  Diagrammatisch wird diese Schaltung eben  falls durch     Fig.    4 veranschaulicht.  



  Statt der Drosselspulen k in     Fig.    7 und  o in     Fig.    5 könnten auch Kondensatoren ver  wendet werden, denn ein gegen das Feld  um 180  verschobener Strom erzeugt mit ihm  das gleiche Drehmoment wie ein Strom, der  mit ihm in Phase ist.  



  Die Stärke des Stromes     Z2    ist bei allen  Ausführungsbeispielen von der Brückenver  stimmung und diese wiederum ist von Vakuum  abhängig, da die beiden im Vakuum ange  ordneten Brückenwiderstände a und c bei  zunehmender Verdünnung des wärmeableiten  den Gases wärmer werden und ihren Wider  stand erhöhen. Das Drehmoment der Spule h  aber ist, da das Feld 0 konstant ist, eine  direkte Funktion des Stromes 12 und damit  des zu messenden Vakuums.  



  Wie erwähnt, kann die neue Einrichtung  auch zu Temperaturmessungen, zum Beispiel  für Fernthermometer oder Feuermelder, ferner    zur Messung von andern, mit kleinen Wider  standsänderungen verbundenen Vorgängen ver  wendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur Messung kleiner Wider standsänderungen mittelst Wechselstrom, bei der die veränderlichen Widerstände minde stens einen Zweig einer Wheatstone'schen Brücke bilden, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei diagonale Eckpunkte der Brücke die Drehspule eines wechselstromgespeisten Ferro- Dynamometers angeschlossen ist, während der Stromkreis der andern Brückendiagonale einen Blindwiderstand enthält. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule des Instrumentes aus zwei gegeneinander im Winkel versetzten Spulen besteht, also die an' sich bekannte Kreuzspulenform besitzt. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden nicht an der Drehspule des Instrumentes liegenden Eckpunkte der Brücke über einen Blind widerstand an das Wechselstromnetz an geschlossen sind. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke mit ihren nicht an der Drehspule des Instrumentes liegenden Eckpunkten zu seiner Erreger wicklung in Reihe geschaltet ist. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass zur Brücke ein Widerstand (n) parallelgeschaltet ist. 5. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den nicht an die Drehspule angeschlossenen Eckpunk- ten der Brücke ein Blindwiderstand liegt. 6.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom für die Speisung der Brücke dem Netz entnommen wird. 7. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom für die Speisung der Brücke der Drehspule des Instrumentes als sekundärer Transforma- torwicklung entnommen wird. B. Einrichtung nach Unteranspruch 7, zur Messung eines Vakuums nach dem Prinzip des Hitzdrahtvakuummeters, dadurch ge kennzeichnet, dass der Strom für die Heizung der im Vakuum liegenden Hitz- drähte, die als Zweige der Wheastone'schen Brücke geschaltet sind, ebenfalls der Dreh spule des Instrumentes entnommen wird.