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Frequenzmesser für Wechselströme. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen der Frequenz von Wechselströmen. Zu diesem Zweck benutzt man entweder
Apparate mit einer vibrierenden Zunge, die auf dem Grundsatz der Resonanz aufgebaut
sind, oder Apparate, bei denen die Anzeigen infolge von Phasenänderungen erfolgen,
die von Frequenzänderungen abhängig sind und auf die Einrichtung des Instruments
kein Drehmoment ausüben.
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Im Gegensatz dazu wird bei der Erfindung das Gleichgewicht zweier
mechanischer, gegeneinander gerichteter Kräftepaare benutzt, von denen mindestens
das eine eine Impedanz aufweist, die von der Frequenz derart abhängig ist, daß die
Anzeigen praktisch unabhängig von jedem anderen veränderlichen Element sind, ausgenommen
der Frequenz.
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Der Apparat wird durch eine bewegliche Einrichtung aus zwei Teilen
gebildet, die miteinander vereinigt oder getrennt sein können, z. B. Spulen oder
Eisenlamellen, die durch die festen Teile einen Bewegungsanstoß erhalten. Letztere
werden im allgemeinen durch stromdurchflossene Wicklungen oder durch Eisenkerne,
die durch auf sie aufgebrachte Spulen magnetisiert werden, gebildet.
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Das Kräftepaar, das in jedem Paar von Organen besteht, die sich anziehen
oder abstoßen, wirkt unter dem Einfluß der die Organe durchfließenden Ströme und
in Abhängigkeit von der Stellung der Einrichtung, die mit einer Feder versehen sein
kann, da diese verschiedene Stellungen annehmen kann. Das Kräftepaar kann somit
in Funktion der Ströme selbst und der Stellung des Anzeigers wirken, wenn der Veränderung
der Stellung eine passende Veränderung in einem Element des entsprechenden Stromkreises
entspricht. Diese Bedingung kann leicht bei einem mit Relais arbeitenden Apparat
erfüllt werden. Wenn nämlich in einem Paar von Organen ein einziges vom Strom durchflossenes
Element vorhanden ist, so wird,das entsprechende Kräftepaar lediglich in Funktion
des Stromes wirken und wird im - allgemeinen genau oder praktisch proportional seinem
Quadrate sein.
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Man kann die für die Stabilität des Systems nötigen Bedingungen, welche
in den verschiedenenE.ällen. passend bestimmt werden können, erfüllen, indem man
die beiden Kräftepaare mit demselben Strom oder derselben Spannung speist. Außerdem
trifft man die Anordnung so, daß die Kräftepaare, wenn sie in einer gegebenen Stellung
in Gleichgewicht sind, bei jeder praktischen Änderung des Stroms oder der Spannung
darin verbleiben, solange die Frequenz unveränderlich bleibt, während sie sich oder
eins von ihnen in verschiedener Weise ändern, wenn eine Änderung der Frequenz erfolgt.
Man erhält so eine passende Bemessung der Elemente des Apparates derart, daß die
Anzeigen absolut oder praktisch nur von der Frequenz abhängig sind.
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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
an der Hand eines doppelten elektrodynamischen Apparates.
Eins der
Systeme wird durch eine feste Spule f1, eine bewegliche Spule in, und durch einen
Ohmschen Widerstand r gebildet, die hintereinander geschaltet sind und im Nebenschluß
zur Leitung liegen. Das andere System wird durch eine feste Spule f_, eine bewegliche
Spule m2 und einen induktiven, veränderlichen Widerstand L gebildet, der aus einer
Spule besteht, deren Windungen in größerer oder kleinerer Zahl je nach der Stellung
eines Kontaktes c eingeschaltet werden, der durch den Zeiger n. des Apparates gesteuert
wird. Die feste Spule f_, die bewegliche Spule in, und die Spule l sind hintereinander
geschaltet und liegen im N ebenschluß zur Leitung, somit parallel zum ersten System.
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Der Sinn der Kräftepaare der Leiden elektrodynamischen Systeme muß
so gewählt werden, daß sie entgegengesetzt gerichtet sind und für eine gegebene
Spannung oder Frequenz das ganze System die aus der Zeichnung ersichtliche Gleichgewichtstellung
einnimmt.
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Wenn nun die Spannung größer oder kleiner wird, während die Frequenz
konstant bleibt, so vergrößern oder verringern sich entsprechend die Ströme und
die Kräftepaare in beiden Systemen, aber das Ganze bleibt noch im Gleichgewicht,
und der Zeiger verschiebt sich nicht.
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Wenn im Gegensatz dazu sich die Frequenz ändert, z. B. «renn sie größer
wird, so tritt in den Systemen f1, iaal, r und f_, m- L eine Verringerung
des Stromes ein, aber diese ist im System f_, m_, L bedeutend mehr
fühlbar, weil die Erhöhung der Frequenz außer der Reaktanz der Ankerspule und der
Induktorspule auch die der Impedanz l erhöht. Das System verliert somit sein Gleichgewicht,
und der Zeiger verschiebt sich nach der einen oder anderen Seite. Wenn nun während
dieser Be.. wegung die Konstanten der beiden Kräftepaare der Spulen gleich oder
in einem bestimmten Verhältnis verbleiben, so verschiebt der Zeiger den Kontakt
c derart, daß er eine Anzahl von Windungen der Spule l aus dem Stromkreis abschaltet
und dadurch die Induktanz von L verringert, bis der Stromkreis
f_,
;n_, L dieselbe Impedanz wie der Stromkreis f1, ;;il"
r hat, d. h. bis er von neuem von einem Strom durchlaufen wird, der das Gleichgewicht
mit dem Strom f1, 111.13 r herstellt.
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Dieser neuen Frequenz entspricht somit eine neue Stellung des Zeigers
i..
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Die Vorrichtung arbeitet in analoger Weise, wenn sie, statt eine direkte
Anzeige zu machen und die Stellung des Kontaktes c direkt zu steuern, wie ein Induktor-
oder Registrierinstrument der Relaistype wirkt. Es genügt dann, daß jeder Stellung
des Zeigers eine bestimmte Stellung des Kontaktes c und entsprechend ein gegebener
Wert der Induktanz von L entspricht.
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In beiden Fällen kann man, statt die Induktanz l zu ändern, auch eine
Veränderung des Ohmschen Widerstandes r oder beider Elemente gleichzeitig herbeiführen.
Statt einen Apparat auf elektrodynamischer Grundlage zu benutzen, kann man auch
eine andere Bauart, z. B. auf elektromechanischer Grundlage, verwenden.
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Die beiden Kräftesysteme, welche die beiden entgegengesetzten Kräftepaare
bilden, können auch verschieden sein, und man kann auch ein drittes Kräftepaar anordnen,
das fest oder mit der Stellung des Zeigers veränderlich ist und beispielsweise durch
eine Feder gebildet wird.