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Frequenzmesser mit einem auf den Sollwert der zu messenden Frequenz abgestimmten Resonanzkreis.
Für Zeigerfrequenzmesser ist es bekannt, den Phasensprung in einem Resonanzkreis zu benutzen, der auf die mittlere zu messende Frequenz abgestimmt ist. Dabei beeinflussen die Phasenver- schiebungen in dem Resonanzkreis, die bei Abweichungen der Frequenz von ihrem mittleren Wert auftreten, das aufeinander ausgeübteDrehmoment zweier Spulen, von denen die eine, feststehende, im Resonanzkreis liegt, während die andere, bewegliche, von einen Strom durchflossen wird, dessen Phase um 900 gegen die Spannung verschoben ist. Um dabei unabhängig von der Stromstärke im Resonanzkreis zu werden, wird als Richtkraft eine zweite bewegliche Spule benutzt, die von der festen Spule induziert wird und sich infolgedessen senkrecht zu dieser zu stellen sucht.
Diese bekannte Anordnung bedarf eines teuren Spezialmessinstrumentes, so dass sie schon ihres Preises wegen sich nur wenig Eingang hat verschaffen können.
Gemäss der Erfindung wird der Phasensprung in einem auf die mittlere Messfrequenz abgestimmten Resonanzkreis zur Frequenzmessung benutzt unter Verwendung eines mechanischen Gleichrichters, der von der zu messenden Frequenz erregt wird und über den ein stromrichtungsempfindliches Messgerät, z. B. ein Drehspulinstrument, aus dem Resonanzkreis gespeist wird. Über den Gleichrichter werden dem im Resonanzkreis fliessenden Strom innerhalb jeder Periode nur Abschnitte von etwa halber Periodenlänge dem Messinstrument zugeführt. Bei Änderung der Phase im Resonanzkreis bleibt zwar die Länge dieser Abschnitte konstant, es ändert sich aber das Verhältnis der über den mechanischen Gleichrichter dem Messinstrument zugeführten entgegengesetzt gerichteten Halbwellenteile, so dass auch der Ausschlag des Instrumentes eine entsprechende Änderung erfährt.
Besonders zweckmässig ist es, wenn man die Phase des den Gleichrichter erregenden Stromes so einstellt, dass bei Resonanz im Schwingungskreis einander gleiche Teile entgegengesetzt gerichteter Halbwellen dem Gleiehstrominstrument zugeführt werden. Wählt man als Messinstrument ein solches mit in der Mitte der Skala liegendem Nullpunkt, dann wird bei Resonanz im Schwingungskreis, d. h. bei dem Mittelwert der zu'messenden Frequenz der Messinstrumentenzeiger in der Mitte der Skala auf Null stehen. Je nachdem, ob die Frequenz steigt oder sinkt, verschiebt sich die Phase im Sehwingungskreis in der einen oder andern Richtung, so dass zunehmende Teile der positiven bzw. negativen Halbwellen dem Messinstrument zufliessen und das Messinstrument nach der einen bzw. der andern Seite ausschlägt.
Die grundsätzliche Schaltung eines Frequenzmesser gemäss der Erfindung ist in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Bei 1 und 2 wird der Vorrichtung die zu messende Frequenz zugeführt. Der Schwingungskreis besteht aus einer Kapazität 3 und einer Induktivität 4.5 ist ein Ohmscher Widerstand im Resonanzkreis. Parallel zu diesem liegt ein Gleichstrommessinstrument 6 in Reihe mit den Unterbrecherkontakten eines mechanischen Gleichrichters 7. 8 ist die Erregerwicklung des mechanischen Gleichrichters, deren Stromphase durch einen Kondensator 9 um 900 gegenüber der Speisespannung verschoben ist.
Zur Gleichrichtung eignen sieh für den Zweck gemäss der Erfindung nur solche Konstruktionen, bei denen die Eigenfrequenz des Schwingungsteiles nicht störend in Erscheinung treten kann, also zweckmässig hoch über der zu messenden Frequenz liegt, und bei denen Prellungen den sichern Kontakt nicht stören. Diesen Bedingungen genügen die in letzter Zeit angegebenen Membrangieiehrichter in hinreichendem Masse.
An Hand der folgenden Fig. 2 und 3 ist die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung ohne weiteres verständlich. Fig. 2 zeigt zunächst die ungefähre Abhängigkeit des Stromes und der Phase im
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aufgetragen. Die beiden gestrichelt horizontalen Linien sind die 90 -Werte der Phase ! p. Aus den dargestellten Kurven geht hervor, dass innerhalb des für die Messung in Betracht kommenden geringen Bereiches (etwa + 5% des durch eine senkrechte gestrichelte Linie angegebenen Sollwertes der Frequenz) der Strom nur geringe Änderungen erfährt, während die Phase sich sehr erheblich verschiebt.
Infolgedessen kann die Wirkung einer Abweichung der Frequenz von dem Sollwert unter Vernachlässigung der an sich einzueiehenden Stromänderungen im Resonanzkreis dargestellt werden. In der Fig. 3 ist eine Periode des im Resonanzkreis fliessenden Stromes gezeichnet. Durch zwei senkrechte Striche ist derjenige Teil der Periode dargestellt, welcher von dem mechanischen Gleichrichter aus der ganzen Periode herausgeschnitten und dem Messinstrument 6 zugeführt wird. Die ausgezogenen vertikalen Begrenzungslinien gelten dabei für einen Zustand, bei dem der Resonanzkreis auf voller Resonanz sich befindet, d. h. also die zu messende Frequenz mit ihrem Sollwert übereinstimmt. Dabei werden gleiche Flächen der positiven und negativen Halbperiode herausgeschnitten, die sich in ihrer Wirkung auf das Gleichstrommessinstrument aufheben.
Die gestrichelt dargestellten senkrechten Linien zeigen die Wirkung einer Änderung der zu messenden Frequenz. Infolge der Phasenverschiebung im Resonanzkreis sind die von dem Gleichrichter aus der Periode herausgeschnittenen positiven und negativenFlächen ungleich geworden, so dass sie sich in ihrer Wirkung auf das Gleichstrommessinstrument nicht mehr aufheben und dieses einen Ausschlag macht, dessen Richtung anzeigt, ob die Frequenz über oder unter dem Sollwert liegt und dessen Grösse ein Mass für die Abweichung der Frequenz vom Sollwert ist.
Die oben in der Prinzipschaltung angegebene Vorrichtung kann für die Anpassung an die Bedürfnisse der Praxis zweckentsprechend ausgestaltet werden. So können z. B., wenn der Kondensator 9 zur gewünschten Einstellung des Erregerstromes für den Gleichrichter nicht genügt, weitere bekannte Mittel für diesen Zweck herangezogen werden, z. B. veränderliche Drosseln, Phasenschieber od. dgl. mehr.
Insbesondere können Mittel vorgesehen werden, um die Anzeige unabhängig von Spannungschwankungen zu machen. Dazu ist besonders geeignet die Verwendung eines Kreuzspulinstrumentes zur Anzeige, dessen die Richtkraft hergebende Spule über einen beliebigen Gleichrichter, z. B. Kupferoxydulgleichrichter, von der zu messenden Spannung gespeist wird. Man kann aber auch zur Speisung des Resonanzkreises eine Konstant-Spannungsschaltung verwenden.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Anwendung eines Zeigergleichstrommessinstrumentes.
Es kann an dessen Stelle z. B. auch eine Oszillographenschleife treten, man kann auch z. B. einen Ampere- stundenzähler als Gleichstrommessgerät verwenden, wenn etwa die gemessene Frequenz in eine Impulshäufigkeit umgewandelt werden soll, die nach beliebig weit entfernter Stelle fernubertragen und dort zur Betätigung eines Anzeigeinstrumentes benutzt werden soll. Dabei kann man entweder dem Zähler ein konstantes Drehmoment zuteilen und diesem Drehmoment das aus den Frequenzabweichungen herrührende positive oder negative Messdrehmoment überlagern. Man kann aber auch das Messdrehmoment allein auf den Zähler einwirken lassen, muss dann aber durch besondere Massnahme die Drehrichtung des Zählers zur Empfangsstelle übermitteln.
Man kann schliesslich diese zuletzt genannte Schwierigkeit dadurch umgehen, dass man die Erregerphase des Gleichrichters so einstellt, dass der Gleichstrom seine Richtung nicht umkehrt, sondern über den Messbereich lediglich zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert schwankt. Dabei wird man allerdings eine Verkleinerung des Messbereiches mit in den Kauf nehmen müssen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Frequenzmesser mit einem auf den Sollwert der zu messenden Frequenz abgestimmten Resonanzkreis, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mechanischen von der zu messenden Frequenz erregten Gleichrichters, der in Serie mit einem aus dem Resonanzkreis gespeisten stromempfindlichen Messgerät liegt.