DE1055685B - Bridge for measuring complex impedances - Google Patents

Description

Brücke zur Messung komplexer Impedanzen Die Erfindung bezieht sich auf eine Brücke zur Messung komplexer Impedanzen, in deren erstem und zweitem Zweig je eine veränderbare Impedanz liegt, die so gekoppelt sind, daß sich bei einer Änderung der Impedanz im ersten Zweig gleichzeitig die Impedanz im zweiten Zweig ändert.Bridge for Measuring Complex Impedances The invention relates to on a bridge for measuring complex impedances, in its first and second branch each has a variable impedance, which are coupled in such a way that when there is a change the impedance in the first branch changes the impedance in the second branch at the same time.

Es sind zahlreiche Meßbrücken zum Messen der reellen und imaginären Komponenten einer unbekannten komplexen Impedanz bekannt. Diese unbekannte Impedanz liegt in einem Zweig der Brücke. In den anderen Zweigen der Brücke liegen bekannte Impedanzen, die so eingestellt werden, daß die Brücke auf Null abgeglichen ist und sich im Gleichgewicht befindet. Durch die für den Abgleich der Brücke erforderliche Veränderung der bekannten Impedanzen werden die reelle und die imaginäre Komponente der zu messenden Impedanz festgestellt. There are numerous measuring bridges for measuring the real and imaginary Components of an unknown complex impedance known. This unknown impedance lies in a branch of the bridge. In the other branches of the bridge there are known ones Impedances that are adjusted so that the bridge is balanced to zero and is in equilibrium. By the one required for leveling the bridge The real and imaginary components are changed in the known impedances of the impedance to be measured.

Bei vielen Brücken muß die Einstellung der Brückenzweige zur Erzielung des Brückengleichgewichtes in Form mehrerer aufeinanderfolgender Verstellungen durchgeführt werden, was aus später zu erläuternden Gründen »gleitender« Nullabgleich genannt werden soll.With many bridges, the setting of the bridge branches must be achieved in order to achieve of the bridge equilibrium carried out in the form of several successive adjustments are what are called "floating" zero adjustment for reasons to be explained later shall be.

Eine derartige Form des Abgleiches ist F,natürlich zeitraubend und schwierig.One such form of adjustment is F, of course, time consuming and difficult.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Meßbrücke, bei der der »gleitende« Nullabgleich in Fortfall kommt und statt dessen das Brückengleichgewicht schnell und unmittelbar eingestellt werden kann. The aim of the invention is to create an electrical measuring bridge, in which the "floating" zero adjustment is omitted and instead the bridge equilibrium can be set quickly and immediately.

Zu diesem Zweck wird von der eingangs genannten Brücke ausgegangen. Die in dieser Weise ausgebildete bekannte Meßbrücke ist aber zur Vermeidung des »gleitenden Nullabgleichs« ebenfalls nicht geeignet. For this purpose, the bridge mentioned at the beginning is assumed. The known measuring bridge formed in this way is to avoid the "Floating zero adjustment" is also not suitable.

Dies wird sie erst dadurch, daß erfindungsgemäß bei der erwähnten Änderung das Produkt aus den beiden Impedanzen annähernd konstant bleibt und daß die zweite Impedanz unabhängig von der ersten Impedanz veränderbar ist. It will only do this by virtue of the fact that, according to the invention, in the case of the aforementioned Change the product of the two impedances remains approximately constant and that the second impedance can be changed independently of the first impedance.

Die mechanische Kopplung von Widerständen, insbesondere z. B. von Vergleichsnormalien, die in Meßbrücken eingebaut sind, ist an sich bekannt. Sie wurde aber bisher noch nicht zu dem Zweck angewandt, dessen Erreichung Aufgabe der Erfindung ist, nämlich zur Vermeidung des bei der Bestimmung von Impedanzen üblicherweise verwendeten Verfahrens des »gleitenden Nullabgleichsr. The mechanical coupling of resistors, especially z. B. from Comparison standards that are built into measuring bridges are known per se. she but has not yet been used for the purpose the achievement of which the task of Invention is, namely to avoid the usual in the determination of impedances used procedure of the »floating zero balancingr.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden nachstehend beschriebene Brückenschaltungen, die normalerweise in nicht orthogonaler Weise abgeglichen werden, so eingerichtet, daß sie in orthogonaler Weise ins Gleichgewicht gebracht werden können. Dementsprechend arbeitet die Meßbrücke gemäß der Erfindung also in der Weise, daß man bei einer Änderung der Impedanz im ersten Zweig gleichzeitig die Impedanz im zweiten Zweig so ändert, daß das Produkt aus den beiden Impedanzen oder aus deren reziproken Werten stets annähernd konstant bleibt, während man die Impedanz im zweiten Zweig unab- hängig von der Impedanz im ersten Zweig ändern kann. To achieve this goal, the bridge circuits described below, which are normally matched in a non-orthogonal manner, set up so that that they can be balanced in an orthogonal manner. Accordingly works the measuring bridge according to the invention so in such a way that one at a Change of the impedance in the first branch at the same time the impedance in the second branch changes so that the product of the two impedances or of their reciprocal values always remains approximately constant, while the impedance in the second branch is pending on the impedance in the first branch can change.

Für die Erfindung lassen sich die verschiedenstartigen Meßbrückenschaltungen und -bauweisen anwenden, was nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden soll. The most varied of measuring bridge circuits can be used for the invention and construction methods apply what is shown below with reference to some in the drawing Embodiments will be explained in more detail.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht bzw. Schaltung einer nach der Erfindung gestalteten Brücke, Fig. 2 ein Schaltschema der Brücke nach Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht ähnlich Fig. 1 einer abgeänderten Ausführungsform, Fig. 4, 5 und 6 ein Schaltschema von anderen Brückenschaltungen, auf die die Erfindung anwendbar ist, und Fig. 7 eine erläuternde Darstellung.In the drawing, Fig. 1 shows a side view or circuit of a bridge designed according to the invention, FIG. 2 is a circuit diagram of the bridge according to FIG. 1, FIG. 3 is a partial view similar to FIG. 1 of a modified embodiment, FIG. 4, 5 and 6 show a circuit diagram of other bridge circuits to which the invention is applicable, and Fig. 7 is an explanatory diagram.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten vierzweigigen Induktionsbrücke nach Maxwell liegt im Brückenzweig zwischen den Ecken I und II eine unbekannte komplexe Impedanz mit einer unbekannten reellen, ohmschen Komponente R und einem unbekannten imaginären, als Induktion L, dargestellten Teil mit einem Blindwiderstand Xa gleich und m die Kreisfrequenz der die Brücke speisenden Wechselspannung sein ist. Der sogenannte Verhältniszweig zwischen den Ecken II und III enthält den festen bekannten Widerstand Ro. Im dritten Zweig zwischen den Ecken III und IV liegt eine bekannte Kapazität C, und parallel dazu ein veränderbarer Widerstand Rp, dessen Skala in Gütefaktoren Q, das ist das Verhältnis von Blindwiderstand zu Wirkwiderstand, geeicht sein kann. Der vierte Zweig zwischen den Ecken IV und I enthält einen veränderbaren Widerstand Rns dessen Skala in Induktionswerten geeicht sein kann. Die Wechselsftomspannung eein wird zwischen den Ecken II und IV an die Anschlüsse 2 und 4 gelegt, während die Ausgangsspannung 5,,us der Brücke an den Anschlüssen 1 und 3 zwischen den Ecken I und III abgenommen wird, oder umgekehrt. Wenn die Brücke abgeglichen ist und sich im Gleichgewicht befindet, ist e"S gleich Null.In the four-branch induction bridge according to Maxwell shown in FIGS. 1 and 2, an unknown complex impedance with an unknown real, ohmic component R and an unknown imaginary part represented as induction L with a reactance Xa is the same in the bridge branch between corners I and II and m is the angular frequency of the AC voltage feeding the bridge. The so-called ratio branch between corners II and III contains the fixed known resistance Ro. In the third branch between corners III and IV there is a known capacitance C, and parallel to it a variable resistance Rp, the scale of which in quality factors Q is the ratio of Reactive resistance to real resistance, can be calibrated. The fourth branch between the corners IV and I contains a variable resistor Rns whose scale can be calibrated in induction values. The alternating current eein is applied between the corners II and IV to the connections 2 and 4, while the output voltage 5,, us of the bridge is taken from the connections 1 and 3 between the corners I and III, or vice versa. When the bridge is balanced and in equilibrium, e "S is zero.

Zum besseren Verständnis der Arbeits- und Wirkungsweise der Erfindung soll zunächst der unerwünschte 2 gleitende Nullabgleich näher erklärt werden. For a better understanding of the operation and mode of action of the invention the undesired 2 floating zero adjustment should first be explained in more detail.

Die Gleichgewichtsbedingung einer Wechselstromimpedanzbrücke kann allgemein durch die Gleichung Rx + j Xx = M(Rs + j Xs) (1) ausgedrückt werden. The equilibrium condition of an AC impedance bridge can can be generally expressed by the equation Rx + j Xx = M (Rs + j Xs) (1).

Die linke Seite der Gleichung setzt sich aus dem reellen und dem imaginären Teil der zu bestimmenden unbekannten Impedanz (oder Admittanz) zusammen. Die rechte Seite der Gleichung ist eine Funktion der drei die Unbekannte nicht enthaltenden Brückenzweige, wo M ein reeller Koeffizient ist, mit dem sowohl die reelle Größe Rs als auch die imaginäre Größe X» multipliziert werden. In den hier besonders interessierenden Schaltungen wird das Brückengieichgewicht durch Veränderung von .N und Rs erreicht, während die Größe X» konstant ist. Somit ist also eine Änderung der imaginären Größe MjX» nur durch Veränderung von M möglich, die aber auch eine Änderung der reellen Größe M Rs zur Folge hat. Wenn das als Xz definierte Q der Unbekannten kleiner ist als Eins, ist das Verhältnis R8 in der Nähe des R8 Gleichgewichtes ebenfalls kleiner als Eins. Eine Änderung von M ändert somit die reelle Größe lIR, stärker als die imaginäre Größe MjXs. Da sich aber die Veränderung von Rs nur auf die reelle Größe M Rs auswirkt, verursachen gleichzeitige Änderungen von YI und von R3 hauptsächlich eine Veränderung des reellen Teiles, wenn Q kleiner ist als Eins. Deshalb sind die den Veränderungen von 1I und R, entsprechenden Orte des Punktes M (R3 + jXx) nicht orthogonal, und die Änderungen sind voneinander abhängig. The left side of the equation is made up of the real and the imaginary part of the unknown impedance (or admittance) to be determined. The right hand side of the equation is a function of the three not including the unknowns Bridge branches where M is a real coefficient with which both the real quantity Rs as well as the imaginary quantity X »are multiplied. In those of particular interest here Circuits, the bridge equilibrium is achieved by changing .N and Rs, while the quantity X »is constant. So there is a change in the imaginary size MjX »only possible by changing M, which also changes the real Size M results in Rs. When the Q of the unknown, defined as Xz, is smaller than one, the ratio R8 near the R8 equilibrium is also smaller as one. A change in M thus changes the real quantity lIR, more than that imaginary size MjXs. Since, however, the change in Rs only affects the real size M Rs impacts mainly cause simultaneous changes in YI and R3 a change in the real part when Q is less than one. That's why they are the changes in 1I and R, corresponding locations of point M (R3 + jXx) do not orthogonal, and the changes are interdependent.

Die sich aus der Nichtorthogonalität der Änderungen ergebende Schwierigkeit geht aus Fig. 7 hervor, wo die Orte des Punktes M(Rs + jXs) in der komplexen Impedanzebene während des Brückenabgleiches, durch den der Punkt .lf(Rs Y jXs) mit dem der unbekannten Impedanz oder Admittanz entsprechenden Punkt (Ry H jXx) zur Deckung gebracht werden soll, dargestellt sind. Der Abstand zwischen diesen beiden Punkten ist ein Maß für die Abweichungen vom Gleichgewichtszustand der Brücke. Bei einem ordnungsgemäßen Abgleichvorgang werden mehrere aufeinanderfolgende Einstellungen von Af und R, so vorgenommen, daß jede Einstellung diese Abweichung vom Gleichgewichtszustand möglichst stark vermindert. Eine Veränderung von .1I bewegt den Punkt llf(Rs + jX») auf einer vom Koordinatennullpunkt aus radial verlaufenden Linie, während eine Änderung von Rs diesen Punkt auf einer Linie parallel zur reellen Achse, der Abszisse, bewegt. The difficulty resulting from the non-orthogonality of the changes is apparent from Fig. 7, where the locations of the point M (Rs + jXs) in the complex impedance plane during the bridge adjustment, through which the point .lf (Rs Y jXs) with that of the unknown Impedance or admittance corresponding point (Ry H jXx) can be made to coincide should be shown. The distance between these two points is a measure of the deviations from the equilibrium state of the bridge. With a proper The adjustment process involves several successive settings of Af and R, see above made that each setting this deviation from equilibrium as possible greatly diminished. A change of .1I moves the point llf (Rs + jX ») on a line running radially from the coordinate zero point, while a change of Rs moves this point on a line parallel to the real axis, the abscissa.

Wenn sich Rs dem Wert Null nähert, nähern sich diese beiden möglichen Richtungen der Einstellung Parallelität.As Rs approaches zero, these two possible ones approach each other Directions of adjustment parallelism.

In Fig. 7 sind verschiedene aufeinanderfolgende Lagen des Punktes 1I (RS + jX8) in ihrer Reihenfolge numeriert, wobei von einer beliebigen Stellung (0) ausgegangen wird. In Fig. 7 there are several successive positions of the point 1I (RS + jX8) numbered in their order, with any position (0) is assumed.

Eine schwach konvergierende Reihe von Einstellungen (1), (2), (3), (4), (5) usw. ist notwendig, da die Einstellung weder von M noch von Rs den veränderbaren Punkt direkt in die gewünschte Stelle (Rx + jXx) bewegen kann.A weakly converging series of settings (1), (2), (3), (4), (5) etc. is necessary because the setting of neither M nor Rs is changeable Point can move directly to the desired location (Rx + jXx).

Der Ausdruck »gleitender« Nullabgleich soll diese schwache Konvergenz andeuten und beschreibt die Änderungen des angezeigten Wertes der unbekannten Reaktanz, wie er beispielsweise an einer geeichten, der Einstellung von M zugeordneten Skala abgelesen wird.The term "floating" nullification is intended to address this weak convergence indicate and describe the changes in the displayed value of the unknown reactance, as it is, for example, on a calibrated scale assigned to the setting of M. is read.

Da alle Veränderungen von M in der gleichen Richtung erfolgen, bewegt sich oder »gleitet« die Lage dieser Einstellung und somit die ihrer zugeordneten Skala während der aufeinanderfolgenden Änderungen bzw.Since all changes in M are in the same direction, moves the position of this attitude and thus that of its associated one "slides" or "slides" Scale during successive changes or

Verstellungen in Richtung auf den richtigen Wert. In der Praxis ist es aber manchmal unmöglich, auf diese Weise einen zufriedenstellenden Abgleich der Brücke zu erzielen, da die Verbesserung des Gleichgewichtes bei jeder der aufeinanderfolgenden Einstellungen zu gering sein kann, um sich einwandfrei feststellen zu lassen. Eine Veränderung bei der Verstellung, die groß genug ist, um sich feststellen zu lassen, kann leicht das Ungleichgewicht vergrößern, so daß der Bedienende glaubt, den bestmöglichen Abgleich erzielt zu haben, während er in Wirklichkeit ein fehlerhaftes Null erreicht hat.Adjustments towards the correct value. In practice it is but it is sometimes impossible to achieve a satisfactory balance in this way Achieve bridge, since improving the balance at each of the successive Settings may be too low to be properly determined. One Change in displacement large enough to be determined can easily increase the imbalance so that the operator believes the best possible Having achieved equalization when in reality it reached an erroneous zero Has.

Wenn jedoch die Größen MRs und MjXs unabhängig voneinander eingestellt und verändert werden könnten, wären die Verstellungen orthogonal, im wesentlichen nicht parallel, könnte der Abgleich schnell vorgenommen werden und wäre der »gleitende« Abgleich beseitigt. However, if the sizes MRs and MjXs are set independently and could be changed, the adjustments would be orthogonal, essentially not in parallel, the comparison could be made quickly and would be the "sliding" Adjustment eliminated.

Dieses Ziel wird nach dem Erfindungsgedanken dadurch erreicht, daß jede Veränderung von M gleichzeitig eine derartige Veränderung von Rs bewirkt, daß das Produkt MRs praktisch konstant bleibt. Unter diesen Bedingungen verändert eine Änderung von M nur den imaginären Teil jMX». Wenn ferner eine unabhängige Veränderung von R3 in der Weise vorgesehen wird, daß M sich nicht mit der Veränderung von R8 ändert, verändert sich nur der reelle Teil MR», wobei diese Veränderung orthogonal zu der sich aus der Veränderung von ergebenden Gleichgewichtsveränderung ist und folglich dann zu einem schnellen Nullabgleich führt.This goal is achieved according to the inventive concept in that any change in M simultaneously causes such a change in Rs that the product MRs remains practically constant. Under these conditions one changes Change of M only the imaginary part jMX ». Furthermore, if an independent change is provided by R3 in such a way that M does not interfere with the change in R8 changes, only the real part MR »changes, this change being orthogonal to which is the change in equilibrium resulting from the change of and consequently then leads to a quick zero adjustment.

Für die Maxwell-Brücke nach Fig. 1 und 2 kann beispielsweise die Gleichung (1) in der folgenden Form geschrieben werden: wo das Produkt dem Produkt MR» entspricht, das bei der Veränderung von Rn im wesentlichen etwa konstant gehalten werden soll. Der Widerstand R muß sich jedoch unabhängig von Rn verändern lassen, so daß RbRnicoCp während der Veränderung von konstant bleibt.For the Maxwell bridge according to FIGS. 1 and 2, for example, equation (1) can be written in the following form: where the product corresponds to the product MR », which should be kept approximately constant when Rn changes. However, it must be possible to change the resistance R independently of Rn, so that RbRnicoCp remains constant during the change in.

In Fig. list ein Gerät veranschaulicht, das den vorstehenden Bedingungen gerecht wird und zylindrische, logarithmisch gewickelte Potentiometer Rn und R enthält, deren Gleitkontakte 5 bzw. 6 zwischen den Kontaktanschlüssen 9 bzw. 10 und den Endanschlüssen 7 bzw. 8 der Potentiometer Rn und R, veränderbare Widerstände abgreifen. In der Praxis bestehen die Widerstände Rn und Rp aus je einem festen Widerstand Rn/t bzw. R," und je einem veränderbarem Widerstand R,' bzw. Rp', die so geschaltet sind, daß sich die Summe aus dem festen Widerstand und dem veränderbaren Widerstand beim Drehen des Gleitkontaktes 5 bzw. 6 etwa exponentiell ändert. In Fig. 1 illustrates a device that meets the above conditions and contains cylindrical, logarithmically wound potentiometers Rn and R, their sliding contacts 5 and 6 between the contact connections 9 and 10 and the end connections 7 or 8 of the potentiometers Rn and R, tap changeable resistors. In the In practice, the resistors Rn and Rp each consist of a fixed resistor Rn / t or R, "and a variable resistor R, 'or Rp', which are connected in such a way that that the sum of the fixed resistance and the variable resistance at Turning the sliding contact 5 or 6 changes approximately exponentially.

Die Gleitkontakte 5 bzw. 6 können auf der unteren Kante oder Bahn der Wicklungen Rn und Rp durch Wellen 11 und 12, die mittels auf der Oberseite eines Gehäuses oder einer Platte 15 angebrachter Knöpfe 13 bzw. 14 drehbar sind, verstellt werden. Die oben erwähnten Skalen für CRL und Q können unterhalb der Knöpfe 13 bzw. 14 liegen. Zu einem später zu erklärenden Zweck liegen zwischen der Skala für C R L und der Schalttafel 15 zwei zusammenwirkende Reibungsplatten F1, von denen die eine auf der Welle 11 und die andere auf der Platte 15 befestigt ist. The sliding contacts 5 and 6 can be on the lower edge or track of windings Rn and Rp through shafts 11 and 12, which means on top of a Housing or a plate 15 attached buttons 13 and 14 are rotatable, adjusted will. The above mentioned scales for CRL and Q can be found below the buttons 13 and 13 respectively. 14 lie. To be explained later Purpose lie between the scale for C R L and the control panel 15 two interacting friction plates F1, one of which is fixed on the shaft 11 and the other on the plate 15 is.

Am unteren Ende der Welle 11 ist ein erstes Zahnrad 16 befestigt. Nahe dem unteren Ende der Welle 12 ist ein zweites Zahnrad 17 mit größerem Durchmesser, beispielsweise mit dem zweifachen Durchmesser des Zahnrades 16, vorgesehen, unter dem zwei Reibungsplatten F2 liegen, von denen die eine auf der Unterseite des Zahnrades 17 und die andere auf der Welle 12 befestigt ist. Die Zahnräder 16 und 17 sind durch ein frei laufendes Zahnrad 18 miteinander gekuppelt. A first gear 16 is attached to the lower end of the shaft 11. Near the lower end of the shaft 12 is a second gear 17 with a larger diameter, for example, with twice the diameter of the gear 16, provided under two friction plates F2, one of which is on the underside of the gear 17 and the other is attached to the shaft 12. The gears 16 and 17 are through a free-running gear 18 coupled to one another.

Wenn der Knopf 13 zwecks exponentiellen Veränderns des Wertes von Rn (und damit des Multiplikators M) gedreht wird, drehen sich das Zahnrad 16 und über das frei laufende Kupplungszahnrad 18 das Zahnrad 17 in gleicher Richtung, so daß auch der Gleitkontakt 6 des exponentiellen Potentiometers Rx verstellt wird. Der Wert des Produktes Rn- R kann auf diese Weise während der Verstellung ausreichend konstant gehalten werden. Da R, konstant ist, ist die Forderung, das Produkt Teil, (oder R n ) konstant zu halten, erfüllt. When the button 13 is used to exponentially change the value of Rn (and thus the multiplier M) is rotated, the gearwheel 16 and rotate Via the freely rotating clutch gear 18, the gear 17 in the same direction, so that the sliding contact 6 of the exponential potentiometer Rx is adjusted. The value of the product Rn-R can be sufficient in this way during the adjustment be kept constant. Since R, is constant, the requirement that the product is part (or R n) to keep constant is fulfilled.

Wenn man außerdem dafür sorgt, daß die Reibung zwischen den Reibungsplatten F2 wesentlich kleiner ist als die Reibung zwischen den Reibungsplatten F1, und da die Reibung des Lagers der Welle 12 kleiner ist als die Reibung zwischen den Platten F2, kann der Knopf 14 und damit der Gleitkontakt oder Schleifer 6 des Potentiometers Rx gedreht werden, ohne daß der Schleifer oder Gleitkontakt 5 des Potentiometers Rn mitgenommen wird. Hiermit ist also auch die Bedingung, daß sich Rs (oder R») unabhängig ändern lassen muß, erfüllt; es können daher orthogonale Gleichgewichtsbedingungen erzielt werden. If you also ensure that the friction between the friction plates F2 is much smaller than the friction between the friction plates F1, and there the friction of the bearing of the shaft 12 is less than the friction between the plates F2, the button 14 and thus the sliding contact or slider 6 of the potentiometer can Rx can be rotated without the wiper or sliding contact 5 of the potentiometer Rn is taken. With this there is also the condition that Rs (or R ») must be changed independently, fulfilled; orthogonal equilibrium conditions can therefore be used be achieved.

Zwischen der Drehung 0 und dem Widerstand R muß ein exponentielles Verhältnis bestehen, da nur diese Widerstandsänderung bei einer bestimmten Drehung (A (9) eine relative Widerstandsänderung (Z3R ) ergibt, die unabhängig vom ursprüglichen Wert des veränderbaren Widerstandes ist. Between the rotation 0 and the resistance R there must be an exponential Relation exist, since only this change in resistance with a certain rotation (A (9) results in a relative change in resistance (Z3R) that is independent of the original The value of the variable resistance is.

Dieses Verhältnis läßt sich als Differentialgleichung ausdrücken: dR =Kd0 (3) R oder 1 äR =K. (4) R dO Die Lösung ist die Exponentialfunktion R = R0 5K e Wenn diese Beziehung für zwei veränderbare Widerstände Ra = RoasKaea und R, = RObeXbOb gilt, bleibt der Quotient Ra konstant, wenn, etwa mit Rb einem geeigneten Getriebe oder ähnlichen Mitteln, Oa und 0, gleichzeitig derartig verändert werden, daß Ka J Oa = Kb A0, ist. Ebenso bleibt das Produkt RaRb konstant, wenn 0a und 0, gleichzeitig derartig verändert werden, daß Ka d 0, = gb 4 ##b ist. This relationship can be expressed as a differential equation: dR = Kd0 (3) R or 1 äR = K. (4) R dO The solution is the exponential function R = R0 5K e If this relationship for two variable resistances Ra = RoasKaea and R, = RObeXbOb applies, the quotient Ra remains constant if, for example with Rb, a suitable one Gear or similar means, Oa and 0, are changed at the same time in such a way that that Ka J Oa = Kb A0. Likewise, the product RaRb remains constant if 0a and 0, can be changed at the same time such that Ka d 0, = gb 4 ## b.

Es braucht übrigens der veränderbare Widerstand selbst nicht exponentiell zu sein, da es z. B. möglich ist einen linearen Widerstand durch ein geeignetes nichtlineares Getriebe oder sonstige Mittel in nichtlinearer Weise zu verändern. In diesem Falle würde das 0 in der exponentiellen Beziehung die Drehung einer zweiten Welle und nicht die Drehung der Welle des veränderbaren Widerstandes selbst sein. Incidentally, the changeable resistance itself does not need to be exponential to be, since it is z. B. possible is a linear resistance through a suitable to change non-linear gear or other means in a non-linear manner. In this case, the 0 in the exponential relationship would be the rotation of a second wave and not be the rotation of the shaft of the variable resistor itself.

Während das Gerät nach Fig. l mit einem differentiellen Reibungsantrieb arbeitet, kann auch ein Differentialgetriebe oder ein anderes System in gleicher Weise Verwendung finden. Nach Fig. 3 sind beispielsweise die Wellen 11 und 12 über ein bekanntes Differentialgetriebe 20 miteinander gekuppelt, dessen dritte Steuerwelle mit 19 bezeichnet ist. Die Drehung der Wellen 11, 12 und 13 ist durch die Symbole 0M (entsprechend der Änderung des Multiplikators M oder des exponentiellen Potentiometers R,), 0B (entsprechend der Verstellung des logarithmischen Potentiometers R3 oder R») und OÄ angedeutet. Für dieses Differentialgetriebe 20 gilt die Beziehung Wenn OA durch Festhalten der Welle 19 konstant gehalten und das M- oder Rn-Potentiometer verändert wird, so wird das R»- oder Rl,-Potentiometer in entgegengesetzter Richtung verstellt, so daß das Produkt MR, etwa konstant gehalten wird. Wenn jedoch die Welle 19 gedreht und die Welle 11 festgehalten wird, dreht sich nur die Welle 12 und verändert Rs oder unabhängig.While the device according to FIG. 1 operates with a differential friction drive, a differential gear or another system can also be used in the same way. According to FIG. 3, for example, the shafts 11 and 12 are coupled to one another via a known differential gear 20, the third control shaft of which is denoted by 19. The rotation of the shafts 11, 12 and 13 is indicated by the symbols 0M (corresponding to the change in the multiplier M or the exponential potentiometer R,), 0B (corresponding to the adjustment of the logarithmic potentiometer R3 or R ») and OÄ. The relationship applies to this differential gear 20 If OA is kept constant by holding the shaft 19 and the M or Rn potentiometer is changed, the R »or Rl, potentiometer is adjusted in the opposite direction, so that the product MR, is kept approximately constant. However, when shaft 19 is rotated and shaft 11 is held, only shaft 12 rotates and changes Rs or independently.

Die geschilderte Arbeitsweise kann nicht nur bei Induktanzbrücken nach Maxwell gemäß Fig. 1 und 2, sondern auch bei anderen Arten von Wechselstrombrücken angewendet werden. Als weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung soll die Induktanzbrücke nach H ay gemäß Fig. 4 erläutert werden. In dieser Brücke liegen der reelle Teil Rx' und der imaginäre Tei Lx' der unbekannten Impedanz in dem Brückenzweig I-II parallel, während der veränderbare Widerstand RT sowie der Kondensator C, in dem Zweig III-IV hintereinanderliegen. Die Gleichgewichtsbedingung kann durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden: In diesem Falle ist das konstant zu haltende Produkt M Rs gleich R Rn (R1), und R1 muß wieder unabhängig von Rn veränderbar sein.The described mode of operation can be used not only with inductance bridges according to Maxwell according to FIGS. 1 and 2, but also with other types of AC bridges. As a further possible embodiment of the invention, the inductance bridge according to H ay according to FIG. 4 will be explained. In this bridge, the real part Rx 'and the imaginary part Lx' of the unknown impedance in the bridge branch I-II are parallel, while the variable resistor RT and the capacitor C in the branch III-IV are one behind the other. The equilibrium condition can be expressed by the equation below: In this case, the product M Rs to be kept constant is equal to R Rn (R1), and R1 must again be changeable independently of Rn.

Noch ein anderes Beispiel ist die Kapazitanzbrücke nach Fig. 5, in der die reellen und kapazitativen Teile Rx, Cx der unbekannten Impedanz im Brückenzweig II-III in Reihe liegen und ein Verhältniszweig Ra zwischen I-II liegt. Die Gleichgewichtsbedingung kann ausgedrückt werden durch Hier wird gemäß der Erfindung RR (R7X) bei der Veränderung von Rn konstant gehalten, während RS jedoch unabhängig davon verändert werden kann.Yet another example is the capacitance bridge according to FIG. 5, in which the real and capacitive parts Rx, Cx of the unknown impedance are in series in the bridge arm II-III and a ratio arm Ra lies between I-II. The equilibrium condition can be expressed by Here, according to the invention, RR (R7X) is kept constant when Rn is changed, while RS, however, can be changed independently of this.

Ein weiteres Beispiel ist die symmetrische Induktanzbrücke nach Fig. 6, deren Schaltelemente R1, Lx, R,, Rn und der Prüfling mit dem reellen Teil Rx und dem induktiven Teil Lx in aus der Figur ersichtlicher Weise geschaltet sind. Deren Gleichgewichtsbedingung lautet Rx + j # Lx = Rn (Rx + j # Lx). (8) Rb wo das Produkt RnRS, bei einer Änderung von R2 konstant gehalten werden soll. Another example is the symmetrical inductance bridge according to Fig. 6, their switching elements R1, Lx, R ,, Rn and the test object with the real part Rx and the inductive part Lx are connected in the manner shown in the figure. Their equilibrium condition is Rx + j # Lx = Rn (Rx + j # Lx). (8) Rb where that Product RnRS, should be kept constant when R2 changes.

In einer praktischen Ausführung einer Brückenschaltung nach Fig. 5 wurden ein Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 17 und 16 von 2:1, ein exponentielles Potentiometer Rn mit einem Widerstandsbereich von 1000 bis 10 000 Ohm und ein exponentielles Potentiometer Rj, mit einem Widerstandsbereich von 200 bis 20 000 Ohm verwendet. In a practical embodiment of a bridge circuit according to Fig. 5, a gear ratio of the gears 17 and 16 of 2: 1, an exponential one Potentiometer Rn with a resistance range from 1000 to 10 000 ohms and an exponential Potentiometer Rj, used with a resistance range of 200 to 20,000 ohms.

Als veränderbare Impedanzen brauchen selbstverständlich nicht unbedingt Potentiometer verwendet zu werden. Statt dessen kann man beispielsweise auch exponentiell veränderbare Kondensatoren oder Kombinationen von Kondensatoren und Widerständen usw. nehmen. Of course, as changeable impedances do not necessarily need Potentiometer to be used. Instead, you can also use exponential, for example changeable capacitors or combinations of capacitors and resistors etc. take.

PATENTNSPROCHE: 1. Brücke zur Messung komplexer Impedanzen, in deren erstem und zweitem Zweig je eine veränderbare Impedanz liegt, die so gekoppelt sind, daß sich bei einer Änderung der Impedanz im ersten Zweig gleich zeitig die Impedanz im zweiten Zweig ändert, dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Änderung das Produkt aus den beiden Impedanzen annähernd konstant bleibt und daß die zweite Impedanz unabhängig von der ersten Impedanz veränderbar ist. PATENT LANGUAGE: 1. Bridge for measuring complex impedances in which the first and second branch each have a variable impedance, which are coupled in such a way that that when there is a change in impedance in the first branch, the impedance changes at the same time changes in the second branch, characterized in that with this change the product from the two impedances remains approximately constant and that the second impedance can be changed independently of the first impedance.

Claims (1)

2. Brücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Impedanzen veränderbare Ohmsche Widerstände sind. 2. Bridge according to claim 1, characterized in that the changeable Impedances are variable ohmic resistances. 3. Brücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Widerstände annähern exponentielle Kennlinien haben. 3. Bridge according to claim 1, characterized in that the changeable Resistances approximate exponential characteristics. 4. Brücke nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den veränderbaren Widerständen ein Differentialgetriebe ist. 4. Bridge according to claim 2 or 3, characterized in that the Coupling between the variable resistors is a differential gear. S. Brücke nach Anspruch 4 für Wechselstrom, die bei der Bedingung Rx + jXx = M (Rs + iXs) (wo Rx und jXx der reelle und imaginäreTeil einer unbekannten, im ersten Zweig der Brücke liegenden Impedanz, j gleich M ein reeller Koeffizient und Rs und jXs der reelle und imaginäre leil einer Funktion der Impedanzen elektrischer Komponenten der übrigen drei Zweige der Brücke sind) abgeglichen bzw. im Gleichge icht ist, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Wertes von M sowie durch Mittel, die durch die Veränderung des Wertes von ,lI gesteuert werden und gleichzeitig den Wert von Rt so verändern, daß das Produkt M R8 annähernd konstant bleibt, während der Wert von unabhängig von dem Wert von M veränderbar ist.S. Bridge according to claim 4 for alternating current, which is equal to j under the condition Rx + jXx = M (Rs + iXs) (where Rx and jXx are the real and imaginary parts of an unknown impedance located in the first branch of the bridge M is a real coefficient and Rs and jXs are the real and imaginary parts of a function of the impedances of electrical components of the other three branches of the bridge) are balanced or in the same way, characterized by means for changing the value of M and by means which are indicated by the change in the value of lI can be controlled and at the same time change the value of Rt in such a way that the product M R8 remains approximately constant, while the value of can be changed independently of the value of M. 6. Brücke nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von M durch Einstellen eines ersten, in einem zweiten Zweig der Brücke liegenden veränderbaren Widerstandes und der Wert R5 durch Einstellen eines zweiten, in dem dritten oder vierten Zweig der Brücke liegenden veränderbaren Widerstandes bestimmt ist und daß die durch die Veränderung des Wertes von Itf gesteuerten Mittel den zweiten veränderbaren Widerstand verändern und die unabhängige Veränderung von As dadurch geschieht, daß der zweite veränderbare Widerstand unabhängig von dem ersten veränderbaren Widerstand veränderbar ist. 6. Bridge according to claim S, characterized in that the value of M can be changed by setting a first, lying in a second branch of the bridge Resistance and the value R5 by setting a second, in the third or fourth branch of the bridge lying variable resistance is determined and that the means controlled by changing the value of Itf the second changeable Change resistance and the independent change of Ace happens because the second variable resistance independent of the first variable resistance is changeable. 7. Brücke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden veränderbaren Widerstände etwa exponentiell veränderbar sind. 7. Bridge according to claim 6, characterized in that the two changeable resistances are about exponentially changeable. 8. Brücke nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden veründerbaren Widerstände durch ein Differentialgetriebe miteinander gekoppelt sind. 8. Bridge according to claim 6 or 7, characterized in that the two variable resistors coupled to each other by a differential gear are. 9. Brücke nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden veränderbaren Widerstände durch ein differentielles Reibungsgetriebe miteinander gekoppelt sind. 9. Bridge according to claim 6 or 7, characterized in that the two variable resistors by means of a differential friction gear are coupled. 10. Brücke nach einem der Ansprüche 5 bis 9 mit vier Zweigen, deren Gleichgewichtsbedingung durch gegeben ist, wo ioLæ der imaginäre Teil der unbekannten, im ersten Zweig der Brücke liegenden Impedanz, (o die Kreisfrequenz des Wechselstromes, R, ein in dem zweiten Zweig der Brücke liegender Widerstand, Rn ein erster veränderbarer, im dritten Zweig der Brücke liegender Widerstand und Rç, und CX ein zweiter veränderbarer Widerstand und eine dazu parallele Kapazität im vierten Zweig der Brücke sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von M durch den ersten veränderbaren Widerstand Rn veränderbar ist und die durch die Veränderung des Wertes von M gesteuerten Mittel gleichzeitig den zweiten veränderbaren Widerstand R, so ändern, daß das Produkt R, R (%) annähernd konstant bleibt, während die Veränderung des Wertes von Rs durch die von der Veränderung des ersten veränderbaren Widerstandes Rn unabhängige Veränderung des zweiten veränderbaren Widerstandes R" geschieht.10. Bridge according to one of claims 5 to 9 with four branches, the equilibrium condition by is given, where ioLæ is the imaginary part of the unknown impedance in the first branch of the bridge, (o the angular frequency of the alternating current, R, a resistance in the second branch of the bridge, Rn a first variable resistance in the third branch of the bridge and Rç, and CX are a second variable resistor and a parallel capacitance in the fourth branch of the bridge, characterized in that the value of M can be changed by the first variable resistor Rn and the means controlled by the change in the value of M are simultaneously the change the second variable resistance R, so that the product R, R (%) remains approximately constant, while the change in the value of Rs occurs through the change in the second variable resistance R "independent of the change in the first variable resistance Rn. 11. Brücke nach einem der Ansprüche 5 bis 9 mit vier Zweigen, deren Gleichgewichtsbedingung durch gegeben ist, wo Rs und der reelle und imaginäre Teil der unbekannten, im ersten Zweig der Brücke liegenden Impedanz, w die Kreisfrequenz desWechselstromes, Rb ein im zweiten Zweig der Brücke liegender Widerstand, Rn ein erster veränderbarer, im dritten Zweig der Brücke liegender Widerstand und R p und C1 ein zweiter veränderbarer Widerstand und eine dazu in Reihe liegende Kapazität im vierten Zweig der Brücke sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von M durch den ersten veränderbaren Widerstand Rn veränderbar ist und die durch die Veränderung des Wertes von M gesteuerten Mittel gleichzeitig den zweiten veränderbaren Widerstand R so verändern, daß das Produkt annähernd konstant bleibt, während die Veränderung des Wertes von durch die von der Veränderung des ersten veränderbaren Widerstandes Rn unabhängige Veränderung des zweiten veränderbaren Widerstandes R1 geschieht.11. Bridge according to one of claims 5 to 9 with four branches, the equilibrium condition by is given where Rs and the real and imaginary part of the unknown impedance in the first branch of the bridge, w the angular frequency of the alternating current, Rb a resistance in the second branch of the bridge, Rn a first variable resistance in the third branch of the bridge and R p and C1 are a second variable resistor and a capacitance in series with it in the fourth branch of the bridge, characterized in that the value of M can be changed by the first variable resistor Rn and the means controlled by changing the value of M are simultaneously change the second variable resistor R so that the product remains approximately constant, while the change in the value of occurs due to the change in the second variable resistor R1 which is independent of the change in the first variable resistor Rn. 12. Brücke nach einem der Ansprüche 5 bis 9 mit vier Zweigen, deren Gleichgewichtsbedingung durch gegeben ist, wo der imaginäre Teil derunbekannw Cx ten, im ersten Zweig der Brücke liegenden Impedanz, <o die Kreisfrequenz des Wechselstromes, Ra ein im zweiten Zweig der Brücke liegender Widerstand, Rn ein erster veränderbarer, im dritten Zweig der Brücke liegender Widerstand und R1 und C, ein zweiter veränderbarer Widerstand und eine dazu in Reihe liegende Kapazität im vierten Zweig der Brücke sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von M durch den ersten veränderbaren Widerstand Rn veränderbar ist und die durch die Veränderung des Wertes von M gesteuerten Mittel gleichzeitig den zweiten veränderbaren Widerstand Rp so verändern, daß das Produkt RaRp annähernd konstant Rn bleibt, während die Veränderung des Wertes von durch die von der Veränderung des ersten veränderbaren Widerstandes Rn unabhängige Veränderung des zweiten veränderbaren Widerstandes R1 geschieht.12. Bridge according to one of claims 5 to 9 with four branches, the equilibrium condition by is given where the imaginary part of the unknown Cx th impedance in the first branch of the bridge, <o the angular frequency of the alternating current, Ra a resistance in the second branch of the bridge, Rn a first variable resistance in the third branch of the bridge and R1 and C, are a second variable resistor and a capacitance in series therewith in the fourth branch of the bridge, characterized in that the value of M can be changed by the first variable resistor Rn and the means controlled by the change in the value of M are simultaneously the Change the second variable resistor Rp so that the product RaRp remains approximately constant Rn, while the change in the value of the change in the second variable resistor R1 is independent of the change in the first variable resistor Rn. 13. Brücke nach einem der Ansprüche 5 bis 9 mit vier Zweigen, deren Gleichgewichtsbedingung durch Rn Rx + j # Lx = (Rp + j # Lp) Rb gegeben ist, wo jwL, der imaginäre Teil der unbekannten, im ersten Zweig der Brücke liegenden Impedanz, m die Kreisfrequenz des Wechselstromes, Rb ein im zweiten Zweig der Brücke liegender Widerstand, Rn ein erster, im dritten Zweig der Brücke liegender veränderbarer Widerstand und R, und L1 ein zweiter veränderbarer Widerstand und eine in Reihe dazu liegende Selbstinduktion im vierten Zweig der Brücke sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von M durch den ersten veränderbaren Widerstand Rn veränderbar ist und die durch die Veränderung des Wertes von M gesteuerten Mittel gleichzeitig den zweiten veränderbaren Widerstand R1 so verändern, daß das Produkt #Rn# R1 annähernd konstant bleibt, Rb während die Veränderung des Wertes von R8 durch die von der Veränderung des ersten veränderbaren Widerstandes R2 unabhängige Veränderung des zweiten veränderbaren Widerstandes Rp geschieht. 13. Bridge according to one of claims 5 to 9 with four branches, whose Equilibrium condition is given by Rn Rx + j # Lx = (Rp + j # Lp) Rb, where jwL, the imaginary part of the unknown impedance in the first branch of the bridge, m the angular frequency of the alternating current, Rb a lying in the second branch of the bridge Resistance, Rn a first variable resistance in the third branch of the bridge and R, and L1 a second changeable resistance and one in series with it Self-induction in the fourth branch of the bridge are characterized in that the The value of M can be changed by the first variable resistor Rn and the means controlled by changing the value of M simultaneously the second Change the variable resistor R1 so that the product # Rn # R1 is approximately constant remains, Rb while the change in the value of R8 by that of the change of the first variable resistor R2 independent change of the second variable Resistance Rp happens. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 565551, 810044, 959209; Auslegeschrift der deutschen Patentanmeldung H21250 VIIIc/21e; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 007 880; schweizerische Patentschrift Nr. 308 017. Considered publications: German Patent Specifications No. 565551, 810044, 959209; Interpretation of the German patent application H21250 VIIIc / 21e; German interpretative document No. 1 007 880; Swiss patent specification No. 308 017.