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Anordnung zur Frequenzmessung
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der andern Halbwelle über. Diese Anordnung arbeitet folgendermassen : An den Punkten A und B entsteht eine Wechselspannung mitrelativgutausgeprägterRechteckform. Führt zu einem bestimmten Zeitpunkt beispielsweise der Punkt A negatives und der Punkt B positives Potential, so wird der Messkondensator 1 über den Gleichrichter 4 aufgeladen. Gleichzeitig fliesst über die eine Hälfte der bifilar gewickelten Drehspule des Messwerks 3, den Gleichrichter 10 und den Widerstand 11 ein ohmscher Strom Ja. Während der andern Halbwelle hingegen fliesst ein Strom JC über den Kondensator 1, den Gleichrichter 2 und die andere Hälfte der Drehspule.
Von diesen Strömen ist der arithmetische Mittelwert von JR frequenzunabhängig, während der arithmetische Mittelwert JC in bekannter Weise von der Höhe der zu messenden Frequenz abhängt. Der resultierende Messwerkstrom JM ergibt sich aus der Differenz der beiden Ströme JC und JR.
In dem als Fig. 2 dargestellten Diagramm sind die Ströme JR JC und JM in Abhängigkeit von der
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Bemessunglegen. Im erstgenannten Fall erstreckt sich der Messbereich von B bis D und im zweiten Fall von A bis C.
Der Oberwelleneinfluss ist bei dieser Schaltung vernachlässigbar gering, da zur Bildung des Anzeigewertes nur die durch die Funktion der Zenerdiode erhaltenen Basisregionen der an den Eingangsklemmen liegenden Halbwellen dienen. Die durch einen eventuellen Oberwellenanteil bewirkten Formverzerrungen der oberen Regionen der Messhalbwellen kommen praktisch nicht zur Auswirkung. Auch der Temperaturgang der Zenerdioden, der im Durchlass- und Zenerbereich entgegengesetztes Vorzeichen hat, wird durch dieGegeneinanderschaltungder Dioden selbsttätig auskompensiert.
Der Temperaturgang der Zenerspannunghängt von der Höhe der Zenerspannung ab. Die Zenerspannung wird hier so niedrig gewählt, dass ihr Temperaturgang durch den Temperaturgang des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung gerade kompensiert wird.
Der Spannungseinfluss zeigt sich bei Frequenz-Hauptwertmessern naturgemäss stärker als bei Weitbereich-Frequenzmessern, da ein relativ enger Frequenzbereich stark gedehnt zur Anzeige kommt. Während bei Weitbereich-Frequenzmessern Genauigkeiten von 0, 5... 10/0 Fehler vom Skalenendwert üblich sind, müssen für Frequenz-Hauptwertmesser je nach Weite des Anzeigebereichs Genauigkeiten von 0, 1... 0, 50/0 Fehler vom Endwert gefordert werden. Diese Forderung lässt sich im Hinblick auf den Spannungseinfluss durch den erfindungsgemässen ohmschen Widerstand 12 erfüllen. Um die Wirkungsweise dieses Widerstandes zu verstehen, sei im folgenden das Zustandekommen des Spannungseinflusses bei dieser Schaltung näher beschrieben.
Bei konstanter Frequenz f hängt der arithmetische Mittelwert des Kondensatorstromes JC nur von der Maximalspannung Um, d. h. vom maximalen Spannungsabfall an den beiden Zenerdioden 7 und 8 ab. Der Spannungsabfall an den Zenerdioden wächst von einer bestimmten Grenze ab nur noch geringfügig mit der Stromstärke des Eingangsstromes. Der arithmetische Mittelwert des Stromes JR hingegen resultiert aus den durch die Zenerdioden begrenzten Strom-Zeit-Flächen der negativen Halbwelle über den Gleichrichter 10, den Widerstand 11 und das Messwerk 3. Wie sich aus Zeichnung nach Fig. 3 ersehen lässt, wächst die
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In Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, die im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten entspricht. Sie unterscheidet sich von letzterer dadurch, dass die bifilareDrehspuie des Messwerks nunmehr durch eine einfache Drehspule ersetzt ist. Durch diese Massnahme würde aber für die negative Halbwelle ein Parallelweg über die Gleichrichter 2 und 4 entstehen. Gemäss der Erfindung werden in diesen Parallelweg als Gleichrichter 2 und 4 Dioden mit höherer Schwell- bzw. Kniespannung und ohmsche Widerstände 13 und 14 eingesetzt. Die Schwellspannungen der Dioden 2 und 4 sind zusammen mit den Widerständen 13 und 14so gewählt, dass bei negativer Halbwelle der Weg über den Gleichrichter 2 versperrt bleibt. Die Widerstände 13 und 14 dienen hier auch zur Dämpfung der Lade- und Entladeimpulse.
In Fig. 5 ist eine weitere Anordnung dargestellt, die es erlaubt als Gleichrichter 2 und 4 niederohmige Germaniumdioden zu verwenden. Hier wird jetzt der negativen Halbwelle der Parallelweg zum
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Messwerk erfindungsgemäss durch die Widerstände 15 und 16 bzw. den Gleichrichter 17 versperrt. Diese Widerstände sind so dimensioniert, dass während der ganzen negativen Halbwelle am Widerstand 15 eine Spannung abfällt, die stets grösser ist als die Spannung am Messwerk. Auf diese Weise entsteht während der negativen Halbwelle am Gleichrichter 2 eine Sperrspannung, die den Weg parallel zum Messwerk unterbindet. Der Widerstand 16 ist so hochohmig gewählt, dass sich der Messkondensator 1 während der Spannungsumkehr nur unwesentlich entladen kann.
Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung zeigt einen sehr genau arbeitenden Frequenzmesser mit doppelter Empfindlichkeit gegenüber der Ausführung nach Fig. 5. Diese hohe Empfindlichkeit wird hier durch ein zweites frequenzabhängiges Glied, nämlich durch die Induktivität 18 erzielt. Gemäss der graphischen Darstellung in Fig. 7 steigt der Kondensatorstrom JC mit wachsender Frequenz an ; dabei fällt JL ab.
JC - JL ist hier das Mass für die Frequenz. Der Schnittpunkt der beiden Kurven entspricht dem elektrischen Nullpunkt des Anzeigeinstrumentes ; C und L befinden sich in Resonanz. Der Anzeigebereich liegt dann zwischen den beiden Punkten fA und fp.
Zur Erhöhung derSpannungs-, Temperatur-und Oberwellenunabhängigkeit sind im vorliegenden Fall zwei weitere, ebenfalls gegeneinander und in Serie geschaltete Zenerdioden 19 und 20, sowie ein weiterer Vorwiderstand 21 vorhanden. Die Zenerspannung der beiden Dioden 19 und 20 ist dabei grösser als die der Dioden 7 und 8. Die Vorwiderstände 9 und 21 sind so bemessen, dass sowohl die Dioden 7 und 8 als auchdieDiodenl9und20im wesentlichen ausserhalb ihres Zenerknickes, d. 11. in ihren gradlinigen Kennlinienteilen, betrieben werden.
Der Widerstand 12 erfüllt in dieser Schaltung grundsätzlich den gleichen Zweck wie in den bisher
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dass man den ohmschen Widerstand 11 durch eine Induktivität ersetzt. In der Schaltung nach Fig. 5 hätte diese Induktivität keinen Sinn, da sie dort nur von Gleichstrom durchflossen werden würde. In der Schaltung nach Fig. 6 liegt an der Induktivität wie auch am Kondensator 1 eine rechteckförmige Wechselspannung. Der Kondensator 1 und die Induktivität 18 bilden also einen Parallel-Resonanzkreis. Die eine Halbwelle des Schwingstromes schliesst sich über die Gleichrichter 2 und 22 und die andere über die Gleichrichter 4 und 23. Über das Messwerk fliesst als Anzeigegrösse die Differenz JC :'JL.
Zur weiteren Steigerung der Frequenzempfindlichkeit kann natürlich an Stelle des Kondensators 1 eine Serienschaltung eines Kondensators und eine Induktivität eingesetzt werden.
Eine weitere Verbesserung der Spannungsabhängigkeit der Frequenzanzeige bringt der ohmsche Widerstand 24 in Serie zum Messkondensator 1.
Im Idealfall muss nämlich der Gesamtwiderstand, bestehend aus dem ohmschen Innenwiderstand des Kondensators 1 plus dem Widerstand 24, klein und gleich sein dem Gesamtwiderstand, bestehend aus dem ohmschen Innenwiderstand der Drossel 18 und dem Widerstand 25. Dies ist einzusehen, wenn man diese ohmschen Gesamtwiderstände zum jeweiligen Blindwiderstand parallel transformiert und sich die Blindwiderstände fortdenkt. Wären die transformierten Widerstände niedrig und verschieden, so bekäme man im Resonanzfall bereits eine stärkere Belastung der Spannungsquelle und einen Ausschlag des Messwerks abhängig von der anliegenden Spannung.
Für die Differenzbildung JC - JL ist die Kapazität 5 von entscheidender Wichtigkeit. Während der Kondensator 5 in den vorhergehenden Schaltungen im wesentlichen zur Dämpfung des Messwerks dient, hält er hier zusätzlich während der Entladung des Messkondensators 1 den Parallelweg zum Messwerk über die Gleichrichter 22 und 23 verschlossen. Die Kapazität 5 wird so gross gewählt, dass die sich an ihr einstellende Spannung die Schwellspannung des Gleichrichters 23 nicht überschreitet.
Fig. 8 zeigt die Schaltung eines genau arbeitenden Differenz-Frequenzmessers, der die Differenz zweier voneinander unabhängiger Frequenzen anzeigt und beispielsweise bei der Synchronisierung von Generatoren verwendet wird. Bei einer derartigen Kombination liegt die Hauptschwierigkeit irn exakten Ab- gleich, da die Kapazitätenl'und l", sowie die Zenerspannungen der einzelnen Zenerdioden-Paare praktisch nie genau gleich gross sind. Die Mess-bzw. Ausgangsströme der Einzelschaltungen müssen sich nämlich in Abhängigkeit von der Frequenz genau decken.
Diese Deckung lässt sich wieder erfindungsgemäss durch den ohmschen Abgleichwiderstand 12'bzw. 12"sehr einfach und vorteilhaft erzielen. Überwiegt bei Gleichheit der Frequenzen f und f"der Ausgangsstrom der Frequenz-Messschaltung für f'den der Schaltung für f', so kann Ausgangsstrom-Gleichheit durch den Widerstand 12'und umgekehrt durch einen Widerstand 12" hergestellt werden. Ohne die Spannungs-, Temperatur-und Oberwellenunabhängigkeit wesentlich zu beeinträchtigen, heben nämlich diese beiden Widerstände die Maximalspannungen Um der
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jeweils zugeordneten Kondensatoren und damit den jeweiligen Ausgangsstrom an.
Damit sich der Aus- gangsstrom der Frequenzmessschaltung für f (f) nicht über die Gleichrichter 2" und 4" (2'und 4') dem Messwerk zum Teil parallelschliesst, sind Dioden mit Schwellspannungen gewählt, die grösser sind, als der maximale Spannungsabfall am Messwerk selbst. Zur galvanischen Trennung der Netze (U', f') und (U", f") können diesem Differenz-Frequenzmesser Trennwandler vorgeschaltet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Frequenzmessung nach dem Prinzip der Messung einer Kondensatorentladung, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Halbwelle zur Ausnutzung ihrer Frequenzproportionalität über den. mit dem Messkondensator (1) und der einen Hälfte der bifilar gewickelten Drehspule des Messwerks (3) in
Serie liegenden Entladungsgleichrichter (2) läuft, während die andere Halbwelle dadurch zur Unterdrückung des Anfangsbereiches dient, dass sie über die andere Hälfte der Drehspule, mit der ein Gleichrichter (10) und ein Widerstand (11) in Serie liegen, geführt wird und dass dieser Anordnung ein Spannungskonstanthalter vorgeschaltet ist, der aus einem Vorwiderstand (9) und zwei gegeneinander und in Serie geschalteten Zenerdioden (7,8) besteht,
zwischen denen ein ohmscher Abgleichwiderstand (12) liegt und dass die Zenerspannung so niedrig gewählt wird, dass ihr Temperaturgang durch den Temperaturgang des Spannungsabfalls in Durchlassrichtung gerade kompensiert wird.