Wagner Erdungsgerät

Wagner-Erderungsvorrichtung: Definition, Funktion und Bauweise

Definition

Die Wagner-Erderungsvorrichtung erfüllt eine wichtige Funktion in elektrischen Brücken, indem sie den Einfluss der Erdkapazität beseitigt. Sie ist im Wesentlichen ein speziell konstruierter Spannungsteiler, der dazu dient, Fehler durch Streukapazitäten zu reduzieren und somit die Messgenauigkeit der Brücke erheblich zu verbessern.

In elektrischen Brückensystemen ist die Erzielung präziser Messungen von entscheidender Bedeutung. Bei hohen Frequenzen wird jedoch die Streukapazität zu einem signifikanten Problem. Streukapazitäten können zwischen verschiedenen Brückenelementen, zwischen diesen Elementen und dem Boden sowie zwischen den unterschiedlichen Armen der Brücke entstehen. Diese ungewollten kapazitiven Kopplungen führen zu Fehlern im Messprozess und mindern die Zuverlässigkeit der Ergebnisse.

Ein gängiger Ansatz, um dieses Problem anzugehen, besteht darin, die Brückenelemente in einen Schild einzuschließen. Dieses Schild hilft, externe elektromagnetische Felder, die zur Streukapazität beitragen, einzudämmen und deren Auswirkungen zu reduzieren. Eine weitere sehr effektive Methode ist die Verwendung der Wagner-Erderungsvorrichtung, die strategisch zwischen den Elementen der Brücke platziert wird, um die Auswirkungen der Streukapazitäten auszugleichen.

Bauweise

Das Schaltbild der Wagner-Erderungsvorrichtung, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt, zeigt ihre einzigartige Struktur. Im Kontext einer elektrischen Brücke seien Z1, Z2, Z3 und Z4 die Impedanzarme der Brücke selbst. Die Wagner-Erderungsvorrichtung enthält zwei variable Impedanzen, die als Z5 und Z6 bezeichnet werden. Ein wesentliches Merkmal des Geräts ist, dass sein Mittelpunkt mit der Erde verbunden ist, was einen Referenzboden für seinen Betrieb bereitstellt.

Die Impedanzen der Arme der Wagner-Vorrichtung sind sorgfältig so gestaltet, dass sie denen der Brückenarme ähnlich sind. Jeder Arm der Wagner-Vorrichtung besteht aus einer Kombination von Widerstands- und Kapazitätskomponenten. Diese spezifische Konfiguration ermöglicht es der Wagner-Erderungsvorrichtung, mit dem Brückenschaltkreis auf eine Weise zu interagieren, die die Auswirkungen der Streukapazitäten wirksam ausgleicht und somit präzisere und zuverlässigere Messungen ermöglicht.

Funktion und Betrieb der Wagner-Erderungsvorrichtung in einem Brückenschaltkreis

Die Wagner-Impedanzen Z5 und Z6 sind innerhalb des elektrischen Brückenschaltkreises strategisch positioniert, um das Ausbalancieren der Brückenelemente zu erleichtern. Sie arbeiten zusammen, um sicherzustellen, dass die Impedanzpaare Z1 - Z3 und Z2 - Z4 in Gleichgewicht gebracht werden. In dieser Anordnung stellen C1, C2, C3 und C4 die Streukapazitäten dar, die den Brückenkomponenten inhärent sind, während D als Brücken-Detektor fungiert, der entscheidend für die Identifizierung des erreichten Gleichgewichtszustands der Brücke ist.

Um einen ausgeglichenen Zustand zu erreichen, müssen die Impedanzen der Arme Z1 und Z4 sorgfältig eingestellt werden. Allerdings hindern die vorhandenen Streukapazitäten oft an der Erreichung dieses ausgeglichenen Zustands. Der Betrieb des Schaltkreises wird durch die Position des Schalters S beeinflusst. Wenn S nicht in die 'e'-Position geschaltet ist, ist der Detektor D zwischen den Punkten p und q angeschlossen. Wenn S hingegen auf 'e' geschaltet wird, ist der Detektor D dann zwischen dem Terminal b und der Erde angeschlossen.

Um die Auswirkungen der Streukapazitäten auszugleichen und eine genaue Balance zu erreichen, werden die Impedanzwerte von Z4 und Z5 methodisch angepasst. Dieser Anpassungsprozess wird durch die Überwachung des Ausgangs des Detektors, in der Regel mithilfe von Kopfhörern, gesteuert. Der Operator beginnt, indem er die Kopfhörer zwischen den Punkten b und d anschließt und Z4 und Z5 feinjustiert, um den durch die Kopfhörer wahrgenommenen Lautstärkepegel zu minimieren. Dieser iterative Prozess, bei dem die Kopfhörer wiederholt zwischen b und d angeschlossen und Z4 und Z5 neu justiert werden, wird fortgesetzt, bis ein stiller Zustand erreicht ist, was darauf hinweist, dass die Brücke einen ausgeglichenen Zustand erreicht hat.

Sobald die Brücke erfolgreich ausgeglichen ist, haben die Punkte b, d und e das gleiche elektrische Potential. In diesem Stadium werden die schädlichen Auswirkungen der Streukapazitäten C1, C2, C3 und C4 effektiv aus dem Brückenschaltkreis entfernt. Darüber hinaus sind die Wagner-Impedanzen Z5 und Z6, nachdem sie ihre Funktion zur Förderung der Balance erfüllt haben, auch effektiv aus dem funktionalen Betrieb des Schaltkreises entfernt, was hochpräzise und zuverlässige Messungen von der Brücke ermöglicht.