DE602707C - Wechselstromwiderstands-Messbruecke - Google Patents

Wechselstromwiderstands-Messbruecke

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DE602707C
DE602707C DET39656D DET0039656D DE602707C DE 602707 C DE602707 C DE 602707C DE T39656 D DET39656 D DE T39656D DE T0039656 D DET0039656 D DE T0039656D DE 602707 C DE602707 C DE 602707C
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Germany
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frequency
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impedance
measuring bridge
resistor
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Wechselstromwiderstands-Meßbrücke Die Erfindung betrifft Meßbrücken zum Messen von Impedanzen, Phasenwinkeln usw. derjenigen Art, in welchen sowohl die festen Vergleichswiderstände als auch der veränderliche Vergleichswiderstand rein Ohmsche Widerstände sind und die die Wechselstromquelle enthaltende Diagonale mit einem Nebenschluß yersehen ist, der aus einem Ausgleichswiderstand und der Erstwicklung eines Korrektionsübertragers besteht, dessen Zweitwicklung in der anderen Diagonale in Reihe mit dem Indikator liegt. Bei der bekannten Anordnung dieser Art muß der in dem Nebenschluß liegende Ausgleichswiderstand bei jeder Veränderung der Frequenz zur Erzielung der erforderlichen Phasengleichheit zwischen der aufgedrückten Spannung und dem Strom in dem Nebenschluß verändert werden. Die Erfindung bezweckt, die Messung mit einer solchen Brücke dadurch zu vereinfachen, daß der erwähnte Ausgleichswiderstand so ausgebildet wird, daß er zusammen mit der Erstwicklung des Korrektionstransformators eine von der Frequenz unabhängige reelle Impedanz bildet.
  • Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Es zeigen Fig. i zum Vergleich die bekannte Anordnung, Fig. a schematisch eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, Fig.3 gleichfalls schematisch eine allgemeinere Ausführungsform der Erfindung und Fig. q. ein Diagramm zur Erläuterung des Meßvorganges.
  • In der bekannten Brücke nach Fig. i bestehen drei der Seiten aus Ohmschen Widerständen, nämlich zwei untereinander gleichen, konstanten festen Vergleichswiderständen R und einem veränderlichen Vergleichswiderstand N, während die vierte Seite aus der zu messenden Impedanz X gebildet wird. Im Nebenschluß zu der Diagonale, welche die Wechselstromquelle G enthält, liegt eine Ausgleichsimpedanz Ai, die aus einem festen Kondensator C und einem veränderlichen Widerstand r in Nebeneinanderschaltung besteht. In Reihe mit diesem Ausgleichswiderstand liegt die Erstwicklung LP des Korrektionsübertragers, dessen Zweitwicklung L" in die andere Diagonale in Reihe mit dem Indikator, beispielsweise dem Telephon T, eingeschaltet ist. Dieser Nebenschluß kann außerdem einen veränderlichen Ohmschen Widerstand K enthalten. Bei der Messung werden die Widerstände N und r und die Kopplung zwischen L, und L, so verändert, daß ein Lautminimum im Telephon erhalten wird. Wenn diese Einstellung richtig ausgeführt wurde, ist der Strom in dem Nebenschluß gleichphasig mit der aufgedrückten Spannung und also auch gleichphasig mit dem Strom in den Widerständen R. Die Spannungsverhältnisse bei Stromlosigkeit des Telephonzweiges gehen aus Fig. ¢ hervor. Hier bedeutet V die Klemmenspannung des Generators G; I1 ist der Strom durch die beiden Ohmschen Widerstände R. Der Vergleichswiderstand N und die zu bestimmende Impedanz X sind von demselben Strom I2 durchflossen. I3 ist der Strom durch die Erstwicklung des Transformators, und 117 ist sein Gegeninduktivitätskoeffizient. Die in der Zweitwicklung L, induzierte EMK a) 11i113 ist demnach gegenüber dein Strom durch den Widerstand R um 9o° phasenverschoben. Diese induzierte EMK ist andererseits größengleich und gleichphasig der Spannung zwischen den Eckpunkten der Brücke, an welche die Telephondiagonale angeschlossen ist. Die Klemmenspannung an der Impedanz X ist größengleich der Klemnienspannung des Vergleichswiderstandes N und im Verhältnis zu dieser um einen Winkel 9p in der Phase verschoben, d. h. den Phasenwinkel der gesuchten Impedanz. Die absolute Größe der gesuchten Impedanz ist also gleich dem eingestellten Wert am Vergleichswiderstand N, und für den Phasenwinkel gilt worin ill den Koeffizienten der gegenseitigen Induktion des Korrektionsübertragers und P die reelle Impedanz des mit dem Generator G parallel geschalteten Nebenschlusses darstellt. Wenn die Impedanz P der Frequenz proportional ist, kann der Phasenwinkel an einer geeigneten Skala abgelesen werden, beispielsweise an dem Drehgriff o. dgl., mit welchem die Kopplung des Übertragers eingestellt wird. Diese Einstellung des absoluten Wertes der Nebenschlußimpedanz in Abhängigkeit von der Frequenz wird durch den Widerstand K bewirkt, der mit einer geeigneten Frequenzeinteilung versehen ist.
  • Bei der bekannten Ausführungsform muß der Widerstand y mit Hilfe einer geeigneten Teilung bei Jeder Messung entsprechend der Frequenz eingestellt werden, die verwendet werden soll, so daß die Impedanz P bei dieser Frequenz reell wird. Diese umständliche Einstellung erübrigt sich durch die Erfindung. Sie stützt sich auf die Überlegung; daß eine. frequenzunabhängige Impedanz des Nebenschlusses dadurch erzielt werden könnte, daß man den Nebenschluß die Eingangsseite eines Filters bilden läßt, das konstante Eingangscharakteristik hat und eine Reiheninduktanz in der Nähe der Eingangsklemmen enthält, welch letzte ganz oder teilweise durch die Erstwicklung L, des Korrektionsübertragers gebildet wird. Dieser Gedankengang ist aus Fig. g zu entnehmen. Es liegt dort ein vierpoliges Netz H mit seinen Eingangsklemmen in Reihe mit der Wicklung LP. Es wird angenommen, daß dieses Netz zusammen mit LP ein mit dem Widerstand r' abgeschlossenes Filter mit den Eingangsklemmen f und mit einer frequenzunabhängigen reellen Charakteristik auf der Eingangsseite bildet. Es wird ferner angenommen, daß die obere Grenzfrequenz des Filters über dem Meßbereich: liegt, innerhalb dessen die Meßbrücke verwendet werden soll.
  • Die einfachste Form eines solchen Filters (Tiefpaßfilter) erhält man, wenn das Filter außer der den Eingangsklemmen am nächsten liegenden keiheninduktanz LP auch eine Ouerlcapazität C und noch eine den Ausgangsklemmen f' am nächsten liegende Reiheninduktanz L' enthält. Eine derartige Ausführungsform des Filters ist strichpunktiert in Fig.3 angedeutet; diese Anordnung wird außerdem in Fig. 2 veranschaulicht.
  • Die Impedanz des Ausgleichswiderstandes A2 ist gleich Der imaginäre Teil von diesem Ausdruck kann wie folgt geschrieben werden: worin die Eigenfrequenz eines Schwingungskreises darstellt, die aus einer Induktanz L' und einer Kapazität C zusammengesetzt ist. Es zeigt sich, daß diese Frequenz bei der Abmessung, die hier beabsichtigt ist, vielfach höher liegt als die höchste Frequenz in dem Meßbereich, in welchem die Meßbrücke verwendet werden soll, beispielsweise im Sprechfrequenzbereich, und daß deshalb das Glied verschwindend klein ist im Verhältnis zu i. Der Koeffizient des j ü) kann also von der Frequenz unabhängig und gleich - LP gemacht werden, wenn man wählt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, so ist die Impedanz des Ausgleichsnebenschlusses reell, und eine Einstellung zur Erzielung der Phasengleichheit zwischen dem Nebenschlußstrom und der aufgedrückten Spannung beim Ändern der Frequenz braucht demnach nicht vorgenommen zu werden. Der reelle Teil des allgemeinen Ausdrucks der Ausgleichsimpedanz A2 ist, unter der Voraussetzung, daß das Glied im Verhältnis zu i vernachlässigt werden kann, gleich Dieser Ausdruck ist zwar an sich etwas von der Frequenz abhängig, die kleinen Schwankungen in dem Widerstandswert für A2 aber haben praktisch genommen nur sehr geringen Einfiuß auf das Meßresultat, weil sie teils an sich klein im Verhältnis zu dem Widerstand r' sind und teils dieser-letzte im Verhältnis zu dem Regulierwiderstand K klein ist. Der Fehler kann übrigens durch geeignete Wahl des den verschiedenen Frequenzen entsprechenden Wertes von K völlig ausgeglichen werden.
  • Durch die Kompensierung der Frequenzabhängigkeit der Induktanz LP in dem mit dem Wechselstromgenerator G parallel geschalteten Nebenschlußzweige ergibt sich der Vorteil, daß die Einstellung der Nebenschlußimpedanz für die bei der Messung benutzte Frequenz in besonders einfacher Weise erfolgen kann. Wie aus Fig. q. hervorgeht, soll der Strom 1s, damit die gewünschten Spannungsverhältnisse aufrechterhalten werden, der Meßfrequenz umgekehrt proportional sein; folglich muß der Gesamtimpedanz des Nebenschlußzweiges der Frequenz direkt proportional sein. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Meßbrücke einfach durch Einstellung des Ohm schen Regulierungswiderstandes K in direkter Proportionalität zur Frequenz erzielt werden. Der Widerstand K kann darum mit einer direkt in Frequenzwerten geeichten und gleichmäßig unterteilten Skala versehen werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Meßbrücke, in welcher drei Zweige aus Ohmschen Widerständen und der vierte aus der zu messenden Impedanz bestehen und bei der in einen Nebenschlußzweig parallel zur Meßbrücke die Erstwicklung eines Übertragers geschaltet ist, dessen Zweitwicklung in der Brückendiagonale in Reihe mit dem Indikator liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstwicklung (LP) ein Filterelement eines mit einem Widerstand (r') abgeschlossenen Tiefpaßfilter (LP, C , l') bildet, dessen Grenzfrequenz beträchtlich oberhalb des Meßfrequenzbereiches liegt und des-. sen Eingangsimpedanz innerhalb dieses Bereiches im wesentlichen reell und frequenzunabhängig ist, so daß der Gesamtwiderstand des parallel zur Meßbrücke geschalteten Nebenschlußzweiges durch Einstellung eines im Nebenschlußzweig enthaltenen Ohmschen Widerstands (K) in direkter Proportionalität zur Frequenz .verändert werden kann. z. Meßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Erstwicklung des Übertragers ein Kondensator (C) geschaltet ist, der durch einen Widerstand (r') in Reihe mit einer Induktanz (l') überbrückt ist.
DET39656D 1931-08-01 1931-10-30 Wechselstromwiderstands-Messbruecke Expired DE602707C (de)

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