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Kenngrößen, Statistik und Meßbrücken Kapitel 5/8 http://www.pegasus-sys.net/FheServices.htm Innenimpedanz Z i des Meßgerätes vollständig eliminiert. Dies wird dadurch erreicht, daß der zu messenden physikalischen Größe eine gleichartige und ihrem Betrag nach gleiche Größe gegenübergestellt wird. Hieraus leitet sich auch der Name Kompensationsmeßmethode 28 ab. Der „Zustand der Gleichheit“ der beiden gegenübergestellten Größen wird mit sogenannten Nulldetektoren bestimmt. Wie der Name Nulldetektor bereits nahelegt, wird die Detektion des „Zustand der Gleichheit“ leistungslos, also ohne jeglichen Energiefluß vom Meßobjekt oder Prozeß zum Meßgerät realisiert. Die Kompensationsmeßmethoden sind prinzipiell mit mehr oder weniger großem Aufwand für alle physikalischen Größen anwendbar. Im weiteren sollen aber ausschließlich Methoden zur Strom- und Spannungskompensation vorgestellt werden. Abb. 1. Spannungs- und Stromkompensation mittels Spannungs- und Stromquellen Entsprechend dem Kompensationsprinzip werden den unbekannten Größen U x und I x , bekannte Größen U h und I h gegenübergestellt und deren absolute Größe solange variiert, bis der Ausschlag am Galvanometer Null erreicht. Als Anzeigeinstrumente wurden klassischerweise Zeigerinstrumente verwendet, deren Nullposition in Skalenmitte ist und deren Empfindlichkeit im Nullpunkt ein Maximum erreicht. Es werden keinerlei Forderungen an die Linearität und Genauigkeit des Nullinstruments gestellt. Im abgeglichenen Zustand werden durch den Innenwiderstand R i der Spannungsquelle, bzw. den Innenleitwert G i der Stromquelle keinerlei Fehler verursacht, da U h stromlos und I h spannungslos ist – die Quellen sind somit leistungslos. Die Kompensationsschaltungen werden allgemein als Vorstufe zu den, im zweiten Teil diese Kapitels besprochenen, Brückenschaltungen betrachtet und sollen deshalb kurz vorgestellt werden. 2.1. Gleichgrößenkompensation Die vollständige Kompensation wird im allgemeinen nicht durch Variation der Hilfsenergiequelle U h oder I h erreicht, sondern durch Teilung oder Anpassung der konstanten Hilfsenergie an die unbekannte Größe ( z.B. über Widerstandsteiler). Aus dem Teilungsverhältnis im abgeglichenen Zustand läßt sich auf die unbekannte Größe rückschließen. 1. Gleichspannungskompensation Nachfolgende Abbildung zeigt des Kompensationsprinzip für Gleichspannung. Es wird der Widerstandsabgriff R an R 0 so lange variiert bis U h = U x gilt und das Galvanometer hiermit stromlos wird. 28 Neben der vollständigen Kompensation der Meßgrößen findet im Zusammenhang mit Meßbrücken auch noch die Teilkompensation Anwendung. Hier wird die unbekannte Größe nur teilweise durch Gegenüberstellung einer konstanten Größe kompensiert, der verbleibende Differenzbetrag kann aber mit größerer Auflösung bestimmt werden. Überdies werden Drift und andere Störeinflüsse ebenfalls teilweise kompensiert. Die Teilkompensation ist natürlich nicht mehr leistungslos. C.Brunner - Elektrische Messtechnik Seite 18/27
Kenngrößen, Statistik und Meßbrücken Kapitel 5/8 http://www.pegasus-sys.net/FheServices.htm Abb. 2. Spannungskompensation mittels Spannungsquelle und verstellbarem Widerstandsteiler Sind die Größen U h der Spannungsquelle und das Widerstandsteilerverhältnis R/R 0 bekannt, so kann die unbekannte Größe U x ohne Fehler berechnet werden, das Galvanometer ist ja stromloß und zeigt daher auch bei endlichem Innenwiderstand R m keinen Spannungsabfall. R Ux = Uk = Uh ⋅ R + = U ⋅ R h ( R0 − R) R0 Die vollständige Gleichspannungskompensation wird vor allem bei Präzisionmessungen mit Spannungsnormalen angewandt. Obige Schaltung ist nur für U x U h wird der Widerstandsteiler auf der Seite der unbekannten Größe U x eingeschalten, die Messung erfolgt dann aber nicht mehr leistungslos. Praktisch ist die Gleichspannungskompensation durch den Einsatz von hochohmigen Meßverstärkern (R i >> 1MΩ) weitgehend verdrängt worden. 2. Gleichstromkompensation Nachfolgende Schaltung führt die Stromkompensation wieder auf eine Spannungskompensation zurück. Der durch I x an R 1 erzeugte Spannungsabfall wird durch einen gleich großen entgegengesetzten Spannungsabfall an R kompensiert. Hierdurch wird der Spannungsabfall am Galvanometer für die Masche R m -R-R 1 zu Null. Der abgeglichen Zustand wird wieder durch Variation des Widerstandsteilerverhältnisses R/R 0 erreicht. Abb. 3. Stromkompensation mittels Spannungsquelle und verstellbarem Widerstandsteiler Mit positivem Umlaufsinn in der Masche R m -R-R 1 gilt: C.Brunner - Elektrische Messtechnik Seite 19/27
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