DE263899C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 263899 KLASSE 21 e. GRUPPE

Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Mai 1912 ab.

Zur direkten Anzeige der Größe eines Widerstandes durch Zeigerausschlag auf einer Skala benutzt man am besten ein Drehspuleninstrument, dessen gegeneinander versetzte Spulen ausschließlich unter dem Einfluß zweier entgegengesetzt gerichteter elektromagnetischer Drehmomente ohne sonstige mechanische /Richtkräfte stehen und dessen Anzeige demgemäß von Änderungen der Meßspannung unbeeinflußt ist. Im allgemeinen entspricht dabei die Schaltung der des Differentialgalvanometers; handelt es sich jedoch um sehr kleine. Widerstandsdifferenzen oder Änderungen, wie solche beispielsweise bei elektrischen Widerstandsthermometern auftreten, so genügt unter Umständen die Differentialgalvanometer-Schaltung nicht mehr und wird mit Vorteil durch eine andere ersetzt, die den Gegenstand der Erfindung bildet.

Bei dieser neuen Schaltung wird die Empfindlichkeit der Anzeige für kleine Widerstandsänderungen dadurch beträchtlich erhöht, daß sich das Verhältnis der in den Drehspulen fließenden Ströme in wesentlich stärkerem Maße ändert als das der zu vergleichenden Widerstände. Ihr liegt eine der Wheatstoneschen ähnliche Stromverzweigung zugrunde, und das mit dem Zeiger verbundene, aus den beiden räumlich gegeneinander versetzten Spulen bestehende drehbare System enthält auf jeder Spule eine oder mehrere Wicklungen, die so geschaltet sind, daß mindestens ein .Drehmoment von dem Diagonalstrom und ein entgegengesetztes von einem Seitenstrom erzeugt wird.

Fig. ι zeigt schematisch eine derartige Schaltung mit beispielsweise im ganzen drei Wicklungen, die durch Kreise angedeutet sind. Eine vom Diagonalstrom durchflossene Wicklung mit hoher Windungszahl bildet die eine Spule und zwei von den Strömen der Vierecksseiten 1 und 2 durchflossene Wicklungen mit niedriger Windungszahl bilden die andere Spule. Ein das feste Feld liefernder Magnet ist der übersichtlicheren Darstellung halber fortgelassen. Der veränderliche, mit X bezeichnete Widerstand kann jeden der vier Zweige bilden, bei Fernmessungen wird man ihn jedoch vorzugsweise in einen der Zweige 3 oder 4 legen. Die beiden Wicklungen mit geringer Windungszahl sind so geschaltet, daß sie Drehmomente in demselben Sinne ergeben, und die Größe der Einzelwiderstände des Vierecks ist so bemessen, daß der in der Brückenspule fließende Strom nur seine Stärke, nicht aber sein Vorzeichen ändert, wenn X innerhalb des beabsichtigten Meßbereichs zu- oder abnimmt, und daß er ein Drehmoment liefert, welches dem der Doppelspule entgegengesetzt ist. Die Zeigereinstellung des Instruments wird allgemein durch die Bedingung bestimmt, daß die algebraische Summe aller Drehmomente = ο sein muß. Man hat also im einfachsten Falle — eine Seitenspule und eine Diagonalspule von «-fächer Windungszahl, die gegeneinander wirken — die Gleichgewichtsbedingung :

H₁^f(O)-H •n-i-f(a₁) = O,

wo i den Diagonalstrom, i_s den Seitenstrom und α sowie Ci₁ die Winkel bedeuten, welche die beiden gegeneinander versetzten Spulen

mit einer festen Richtung des Magnetfeldes von der Stärke H bilden. Aus dieser Beziehung folgt dann

n· %

da sich α und U₁ nur um eine konstante Größe unterscheiden. Der Zeigerausschlag ist also durch das Verhältnis der beiden Ampere-ίο windungszahlen bestimmt und kann, durch geeignete Formgebung des Feldes, so daß

F(a) = konst. α

wird, diesem Verhältnis proportional gemacht werden. Sind auf der Gegenspule anstatt einer zwei wirksame Wicklungen vorhanden, die z. B. von i, und i₂ gespeist werden, so würde die Zeigerstellung durch den Quotienten

— bestimmt sein usf. Gibt man nun

I₁ + l-i

dem Widerstand in der Diagonale und dem in drei Vierecksseiten die Größe w, während die vierte Seite den Widerstand

X = w -j-

hat, so erhält man nach den für die Ströme in der Wheatstoneschen Verzweigung geltenden Formeln

E-o'-w²

ι =

während den Seitenströmen i_s ein Ausdruck von der Form

(4

entspricht. Dabei ist E die Meßspannung, N eine bestimmte Funktion aller in der Verzweigung vorkommenden Widerstände und c eine Konstante, die je nach der in Betracht gezogenen Vierecksseite den numerischen Wert 0, i, 2, 3 hat. Für das in Fig. 1 gezeichnete Ausführungsbeispiel würde sich hiernach ergeben :

η i η. ft· ie> 2 «.Λ

und man erkennt, daß einerseits die Angaben des Instruments von der Meßspannung E unabhängig sind und andererseits, da d eine kleine Größe ist (bei Ausbildung von X als Widerstandsthermometer, ζ. Β. = 0,004 für jeden Grad Temperaturänderung), praktisch dem Wert von ö proportional werden. Diese Proportionalität bleibt auch noch bestehen, wenn lediglich die Widerstände der Zweige 1 und 2 einander gleich genommen werden, während die in den beiden anderen Zweigen und in der Diagonale liegenden Widerstände von den ersteren und auch unter sich verschieden sind.

Es ist einleuchtend, daß bei kleinen Änderungen von X der Strom in der Brückenspule sehr viel schwächer ist als in der räumlich dagegen versetzten Doppelspule, und daß man also, um sich ausgleichende* Drehmomente zu erhalten, die betreffenden Windungszahlen sehr verschieden wählen muß. Dieser Umstand kann in gewissen Fällen technische Schwierigkeiten für die Ausführung des Meß- bzw. Anzeigegerätes ergeben, die aber durch eine etwas geänderte Anordnung und Schaltung des Spulensystems vermieden werden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine entsprechend abgeänderte Einrichtung. Hier besteht jede der räumlich gegeneinander versetzten Spulen aus zwei getrennten Windungssystemen, von denen immer je eines in der Brücke und das andere in einem der an diese anstoßenden Hauptzweige liegt. Die Schaltung und Wicklung werden so gewählt, daß die durch Pfeile angedeutete Richtung der Drehmomente zustande kommt. Sind die Ströme in den gemäß Fig. 2 mit ι und 2 bezeichneten Zweigen i_x und i₂ und durchfließt der Diagonalstrom i wieder Spulen von der «-fachen Windungszahl wie jene, so hat man für die Zeigereinstellung die Gleichgewichtsbedingung

H(n i + ι,) · f(a) + H(ni — i₂) · f (aj
woraus

F (α) =

= 0,

ΛΛ

tv

folgt. Da

H = h —
ist, kann man auch setzen

h — (m + 1) i

— iⁿ

und wenn bezüglich der Größe der Widerstände in der Stromverzweigung die gleichen Annahmen wie oben gemacht werden, ergibt sich

^s 4 — (n — 2) δ

ein Ausdruck, dessen zweites Glied für η = 2 genau proportional d wird. In besonderen Fällen können hier natürlich auch bezüglich der Ströme, Widerstände und Windungszahlen andere Voraussetzungen zugrunde gelegt werden.

Bei den in Fig. 1 und 2 gezeichneten Schaltungsskizzen war nur der Widerstand X eines Zweiges 3 als veränderlich angenommen; die neue Meßschaltung kann aber auch dazu dienen, die Differenz zweier veränderlicher Widerstände (X und Y), die wie in Fig. 3 z. B. in den Zweigen 3 und 4 liegen, anzuzeigen, da bei geeigneter Wahl der Zweigwiderstände,

wenn ζ. B. der Wert der unveränderlichen Widerstände seiner Größe nach zwischen dem der beiden veränderlichen liegt, der Brückenstrom praktisch proportional X-Y wird. In dieser Ausführungsform findet dann die Meßeinrichtung mit Vorteil Verwendung zur Konstruktion eines Fernpsychrometers, das den Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch die Temperaturdifferenz zwischen einem feuchten und

ίο einem trockenen Thermometer mißt. Die beiden Thermometer werden als Widerstandsthermometer ausgebildet und etwa so justiert, daß ihr Widerstand bei der tiefsten vorkommenden, für das trockene Thermometer maßgebenden Meßtemperatur der gleiche ist. Innerhalb nicht zu weiter Grenzen für diese Meßtemperatur zeigt dann das Meßgerät mit praktisch ausreichender Genauigkeit die relative Luftfeuchtigkeit an, wenn die Skala entsprechend geeicht und beziffert ist, und es steht nichts im Wege, hierbei das Instrument auch als Registrierapparat auszubilden.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen, gekennzeichnet durch eine der Wheatstoneschen Widerstandskombination ähnliche Schaltung, bei welcher der zu messende Widerstand einen Zweig des Vierecks bildet, während die Windungssysteme des Anzeige- oder Registrierapparates zum Teil in der Brücke und zum Teil in den Seiten des Vierecks liegen und so geschaltet sind, daß sie, in einem permanenten Magnetfeld räumlich gegeneinander versetzt angeordnet, zwei entgegengesetzte Drehmomente liefern, deren Größenverhältnis außer von den Zweigwiderständen nur von der Lage der Spulen im Felde abhängt, so daß auf der Skala des betreffenden Instruments der gesuchte Widerstand oder die betreffende Widerstandsänderung direkt und unabhängig von der Meßspannung abgelesen werden kann.
2. 2. Einrichtung zur Messung kleiner Wider-Standsänderungen nach Anspruch 1, bei welcher in zwei benachbarten Zweigen des Wheatstoneschen Vierecks zwei veränderliche Widerstände liegen, deren Differenz durch das Meßinstrument direkt angezeigt wird.
3. 3. Einrichtung zur Messung kleiner Widerstandsänderungen nach Anspruch 2, bei welcher die veränderlichen Widerstände als trockenes und feuchtes Widerstandsthermometer ausgebildet sind und der Anzeigeoder Registrierapparat direkt die relative Luftfeuchtigkeit anzeigt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.