-
Elektrische Cleichstromkompensationsmeßeinrichtung
Wenn die Aufgabe
vorliegt, eine elektrische Größe dadurch zu messen daß eine Meßspannung unter Vermeidung
einer galvanischen Kopplung durch eine Vergleichsspannung kompensiert wird, so benutzt
man vorzugsweise zum Speisen der Meßschaltung eine Wechselstromquelle, weil es in
diesem Fall möglich ist, den Meßkreis und den Kompensationskreis, galvanisch voneinander
getrennt, durch einen Transformator induktiv miteinander zu koppeln. Um nun auch
bei einer Gleichstromkompensationsmessung eine galvanische Kopplung zwischen Meßkreis
und Kompensationskreis zu vermeiden, kann gemäß der Erfindung eine periodisch zu
betätigende Umschaltvorricht.ung benutzt werden, durch die ein Kondensator abwechselnd
in der einen Periode mit der Meßspannung und in der darauffolgenden Periode mit
der Vergleichsspannung verbunden wird unter Einschaltung eines Nullanzeigers.
-
Handelt es sich um die Messung einer Gleichstromgröße, z. B. um die
Messung eines einen bekannten Widerstand durchfließenden Gleichstromes, wobei der
an dem Widerstand auftretende Spannungsabfall u durch eine bekannte Vergleichsspannung
u', z. B. die eines Normalelementes, kompensiert werden soll, so kann eine galvanische
Trennung des Meß- und des Vergleichskreises erwünscht sein, wenn der Meßkreis an
eine Hochspannungsanlage angeschlossen ist. Man kann dann bei Benutzung der Erfindung
zum Messen einer Hochspannungsgleichstromstärke mit einem von der zu messenden Gleichstromstärke
durchflossenen
Widerstand zum Erzeugen der Meßspannung eine vorzugsweise
als Drehschalter ausgebildete Umschaltvorrichtung verwenden, durch die der für die
Hochspannunf isoliert angeordnete- Kondensator periodisch abwechselnd mit den Enden
des Hoch spannungswiderstandes und über ein Gleichstrommeßgerät mit einer Niederspannungsgleichstromquelle
verbunden wird. Man kann auf diese Weise eine Gleichstromhochspannungsgröße gefahrlos
mittels einer unter Niederspannung stehenden Meßeinrichtung anzeigen.
-
Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für die Messung von Erdwiderständen.
Wenn, wie es insbesondere für geophysikalische Untersuchungen erforderlich ist,
der Widerstand einer durch zwei Sonden begrenzten Erdstreclre zu messen ist, der
durch Er der eine Speisespannung zugeführt wird. so benutzt man in der Regel eine
Wechselstromquelle -zum Erzeugen des Erdstromes, weil in diesem Fall durch Zwischenschaltung
eines Transformators eine galvanische Trennung von Meß- und Vergleichskreis errekht
werden kann. Andererseits sind aber Wechselstrommeß geräte als Nullanzeigei weniger
zu empfehlen als Gleichstrommeßgeräte, und insbesondere bei geophysikalischen Untersuchungen
können durch den Wechselstrom unr erwünschte Erscheinungen in den Erdschichten hervorgerufen
werden. Durch die Erfindung wird es nun ermöglicht, den Erdwiderstand unter Benutzung
einer Gleichstromquelle zu messen. Man kann dabei eine Umschaltvorrichtung benutzen,
durch die der Kondensator periodisch abwechselnd mit dem zu messenden Erdwiderstand
und mit einem von der gleichen Gleichstromquelle gespeisten Vergleichswi ders tand
verbunden wird. In diesem Fall ist also nur eine ein!zige Stromquelle fiür die Messung
erforderlich, während bisher, wenn mit Gleichstrom gearbeitet werden mußte, außer
der den Er-dlstrom erzeugenden Stromquelle noch eine besondere StromqueLle zum Erzeugen
des Kompensationsstromes benötigt wurde.
-
Dalbei können allerdings in jedem Fall Meßfehler entstehen, wenn
-sich die Spannung der Speisestromquelle innerhalb einer Halbweile der Umschaltperiode
merklich ändert. Diese Nachteile können gemäß der Erfindung durch eine periodisch
zu betätigende Umschaltvorrichtung beseitigt werderi, durch die der Kondensator
abwechselnd in der einen Periode mit der Meßspannung u und in der darauffolgenden
Periode über einen den Mittelwert der Stromstärke messenden Nullanzeiger mit einem
Vergleichskondensator verbunden wird, der in der vorhergehenden Periode an die Vergleichlsspannung
u' angeschlossen, war. In diesem Fall werden die beiden Kondensatoren gleichzeitig
angeschlossen, so daß auch schnelle Schwankungen der Speisespannung keinen störenden
Einfluß ausüben können, vorausgesetzt, daß die Zeitkonstanten der die beiden Kondensatoren
enthaltenden Stromkreise gleich groß oder genügend klein sind im Vergleich zu der
Periodendauer der Umschaltung.
-
Wenn es sich um eine Einrichtung zum Messen eines Widerstandes, insbesondere
eines Erdwiderstandes, handelt, so kann demgemäß eine Umschaltvorrichtung benutzt
werden, durch die in der einen Periode ein Kondensator mit dem zu messenden Widerstand
und ein Vergleichskondensator mit einem von der gleichenGleichstromquelle gespeisten
Vergleichswiderstand verbunden und in der darauffolgenden Periode der erste Kondensator
über ein Gleichstrommeßgerät mit dem vergleichskondensator verbunden wird.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindu-ngsgegenstandes
in Schaltbildern dargestellt. Dabei betrifft Fig. I eine Einrichtung zur Strommessung
in einer Hochspannungsgleichstromanlage; Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zum Messen
eines Widerstandes in einer Gleichstrommeßschaltung, und in Fig. 3 und 4 sind Einrichtungen
zum Messen von Erdwiderständen mittels zweier Erder und zweier Sonden dargestellt,
wie sie insbesondere für geophysikalische Untersuchungen zweckmäßig sind.
-
In Fig. I sind I und 2 die beiden Leiter einer Hochspannungsgleichstromanlage,
wobei in den Leiter 2 ein Meßwiderstand 3 eingeschaltet ist. Als Umschaltvorrichtung
dient ein doppelpoliger Drehumschalter für einen Kondensator 5. Der Umschalter besteht
z. B. aus zwei durch einen Motor in Umlauf zu versetzendenvoneinanderisoliertenKontakthebeln,
die in der gezeichneten Stellung zwei mit den Enden des Hochspannungswiderstandes
3 verbundene feste Kontakt 6 und 7 und in der darauffolgenden Periode zwei weitere
feste Kontakte 6', 7' berühren. Von einer Niederspannungsgleichstromquelle bekannter
SpannungS wird ein regelbarer Spannun1gsteilerwiderstanvd 9 gespeist, dessen Enden
über ein Gleichstrommeßgerät 10 mit den Kontakten 6', 7' verbunden sind.
-
In der gezeichneten Stellung des Umschalters wird der Kondensator
5 durch den Spannungsabfall u aufgeladen, den die zu messende Stromstärke i in dem
Widerstand 3 hervorruft. Wenn in der darauffolgenden Periode die Schalthebel 4 die
Kontakte 6', 7' berühren, so wirkt der Spannung des Kondensators 5 eine Gleichspannung
11' entgegen, die durch den verschiebbaren Kontakt des Spannungsteilerwiderstandes
9 so eingestellt werden kann, daß das Gleichstrommeßgerät stromlos wird.
-
Dann ist die Einstellung des Spannungsteilerwiderstandes g ein Maß
für die zu messende Hochspannungsgleichstromstärke, wobei die Meßeinrichtung unter
Niederspannung steht und daher gefahrlos bedient werden kann.
-
In Fig. 2 ist an die Klemmen 11, I2 einer Gleichstromanlage ein Stromkreis
angeschlossen, der zwei in Reihe geschaltete Widerstände 13 und 14 enthält. Dabei
ist eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, die aus zwei miteinander gekuppelten doppelpoligen
Umschaltern 15 und 16 für zwei Kondensatoren I7 bzw. IS besteht. In der gezeichneten
Stellung der Umschaltvorrichtung berühren die Schalthebel 15 zwei Kontakte 19 und
20, die mit den Enden des Widerstandes I3 verbunden sind, und gleichzeitig die Schalthebel
16 zwei Kon-
takte 21 bzw. 22. die an einen regelbaren Teil des
Widerstandes 14 angeschlossen sind. Andererseits sind die Wechselkontakte 19', 21'
bzw. 20', 22' über ein Gleichstrommeßgerät 10' miteinander verbunden.
-
In der gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichtung wird der Kondensator
17 durch die in lem Widerstand I3 erzeugte Spannung u und gleichzeitig der Vergleichskondensator
IS durch die in dem regelbaren Teil des Vergleichs-'vi derstandes 14 erzeugte Spannung
u' aufgeladen. In der darauffolgenden Periode sind die beiden Kondensatorspannungen
über das Gleichstrommeßgerät 10' gegeneinandergeschaltet, und man kann durch Verschieben
des Abgriffkontakten auf dem Widerstand 14 das Meßgerät 10' stromlos machen. Der
Betrag des Widerstandes 14 ist dann ein Maß für den unbekannten Widerstand 13. Dabei
können beliebig schnelle Änderungen der Stromstärke des Speisestromes keine SIeßfehler
hervorrufen. da die beiden Kondensatoren 17 und 18 gleichzeitig geladen werden und
daher den gleichen Schwankungen der Speisestromstärke ausgesetzt sind.
-
In Fig. 3 und 4 ist angenommen, daß ein Erdwiderstand gemessen werden
soll, der durch zwei Sonden 23 und 24 an einer von einer Gleichstromquelle 25 durch
Erder 26, 27 gespeisten Erdstrecke abgegriffen wird. Dabei ist in den Stromkreis
ein mit einem einstellbaren Abgriffkontakt 28 versehener Widerstand 29 eingeschaltet.
-
IBei der in Fig. 3 dargestellten anordnung ist ein beispielsweise
elektromagnetisch von einem Wechselstrom gesteuerter doppelpoliger Schwingkontaktumschalter
30 für den Kondensator 5 vorgesehen. der in der gezeichneten Stellung über die Kontakte
6. 7 an die Sonden 23, 24 angeschlossen ist, wobei in die Verbindungsleitung zwischen
den Kontakt 7 und der Sonde 24 ein Gleichstrommeßgerät 10 eingeschaltet ist. Andererseits
sind die Wechselkontakte 6', 7' mit dem einstellbaren bzw. dem festen Kontakt des
Widerstandes 29 verbunden.
-
Die Gleichstromquelle 25 erzeugt in dem zu messenden Erdwiderstand
zwischen den Sonden 23 und 24 eine Spannung -if- und in dem eingestellten Teil des
Widerstandes 29 eine Spannung u'. In der gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichtung
30 wird der Kondensator 5 durch die Spannung u aufgeladen. In der darauffolgenden
Periode wird der Kondensatorspannung die Spannung u' entgegengeschaltet, und maan
kann den Kontakt 28 so einstellen. daß das Meßgerät 10 stromlos wird. Dann entspricht
die Einstellung an dem Widerstand 29 dem gesuchten Betrage des Erdwiderstandes.
-
Um Meßfehler zu vermeiden, wie sie bei sehr schnellen Schwankungen
der Speisespannung auftreten können, ist bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung
eine Umschaltvorrichtuneg vorgesehen. die aus zwei miteinandergekuppelten doppelpol
igen Schwingkontaktumschaltern 3I und 32 für je einen Kondensator 17 bzw. 18 besteht.
Dabei ist entsprechend der Schaltung nach Fig. 2 in der gezeichneten Stellung der
Umschaltvorrichtung der Kondensator 17 über die Kontakte 19 und 20 an die Spannung
-lt zwischen den Sonden 23 und 24 und der Kondensator IS ii!her die Kontakte 21
und 22 an die Spannung u' an dem abgegriffenen Teil des Widerstandes 29 angeschlossen.
In der darauffolgenden Periode sind die beiden Kondensatoren I7 und 18 durch Verbinden
der entsprechenden Kontakte 19 . . . 22' über ein Gleichstrommeßgerät 10' gegeneinandergeschaltet.
Wird der Abgriffkontakt 28 so eingestellt, daß das Meßgerät 10 stromlos ist, so
entspricht die Einstellung des Widerstandes 29 dem gesuchten Betrag des Erdwiderstandes.