DE602632C

DE602632C - Einrichtung zur Messung des Leitwertes von Stoffen, insbesondere von organischen

Info

Publication number: DE602632C
Application number: DEK126130D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-07-02
Filing date: 1932-07-02
Publication date: 1934-09-12

Description

Einrichtung zur Messung des Leitwertes von Stoffen, insbesondere von organischen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Ohmschen Leitwertes solcher Stoffe, deren Widerstand sich bei der Verwendung eines Gleichstromes als Meßstrom, infolge von Polarisationsvorgängen, innerhalb der für die Messung erforderlichen Zeitspanne in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße verändern würde und deren innerer Aufbau eine unmittelbare Messung des reinen Ohmschen Leitwertes mittels eines Wechselstromes der üblichen meßtechnischen Frequenzen als Meßstrom, wegen des gleichzeitig auftretenden kapazitiven Widerstandes, nicht zulassen würde. Die Messung des Leitwertes von Stoffen dieser Art, die hauptsächlich organischen Ursprungs sind, erfolgt dabei mittels eines Meßwechselstromes von verhältnismäßig niedriger Frequenz, d. h. einer solchen, die einerseits noch keine Polarisationsvorgänge zur Auswirkung kommen läßt und andererseits lediglich einen zusätzlichen kapazitiven Widerstand, der in bezug auf seine Größe unterhalb der zulässigen Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens bleibt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Messung des Leitwertes nunmehr mittels einer Meßeinrichtung nach der Art einer Wheatstoneschen Brücke, deren Brückenzweig, in dem das Meßinstrument liegt, zwischen zwei Punkten angeordnet ist, von denen der eine auf der Verbindungsleitung zwischen einem unveränderlichen Widerstande und einer Verstärkerröhre mit gleichbleibender Gitterwechselspannung liegt, der andere dagegen auf der Verbindungsleitung zwischen einem gleichfalls unveränderlichen Widerstande und einer Verstärkerröbre, die eine von dem zu messenden Leitwert abhängige Gitterwechselspannung erhält.
Die in der Meßeinrichtung zur Erfassung der von Natur aus sehr kleinen Meßspannungen vorgesehenen Verstärkerröhren, werden mit ganz besonderem Vorteil ausschließlich auf dem geraden Teile ihrer Charakteristik ausgenutzt. Dadurch werden Disproportionalitäten, die das Meßergebnis wiederum verfälschen könnten, mit Sicherheit vermieden.
Eine Meßanordnung dieser Art ist grundsätzlich von größter Einfachheit. Fehlerquellen, die verwickelte Schaltungen häufig mit sich bringen, sind infolgedessen so gut wie vollkommen ausgeschaltet. Das Meßverfahren andererseits ist von einer außerordentlichen Empfindlichkeit, die im übrigen aber in weiten Grenzen geändert werden kann. Dadurch ist eine genaue Anpassung an den jeweils vorliegenden Einzelfall möglich. Nicht zuletzt ist das Meßverfahren auch vollständig unabhängig von den vorher geschilderten störenden Einflüssen.
Hinsichtlich der jeweiligen Bemessung der Meßfrequenz ist zu sagen, daß diese einmal von dem für die Messungen jeweils vorausgesetzten Genauigkeitsgrad abhängt und außerdem von der mehr oder weniger großen Empfindlichkeit des zu untersuchenden.Stoffes gegenüber Frequenzunterschieden. Gleichgültig also, welche Meßfrequenz in einem etwa gerade vorliegenden Falle an und für sich gegeben ist, also etwa 45 Hz - 5o Hz -6o Hz - ioo Hz - 5oo Hz (meßtechnische Tonfrequenz) oder aber 8oo Hz (Meßfrequenz der Fernmeldetechnik), stets muß sie so weit heruntergesetzt werden, daß die Messungen ohne unzulässige Beeinflussung des Meßergebnisses erfolgen können. Andererseits wieder ist es unnötig, im gegebenen Falle sogar schädlich, sie noch weiter herunterzusetzen.
Die Genauigkeit des Meßverfahrens kann nach der weiteren Erfindung noch erhöht werden, wenn die Meßspannung unterhalb des Schwellenwertes gehalten wird, oberhalb dessen der jeweils zu ermittelnde Leitwert in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße spannungsabhängig ist.
Werden die Leitwertmessungen an lebenden Wesen, also etwa an Menschen, vorgenommen, so wird die Meßspannung dabei mit besonderem Vorteil noch um eine Zehnerpotenz kleiner gewählt als sie mit Rücksicht auf die Schmerzempfindlichkeit an und für sich gewählt werden müßte.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für eine Meßeinrichtung nach der vorliegenden. Erfindung dargestellt.
Der Motor i, j e nach Erfordernis ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrommotor oder auch ein Universalmotor zum beliebigen Anschluß an Gleichstrom oder Wechselstrom, der z. B. sowohl an eine Spannung von iio V angeschlossen werden kann als auch, und zwar über einen Vorschaltwiderstand 2 hinweg, an eine Spannung von 22o V, ist mit dem Einphasenwechselstromgenerator 3, der einen Wechselstrom von beispielsweise 5 Hz liefert, mechanisch festgekuppelt. Dieser Generator 3 nun speist, über die Sicherungen 4 und 5 hinweg, die Primärspule 6 eines Transformators, auf dessen Sekundärseite mittels der Wicklung 7 die für die Meßanordnung erforderliche Heizspannung abgenommen wird und mittels der Wicklung 8 die Anodenspannung. Die Primärspannung . des Transformators kann dabei mittels des zweckmäßig als Drehwiderstand ausgebildeten Widerstandes 9 geregelt werden. Die eigentliche Meßv orrichtung besteht aus dem Meßinstrument io, das in einem Brückenzweige angeordnet ist, dessen Endpunkte i i und 12 auf der Verbindungsleitung zwischen dem Brückenwiderstande 13 und der Anode der Verstärkerröhre 14 einerseits und der Verbindungsleitung zwischen dem Brückenwiderstande 15 und der Anode der Verstärkerröhre 16 andererseits liegen. Die Brückenwiderstände 13 und 15 sind auf der anderen Seite wiederum an einen auf dem Spannungsteiler 17 liegenden gemeinsamen Anschlußpunkt 18 geführt. Der Spannungsteiler 17 ist dabei sinngemäß an die Anodenwicklung 8 angeschlossen. Demgegenüber sind die Heizdrähte der Verstärkerröhren 14 und 16 unmittelbar an die Heizwicklung 7 angeschlossen. Wie die Zeichnung überdies erkennen läßt, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Heizwicklung 7 neben der Heizspannung auch die Gitterspannung für die beiden Verstärkerröhren 14 und 16 abgenommen. Die Abnahme der gleichbleibenden Gitterspannung für die Verstärkerröhre 14 erfolgt dabei von dem an die Heizwicklung 7 angeschlossenen Spannungsteiler i9. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei verschiedene Abnahmepunkte 20 und 21 auf dem Spannungsteiler i9 vorgesehen, auf die das Gitter der Verstärkerröhre 14 umschaltbar ist. Dazu ist der Umschalter 22 vorgesehen, jede Umschaltung bedingt eine Änderung der während des Meßvorganges selbst gleichbleibenden Gitterspannung und damit eine Änderung des Meßbereiches der gesamten Anordnung. Die Messung erfolgt nun grundsätzlich in der Weise, daß die Gitterspannung der Verstärkerröhre 16 in Abhängigkeit von dem jeweils zu messenden Widerstande beeinflußt wird. Das Gitter der Röhre 16 ist zu diesem Behufe in dem Punkte 23 an , die Verbindungsleitung zwischen dem hochohmigen Konstantwiderstande 24 und dem zwischen den Elektroden 25 und 26 erfaßten unbekannten Widerstande 27 gelegt. Der zu messende. Widerstand 27 ist dabei, in Reihe mit dem Hochohmwiderstande 24 liegend, ebenso wie der Spannungsteiler i9 an die Heizspule 7 angeschlossen. Durch das Zuschalten des hochohmigen Widerstandes 24 zu dem jeweils zu messenden, d. h. also der Größe nach wechselnden Widerstande 27 wird ein von der Größe des jeweiligen Widerstandes verhältnismäßig unabhängige Stromaufnahme des Spannungsteilers erzwungen, den der Hochohmwiderstand 24 und der zu messende Widerstand 27 mit Hinblick auf das im Punkte 23 angeschlossene Gitter der Verstärkerröhre 16 praktisch darstellen. Wie die Zeichnung im übrigen erkennen läßt, wird die Messung nicht durch Auswiegen der Gitterspannungen mit Nullpunktgewinnung am IVleßinstrument io vorgenommen, sondern durch Zeigerablesung am Meßinstrument, das entweder in Siemens (Leitwert) oder aber in Ohm (Widerstand) geeicht worden ist.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Meßanordnung wird diese mit besonderem Vorteil so bemessen, daß die Gitterspannung der einen Röhre mit zunehmender Größe des zu messenden Leitwertes, steigt, die der anderen dagegen mit abnehmender Größe.
Wenn als Gitterspannung keine Gleichspannung zur Verfügung steht, so kann nach der weiteren Erfindung an ihrer Stelle eine Wechselspannung verwendet werden, die die gleiche Frequenz hat wie die als Anodenspannung angelegte Wechselspannung. Eine derartige Meßanordnung ist auch in der Zeichnung dargestellt.
Eine sehr wesentliche Erweiterung des Meßbereiches in Verbindung mit einer nicht unerheblichen Erhöhung der Meßgenauigkeit kann. erfindungsgemäß erzielt werden, wenn das Brückengleichgewicht der Meßanordnung durch eine einfache Änderung der Gitterspannung einer Röhre veränderbar ist. Auf diese Weise können zwei, drei, vier oder noch mehr Meßbereiche geschaffen werden.
Die Elektroden zur Erfassung der zu messenden Widerstände bestehen vorteilhaft aus Flüssigkeiten, aus feuchten Stoffen oder aber aus Metallen, deren Oxyde bzw. Salze leicht löslich und in diesen Lösungen gut leitend sind.
Von besonderem Vorteil ist unter Umständen eine federnde Meßelektrode, die durch sicht- oder hörbare Zeichen Rückschlüsse auf die Größe des Tastdruckes zuläßt.
Die Meßanordnung kann nach der weiteren Erfindung dann auch noch in der Weise ausgestaltet werden, daß entweder unmittelbar im Tastkreis oder aber an einer anderen, praktisch gut geeigneten Stelle der Schaltung ein Unterbrechungskontakt angeordnet ist, der sowohl bei zu kleinem als auch bei zu großem Tastdruck in Tätigkeit tritt und den Meßvorgang unterbricht. Dadurch können Meßungenauigkeiten gegebenenfalls weitgehend ausgeschaltet werden.
Für den Fall, daß eine auf den gleichen Zeitpunkt zusammengedrängte Mittelwertmessung mehrerer Widerstände erforderlich sein sollte, könnte diese nach der weiteren Erfindung mit Hilfe einer Anzahl parallel geschalteter Meßelektroden ohne weiteres durchgeführt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Messung des Leitwertes von Stoffen, insbesondere von organischen, deren Widerstand sich bei der Verwendung eines Gleichstromes als Meßstrom innerhalb der für die Messung erforderlichen Zeitspanne in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße verändern würde, deren innerer Aufbau bei der Verwendung eines Wechselstromes der üblichen meßtechnischen Frequenzen als Meßstrom andererseits eine unmittelbare Messung des reinen Ohmschen Leitwertes wegen des gleichzeitig auftretenden kapazitiven Widerstandes nicht zuließe, mittels eines Meßwechselstromes von verhältnismäßig niedriger, d. h. solcher Frequenz, daß einerseits Polarisationserscheinungen nicht auftreten können, andererseits der zulässige kapazitive Widerstand unterhalb der zulässigen Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens bleibt, gekennzeichnet durch eine Schaltung nach der Art einer Wheatstoneschen Brücke, deren Brückenzweig, in dem das Meßinstrument liegt, zwischen zwei Punkten angeordnet ist, von denen der eine auf der Verbindungsleitung zwischen einem unveränderlichen Widerstande und einer Verstärkerröhre mit gleichbleibender Gitterwechselspannung liegt, der andere dagegen auf der Verbindungsleitung zwischen einem gleichfalls unveränderlichen Widerstande und- einer Verstärkerröhre, die eine von dem zu messenden Leitwert abhängige Gitterwechselspannung erhält. a. .Verfahren zur Leitwertmessung mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung den Schwellenwert, oberhalb dessen der jeweils zu ermittelnde Leitwert in einem die zulässige Fehlergrenze des angewendeten Meßverfahrens übersteigenden Maße spannungsabhängig ist, nicht überschreitet. 3. Verfahren zur Leitwertmessung mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung des Leitwertes organischer Stoffe, die zum Körper lebender Wesen gehören, die Meßspannung noch um eine Zehnerpotenz kleiner gewählt wird, als sie mit Rücksicht auf die Schmerzempfindlichkeit an und für sich gewählt werden müßte. q:. Verfahren zur Leitwertmessung mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erfassung der Meßspannungen vorgesehenen Verstärkerröhren ausschließlich auf dem geraden Teil ihrer Charakteristik ausgenutzt werden. 5. Verfahren zur Leitwertmessung mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterspannung der einen Röhre mit zunehmender Größe des zu messenden Leitwertes steigt, die andere dagegen mit abnehmender Größe. 6. Verfahren zur Leitwertmessung mit einer Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Gitterspannung eine Wechselspannung verwendet wird, die die gleiche Frequenz hat wie die als Anodenspannung angelegte Wechselspannung. 7. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Brückengleichgewicht durch die Änderung der Gitterspannung einer Röhre veränderbar ist. B. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden aus einer Flüssigkeit bestehen. 9. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden aus einem feuchten Stoff bestehen. io. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden aus einem Metall bestehen, dessen Oxyde oder Salze leicht löslich und in diesen Lösungen gut leitend sind. i i. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mindestens eine federnde Meßelektrode, die durch sicht-'oder hörbare Zeichen Rückschlüsse auf die Größe des Tastdruckes zuläßt. 12. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß entweder unmittelbar im Tastkreis oder aber an einer geeigneten Stelle der Schaltung ein- Unterbrechungskontakt angeordnet ist, der sowohl bei zu kleinem als auch bei zu großem Tastdruck in Tätigkeit tritt. 13. Einrichtung nach .Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Meßelektroden zur Erfassung des Mittelwertes der Leitfähigkeit mehrerer Widerstände parallel geschaltet sind.