Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Grossen.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Grössen, wie z. B. elektrischer Widerstände, Spannungen oder Ströme.
Bei Widerstandsmessungen werden hauptschlich zwei Arten von Methoden angewendet, Brückenmethoden, bei welchen der Wert des zu messenden Widerstandes durch Vergleichen mit bekannten Widerständen ermittelt wird, und Methoden, die auf die Messung von Strom und Spannung in bzw. an dem zu bestimmenden Widerstand zurückgeführt werden. Ist der Widerstandsbereieh, innerhalb dessen die Widerstände liegen können, sehr gross, umfasst er z.
B. viele Zehnerpotenzen, war man bei der Entwicklung hierfür geeigneter Widerstandsmesser bisher zu Massnahmen gezwungen, wie Verwendung einer gro ssen Anzahl von Vergleichswiderständen, Xnderung der Empfindlichkeit der in der Messanordnung verwendeten Strom-und Spannungsmesser um mehrere Zehnerpotenzen, Verwendung von Instrumenten mit nicht- linearer Charakteristik, z. B. Instrumenten mit einer zusätzlichen Drehspule, die sich je nach der Stellung des Messwerkes mehr oder weniger tief in ein zusätzliches Magnetfeld hineinbewegt und dadurch die Wirkung der Hauptwicklung schwächt, Änderung der verwendeten Hilfsspannung, die an den Widerstand gelegt wird, innerhalb eines grossen Bereiches usw.
Diese Massnahmen bedingen, dass die Messanordnungen sehr teuer werden und den Bedingungen, bei welchen die zu messenden Widerstände in normalem Betrieb arbeiten, nicht angepasst werden können, z. B. viel zu hohe Spannungen an den Widerständen liegen, und die Bedienung der Geräte umständlich wird.
Dieser Übelstand wird erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass das die zu messende elektrische Grosse aufweisende Messobjekt Teil eines Netzwerkes ist, in das nichtlineare Widerstände in der Weise eingefügt sind, dass ihre Werte von der zu messenden elek trischen Grosse abhängen und sich in der gleichen Grössenordnung wie diese ändern, so dass eine elektrische Grösse des Netzwerkes ein Mass für die Grösse der zu bestimmenden elektrischen Grosse des Messobjektes bildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Triode bezeichnet, deren Kathode über einen Widerstand 2 und Gleichstrommessgerät 3 an dem negativen Pol einer Gleichstromquelle 4 liegt. Die Anode der Röhre ist mit dem Schleifer 5 eines Potentiometers 6 verbunden, das an die Gleichstromquelle angeschlossen ist. Der zu messende Widerstand, dessen Wert X sei, ist mit 7 bezeichnet. Er ist über die beiden Klemmen 8 und 9 mit dem Gitter der Röhre bzw. einem Punkt 10 des Potentiometers verbunden.
Durch die Wahl dieses Abgriffpunktes kann die an den Widerstand gelegte Spannung, z. B. entsprechend den Prüfbedingungen bei der Abnahme von Installationsanlagen, variiert werden. Der Widerstand 7 liegt in Reihe zur Gitter-Kathoden-Strecke der R¯hre und zum Widerstand 2 ; es ist daher der ihn durchfliessende Strom i gleiehzeitig der Gitterstrom der R¯hre und das Potential der Elektrode 8 stellt sich entsprechend dem Verhältnis der Widerstände ein. Die Bedeutung dieser Schalt- massnahme geht aus der folgenden übersehlägigen Betrachtung hervor : Für grosse Werte Sr ist der Strom i annähernd umgekehrt proportional X, und lg i hängt daher linear von Ig X ab.
Variiert X z. B. von 104 Ohm bis 1010 Ohm, so nimmt i dabei um die gleiche Grössenordnung ab, und wäre der Widerstand der Elektronenstrecke konstant, so würde sich auch der Spannungsabfall an der Strecke Gitter-Kathode in dieser Grössenordnung ändern und bei der Messung dieses Spannungswertes (als Ma¯ für den zu messenden Widerstand) würde eine der in der Einleitung erwÏhnten Massnahmen notwendig werden.
Die Elektronenstreeke stellt aber einen spannungsabhängigen bzw. stromab hängigen Widerstand dar und die Stromab hängigkeit ist durch Verwendung einer passenden R¯hre so gewählt, dass bei der durch eine Variation von X hervorgerufenen Strom änderung der Quotient Spannung an der Elektronenstrecke dividiert durch i sich im selben Sinne und ungefähr um die gleiche Grössenordnung wie X ändert.
Durch ent- sprechende Wahl der Messspannung wird erreicht, dass man stets im Anlaufstromgebiet arbeitet, wobei einer logarithmisehen Änderung des Stromes i eine lineare Änderung des Gitterpotentiales entsprieht. In einem Diagramm (Spannungsdifferenz vom Gitter zum negativen Pol der Gleichstromquelle als Funktion von lg Y j wird daher die Beziehung dieser Grössen zueinander durch eine Gerade wiedergegeben.
Bei der in der Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung wird die Messung in der Weise vorgenommen, dass man die Anodenspannung mit Hilfe des Schleifers 5 so einstellt, dass der Kathodenstrom einen gewähl- ten, für alle Werte X gleiehbleibenden Wert annimmt. Durch diese. Massnahme ist die Anodenspannung eine lineare Funktion des Gitterpotentiales und hÏngt somit ebenfalls linear von lg X ab. HÏlt man die Spannung der Stromquelle 4 konstant, so kann das Potentiometer 6 in Anodenspannungswerten oder in Werten von Ig. Z geeicht werden.
In der Fig. 2 ist die Charakteristik einer ausgeführten Anordnung wiedergegeben, bei welcher auf der Abszissenaehse die Logarithmen der Widerstandswerte X und auf der Ordinatenachse die von dem Schleifer 5 auf dem Potentiometer abgegriffenen Spannungen V in linearem Massstab aufgetragen sind. Die Figur lässt erkennen, dass die NleBanordnung einen ausserordentlich grossen Widerstands- bereich umfasst, der nach grossen Werten von X wu nur durch den Isolationswiderstand des Gitters begrenzt ist und bei Verwendung von Spezialröhren bis etwa 1016 Ohm ausgedehnt werden konnte.
Sie lässt weiter erkennen, dass die Beziehung zwischen dem Logarithmus des Wertes des zu messenden Widerstandes und der Anzeige in einem gewählten Bereich vollkommen linear ist, was f r die Eichung der Anordnung einen besonderen Vorteil bedeutet.
Die Anordnung nach Fig. 1 könnte statt t von einer Gleichstromquelle auch von einer Wechselstromquelle gespeist werden, wobei dem Gleichstrommessgerät ein Glättungskon- densator parallel zu sehalten wäre.
Die Charakteristik der Anordnung lässt sich weitgehend beeinflussen und einem vorgegebenen Verwendungszweck anpassen, z. B. indem man die an den zu messenden Widerstand gelegte Spannung als eine Funktion der Anodenspannung wählt, etwa indem man die Elektrode 9 mit der Anode verbindet oder an eine Widerstandskombination, z. B. einen Spannungsteiler führt, der zwischen der Anode und einem Punkt des Potentiometers 6 liegt, oder indem beispielsweise der zu messende Widerstand nur ein Teil einer Wider standskombination ist, etwa mit einem konstanten Widerstand in Reihe liegt, oder indem der spannungsabhängige Widerstand einen Teil einer Widerstandsanordnung bildet.
Die Anordnung kann aueh als direkt an zeigender. Widerstandsmesser. arbeiten, z. B, mit konstanter Anodenspannung, wobei bei spielsweise-der Kathodenstrom oder der An odenstrom oder, bei Verwendung von Mehr- gitterrohren, ein Hilfsgitterstrom bzw. eine Hilfsgitterspannung ein Mass für die Grosse des zu messenden Widerstandes abgibt. Durch die Wahl. des Arbeitspunktes auf den Röhren- kennlinien, z. B. Verlegen in einen gekrümm- ten Teil, lϯt sich dabei die Charakteristik der Anordnung in einer weiteren Weise beeinflussen.
Die Messanordnung kann auch als Brücken- sehaltung ausgebildet werden, bei welcher der zu messende Widerstand und ein spannungs- abhängiger Widerstand, z. B. eine Zweipol.- rohre, zwei Br ckenzweige bilden und die übrigen Brückenzweige aus konstanten oder regelbaren Widerständen bestehen und in dem einen Diagonalzweig zur Speisung der Anordnung eine Gleichstrom- oder Weehselstromquelle liegt und als Brückenindikator beispielsweise ein Instrument mit m¯glichst geringem Energieverbrauch, etwa ein Elek- trometer oder eine Elektronenrohre, Verwendung findet.
In der Brückenschaltung können auch mehrere wahlweise einsehaltbare, zu be- stimmende Widerstände und dementsprechend mehrere wahlweise einsehaltbare spannungsabhängige Widerstände liegen, was z. B. dann vorteilhaft ist, wenn der zu messende Widerstand selbst wiederum von einer andern Grösse abhängt, die mittelbar durch Messen dieses Widerstandes bestimmt werden soll, z. B. bei Feuchtigkeitsmessern. Bei Verwendung von Röhren mit mehreren Systemen können, ähnlich wie im Beispiel nach Fig. 1, von den Systemen, z. B. einer Duodiode-Triode, die beiden Diodensysteme als spannungsabhängige Widerstände und das Triodensystem als Brüekenindikator verwendet werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Messung von Wirkwiderständen, sie kann ebenso zur Messung von Kapazitäten und In duktivitäten, somit allgemein zur Messung von Scheinwiderständen dienen. Diese Widerstände können selbst wiederum von andern Grössen abhängen und die Messanordnung mittelbar zur Bestimmung dieser Grossen Verwendung finden.
Eine die erfindungsgemässen Merkmale aufweisende Anordnung lässt sich auch so ausbilden, dass sie zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme, deren Werte vor nehmlich innerhalb eines sehr ausgedehnten Bereiches liegen, verwendet werden kann. Für Spannungsmessungen an Objekten mit sehr gro¯en Widerständen verwendet man ausser elektrostatischen Spannungsmessern Röhrengalvanometer, die jenen gegenüber bezüglich Empfindlichkeit, Zeitdauer eines Messvorganges, Handhabung und ganz besonders be züglich Aufstellung und Justierung grosse Vorteile aufweisen.
Um die Messung mit einem Röhrengalvano- meter möglichst verlustlos zu gestalten, wähIt man den Arbeitspunkt der Röhre derart, dass kein Gitterstrom auftritt. Die zu messende Spannung bewirkt ein Abweichen von diesem Arbeitspunkt und damit einen Gitterstrom, der eine Belastung des Messobjektes mit sich bringt, die mit grosser werdender Spannung sehr rasch anwächst und dadurch bei grossen Widerständen des Messobjektes zu falschen Ergebnissen führen kann. Diese Gefahr liegt besonders dann nahe, wenn bei der Messung an einem Objekt einzelne Messreihen sich über relativ kleine Spannungen, andere dagegen sich über Spannungen erstrecken, die um viele Zehnerpotenzen grosser sind, und die Erweiterung des Me¯bereiches des Röhrengalvanometers dabei in bekannter Weise durch Shunten des Anzeigeinstrumentes erfolgt.
Ein charakteristisches Beispiel dafür ist die Messung des Kristallphotoeffektes in Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lich- tes bei versehiedenen Temperaturen. Der ge schilderte Fehler kann hier so gross werden, dass zwar fiir relativ kleine Messspannungen der Widerstand des Röhrengalvanometers gross gegenüber dem Messobjekt ist, die Messung also die Photospannung ergibt, bei grossen Messspannungen dagegen so klein wird, dass die Messung praktisch zu einer KurzschluBstrommessung ausartet. Der geschilderte ¯belstand- ist der Hauptgrund dafür, dass Röhrengalvanometer bisher wenig Eingang in die Messtechnik gefunden haben.
Diesen Übelstand beseitigt die vorliegende Erfindung durch die gleichen Schaltmassnahmen, wie sie für das Messen elektrischer Widerstände erläutert worden sind, das heisst dadurch, dass das Messobjekt, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches nichtlineare Widerstände in der Weise eingefügt sind, dass ihre Werte von Spannung oder Strom des Messobjektes abhängen und sich bei Änderung dieser Grössen vorzugsweise in der gleichen Grössenordnung wie diese ändern, so dass eine von den genannten Elementen abhängige Grösse des Netzes oder Netzwerkes ein Mass für die zu bestimmende Grösse des Messobjektes bildet.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Fig. 3 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine an sich bekannte Röhrengalvanometersehaltung. Die Schaltung arbeitet mit einer Raumladegitter- röhre 11 in Brüekenschaltung und wird aus der Gleichstromquelle 12 gespeist. Die Wider stände 13, 14 dienen zur Herstellung der erforderliehen Heizspannung-Lind Steuergittervorspannung. Die Spannungen an der Röhre sind so gewählt, dass bei kurzgeschlossenem Eingang des Röhrengalvanometers der Gitterstrom Null ist.
Als Brüekenindikator dient ein Differentialgalvanometer 15, an dessen einem Klemmenpaar die Brüekendiagonal- spannung und an dessen anderem Klemmen- paar eine Hilfsspannung liegt, die eine der Diagonalspannung entsprechende Charakteri- stik aufweist, wodurch die Anzeige des Brük kenindikators in einem bestimmten Gebiet von Spannungsschwankungen der Speisestromquelle unabhängig ist.
Das Messobjekt 16, dessen Spannung x gemessen werden soll, liegt mit seinem positiven Pol über den konstanten Widerstand 17 an dem Steuergitter der Röhre. Wenn x von Null versehieden ist, fliesst ein Gitterstrom, der an diesem Widerstand einen Spannungsabfall erzeugt, so dass an dem Steuergitter nur ein Bruchteil der zu messenden Spannung zur Wirkung kommt. Das Verhältnis- am Gitter wirksame Spannung zu Messspannung - ist nieht konstant. Die Elektronen- strecke Steuergitter-Kathode stellt einen niehtlinearen Widerstand dar. Mit grosser werdender Messspannung nimmt der Gitterstrom exponentiell wu und damit der Widerstand der Elektronenstrecke ab.
Der spannungsabhängige Widerstand ist weiterhin so gewählt, dass für relativ kleine Messspannungen sein Wert in der Grossenordnung des Widerstandes 17 liegt und mit grosser werden- der Messspannung etwa in der gleichen Gro ssenordnung wie diese abnimmt.
Mit zunehmender Messspannung wird damit auch das Verhältnis Messspannung zu an der Röhre wirksam werdender Spannung grosser, so dass die Anzeige des Brüekenindikators also langsamer wächst als die 3Iessspannung. (Der Widerstand 14 ist um sehr viele Grossen- ordnungen kleiner als die genannten Wider stände, so dass er bei diesen Betrachtungen keine Rolle spielt.)
In Fig. 4 ist die Charakteristik der be schriebenen Messanordnung wiedergegeben, bei welcher auf der Abszissenachse die Logarithmen der Spannungswerte x und auf der Ordinatenaehse die Aussehläge des Brücken- instrumentes in linearem Massstab aufgetragen sind.
Die Fig. 4 lässt erkennen, dass die Beziehung zwischen den Grossen in dem gewählten Bereich praktisch linear verläuft und die Messanordnung einen sehr grossen Span nungsbereieh umfasst.
Die beschriebene neue Schaltung weist durch die Anwendung des Erfindungsgedan- kens gegenüber den bekannten Schaltungen eine Reihe von Vorteilen auf : Der Eingangswiderstand bei kleinen Messspannungen ist grosser geworden. Mit zunehmender Messspannung nimmt dieser Widerstand nur so wenig ab, dass er grossenordnungsmässig unverändert bleibt, während er bei den bekannten Schal tungen mit zunehmendem x um viele Grossen- ordnungen kleiner wird.
Die Röhre arbeitet immer in der Nähe des gewählten Arbeits punktes auf der Gitterstromkennlinie, die Belastung des Messobjektes durch das Röhren- galvanometer bleibt auch bei sehr grossen 31essspannungen sehr klein und innerhalb eines vorher genau festlegbaren Bereiches, so dass keine Gefahr mehr besteht, dass das Mess- ergebnis durch ein unzulänglich grosses Anwaehsen des Gitterstromes gefälseht werden konnte. Die Messgenauigkeit bleibt in dem gesamten Bereich konstant, und das Gebiet, innerhalb welchem die Anzeige des Brüekeninstrumentes unabhängig von Schwankungen der Brüekenstromquelle bleibt, ist bedeutend grösser geworden.
Als spannungsabhängige bzw. stromabhän- gige Widerständekönnen alle Schaltelemente dienen, bei welchen der Quotient-angelegte Spannung dividiert durch hindurchfliessenden Strom-eine Funktion der angelegten Spannung bzw. des Stromes in dem Schaltelement ist, wie Elektronenstreeken, Ionenstrecken, Trockengleichrichter, gesättigte oder vormagnetisierte Drossel, Heissleiter usw. Der Bereich, innerhalb welchem sich der Quotient ändern soll, kann durch die Art dieser El. e- mente, durch ihre Dimensionierung, wie z.
B. bei vormagnetisierten Drosseln, durch Regelung von aussen, oder bei Diodenstrecken mit Hilfe der Heizung der Kathode, usw., dem Bereich, innerhalb welchem die Werte der zu messenden Widerstände oder sonstigen Grossen liegen, angepasst werden.
Die Anordnungen können auch zu Regeloder Steuerorganen ausgestaltet werden, z. B. indem der Strommesser in der Anordnung nach Fig. 1 durch eine Tauchspule, einen Drehmagneten, eine Tyratronanordnung ersetzt wird, die z. B. beim Unterschreiten oder Uber schreiten eines vorgegebenen Wertes X einen Sehaltvorgang auslost.
Circuit arrangement for measuring electrical quantities.
The invention relates to a circuit arrangement for measuring electrical quantities, such as. B. electrical resistances, voltages or currents.
Two types of methods are mainly used for resistance measurements, bridge methods, in which the value of the resistance to be measured is determined by comparing it with known resistances, and methods that are traced back to the measurement of current and voltage in or on the resistance to be determined. If the resistance range within which the resistances can lie is very large, it includes e.g.
B. many powers of ten, the development of ohmmeters suitable for this purpose has so far been forced to take measures such as the use of a large number of reference resistances, changing the sensitivity of the ammeters and voltmeters used in the measuring arrangement by several powers of ten, and using instruments with non-linear Characteristic, e.g. B. instruments with an additional moving coil, which depending on the position of the measuring mechanism moves more or less deep into an additional magnetic field and thereby weakens the effect of the main winding, change of the auxiliary voltage used, which is applied to the resistor, within a large range, etc. .
These measures mean that the measuring arrangements are very expensive and cannot be adapted to the conditions under which the resistors to be measured operate in normal operation, e.g. B. The voltages at the resistors are far too high, and the operation of the devices becomes cumbersome.
According to the invention, this deficiency is eliminated by the fact that the measurement object having the electrical variable to be measured is part of a network into which non-linear resistors are inserted in such a way that their values depend on the electrical variable to be measured and are of the same order of magnitude as this change, so that an electrical quantity of the network forms a measure for the size of the electrical quantity to be determined of the measurement object.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
In FIG. 1, 1 denotes a triode, the cathode of which is connected to the negative pole of a direct current source 4 via a resistor 2 and a direct current measuring device 3. The anode of the tube is connected to the wiper 5 of a potentiometer 6 which is connected to the direct current source. The resistance to be measured, the value of which is X, is denoted by 7. It is connected to the grid of the tube or a point 10 of the potentiometer via the two terminals 8 and 9.
By choosing this tap point, the voltage applied to the resistor, e.g. B. can be varied according to the test conditions for the acceptance of installation systems. The resistor 7 is in series with the grid-cathode section of the tube and with the resistor 2; therefore the current i flowing through it is at the same time the grid current of the tube and the potential of the electrode 8 is adjusted according to the ratio of the resistances. The significance of this switching measure can be seen from the following general observation: For large values Sr, the current i is approximately inversely proportional to X, and Ig i therefore depends linearly on Ig X.
If X varies e.g. B. from 104 ohms to 1010 ohms, i decreases by the same order of magnitude, and if the resistance of the electron path were constant, the voltage drop at the grid-cathode path would also change in this order of magnitude and when measuring this voltage value ( as Mā for the resistance to be measured) one of the measures mentioned in the introduction would be necessary.
The electron line, however, represents a voltage-dependent or current-dependent resistance and the current-dependent dependency is selected by using a suitable tube so that when the current caused by a variation of X changes, the quotient voltage on the electron path divided by i is in the same Meaning and changes by about the same order of magnitude as X.
Appropriate selection of the measuring voltage ensures that one always works in the starting current area, with a logarithmic change in the current i corresponding to a linear change in the grid potential. In a diagram (voltage difference from the grid to the negative pole of the direct current source as a function of lg Y j, the relationship between these variables is therefore shown by a straight line.
In the arrangement shown in FIG. 1, the measurement is carried out in such a way that the anode voltage is set with the aid of the slider 5 so that the cathode current assumes a selected value that remains the same for all X values. Through this. Measure the anode voltage is a linear function of the grid potential and thus also depends linearly on lg X. If the voltage of the current source 4 is kept constant, the potentiometer 6 can be used in anode voltage values or in values of Ig. Z be calibrated.
2 shows the characteristic of an arrangement in which the logarithms of the resistance values X are plotted on the abscissa axis and the voltages V tapped by the wiper 5 on the potentiometer are plotted on the ordinate axis on a linear scale. The figure shows that the NleB arrangement comprises an extraordinarily large resistance range which, according to large values of X wu, is only limited by the insulation resistance of the grid and could be expanded to around 1016 ohms when using special tubes.
It also shows that the relationship between the logarithm of the value of the resistance to be measured and the display is completely linear in a selected range, which is of particular advantage for the calibration of the arrangement.
The arrangement according to FIG. 1 could also be fed from an alternating current source instead of t from a direct current source, with a smoothing capacitor having to be kept parallel to the direct current measuring device.
The characteristics of the arrangement can be largely influenced and adapted to a given purpose, e.g. B. by choosing the voltage applied to the resistance to be measured as a function of the anode voltage, for example by connecting the electrode 9 to the anode or to a combination of resistors, e.g. B. leads a voltage divider, which is between the anode and a point of the potentiometer 6, or by, for example, the resistance to be measured is only part of a resistance combination, for example with a constant resistance in series, or by the voltage-dependent resistor part of a Resistance arrangement forms.
The arrangement can also be directly indicative. Ohmmeter. work, e.g. B, with a constant anode voltage, for example the cathode current or the anode current or, when using multi-lattice tubes, an auxiliary grid current or an auxiliary grid voltage providing a measure of the magnitude of the resistance to be measured. By choice. of the working point on the tube characteristics, e.g. B. laying in a curved part, the characteristics of the arrangement can be influenced in another way.
The measuring arrangement can also be designed as a bridge structure in which the resistance to be measured and a voltage-dependent resistance, e.g. B. form a two-pole tube, two bridge branches and the other bridge branches consist of constant or controllable resistances and in which a diagonal branch for supplying the arrangement is a direct current or alternating current source and as a bridge indicator, for example, an instrument with the lowest possible energy consumption, an electrometer or an electron tube is used.
In the bridge circuit there can also be a plurality of resistors to be determined, which can optionally be retained, and accordingly a plurality of voltage-dependent resistors which can optionally be retained. B. is advantageous when the resistance to be measured itself in turn depends on another variable that is to be determined indirectly by measuring this resistance, z. B. with moisture meters. When using tubes with several systems, similar to the example of FIG. 1, of the systems, for. B. a duodiode triode, the two diode systems are used as voltage-dependent resistors and the triode system as a bridge indicator.
The invention is not limited to the measurement of real resistances, it can also be used to measure capacities and inductivities, thus generally to measure apparent resistances. These resistances themselves can in turn depend on other variables and the measuring arrangement can be used indirectly to determine these variables.
An arrangement having the features according to the invention can also be designed in such a way that it can be used for measuring electrical voltages or currents, the values of which are primarily within a very extensive range. For voltage measurements on objects with very high resistances, besides electrostatic voltmeters, tubular galvanometers are used, which have great advantages over those in terms of sensitivity, duration of a measurement process, handling and, in particular, in terms of installation and adjustment.
In order to make the measurement with a tube galvanometer as lossless as possible, the operating point of the tube is chosen so that no grid current occurs. The voltage to be measured causes a deviation from this operating point and thus a grid current, which causes a load on the measurement object that increases very quickly with increasing voltage and can therefore lead to incorrect results if the measurement object has high resistances. This danger is particularly obvious when, when measuring an object, individual series of measurements extend over relatively small voltages, while others extend over voltages that are many powers of ten, and the tube galvanometer is expanded in a known manner The display instrument is shunted.
A characteristic example of this is the measurement of the crystal photo effect as a function of the frequency of the incident light at different temperatures. The error described here can be so large that, for relatively small measurement voltages, the resistance of the tube galvanometer to the measurement object is large, i.e. the measurement results in the photovoltage, but with large measurement voltages it becomes so small that the measurement practically degenerates into a short-circuit current measurement. The above-mentioned ¯belstand- is the main reason why tube galvanometers have so far found little use in measurement technology.
The present invention eliminates this drawback by the same switching measures as were explained for the measurement of electrical resistances, that is, by the fact that the measurement object, the voltage or current of which is to be measured, is part of a network or network operated with direct current or alternating current, in which non-linear resistors are inserted in such a way that their values depend on the voltage or current of the measurement object and when these variables change, they preferably change in the same order of magnitude as these, so that a size of the network or network dependent on the elements mentioned is a measure for the size of the measuring object to be determined.
A corresponding embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. Fig. 3 shows the application of the inventive concept to a known tubular galvanometer holder. The circuit works with a space charge grid tube 11 in a bridge circuit and is fed from the direct current source 12. The resistors 13, 14 are used to produce the required heating voltage and control grid bias. The voltages on the tube are selected so that the grid current is zero when the input of the tube galvanometer is short-circuited.
A differential galvanometer 15 serves as a bridge indicator, at one pair of terminals the bridge diagonal voltage and at the other terminal pair an auxiliary voltage which has a characteristic corresponding to the diagonal voltage, whereby the display of the bridge indicator in a certain area of voltage fluctuations of the supply current source is independent.
The test object 16, the voltage x of which is to be measured, has its positive pole connected to the control grid of the tube via the constant resistor 17. If x is different from zero, a grid current flows, which generates a voltage drop across this resistor, so that only a fraction of the voltage to be measured is effective on the control grid. The ratio between the voltage effective at the grid and the measurement voltage is not constant. The electron path between the control grid and the cathode represents a non-linear resistance. As the measurement voltage increases, the grid current decreases exponentially wu and thus the resistance of the electron path decreases.
The voltage-dependent resistor is also selected so that for relatively small measurement voltages its value is in the order of magnitude of the resistor 17 and decreases as the measurement voltage increases by approximately the same order of magnitude as this.
As the measurement voltage increases, the ratio of the measurement voltage to the voltage that becomes effective on the tube increases, so that the display of the bridge indicator grows more slowly than the measurement voltage. (Resistance 14 is many orders of magnitude smaller than the mentioned resistances, so that it does not play a role in these considerations.)
4 shows the characteristics of the measuring arrangement described, in which the logarithms of the voltage values x are plotted on the abscissa axis and the length of the bridge instrument is plotted on the ordinate axis on a linear scale.
4 shows that the relationship between the variables in the selected range is practically linear and the measuring arrangement comprises a very large voltage range.
The new circuit described has a number of advantages over the known circuits due to the use of the inventive concept: The input resistance has become greater for small measurement voltages. With increasing measurement voltage, this resistance decreases only so little that it remains largely unchanged, while in the known circuits it becomes smaller by many orders of magnitude with increasing x.
The tube always works in the vicinity of the selected working point on the grid current characteristic, the load on the measuring object by the tube galvanometer remains very small, even with very high measurement voltages, and within a range that can be precisely determined beforehand, so that there is no longer any risk of the measurement - The result could be falsified by an insufficiently large increase in the grid current. The measurement accuracy remains constant over the entire range, and the area within which the display of the bridge instrument remains independent of fluctuations in the bridge power source has become significantly larger.
All switching elements can serve as voltage-dependent or current-dependent resistors in which the quotient - applied voltage divided by current flowing through it - is a function of the applied voltage or the current in the switching element, such as electron lines, ion paths, dry rectifiers, saturated or premagnetized chokes, Hot conductor etc. The range within which the quotient should change can be determined by the type of this El. elements, due to their dimensioning, such as
B. with premagnetized chokes, by regulation from the outside, or with diode sections with the help of the heating of the cathode, etc., the range within which the values of the resistances to be measured or other variables lie, can be adapted.
The arrangements can also be designed as regulating or control organs, e.g. B. by replacing the ammeter in the arrangement of FIG. 1 by a plunger coil, a rotary magnet, a Tyratron arrangement which, for B. when falling below or exceeding a predetermined value X triggers a holding process.