DE887840C - Verfahren zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderstaenden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen Zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen kann man bekanntlich die Resonanzmethode anwenden. So ist es bekannt, bei der Bestimmung des Verlustwiderstandes von Kondensatoren einen Meßkreis, der aus dem zu messenden Kondensator und einer möglichst verlustarmen Induktivität besteht, von einem lose angekoppelten Sender in Resonanz zu erregen. Der zu messende Kondensator wird dann durch einen verlustarmen Normalkondensator und einen damit in Reihe liegenden Meßwiderstand ersetzt und an diesen auf die gleiche Resonanzspannung eingestellt. Zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Spulen kann man bekanntlich parallel der zu messenden Spule einen verlustfreien Normalkondensator schalten und den Resonanzwiderstand für eine Kreisfrequenz bestimmen und hieraus unmittelbar den Verlustwinkel der Spule gewinnen. Zur Vornahme der Messung bedient man sich dabei vorteilhafterweise einer Brückenschaltung und bildet den Resonanzwiderstand in einem Brückenzweig nach, wendet also ein Nullverfahren an. Ebenso sind Brückenschaltungen unter Anwendung eines gleichartigen Normals bekanntlich auch allgemein zur Verlustwinkelbestimmung anwendbar, ohne daß eine Resonanzabstimmung erforderlich ist.
• Nachteilig bei der bekannten Resonanzmethode ist vor allem, daß es damit nicht möglich ist, den Verlustwiderstand in Abhängigkeit von der Frequenz unmittelbar zu messen bzw. aufzuzeichnen. - Die Messung kann vielmehr immer nur für eine ganz bestimmte durch den Resonanzfall gegebene Frequenz erfolgen. Es wäre zwar an sich möglich, veränderbare Spulen vorzusehen, jedoch ist dieser Weg praktisch nicht anwendbar. Außerdem ist die Resonanzmethode bei sehr tiefen Frequenzen nicht mehr brauchbar.
• Bei Brückenschaltungen ist allgemein der Nachteil vorhanden, daß Übertrager zur Anwendung kommen müssen, wenn Empfänger und Sender einpolig geerdet werden sollen. Hierdurch wird aber der ausnutzbare Frequenzbereich beschränkt, da dieser in erster Linie durch den begrenzten Bereich der Übertrager gegeben ist. Übertrager für größere Frequenzbereiche müssen einen Kern hohen Nickelgehaltes haben. Außerdem müssen bei einem größeren Frequenzbereich die Übertrager innerhalb des Bereiches gewechselt werden. Bei sehr tiefen Frequenzen kann dabei also die notwendige hohe Querinduktivität nicht erreicht werden. Auch sind Übertrager hoher Windungszahl äußerst störanfällig.
• Die Erfindung gibt nun einen Weg an, der die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet und insbesondere ohne Verwendung von Üb ertragern eine einpolige Erdung von Sender und Empfänger gestattet und dabei die Verlustwinkelbestimmung bei veränderbarer Meßfrequenz ermöglicht.
• Gemäß der Erfindung wird die Meßspannung an das Meßobjekt unmittelbar und an ein Normal über eine Röhrenanordnung um I80" phasenverschoben angelegt oder umgekehrt und die in einem gemeinsamen Anzeigekreis auftretende Differenzspannung entweder unmittelbar als Maß für den Verlustwinkel verwendet oder durch regelbare Widerstände in einem der Meßkreise auf Null bzw. Minimum geregelt und die Widerstandseinstellung als Maß für den Verlustwiderstand benutzt. Es wird also eine an sich bekannte Kompensationsmethode angewendet.
• Bei tieferen Frequenzen erreicht man damit ohne weiteres eine ausreichende Genauigkeit. Um die Genauigkeit zu steigern und insbesondere das Verfahren zur Messung des Verlustwinkels bei hohen Frequenzen besonders geeignet zu machen, ist besonders vorteilhaft, den Anodenwiderstand der zur Phasendrehung benutzten Röhre in dem anderen Meßkreis nachzubilden. Vorzugsweise wird dabei eine Röhre großer Steilheit verwendet.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Fig. I und 2 behandelt. Die beiden Figuren behandeln den Fall, daß der Verlustwinkel eines Kondensators bestimmt werden soll. In Fig. I ist das Prinzipschaltbild einer für die Messung geeigneten Schaltungsanordnung dargestellt. Die MeßspannungsquelleG mit dem inneren Widerstand Rj und der Meßspannung U1 wird unmittelbar an den den zu messenden Kondensator Cx und den Widerstand Rl enthaltenden Kreis gelegt und ebenso an das Gitter der Verstärkerröhre V. Im Anodenkreis dieser Röhre steht dann am Widerstand R2 die Spannung U2 zur Verfügung, die die entgegengesetzte Phase wie die Spannung Ul hat und an dem den Normalkondensator CN enthaltenden Kreis liegt. Der Empfangszweig mit dem Anzeigegerät E ist für beide Kreise gemeinsam.
• Für Spannung Null am Anzeigegerät gilt, da die beiden Spannungen U1 und U2 in Reihe liegen, die Beziehung Damit am Empfänger die Spannung Null herrscht, muß sein und Wenn v der Verstärkungsgrad der Röhre V ist, so kann für U gesetzt werden U2 = (UlJ Rd v (4) Setzt man diesen Wert von U2 in die Gleichung (3) ein, so ergibt sich eine neue Beziehung für Ul. Aus den beiden Beziehungen für Ul (Gleichung 2 und umgebildete Gleichung 3) folgt damit Es ist also Rl=Rv2 v und Cx-- = CN Am Empfänger wird für v=I nur dann die Spannung Null vorhanden sein, wenn die Beträge und die Winkel der Kondensatoren Cx und CN einander gleich sind. Zum Abgleich des Verlustwinkels von Cx wird nun dem Kondensator CN ein Widerstand bekannter Größe in Reihe oder parallel geschaltet. Ebenso kann aber auch der Verlustwiderstand des Kondensators Cx durch einen regelbaren Widerstand mit negativem Vorzeichen kompensiert werden, der in an sich bekannter Weise beispielsweise durch eine Sternschaltung aus zwei Kondensatoren und einem Widerstand gebildet ist. Der Verlustwinkel kann unmittelbar an diesen Widerständen abgelesen werden. Es ist dabei möglich, die Meßfrequenz im weiten Bereich zu variieren, also den Verlustwinkel in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen. Außerdem kommen hierbei auch Übertrager in Fortfall, wobei trotzdem eine einpolige Erdung von Sender und Empfänger gegeben ist.
• Die Kapazitäten zwischen Anode und Kathode der Röhre V, die parallel zu R2 wirksam sind, werden vorteilhaft ebenfalls am Widerstand R1 nachgebildet.
• Ebenso kann auch die Elektronenlaufzeit der Röhre durch Zuschaltung von Kapazitäten zum Widerstand Rl einfiußlos gemacht werden: Wenn die Größe des Verlustwinkels in Abhängigkeit von der Frequenz bestimmt werden soll, so ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, die Schaltungsanordnung dem Betrage nach durch Änderung der Verstärkung v in Abhängigkeit von der Betragsverstimmung abzugleichen. Zu diesem Zweck kann die Restspannung im Nullzweig gleichgerichtet und dem Gitter der Verstärkerröhre V als Vorspannung zugeführt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 2. Im Nullzweig sei eine Spannung U vorhanden, die gleich ist der geometrischen Summe einer Spannung UB, die von einer Betragsverstimmung herrührt, und einer Spannung Up, die proportional der Winkelverstimmung ist. Da diese beiden Spannungen aufeinander senkrecht stehen, ist es möglich, von beiden Spannungen getrennt Gleichspannungen abzuleiten, beispielsweise dadurch, daß man eine gesteuerte Gleichrichterbrücke Gl verwendet, der die Spannung U nach Verstärkung zugeführt wird. Die gesteuerte Gleichrichteranordnung GI wird von der Meßstromquelle G über einen Phasendreher Ph, der die Phase beispielsweise um go" dreht oder die Phase zwischen U und UB nachbildet, gesteuert. Der Gleichrichteranordnung Gl kann dann je nach der Verstimmungsrichtung eine Gleichspannung a Ug wechselnden Vorzeichens entnommen werden, die proportional der von der Betragsverstimmung herrührenden Spannung UB ist.
• Diese Gleichspannung wird als Gittervorspannung der Röhre, die vorzugsweise als Regelröhre ausgebildet ist, zugeführt. Statt der einen dargestellten Röhre können z. B. auch drei Röhren verwendet werden, von denen nur eine oder alle drei geregelt werden. Ist beispielsweise das Gleichgewicht der Schaltung dadurch gestört, daß für ein gegebenes Cx die Verstärkung v zu groß ist, so wird durch die entstehende Gleichspannung d Uy eine Vergrößerung der negativen Vorspannung der Röhre hervorgerufen und die Verstärkung v so lange verkleinert, bis das Gleichgewicht herrscht. Bei zu kleiner Verstärkung v ist der Vorgang umgekehrt.
• Der Verlustwinkel kann am Empfänger E unmittelbar angezeigt werden, es ist jedoch auch möglich, ihn mit bekannten Hilfsmitteln aufzuzeichnen. Besonders vorteilhaft benutzt man dabei ebenfalls eine gesteuerte Gleichrichterbrücke, der man nun eine Steuergröße solcher Phasenlage zuführt, daß die entstehende Gleichspannung proportional der Spannung Up ist.
• In den beiden Beispielen ist vorausgesetzt worden, daß der Verlustwinkel eines Kondensators bestimmt werden soll. In der gleichen Weise kann aber auch ein beliebiger Scheinwiderstand, z. B. der eines abgeschlossenen Kabels, gewählt werden. Statt CN schaltet man dann zweckmäßig einen Ohmschen Widerstand ein. Der Widerstand R1 wird dabei vorteilhaft klein gegen den zu messenden Scheinwiderstand gewählt.
• Vorteilhaft verwendet man also eine Verstärkerröhre großer Steilheit, um einen kleinen Widerstand R1 benutzen zu können. Der Spannungsabfall an dem zu messenden Scheinwiderstand ist dann proportional dem Scheinwiderstandsbetrag Rx. Ein an diesen Widerstand angeschlossenes Anzeigegerät kann demnach in Scheinwiderstandsbeträgen beschriftet werden, während am Anzeigegerät im Nullkreis der Winkel ablesbar ist.
• PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen, insbesondere mit veränderbarer Meßfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung an das Meßobjekt unmittelbar und an ein Normal über eine Röhrenanordnung um 1800 phasenverschoben angelegt wird oder umgekehrt und die in einem gemeinsamen Anzeigekreis auftretende Differenzspannung entweder unmittelbar als Maß für den Verlustwinkel verwendet oder durch regelbare Widerstände in einem der Meßkreise auf Null bzw. Minimum geregelt und die Widerstandseinstellung als Maß für den Verlustwiderstand benutzt wird.

Claims (1)

1. 2. Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungswiderstand der Röhrenanordnung (V) durch einen Längswiderstand (R1) im anderen Meßkreis nachgebildet ist.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhrenanordnung (V) im anderen Meßkreis nachgebildet ist.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Elektrodenlaufzeit der Röhre (V) durch Zuschaltung von Kapazitäten zum nachbildenden Widerstand (R1) berücksichtigt ist.

   5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Normal ein regelbarer Widerstand parallel oder in Reihe geschaltet ist.

   6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbarer Widerstand mit negativem Vorzeichen dem Meßobjekt zugeschaltet ist.

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand mit negativem Vorzeichen durch eine Sternschaltung aus zwei veränderbaren Kondensatoren und einem Widerstand gebildet ist.

   8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die von einer Betragsverstimmung herrührende Differenzspannung im gemeinsamen Anzeigekreis zu kompensieren.

   9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung einer Gleichrichteranordnung (Gl) zugeführt ist, die mit einer von der Meßspannungsquelle abgeleiteten Steuerspannung solcher Phase gesteuert wird, daß die entstehende Gleichspannung ein Maß für die von der Betragsverstimmung herrührende Differenzspannung im Anzeigekreis ist und daß diese Gleichspannung dazu benutzt ist, die Betragsverstimmung auszugleichen, z. B. durch Verlagerung des Gitterpotentials der zur Phasendrehung benutzten Röhre (V).

   10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 7 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die von einer Winkelverstimmung herrührende Spannung im gemeinsamen Anzeigekreis durch eine von einer von der Meßspannungsquelle abgeleitete Steuerspannung entsprechender Phasenlage gesteuerte Gleichrichteranordnung (Gt) in eine der Winkelverstimmung proportionale Gleichspannung umgewandelt wird.

   II. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Winkelverstimmung proportionale Gleichspannung in Abhängigkeit von der Frequenz aufgezeichnet wird.

   12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Röhre großer Steilheit.