DE860091C - Messanordnung zur Vergleichung von Kapazitaeten, Selbstinduktionen oder komplexen Widerstaenden - Google Patents

Description

• Meßanordnung zur Vergleichung von Kapazitäten, Seibstinduktionen oder komplexen Widerständen Gegenstand der Erfindung ist eine Meßeinrichtung für Kapazitäten, Seibstinduktionen oder kornplexe Widerstände, bei welcher zwei dieser Elemente in bekannter Weise in einer Brückenschaltung verglichen werden, die Anzeigeeinrichtung aber so gestaltet ist, daß ein Gleichstromnullinstrument benutzt wird, das nicht nur den ab soluten Betrag der Differenz zwischen der Normalen und dem Prüfling, sondern auch anzeigt, ob der Prüfling, bezogen auf die Normale, zu groß oder zu klein ist.
• Erfindungsgemäß wird eine an einen Nullstrom-Zeiger geschaltete Elktrnnenröbre verwendet, der außer dem Meßstrorn ein Hilfswechsefstrom zugeführt wird.
• In der Zeichnung ist eine Brücke gemäß der Erwindung an dem Beispiel einer Kapazitätsmeßbrücke im Schaltbild dargestellt. Der Generator, der hier beispielsweise aus einem Wechselstromnetz über ein Gleichrichteraggregat betrieben wird, besteht aus einer Triode in Rückkopplungsschaltung mit abgestimmtem Anodenkreis. Mit dem Anodenkreis des Generators ist die eigentliche Brücke gekoppelt.
• Die Brückenschaltung besteht in bekannter Weise aus vier Kondensatoren C, Cx, C3 nnd C4. Die Schaltanordnnng wird vorteilhaft so gewählt, daß der Normalkondensator Cn und der Prüfling Cx mit einer Belegung gemeinsam an Erde liegen. Um die angestrebte Wirkung einer Anzeige durch ein Nullinstrument mit Rechts- und Linksausschlag zu erzielen, das also anzeigt, ob der Prüfling, bezogen auf die Normale, zu groß oder zu klein ist, wird folgende Anordnung getroffen: An das dritte Gitter G3 einer Mischröhre wird von der Gitterspule des Senders eine WecEselspannung von der Sendefrequenz gelegt. Die Anode A und das Gitter G2 sind über die WiJderstände R1 und R2 an die von dem Gleichrichter über einen Stabilisator gelieferte Anodenspannung gelegt. Das Schutzgitter G4 ist mit der Anode zusammengeschaltet. Zwischen. der Anode A und dem Gitter G2 ist ein Galvanometer J als Nullstromzeiger eingeschaltet. Die widerstnde R1, R2, R3, R4 und der Regelwiderstand P werden so gewählt, daß an der Anode und dem Gitter G2 bei Anlegung der Hilfswechselspannung an das Gitter G3 das gleiche Potential herrscht. In diesem Zustand wird der Nullstromzeiger J keinen Strom zeigen.
• Durch den Regelwiderstand P, über den das Gitter G3 eine negative Vorspannung erhält, kann bei der Betätigung des Schalters wider Nullpunkt des Instruments J und damit der Betriebszustand der Mischröhre eingestellt werden. An das gitter G1 der Mischröhre wird die Brückenspannung gelegt. Die Brückenspannung an den Punkten B, E setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, die in der Phase um 1 8o elektrische Grade verschoben sind. Sind die Spannungskomponenten gleich groß, so ist die Brücke im Gleichgewicht, d. h. die Spannungskomponenten heben sich auf, so daß die Spannung zwischen den Punkten B, E Null ist.
• Dieser Zustand tritt bekanntlich bei der Brückenschaltung ein, wenn die Gleichung erfüllt ist: Cn+C6 S C3+C5 Cx + Co C4 Macht man C3 + C5 = Q und C6 = C0@ wobei C0 die Kapazität der Anschaltvorrichtung des Prüflings Cx bedeutet, so ist die Spannung zwischen denPunkten B und E Null, wenn Cx = ist. In diesem Fall wird an dem Betriebszustand der Mischröhre nichts geändert, und der Nullstromzeiger beharrt in der Nullage. Sinus die Kondensatoren Cn und Cx verschieden, so tritt an den Punkten B und E eine Wechselspannung au. Ist der Normalkondensator Cn größer als der Prüfling Cx, so wird eine resultierende Wechseispannung zwischen den Punkten B und E auftreten, die mit der Hilfswechselspannung am Gitter G3 in Phase ist. Ist dagegen der Prüfling Cx größer als der Normalkondensator Cn, so wird zwischen den Punkten B und E eine Wechselspannung auftreten, die gegen die Hilfswechselspannung am Gitter G3 um 1 8o elektrische Grade verdreht ist. Die Meßspannung zwischen B und E wird an das Steuergitter G1 der Mischröhre gelegt. Der Anodenstrom dieser Röhre enthält entsprechend den bekannten Vorgängen bei der multiplikativen Mischung unter anderem die Differenzfrequenz und die Summenfrequenz der zugeführten Spannungen Da die Frequenz dieser Spannungen gleich ist, entsteht als Differenzfrequenz Null, d. h. ein Gleichstrom, der sich dem Ruhestrom der Röhre überlagert. Die Größe dieses Gleichstroms ist dem Produkt der beiden zugeführten Wechselspannungen proportional. Bei konstant bleibender Wechselspannung am Gitter G3 wirkt die Anordnung also als empfindliches Röhrenvoltmeter mit vom Anfang an gradliniger Kennlinie. Die Zunahme des Anoden stroms entspricht einer Abnahme des Stroms des Gitters G2, da ja der Gesamtstrom unverändert bleibt, solangeauf geradlinigen Kennlinienteilen der Mischröhre gearbeitet wird. Die beschriebene Anordnung des Meßinstruments zwischen dem Gitter G2 und der Anode arbeitet daher besonders vorteilhaft. Die Richtung des zusätzlich entstehenden Gleichstroms hängt von der gegenseitigen Phasenlage der beiden zugeführten Wechselspannungen ab, und zwar nimmt der Anodenstrom zu, wenn die Wechselspannungen in Phase sind, und nimmt ab bei Gegenphasigkeit. Da die gegenseitige Phasenlage der beiden Wechselspannungen von der Größe des Prüflings Cx, bezogen auf die Normale Cn, abhängt, zeigt das als Nullinstrument ausgebildete Galvanometer J je nach der Richtung des Ausschlags an, ob der Prüfling Cx zu groß oder zu klein ist. Da die Meßanordnung linear arbeitet und auch die Spannung im Brückenzweig den Abweichungen des Prüflings Cx vom Normalkondensator Cn proportional ist, solange diese Abweichungen klein sind, kann das Galvanometer direkt in Prozentfehlern geeicht werden.
• Wenn auch kleine Kapazitäten gemessen werden sollen, bei denen die Brücke durch die Kapazität der Meßröhre und ihre Zuleitungen bereits merklich belastet wäre, kann man diese schädlichen Kapazitäten für die Betriebsfrequenz durch eine parallel geschaltete Induktivität Dr fast ganz kornpensieren.
• Der Meßbereich der Brücke ist nach oben durch die Resonanz im Brückentkreis, die bei einer bestimmten Größe der Kondensatoren C,, und Cx eintritt, begrenzt. Der veränderbare Kondensator C5 dient zum Abgleich der Brücke und der veränderbare Kondensator C6 zum Ausgleich der Kapazität verschiedener Anschaltevorrichtungen, mit denen der Prüfling an die Meßeinrichtung angeschlossen wird.
• Die Meßeinrichtung, die in dem vorstehenden Beispiel für den Vergleich von Kondensatoren beschrieben ist, kann natürlich auch zum Vergleich von Selhetinduktionen oder komplexen Widerständen, die aus Selbstinduktion, Kapazität und reellem Widerstand bestehen, sinngemäß angewendet werde.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Meßanordnung zum Vergleich von Kapazitäten, Selbstinduktionen oder komplexen Widerständen mittels einer mit Wechselstrom hoher Frequenz betriebenen Brückenschaltung, gekenntzeichnet durch eine an einen Nullstrom- zeiger geschaltete Elektronenröhre, der außer dem Meßstrom ein Hilfswechselstrom zugeführt wird.
2. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenröhre eine Mischröhre dient, deren Steuergitter (G) die nach Phase und Größe veränderliche Meßspannung und deren drittem Gitter (G3) vom Brückenspeisekreis eine konstante Spannung zmgeführt wird, wodurch das Galvanometer (J), das zwischen dem Gitter (G2) und der Anode (A) eingeschaltet ist, Meßströme erhält, die einerseits in der Größe proportional der Differenz zwischen Normale und Prüfling sind und andererseits in ihrer Richtung die Art der Abweichung (größer oder kleiner als die Normale) anzeigen.
3. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl geeigneter Vorspannung an den Gittern der Mischröhre und entsprechender Widerstände in den Anodenzuleitnngen die Potential differenz zwischen dem Gitter (G2) und der Anode (d) bei Anlegung der Hilfswechselspannung an das Gitter (G3) Null ist.
4. 4. Meßanordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Gitters (G3) durch einen Regelwiderstand (P) so eingestellt werden kann, daß das Potential zwischen der Anode (A) und dem Gitter (G2) regelbar ist.
5. 5. Meßanordnung nach Anspruch I und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßanordnung ein Schalter (S) vorgesehen ist, der es gestattet, die Nullage. des Null stromzeigers (J) und damit den Betriebszustand der Mischröhre während der Messung zu prüfen.
6. 6. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Steuergitter (Gi) eine Selbstinduktionsspule (Dr) angeordnet ist, die die Belastungskapazität der Brücke (Röhre, Zuleitungen) kompensiert, wodurch relativ kleine Prüflinge mit der Meßeinrichtung verglichen werden können.
7. 7. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brücken schaltung ein oder mehrere Ansgleichselemente (C6) angeordnet sind, die es gestatten, den Einfluß der Kapazität der Anschalteinriohtung für die Prüflinge auszugleichen.