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Brückenschaltung zur Bestimmung des Widerstandsunterschiedes zweier
Kabeladern Es ist bekannt, zur Messung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern
eine Schaltungsanordnung nach A b b. 1 zu verwenden (s. Gebrauchsanweisung EF 10-3
der Fa. Hartmann & Braun AG., S. 10). Eine solche nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke
arbeitende Meßanordnung weist parallel zur Nulldiagonale zwei Festwiderstände auf,
die je einen Brückenarm bilden; die beiden anderen Brückenanne werden durch die
beiden Kabeladern gebildet. Dabei liegt ein veränderbarer Widerstand in Reihe mit
der Kabelader, die den kleineren Widerstandswert aufweist. Der veränderbare Widerstand
weist zweckmäßigerweise eine linear in Ohm geeichte Skala auf, so daß der Widerstandsunterschied
der beiden Kabeladern bei Abgleich der Brücke direkt abgelesen werden kann, ohne
daß die Widerstandswerte der Festwiderstände im einzelnen bekannt sein müssen. Einzige
Bedingung ist dabei, daß die beiden Festwiderstände exakt gleich sind.
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Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist jedoch, daß der Übergangswiderstand
zwischen dem Abgriff des veränderbaren Widerstandes und seiner Widerstandsfiäche
direkt verfälschend in das Meßergebnis eingeht, so daß Messungen von Widerstandsunterschieden
von Kabeladern, beispielsweise unter 0,1 Ohm, mit der bekannten Anordnung kaum möglich
sind. Außerdem wird der Brückenabgleich durch eine unsichere Kontaktgabe erschwert.
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Aus der deutschen Patentschrift 892789 ist eine Schaltungsanordnung
zur Messung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern bis auf Milliohmwerte
hinunter bekannt. Diese Brückenschaltung arbeitet jedoch nach der sogenannten Ausschlagmethode,
bei der die Veränderung eines Brückenzweiges durch die Größe des Stromes in der
Meßdiagonale bestimmt wird. Bei dieser Schaltungsanordnung wird zwar der bei der
nach der Nullmethode arbeitenden Brückenschaltung wegen seines Kontaktwiderstandes
als nachteilig bekannte Abstimmwiderstand vermieden, jedoch muß jetzt das Ausschlaginstrument
für jedes Kabel neu geeicht werden. Für diese Eichung sind zusätzliche Schaltelemente
erforderlich, die ihrerseits wieder mit einem eigenen Fehler behaftet sind, der
in die Meßgenauigkeit eingeht.
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Zudem wird für die Ausschlagmethode ein Instrument benötigt, an das
höhere Anforderungen als an ein Nullinstrument, das nur den Nullpunkt genau anzeigen
muß, gestellt werden. Bei einem Ausschlaginstrument ist der Temperatureinfluß zu
beachten, der als zusätzlicher Fehler in die Messung eingeht.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, unter Beibehaltung des bekannten Prinzips
zur Messung der Wider-
standsunterschiede zweier Kabeladern nach der Nullmethode
dieses so zu verbessern, daß selbst kleinste Widerstandsunterschiede zweier Kabeladern
gemessen werden können, wobei der Widerstandsunterschied der beiden Kabeladern-direkt
abgelesen werden können soll, ohne daß weitere Rechnungen, die sich aus der Dimensionierung
der Brückenzweige ergeben, notwendig sind.
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Die Erfindung geht dabei aus von einer Brückenschaltung zur Bestimmung
des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern, die in zwei einen Parallelpfad zur
Brückenausgangsdiagonale bildenden Brückenzweigen liegen, mit zwei gleich großen
Festwiderständen in den beiden anderen Zweigen sowie mit einem im Verhältnis zu
den Festwiderständen kleinen Widerstand mit veränderlich einstellbarem Abgriff zwischen
einer der Kabeladern und einem der Festwiderstände. Die Erfindung -löst die Aufgabe
dadurch, daß der den Abgriff aufweisende Widerstand, wie an sich bei Widerstandsmeßbrücken
bekannt, als Potentiometer in der Weise in die Brücke geschaltet ist, daß sein Abgriff
im Brückennullzweig einen Brükkeneckpunkt bildet und daß die Festwiderstände wenigstens
zehnmal größer als die - anderweitig ermittelten - Widerstände der Kabeladern sowie
wenigstens tausendmal größer sind als der Potentiometergesamtwiderstand.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dann noch
die Summe der Widerstandswerte des einen Festwiderstandes und des mit diesem in
Reihe liegenden Potentiometerwiderstandes gleich dem Widerstandswert des benachbarten
Festwiderstandes.
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Außerdem ist es bei Messungen sehr geringen Widerstandsunterschiedes
der beiden Kabeladern zweckmäßig, dem Potentiometer einen Widerstand mit geringem
Widerstandswert parallel zu schalten.
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Insbesondere aus der deutschen Patentanmeldung S23078IXd/21e ist
es bekannt, Schaltungen der
Wheatstone-Brücke als Schleifdrahtbrücke
auszuführen, bei der zwei benachbarte Widerstände oder Teile davon als Schleifdraht
ausgebildet sind, auf denen ein Gleitkontakt, in dessen Stromkreis sich das Nullinstrument
befindet, verschoben werden kann. Ein Zeiger gestattet, die Stellung des Gleitkontaktes
und damit direkt das Verhältnis der beiden Widerstände abzulesen. Durch Multiplizieren
dieses Verhältnisses mit einem Normalwiderstand kann der unbekannte Widerstand ermittelt
werden. Solche Schleifdrahtbrücken gestatten jedoch keine genaueren Widerstandsmessungen
als etwa 0,1 Ohm; außerdem erlauben sie nicht, den Widerstandsunterschied zweier
fast gleich großer Kabeladern mit ausreichender Genauigkeit ohne weitere Rechnungen
direkt zu bestimmen.
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Demgegenüber ermöglicht die Erfindung bei Verwendung eines Potentiometers
in einer Wheatstone-Brückenschaltung in Verbindung mit der vorgeschlagenen Dimensionierung
die direkte Bestimmung von Kabelader-Widerstandsunterschieden mit einer bisher in
ähnlichen Schaltungen nicht möglichen Genauigkeit.
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Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung werden im
folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine bekannte
Schaltung zur Bestimmung des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeladern, F i g.
2 die erfindungsgemäße Schaltung.
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In Fig.2 ist mit 8 das Potentiometer mit Abgriff 9 bezeichnet, das
in der erfindungsgemäßen Brückenschaltung den veränderbaren Widerstand 6 nach Fig.
1 ersetzt. Dadurch wird erreicht, daß der wechselnde Übergangswiderstand zwischen
Schleifer und Widerstandsfläche des Widerstandes 6, der in der Meßanordnung nach
F i g. 1 keine genaueren Messungen des Widerstandsunterschiedes zweier Kabeln als
etwa 0,1 Ohm zuließ, nunmehr nicht mehr als Meßergebnis verfälschen kann, sondern
als Wi-Widerstand im Nulizweig der Brücke auftritt. Er kann so beispielsweise dem
Innenwiderstand des Nullinstrumentes hinzugerechnet werden und hat keinen Einfluß
mehr auf das Meßergebnis.
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Die Brücke wird jedoch durch das Einführen eines Potentioinetersy
dessen Abgriff einen Brückénèckpunkt im Nullzweig bildet, mit einem methodischen
Fehler behaftet, wenn man den Widerstandsnnterschied der beiden Kabeladern wiedet
direkt ablesen will und auf eine Verhältnisrechnung verzichtet. Dieser Fehler ergibt
sich dadurch, daß sich mit dem Ausgleich des Differenzwiderstandes der zu messenden
Kaheladern das Verhältnis der Festwiderstände ändert. Der Fehler wird dann vernachlässigbar
klein, wenn die Festwiderstände 3 und 4 wenigsten zehnmal größer als die Widerstandswerte
der Kabeladern 1 und 2 und wenigstens tausendmal größer als der wirksame Potentiometerwiderstand
sind, der sich als resultierender Widerstand aus dem Potentiometerwiderstand X und
einem beliebig zu diesem parallel zu schaltenden Widerstandes 10 ergibt. Dann liegt
nämlich der Widerstandswert, der sich bei ändernden Einstellungen des Potentiometers
jeweils zu dem Festwiderstand 4 addiert, innerhalb einer vernachlässigbaren Fehlertoleranz
und hat auf das Brückengleichgewicht praktisch keinen Einfluß.
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Als Abgleichpotentiometer kann beispielsweise ein Zehngang-WendelpotentioMeter
verwendet werden, so daß sehr genau abgeglichen werden kann; außerdem ist es möglich,
den Widerstandsunterschied der
beiden Kabeladern beispielsweise durch Parallelschalten
von weiteren Widerständen mit beliebig kleinerem Widerstandswert zu dem Potentiometerwiderstand,
was im übrigen auch während des Abgleich vorgangs geschehen kann> auch für sehr
kleine Werte sehr genau zu bestimmen. Es besteht aISo die Möglichkeit, bei Verwendung
eines relativ hochohmigen Potentiometers mit linearer Ableseskala, an der der Widerstandsunterschied
direkt abgelesen werden kann, beispielsweise also mit einem schon erwähnten Zehngang-Wendelpotentiometer,
durch die Parallelschaltung eines Widerstandes 10 einen kleineren Meßbereich für
die Widerstandsunterschiedsmessung zu erhalten Der an sich bei der angegebenen Dimensionierung
vernachlässigbare Fehler der Brücke ist jedoch dann gleich Null, wenn, bei Gleichheit
der beiden Festwiderstände, der Kabelwiderstand 2 genau um den Widerstandsbetrag
zu klein ist, den der Schleifer 9 des Potentiometers bei Einstellung auf den äußersten
Abgriffpunkt einnimmt. Bei dieser Einstellung sind sowohl die beiden Kabelwiderstände
(der Kabelwiderstand 1 entspräche der Summe des Kabelwiderstandes 2 und des gesamten
Potentiometerwiderstandes) als auch die beiden Festwiderstände gleich groß und die
Brücke im völligen Gleichgewicht.
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Da jedoch der Fall viel häufiger ist, daß die beiden Kabelwiderstände
fast gleich große Werte aufweisen, empfiehlt es sich in einer Ausgestaltung der
Erfindung, die Summe des Festwiderstandes 4 und des mit diesem in Reihe liegenden
Potentiometerwidersandes, der gegebenenfalls durch einen parallel zu schaltenden
Widerstand auf einen bestimmten wirksamen Potentiometerwiderstand reduziert ist,
gleich groD zu machen dem Widerstandswert des benachbarten Festwiderstandes. Dann
ist nämlich der methodische Fehler der Brücke gleich Null, wenn die beiden Kabelwiderstände
gleich groß sind; geringe Abweichungen von diesem Wert haben bei dieser Dimensionierung
nur einen sehr geringen methodischen Fehler zur Folge.
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Als günstig haben sich an einem praktischen Ausführungsbeispiel folgende
Werte der Widerstände ergeben: Festwiderstand 3 und 4 .. je IOO 000 Ohm; Potentiometerwiderstand..
von 0 bis 10 Ohm, umschaltbar auf 0 bis 1 Ohm; abelwiderstände .. . je nach Messung,
beispielsweise etwa je 100 Ohle.
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Sollen sehr genane Messungen eingehalten werden, ist es beispielsweise
auch möglich, wenn durch Parallelschalten eines Widerstandes zum Potentiometerwiderstand
dieser v-&ändert wird, gleichzeitig auch den Festwiderstand 4 so zu ålidernS
daß die Summe des Potentiometerwiderstandes und des Festwiderstandes 4 im er einen
konstanten Wert ergibt, def gleich groß ist dem Widerstandswert des Festwiderstandes
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