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Vorrichtung zum Abgleich oder zur Messung der Größe eines Scheinwiderstandes
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgleich oder zur Messung der Größe eines
komplexen oder Scheinwiderstandes. Es ist bekannt, die Größe einer Impedanz oder
eines Scheinwiderstandes mit elektrischen Meßbrücken zu messen. Bei der Verwendung
solcher Brücken ist es oft erwünscht, einen großen Scheinwiderstandsbereich erfassen
zu können.
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Dies bereitet bei den bekannten vierarmigen Meßbrücken, beispielsweise
der Bauart nach Maxwell oder H ay, Schwierigkeiten, da die Abschirmung mit großer
Sorgfalt vorgenommen werden muß, um einerseits das Auftreten gegenseitiger Kopplungen
zwischen den Brückenarmen zu verhindern und um andererseits die Phasenwinkel der
Brückenscheinwiderstände zu verkleinern sowie zu vermeiden, daß die Kopplungen die
Meßbrücke durch ihre Generator- bzw. Indikatorseiten indirekt beeinflussen. Dazu
treten noch die Schwierigkeiten, die Meßbrücke zu erden, ohne eine störende Wirkung
des Meßergebnisses herbeizuführen.
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Dies hat besondere Bedeutung, wenn es sich um die Messung eines induktiven
Blindwiderstandes handelt, dessen Wert beträchtlich kleiner als die Größe des auftretenden
kapazitiven Blindwiderstandes ist. Bei der Durchführung von Messungen an solchen
Teilen ist es bekannt, einen Übertrager zwischen das Meßobjekt und die Meßbrücke
zu schalten und dadurch
die entsprechende Induktivität in einen
Wert umzuwandeln, der leichter meßbar ist. Ein Nachteil dieses bisher angewandten
Verfahrens besteht jedoch darin, daß die Kennwerte des Übertragers die Messung beeinflussen
und somit das Meßergebnis möglicherweise beträchtlich fälschen können.
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Erfindungsgemäß werden die vorstehend erwähnten Nachteile bei einer
Vorrichtung zum Abgleich oder zur Messung der Größe eines Scheinwiderstandes, bestehend
aus einem Zweipolnetzwerk oder -kettenleiter, das bzw. der aus zwei parallel geschalteten
Zweigen besteht, dadurch beseitigt, daß der eine dieser Zweige einen ohmschen Widerstand
und den zu messenden Scheinwiderstand, der andere Zweig einen ohmschen Widerstand
von gleicher Größe wie der erstgenannte Widerstand und einen einstellbaren Scheinwiderstand
mit einem Phasenwinkel enthält, dessen Vorzeichen dem des Phasenwinhels des zuerst
erwähnten Scheinwiderstandes entgegengesetzt ist, und daß die Pole des Zweipolnetzwerkes
mit einem Meßkreis verbunden sind, der mit großer Genauigkeit so abgeglichen ist,
daß er auf die Abweichung des absoluten Betrages des Scheinwiderstandes des Zweipolnetzwerkes
von den Größen eines jeden der gleich großen ohmschen Widerstände empfindlich anspricht.
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Die Erfindung wird im einzelnen im Zusammenhang mit den Zeichnungen
beschrieben. Es zeigt Fig. I in schematischer Darstellung eine Vorrichtung, die
aus einem Meßkreis und einem Zweipolnetzwerk mit reziproken Scheinwiderständen besteht,
Fig. 2, 3 und 4 im einzelnen, wie die Vorrichtung nach Fig. I aufgebaut werden kann,
Fig. 5 eine abgeänderte Ausführung der in Fig. I gezeigten Form, bei der ein Übertrager
zwischen das Meßobjekt und den übrigen Teil des Zweipolnetzwerkes geschaltet ist,
Fig. 6 eine Ersatzschaltung des Übertragers, Fig. 7 ein aus Widerständen und Kondensatoren
bestehendes Netzwerk oder einen Kettenleiter, das bzw. der in einem Zweipolnetzwerk
mit reziproken Scheinwiderständen einem Übertrager mit der Ersatzschaltung nach
Fig. 6 entspricht, Fig. 8 eine praktische Ausführungsform eines Einzelteils einer
Vorrichtung zur Messung der Induktivität eines ringförmigen Eisenkerns, Fig. 9 eine
abgeänderte Ausführungsform des in Fig. 7 dargestellten Netzwerkes, Fig. 10 und
II Meßvorrichtungen, die einen Oszillographen mit einem Plattenpaar enthalten, Fig.
12 eine Meßvorrichtung mit einem Zweig des mit Gleichstrom gespeisten Zweipolnetzwerkes
und Fig. I3 eine Meßvorrichtung mit einem Kathodenstrahloszillographen, der zwei
Plattenpaare enthält.
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Die Vorrichtung nach Fig. I weist ein Zweipolnetzwerk I-2-3 mit reziproken
Scheinwiderständen und einen Meßkreis 4 auf. Das Zweipolnetzwerk mit den reziproken
Scheinwiderständen besteht aus zwei parallel geschalteten Zweigen, von denen der
eine aus einem ohmschen Widerstand 3 und dem zu messenden Scheinwiderstand I gebildet
wird und der andere aus einem ohmschen Widerstand 3, der die gleiche Größe wie der
zuerst erwähnte Widerstand hat und einen einstellbaren Scheinwiderstand 2 enthält,
dessen Phasenwinkelvorzeichen dem des Scheinwiderstandes I entgegengesetzt ist.
Es muß also der einstellbare Schein widerstand, falls die Induktivität einer Spule
gemessen werden soll, aus einem Kondensator bestehen und umgekehrt. Die Verbindungspunkte
zwischen den beiden Zweigen werden im folgenden die Pole des Zweipolnetzwerkes genannt.
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Falls der einstellbare Scheinwiderstand so eingestellt wird, daß
die Beziehung Z1-Z2 = R2 (I) erfüllt wird, bei der Z, den Wert des zu messenden
Scheinwiderstandes I, Z2 den Wert des reziproken, einstellbaren Scheinwiderstandes
2 und R die Größe der gleich großen ohmschen Widerstände 3 bezeichnet, wirkt das
Zweipolnetzwerk als rein ohmscher Widerstand der Größe R, bezogen auf die Pole des
Zweipolnetzwerkes. Die Widerstände 3 müssen einander im hohen Grade gleich sein.
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Der Meßkreis 4 ist mit den Polen des Zweipolnetzwerkes verbunden
und in bekannter Weise mit großer Genauigkeit so abgeglichen, daß er auf die Abweichung
des absoluten Betrages des Scheinwiderstandes des Zweipolnetzwerkes im Abgleichfall
von dem Wert R empfindlich anspricht.
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In Fig. 2 kennzeichnen die Bezugsziffern II bzw. 12 den ohmschen
bzw. den Blindwiderstandsanteil einer Spule, die in einem der Zweige der Zweipolkette
1-2-3 in Reihe liegend angenommen werden. Der einstellbare Scheinwiderstand besteht
aus einem Kondensator 21, der einem ohmschen Widerstand 22 parallel geschaltet ist.
Der Kondensator 21 sowie der Widerstand 22 können in weiten Grenzen unabhängig voneinander
geändert werden. Der Meßkreis 4 besteht aus einer Brückenschaltung, deren drei Arme
aus den ohmschen Widerständen 4I,42 42 und 43 und deren vierter Arm aus dem Zweipolnetzwerk
1-2-3 gebildet sind. Die Reihenschaltungen der Widerstände 41 und 42 sowie des Widerstandes
43 und des Zweipolnetzwerks 1-2-3 sind parallel an die Pole einer Spannungsquelle
45 angeschlossen. Eine Anzeigevorrichtung 44 ist zwischen den Knotenpunkt der Widerstände
41 und 42 und den Knotenpunkt des Widerstandes 43 und einer der Pole des Zweipolnetzwerks
I-2-3 geschaltet. Der andere Pol des Zweipolnetzwerkes ist mit demselben Pol der
Spannungsquelle 45 wie der Widerstand 41 verbunden. Die Vorrichtung nach Fig. 2
ist insbesondere zur Messung einer Spule geeignet, deren ohmscher Widerstandsanteil
größer als Ion/, des Blindanteils ist. Wenn der ohmsche Anteil kleiner ist, ist
es zweckmäßiger, den Widerstand 11 parallel zu der Induktivität 12 zu schalten und
einen einstellbaren Scheinwiderstand zu verwenden, der aus einem Kondensator und
einem damit in Reihe geschalteten Widerstand besteht. Die Wahl zwischen den beiden
vorhandenen Abgleichmöglichkeiten wird von der Tatsache beeinflußt, daß es unbedingt
erforderlich ist, die Kombinationen zu vermeiden, die Extremwerte für den einstellbaren
ohmschen Widerstand des Scheinwiderstandes 2 zur Folge haben. Falls die Induktivität
der Spule II-I2, der Widerstand 11, die Kapazität des Kondensators 2I und der Widerstand22
mit
L12, Rll, C21 bzw. R22 bezeichnet werden, erhält man die folgenden Beziehungen als
Gleichgewichtsbedingung für die beiden gekennzeichneten Fälle: R2 L12 = C21 . R²;
R11 = , (2) R22 wobei, wie im vorhergehenden, R der Wert der gleich großen Widerstände
3 ist.
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Falls der Scheinwiderstand I nach Fig. z als Normal mit einstellbarer
Induktivität und ohmschem Widerstand betrachtet wird, kann die Vorrichtung zur Messung
der Kapazität und des Verlustwiderstandes eines Kondensators verwendet werden, wobei
man die folgenden Beziehungen erhält, wenn dieselben Bezeichnungen wie im vorhergehenden
benutzt werden: L12 R² C21 = ; R22 = . (3) R² R11 Wird beispielsweise der Scheinwiderstand
einer Eisenkernspule gemessen, dann ist es zweckmäßig, den Scheinwiderstand so darzustellen
wie in Fig. 3.
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Der zu messende Scheinwiderstand 1 besteht aus einem ohmschen Widerstandsanteil
II und einem Blindwiderstandsanteil 12 wie in Fig. 2, weist aber außerdem einen
ohmschen Widerstand 130 auf, der dem Anteil 12 parallel geschaltet ist. Der einstellbare
Scheinwiderstand 2 besteht aus dem Kondensator 21 und einem damit in Reihe geschalteten
Widerstand 230 sowie einem dieser Reihenschaltung parallel geschalteten Widerstand
22. Der Meßkreis 4 ist ein Differentialübertrager 52, 53, dessen eine Differentialwicklung
53 mit den Polen einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, während die Enden der
anderen Differentialwicklung 52 über einen Vergleichswiderstand 50 an die Pole des
Zweipolnetzwerkes angeschlossen sind. Eine Anzeigevorrichtung 51 ist zwischen den
Verbindungspunkt des Widerstandes 50 mit einem der Pole des Zweipolnetzwerkes und
dem Abgriff der Differentialwicklung 52 geschaltet. Die Größe des Vergleichswiderstandes
50 hängt von der Wahl des Abgriffes der Differentialwicklung 52 ab.
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Man kann allgemein sagen, daß der Vergleichswiderstand 50 so groß
wie jeder einzelne Widerstand 3 sein muß, transformiert durch das Übersetzungsverhältnis
des Differentialübertragers. Falls die Klemme als Mittelabgriff gewählt wird, d.
h. wenn die Differentialwicklung in zwei gleich große Teile geteilt wird, ist der
Widerstand 50 gleich der Größe eines jeden der gleich großen Widerstände 3. Ein
solcher Meßkreis hat eine Anzahl technischer Vorteile im Vergleich zu der Brückenschaltung
nach Fig. 2.
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Ein Differentialüb ertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 und
einem Mittelabgriff an einer seiner Wicklungen kann ohne Schwierigkeit so bemessen
werden, daß der Scheinwiderstandsabgleich in bezug auf den Mittelabgriff hinsichtlich
des Scheinwiderstandes und der Frequenz über einen großen Bereich sehr genau ist.
Außerdem haben der Widerstand 50, der einstellbare Scheinwiderstand 2 und der Scheinwiderstand
1 einen gemeinsamen Punkt, an dem zweckmäßigerweise das Erdpotential der Meßvorrichtung
liegt.
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Wenn mit einer Vorrichtung nach Fig. 3 gemessen wird, werden in bestimmten
Fällen Doppelwerteinstellungen für die Widerstände 22 und 230 erhalten.
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Dies tritt auf, wenn mit einer sinusförmigen Wechselspannung gemessen
wird. Falls jedoch die Messungen an demselben Meßobjekt mit Spannungen vorgenommen
werden, die verschiedene Frequenzen haben, so ist es möglich, eindeutige Einstellungen
nach einem bestimmten Gleichgewichtsabgleich der Widerstände 22 und 230 zu erhalten.
Falls die Werte der Widerstände 230 und I30 mit R230 bzw. R180 bezeichnet werden
und für die übrigen Teile dieselben Bezeichnungen wie vorher gewählt werden, erhält
man folgende Beziehungen als Gleichgewichtsbedingungen: R² R² L12 = C21 . R²; R11
= ; R130 = . (4) R22 R230 Es kann zweckmäßig sein, den Scheinwiderstand I wie in
Fig. 4, d. h. als ohmschen Widerstandsanteil II und als Blindwiderstandsanteil I2
entsprechend Fig. 2 darzustellen, aber mit einem dazu parallel geschalteten ohmschen
Widerstand 131. Der einstellbare Scheinwiderstand 2 besteht aus dem Kondensator
21 und dem dazu parallel geschalteten ohmschen Widerstand 22 und einem ohmschen
Widerstand 231, der in Reihe zu dieser Parallelschaltung liegt. Falls die Werte
der Widerstände 23I und I3I mit R231 bzw.
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Rl3l und die übrigen Teile wie im vorhergehenden bezeichnet sind,
werden die folgenden Beziehungen als Gleichgewichtsbedingungen erhalten: R² R² L12
= C21 . R²; R11 = ; R131 = . (5) R22 R231 Zur Messung sehr kleiner Scheinwinderstände
eignet sich eine Meßvorrichtung nach Fig. 5. Der zu messende Scheinwiderstand I
ist mit einer der Wicklungen 61 eines Übertragers 6I,62 verbunden, dessen andere
Wicklung 62 zusammen mit einem ohmschen Widerstand 3 einen der Zweige des Zweipolnetzwerkes
bildet. Im übrigen entspricht die Vorrichtung der in Fig. I dargestellten Anordnung.
Fig. 6 stellt eine Ersatzschaltung des Übertragers 6I, 62 dar, dessen Eigenkapazität
vernachlässigt ist. Die Ersatzschaltung zeigt einen idealen Übertrager 610, 620,
der ein Übersetzungsverhältnis m gleich dem Induktivitätsverhältnis des Übertragers
6I, 62 hat, der in Reihe mit einem aus Widerständen und Induktivitäten bestehenden
T-Glied geschaltet ist. Der waagerechte Zweig des T-Gliedes weist als Reihenschaltung
einen Verlustwiderstand r2l, eine Streuinduktivität L21-M, eine Streuinduktivität
L22-M und einen Verlustwiderstand r22 auf, dessen eine Klemme mit dem einen Ende
der Wicklung 620 des Übertragers 610, 620 verbunden ist. Das andere Ende dieser
Wicklung ist über den senkrechten Zweig des T-Gliedes, das aus einer Reihenschaltung
eines Verlustwiderstandes rn, und einer Induktivität M besteht, mit dem Knoten punkt
der Streuinduktivitäten L21-M und L22-M verbunden. Die Ersatzschaltung ist hier
für den Fall dargestellt, daß die Wicklung 62 mehr Windungen als die Wicklung 6I
hat. In Fig. 6 hat der ideale Übertrager 610, 620 allein die Funktion, den Scheinwiderstand
eines sekundären, mit der Wicklung 61
verbundenen Belastungsscheinwiderstandes
Zb in den Wert m2 Z5 ZU transformieren. Der Rest des äquivalenten Scheinwiderstandsnetzwerkes,
d. h. des T-Teiles> entspricht der endgültigen Induktivität und dem unvollkommenen
Kopplungsgrad des Übertragers 61, 62 in bezug auf die Wicklung 62. Der T-Teil allein
hat zwischen seinen Eingangs- und Ausgangsklemmen das Übersetzungsverhältnis I:I.
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Dieser T-Kettenleiter besteht nur aus positiven Widerständen und Induktivitäten,
da in den Ausdrücken L21-M und L22-M die Unterschiede immer positiv sind, weil L21
und L22 in einem Verhältnis von I:I zueinander stehen. Es muß dann möglich sein,
ein physikalisch zu verwirklichendes reziprokes Netzwerk als T-Teil allein aufzubauen.
Der ideale Übertrager mit seinem Übersetzungsverhältnis wird dann nur als dimensionsloser
Zahlenfaktor m2 wirksam, mit dem der Belastungsscheinwiderstand Zb der Ausgangsklemmen
des Übertragers multipliziert werden muß. Daher kann der ideale Übertrager bei dem
reziproken Netzwerk außer Betracht gelassen und nur als konstanter Zahlenfaktor
zur Multiplikation betrachtet werden. Das vorhandene D-förmige, reziproke Netzwerk
(T-D-Übersetzungsverhältnis) wird lediglich aus Widerständen und Kapazitäten gebildet,
die zu dem T-Netzwerk gehören. Dieses reziproke Netzwerk ist in Fig. 7 dargestellt
und besteht aus vier parallel geschalteten, aus Scheinwiderständen bestehenden Teilnetzwerken,
von denen das eine einen Kondensator C23, das zweite einen ohmschen Widerstand R28,
das dritte eine Reihenschaltung der beiden Widerstände R24 und R25 und das vierte
eine Reihenschaltung der beiden Kondensatoren C24 und C25 enthält. Die Elemente
der Reihenschaltungen sind zu je zwei parallel geschaltet. Falls die Bezeichnungen
in den Fig. 6 und 7 gleichzeitig die Größe des entsprechenden Elementes darstellen
und das Üb ersetzungsverhältnis des idealen Übertragers zur Vereinfachung mit I:I
angenommen wird, werden die folgenden Beziehungen erhalten: L21-M R² M C23 = ; R23
= ; C24 = ; R² r21 R² (6) R² L22-M R² R24 = ; C25 = ; R25 = . rM R² r22 Das reziproke
Netzwerk besteht deutlich erkennbar lediglich aus positiven Widerständen und Kapazitäten
und ist infolgedessen physikalisch realisierbar. Wenn die Übertragerwicklung 6ro
mit dem Scheinwiderstand Zb belastet wird, wird ein äquivalenter Scheinwiderstand
m2 Zb an der Wicklung 620 erhalten, wie im vorhergehenden dargestellt ist. Dieser
übersetzte Scheinwiderstand liegt in Reihe mit L22 M und r22 und entspricht den
proportionalen Änderungen der Teilscheinwiderstände C25 und R25 des reziproken Netzwerkes,
wogegen die anderen Teilscheinwiderstände durch Zb nicht beeinflußt werden. Dies
hat grundsätzliche Bedeutung für die Verwendung des Zwischenübertragers 62, 6I in
Fig. 4, da es beweist, daß der Übertrager hinsichtlich des Scheinwiderstandes an
denkenden der Wicklung 610 aus der Meßvorrichtung eliminiert ist und nur einen Zahlenfaktor
in darstellt, nachdem die nur den Übertrager betreffenden, reziproken Scheinwiderstände
C23, R22, C24, R24, 025 und R26 ein für allemal für einen bestimmten Übertrager
eingestellt sind. Durch Wahl von m als Zehnerpotenz, zweckmäßigerweise IO,I00 oder
1000, werden einfache Beziehungen zwischen dem Meßobjekt Zb und den entsprechenden
Änderungen von C26 bzw.
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R25 erhalten.
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Eine mechanische Ausführungsform des obere tragers 6I, 62, der zur
Messung eines Scheinwiderstandes Zb dient, der als magnetisch geschlossener, windungsloser
Eisenkern ausgebildet ist, ist in Fig. 8 dargestellt. Dieser Übertrager kann eine
Ersatzschaltung haben, die dem Schaltbild nach Fig. 6 entspricht.
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Die Vorrichtung nach Fig. 8 hat drei Schenkel 73, 74 und 75, die
auf einem gemeinsamen Bodenteil 72 angebracht sind, der seinerseits an einer Platte
71 befestigt ist. Über den drei Schenkeln liegt ein metallischer Oberteil 82, der
über drei Kontakte 81 eine elektrisch leitende Brücke über den Schenkeln73, 74 und
75 bildet. Dieser Oberteil ist um eine Achse8c drehbar angeordnet, die an einem
Halter 79 befestigt ist. Diese zuletzt erwähnten Einzelteile sind mit Ausnahme der
Platte 71 und des Halters 79 aus Metall hoher Leitfähigkeit hergestellt. Auf dem
Schenkel 74 ist eine Ringspule angeordnet, die aus einem Kern 78 mit einer Wicklung
77 und einer nichtmetallischen Scheibe 84 besteht, die als Auflage des zu messenden
Kernes 76 dient. Die Vorrichtung nach Fig. 8 besteht auf diese Weise aus einem Übertrager
mit einer Wicklung 77 mit vielen Windungen, einem Eisenkern 78 und einer Schleife
74-8I-82-73-75-72 mit einer einzigen Windung. Die Wicklung 77 ist mit dem Widerstand
3 in einem der Zweige des Zweipolnetzwerkes mit den reziproken Scheinwiderständen
nach Fig. 4 verbunden. Der Scheinwiderstand 2 entspricht dem in Fig. 7 dargestellten.
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Bevor das Meßobjekt, d. h. der Kern 76, auf dem Schenkel 74 angeordnet
wird, müssen die Nebenschlußinduktivität, die Streuinduktivität und die Verlustwiderstände
des Übertragers in dem Scheinwiderstand 2 abgeglichen werden, was in folgender Weise
geschieht: Der Oberteil 82 wird hochgehoben, die Verbindung der Kondensatoren C23
und C26 mit dem Widerstand R24 unterbrochen und der Widerstand R25 kurzgeschlossen.
Der Abgleich wird danach nur mit dem Kondensator G24 und dem Widerstand R23 vorgenommen.
Danach wird der Oberteil 82 zur Kontaktgebung mit den Schenkeln 73, 74 und 75 nach
unten gedrückt. Die Kondensatoren C23 und C25 und die Widerstände R29 und R25 sind
eingeschaltet, wonach der Abgleich nur mit dem Kondensator C26 und dem Widerstand
R25 vorgenommen wird. Der Oberteil 82 wird dann wieder hochgehoben und ein ringförmiger
Kern als Eichkern auf dem Schenkel 74 angeordnet, wobei dieser Kern vernachlässigbar
kleine Verluste bei der in dem Meßkreis verwendeten Frequenz hat. Der Oberteil 82
wird zur Kontaktgebung mit den Schenkeln 73, 74 und 75 nach unten gedrückt und der
Abgleich mit dem Kondensator C26 und dem Widerstand R25 wiederholt. Falls es sich
dabei ergibt,
daß der Widerstand R25 geändert werden muß, um volles
Gleichgewicht in dem Meßkreis zu erreichen, so zeigt dies an, daß der Widerstand
R22 oder R25 einen falschen Wert hat, weshalb der gesamte Abgleichvorgang nochmals
vorgenommen werden muß, aber für einen anderen Anfangswert der Widerstände R23 oder
R23. Ein entsprechender Nachstellvorgang findet für C23 und R24 statt. Wenn die
Anfangseinstellungen genau sind, wird das Meßobjekt 76 endgültig auf dem Schenkel
74 angeordnet und der endgültige Abgleich mit C26 und R25 vorgenommen. Der Induktivitäts-
und Verlustfaktor des Meßobjektes wird dann aus den Beziehungen #C25 . R² I L76
= ; d = (7) m² # . #C25 . #R25 erhalten. Dabei bedeutet L76 die aus einer Windung
bestehende Induktivität des Meßobjektes, iIC26 die Kapazitätsänderung des Kondensators
C26 beim endgültigen Abgleich, m das Windungsverhältnis des Übertragers 6I, 62,
d den Verlustfaktor des Meßobjektes, w die Frequenz der benutzten Meßspannung und
R25 die Widerstandsänderung des Widerstandes R25 bei dem endgültigen Abgleich.
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Um die richtige Anfangseinstellung schneller zu erreichen, noch bevor
das Meßobjekt; auf dem Schenkel 74 angeordnet wird, ist es zweckmäßig, auch jeden
der beiden verlustfreien Ringkerne zu messen, wonach beide gleichzeitig gemessen
werden. Dabei müssen die summierten Teilergebnisse des Widerstandes und der Induktivität
genau mit dem Meßergebnis übereinstimmen, das erhalten wird, wenn die beiden Ringkerne
zusammen gemessen werden. Bei den Versuchen ergab sich, daß keine Schwierigkeiten
beim Erhalten der genauen Anfangseinstellung der Scheinwiderstände in dem Netzwerk
nach Fig. 6 eintreten.
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Es liegt in der Natur der Sache, daß die in der Zweipolkette enthaltenen
Widerstände 3 einander sehr genau gleich sein müssen. Falls auf diese Weise der
Widerstand in Fig. 3, der in Reihe mit dem Scheinwiderstand I liegt, einen höheren
Widerstand als der genaue Wert R hat, so bedeutet dies, daß der Verlustwiderstand
des Scheinwiderstandes 1 künstlich um einen Wert vergrößert werden muß, der dem
über R hinausgehenden Teilwiderstand entspricht. Der Fehler ist sehr beträchtlich,
wenn der Scheinwiderstand I einen niedrigen Verlustwiderstand hat, was gewöhnlich
der Fall ist, wenn der Scheinwiderstand I eine kleine Induktivität enthält.
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Aus praktischen Gründen kann es zweckmäßig sein, jeden der Kondensatoren
C26 und der Widerstände R25 doppelt in parallel geschalteten Dekaden hinsichtlich
Kapazität bzw. Leitfähigkeit anzuordnen. Ein Paar C25, R25 wird nur verwendet, wenn
der genaue Anfangswert eingestellt wird, und das andere Paar C25, R25 wird erst
eingeschaltet, wenn das Meßobjekt angeschlossen ist, wobei dieses an zweiter Stelle
erwähnte Paar bei dem endgültigen Abgleich verwendet wird und auf diese Weise den
Größen #C25 und #R25 in den Gleichungen (7) entspricht.
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Die Vorrichtung nach Fig. 8 kann für alle Ringformen mit einem einzelnen
Mittelloch verwendet werden.
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Bei Eisenkernen mit mehr als einem Mittelloch werden die Schenkel
73, 74 und 75 so abgeändert, daß ihr wesentliches Merkmal, nämlich ein Bestandteil
der einen das Meßobjekt umgebenden Sekundärmeßwicklung zu sein, aufrechterhalten
bleibt.
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Falls der Übertrager 6I, 62 einen Kern mit niedrigen, aber nicht
hinreichend vernachlässigbaren Verlusten enthält, ist es zweckmäßig, den einstellbaren
Scheinwiderstand 2 so zu kombinieren, wie es Fig. g zeigt. Er weist eine Parallelschaltung
aus zwei aus Scheinwiderständen bestehenden Teilnetzwerken auf, von denen das erste
aus einer Reihenschaltung des Kondensators C2,, und eines Kondensators C26' und
das zweite aus einer Reihenschaltung des Widerstandes R24 und eines Widerstandes
R25, besteht, wobei dem letztgenannten ein Kondensator C26" und ein ohmscher Widerstand
R26" parallel geschaltet sind.
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In der vorhergehend beschriebenen Weise werden zunächst C24 und R24
abgeglichen, wobei die anderen Scheinwiderstände kurzgeschlossen werden und der
Oberteil 82 hochgehoben wird. Danach werden C26' und R25, abgeglichen, wobei C26"
und R25,> abgetrennt werden und der Oberteil 82 zur Kontaktgebung mit den Schenkeln
73, 74 und 75 nach unten gedrückt wird. Die Messung selbst wird dann mit C25" und
R25,> vorgenommen, wobei die folgenden Beziehungen in Analogie mit den vorher
definierten Größen erhalten werden: 025" R2 := 1 L7G= m2 ; d C25". g = I (8) In
Fig. Io ist I-2-3 ein Zweipolnetzwerk mit reziproken Scheinwiderständen, das aus
zwei parallel geschalteten Zweigen besteht, von denen der eine Zweig einen Widerstand
3 und den abzugleichenden oder zu messenden Scheinwiderstand aufweist und der andere
Zweig aus einem Widerstand der gleichen Größe wie der erstgenannte und aus einem
einstell baren Scheinwiderstand 2 besteht, dessen Phasenwinkelvorzeichen dem des
Scheinwiderstandes I entgegengesetzt ist. Eine Spannungsquelle 46 versorgt über
einen Widerstand 48 das Zweipolnetzwerk, dessen Pole an einen Oszillographen 47
oder ein anderes geeignetes, sichtbar registrierendes Instrument angeschlossen sind.
Die von der Spannungsquelle 46 gelieferte Spannung kann impuls-, sinus-oder sägezahnförmig
sein oder jede andere Form haben, die an dem Oszillographen 47 leicht erkennbar
ist.
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Es wird angenommen, daß der Oszillograph 47 einen rein ohmschen Widerstand
haben möge. Vorausgesetzt, daß er Spannungen verschiedener Größe, aber gleicher
Frequenz gleichmäßig, aber nicht unbedingt verzerrungsfrei wiedergibt und daß das
Zweipolnetzwerk gut abgeglichen ist, zeigt der Oszillograph dieselbe Kurvenform,
wenn er nach Fig. 10 SO geschaltet ist, daß er direkt über die Ausgangsklemmen der
Spannungsquelle 46 angeschlossen ist. Falls auf diese Weise der Phasenwinkel des
Zweipolnetzwerkes von Null abweicht, so tritt dies an dem Oszillographen als Verzerrung
der Spannungskurve im Vergleich zur Spannungskurve der Spannungsquelle auf.
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Die Meßvorrichtung nach Fig. 11 entspricht grundsätzlich der Vorrichtung
nach Fig. 10. Es wird voraus-
gesetzt, daß der Scheinwiderstand
I aus einer Reihenschaltung einer zu einem Kondensator 132 parallel geschalteten
Induktivität 12 und einem ohmschen Widerstand II besteht. Der einstellbare Scheinwiderstand
2 ist aus einer Reihenschaltung des Kondensators 2I mit einer Induktivität 232 gebildet,
wobei dieser Reihenschaltung ein ohmscher Widerstand 22 parallel geschaltet ist.
Die Bauteile 21, 232 und 22 sind einstellbar. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich,
die Größe einer Induktivität mit Eigenkapazität zu messen. Nachdem die Vorrichtung
in der erforderlichen Art eingestellt worden ist, werden die Daten des gesuchten
Scheinwiderstandes aus den Beziehungen R² L232 L12 = C21 . R²; R11 = ; C182 = (9)
R22 R² erhalten, wobei L12, Rll, C132, C21, R22 und L232 den absoluten Wert der
entsprechenden Größe der in Fig. II enthaltenen Einzelteile bezeichnen und R die
Größe des Widerstandes 3 ist.
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Wenn den Brücken und Vergleichsvorrichtungen Gleichstrom überlagert
ist, ist es oft schwierig, den Gleichstrom selbst der Meßvorrichtung zuzuführen.
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Diese Schwierigkeiten werden vermieden, wenn eine Meßvorrichtung nach
Fig. 12 verwendet wird. Diese Meßvorrichtung ähnelt der in Fig. II veranschaulichten
mit der Ausnahme, daß einerseits der zu messende Scheinwiderstand hier als frei
von Wicklungskapazitäten angenommen wird, da die Induktivität 232 und der Kondensator
132 weggelassen sind, und andererseits der Zweig 3-II-I2 in Reihe mit einem Widerstand
480 geschaltet ist, der von einer Batterie 460 gespeist wird, die einem Kondensator
49 parallel geschaltet ist. Ein entsprechender Kondensator 49 mit vernachlässigbarem
Scheinwiderstand im Vergleich zu den anderen Scheinwiderständen des Zweipolnetzwerkes
bei der Frequenz oder den Frequenzen, die von der Spannungsquelle 46 erzeugt wird
bzw. werden, trennt den Zweig 3-2I-22 von der Batterie 460.
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Bei den jetzt beschriebenen Meßvorrichtungen ist es vorteilhaft,
eine Meßspannung zu verwenden, die dreieckige oder rechteckige Form hat, da die
Abweichungen von einer solchen Kurvenform sehr deutlich auf dem Oszillographen erscheinen.
Es ist auch möglich, eine zeitweilig wirksame Gleichspannung zu verwenden, solange
der Oszillograph eine direkt sichtbare Beobachtung der Kurvenform zuläßt. Dies kann
durch die Verwendung eines Kathodenstrahl oszillographen mit langer Nachleuchtdauer
erleichtert werden, falls die Impulse einander verhältnismäßig langsam folgen. Wenn
die Impulse schnell aufeinanderfolgen, ist es vorteilhafter, einen Kathodenstrahloszillographen
mit selbstanlaufendem Zeitkreis zu verwenden, d. h. die Zeitkreisspannung von der
Eingangsspannung selbst auslösen zu lassen.
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Es besteht auch die Möglichkeit, eine Spannungsquelle anzuwenden,
die eine rein sinusförmige Spannung liefert, wie es in Fig. I3 dargestellt ist.
Der Oszillograph 47 ist hierbei mit zwei Plattenpaaren ausgerüstet, von denen das
eine mit den Polen des Zweipolnetzwerkes I-2-3 und das andere direkt mit den Ausgangsklemmen
der Spannungsquelle 46 verbunden ist. Wenn die Vorrichtung in der erforderlichen
Weise eingestellt ist, liegt die Spannung an dem Zweipolnetzwerk in Phase mit der
Spannungsquelle46, so daß die auf dem Oszillographen sichtbare Lissaj ous-Figur
derjenigen gleicht, die erhalten wird, wenn die Zweipolkette durch einen ohmschen
Widerstand ersetzt wird. Es kann aber auch ein Zweistrahloszillograph benutzt werden.
Die Strahlen werden in derselben Weise geschaltet wie bei dem Einstrahloszillographen,
nur muß eine zeitproportionale Ablenkung verwendet werden, so daß beide Vorgänge
gleichzeitig auf dem Schirm sichtbar sind. Ein Zusammenfallen zwischen den zugehörigen
Punkten der Kurven, beispielsweise an den Spitzen oder an den Nullpunkten zeigt
an, daß die Reziprozitätsbedingungen erfüllt sind.