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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung zweier Kennwerte von komplexen Widerständen, von denen der eine den Hauptkennwert, z. B. die Induktivität, die Kapazität oder den Wirkwiderstand, und der andere einen Hilfskennwert, z. B. den Verlustfaktor oder den Gütefaktor, darstellt, mit einer Wechselstromvergleichsschaltung, die in einem Zweig einen Normalwiderstand und im andern Zweig den zu messenden Widerstand enthält, wobei an den Normalwiderstand eine unveränderliche Bezugsspannung und an den zu messenden Widerstand eine mit Hilfe regelbarer Windungen zweier Transformatoren nach Amplitude und Phase veränderbare Kompensationsspannung angelegt ist und die aus diesen beiden Spannungen resultierenden Ströme einem Stromkomparator mit einer die Differenz der beiden Ströme auf Null abgleichenden Abgleicheinrichtung,
welche die regelbaren Windungen der beiden Transformatoren steuert, zugeführt sind, und wobei zwei je eine Wicklung mit Mittelanzapfung und je drei mit den Enden bzw. der Mittelanzapfung dieser Wicklung verbundene Schalter aufweisende Modulatoren vorgesehen sind, die abwechselnd wirken.
Es ist eine Einrichtung zur Messung von zwei Kennwerten bei komplexen Widerständen bekannt, von denen der eine den Hauptkennwert, z. B. die Induktivität, die Kapazität oder den Wirkwiderstand darstellt, der zweite aber ein Hilfskennwert ist, z. B. der Verlustfaktor oder der Gütefaktor, der durch ein Verhältnis ausgedrückt wird, wobei die Einrichtung eine Wechselstrombrücke mit induktivgekoppelten Brückenzweigen darstellt, in der die durch den Mess- bzw. Normalwiderstand fliessenden Ströme durch zwei an die beiden Widerstände angelegte Spannungen bewirkt werden, von denen die eine die unveränderliche Bezugsspannung darstellt, die andere aber eine Kompensationsspannung ist und durch zwei Abgleichorgane nach Amplitude und Phase regelbar ist ;
die Differenz der erwähnten Ströme wird der Abgleicheinrichtung zugeführt, die auf Abgleichorgane einwirkt.
Es ist auch bekannt, dass zur Modulation des unabgeglichenen Signals, wobei die Richtung der Amplitudenund Phasenregelung der Kompensationsspannung zwecks Reduzierung dieses Signals auf den Minimalwert bestimmt wird, zwei Modulatoren vorgesehen sind, die mit den Abgleichorganen reihengeschaltet sind und die den zu regelnden Wert modulieren (s. "Teile und Schaltungen für Extremal-Digital-Wechselstrombrücken" von F. B. Grinewitsch, A. W. Tschebotarjow und A. I. Nowik, Verlag der Akademie der Wissenschaften der Kirgisischen Sowjetrepublik, Seite 88, Frunse, 1963). Beim Abgleichen der Brücke läuft ein aufeinanderfolgender Betrieb der Modulatoren und entsprechend eine aufeinanderfolgende Regelung des einen und des andern Abgleichorgans ab.
Eine jede Regelung wird nach Erreichen des Minimalwertes des Signals beendet. Nach dem vollständigen Abgleich der Brücke werden die Messkennwerte gemäss der Stellung der Abgleichorgane abgelesen.
Der Mantel der bekannten Einrichtung zur Messung zweier Kennwerte von komplexen Widerständen besteht darin, dass im allgemeinen Fall zur Erreichung des Gleichgewichtes eine mehrfach aufeinanderfolgende Regelung der Abgleichorgane erforderlich ist, da die Abgleichkreise miteinander gekoppelt sind, und die Regelung des einen dieser Organe die Lage des Signalminimalwertes bei der Regelung des andern Organes beeinflusst. Diese Erscheinung ist dadurch zu erklären, dass die Vektoren der Modulationssignale mit den Hodographen des Stromvektors des Messwiderstandes bei der Regelung der Abgleichorgane übereinstimmen.
Diese Hodographen bilden bei der Messung von zwei Kennwerten eines komplexen Widerstandes, von denen der eine durch das Verhältnis zwischen der Ohm'schen-und der Blindwiderstandkomponente ausgedrückt wird, kein orthogonales Liniennetz, sondern verlaufen unter von 900 abweichenden Winkeln. In Zusammenhang damit wird der Abgleich stark hinausgezögert und kann manchmal überhaupt nicht ausgeführt werden.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung des erwähnten Mangels.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung zur Messung zweier Kennwerte von komplexen Widerständen zu schaffen, die immer durch zwei Regelungen-je eine für jedes Abgleichorgan-abgeglichen wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss der Ausgang des dem Hauptkennwert zugeordneten Modulators mit dem zu messenden Widerstand in Reihe geschaltet ist und der Ausgang des andern Modulators über einen Wirk- oder Blindwiderstand an den mit der Abgleicheinrichtung verbundenen Stromkomparator angeschlossen ist, wobei die Wicklungen der beiden Modulatoren als Sekundärwicklungen eines gemeinsamen mit einem Speisegenerator verbundenen Transformators ausgeführt sind.
Die erfindungsgemäss ausgeführte Einrichtung ermöglicht es, eine Brücke durch zwei Regelungen abzugleichen und dadurch die Messdauer zu verkürzen.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten, in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. l das elektrische Schaltbild der erfindungsgemässen Einrichtung und Fig. 2 das Vektordiagramm der Ströme und Spannungen der erfindungsgemässen Einrichtung.
Das Ausführungsbeispiel stellt eine Einrichtung zur Messung der Induktivität und des Verlustfaktors eines komplexen Widerstandes dar.
Gemäss Fig. l ist mit der Primärwicklung-2--eines Transformators--3-ein eine Sinusspannung abgebender Speisegenerator--l--verbunden.
Bei diesem Transformator--3--weisen alle Wicklungen eine enge induktive Kopplung auf. An der Sekundärseite des Transformators --3-- ist eine regelbare Windung --4-- vorgesehen, die das der
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Induktivität zugeordnete Brückenabgleichorgan darstellt, und mit dem Ausgang eines Integrierverstärkers --5-od. dgl. reihengeschaltet, der zur Phasenverschiebung der Spannung um 900 dient und dessen Eingang über einen
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und wird über einen Modulator--8--an den zu messenden Widerstand--9--, in diesem Fall an eine zu messende Induktivität angelegt, welcher mittels Klemmen --10 und 11--angeschlossen ist.
Von einer weiteren
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auf bekannte Weise ausgeführt und dient zum Abgleich der Brücke nach einem Extremwert, nämlich nach dem Minimalwert des Stromes ; sie weist einen Wechselstromverstärker mit niedrigem Eingangswiderstand, einen Amplitudendetektor und logische Schaltungen auf, die während des Betriebes bei Verringerung der Amplitude des unabgeglichenen Signals zur Steuerung der Windungen--4, 7--dienen. Diese Steuerung erfolgt über Verbindungsleitungen--16 und 17--. Mit der zu messenden Induktivität --9-- ist der Modulator--8-reihengeschaltet.
Der Ausgang eines weiteren Modulators--18--ist über einen Wirk- oder Blindwiderstand --19-- mit einer der Wicklungen des Stromkomparators --15-- (Fig.1) oder direkt mit dem Eingang der Abgleicheinrichtung --14-- verbunden. Die Modulatoren --8 und 18-sind von gleicher Bauart ; jeder enthält eine Modulationswicklung mit Mittelanzapfung und drei Schalter, von denen zwei mit den Enden der Modulationswicklung, der dritte aber mit der Mittelanzapfung verbunden sind. Einer der Schalter ist ständig offen, die beiden andern sind währenddessen geschlossen. In Abhängigkeit davon, welcher dieser Schalter offensteht, tritt am Ausgang des Modulators relativ zur Bezugsspannung entweder keine oder eine gleichphasige oder eine gegenphasige Signalspannung auf.
Bei der Ausgangsstellung ist ständig derjenige Schalter des Modulators offen, welcher mit der Mittelanzapfung der Modulationswicklung gekoppelt ist, was keinem Spannungssignal entspricht.
In Fig. 2 ist das Spannungs- und Stromdiagramm der Einrichtung dargestellt, welches unter der Voraussetzung gleicher Windungszahlen aller Wicklungen des Stromkomparators--15--erstellt ist. Der Vektor
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-U--Io-- senkrecht ist. Der Punkt-C-ist das Ende des Vektors Durch die Punkte-Dt, D und D3-- sind drei beliebige Fälle der Endlage des Vektors--Ix--, des Vektors des durch die Messinduktivität
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fliessendenKompensationsspannung--Ux--nur nach der Amplitude, nicht aber nach der Phase geändert.
Deshalb ändert sich auch der Strom--Ix--nur nach der Amplitude, woraus folgt, dass hiebei die Hodographen des Vektors--I-- Strahlen darstellen, welche durch den Punkt 0, den Anfang der Vektoren --Io,Ix--, gehen. Bei der Regelung der Windung --7-- ändert sich nur die Spannung--Uy-, wodurch sich die Phase der Kompensationsspannung--Ux--bzw. die Phase des Stromes--Ix--ändert. Dabei stellen
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verlaufen.- ein Stromsignal auf. Der Amplitude dieses Stromes entspricht in Fig. 2 der Abstand zwischen den Punkten --D1 und C oder D2 und C--, oder --D3 und C--, u. zw. in Abhängigkeit vom Anfangszustand der
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Windungen--4 und 7--und von der Grösse der zu messenden Kennwerte.
Danach beginnt das Abgleichen von den einem der Kennwerte, z. B. nach der Induktivität. Während der Regelung einer der Windungen--4, 7--, wobei ein Modulator arbeitet, bleibt die andere Windung ungeregelt und der zweite Modulator in Ruhe. Bei fehlendem Gleichgewicht auf Grund der Veränderung einer der zu messenden Kennwerte in bezug auf vorangegangene Werte kann der Brückenabgleich mit dem einen aber auch mit dem andern Kennwert begonnen werden ; dies hängt vom Zufall ab, nämlich davon, zu welchem Zeitpunkt der Gleichgewichtszustand verloren wurde. Es hat sich gezeigt, dass unabhängig davon, mit welchem Kennwert der Abgleich begonnen wird, derselbe
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7-- -10 und Ix-- noch der Modulationsstrom Dadurch werden geringe Modulationsänderungen der Amplitude des unabgeglichenen Stromes verursacht.
In den Augenblicken der Verringerung der erwähnten Amplitude gibt die Abgleicheinrichtung --14-- über die VerbindungsleitUng --16-- auf die Windung --4-- ein Steuersignal ab. Die Windung --4-- wird in solcher Weise geregelt, dass der Punkt --D1-- (D2, D3) auf einem der durch den Punkt 0 verlaufenden Strahlen so lange verschoben wird, bis er mit dem Lot,
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;Übereinstimmung mit dem Punkt C verschoben wird. Somit wird die Bahn des Endes des Vektors-Ix--in Fig. 2 in Abhängigkeit von der Anfangslage dieses Vektors durch die Linien --D1-d1'-C oder D2-d2'-C oder D3-d3'-C usw.-dargestellt.
In allen Fällen besteht diese Bahn aus zwei Abschnitten, d. h. es ist ausreichend, nur je eine Regelung für jeder Windung--4, 7-vorzunehmen. Nach dem Brückenabgleich wird die zu messende Induktivität nach der Windungszahl der Windung --4-- ausgemessen und der Tangens des
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verursachen.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Vektor----unabhängig von der Lage seines Endes auf die Linie des Verktors --10-- gelangt (aus Punkt D1 zum Punkt d", aus Punkt D zum Punkt d2", aus Punkt D3 zum
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usw).Windung --4-- abgegeben und durch deren Regelung das Ende des Vektors-Ix-auf der Linie des Vektors --'10-- bis zum Zusammenführen mit dem Punkt C verschoben. Somit erfolgt auch in diesem Falle der vollständige Brückenabgleich insgesamt nur durch zwei Regelungen (Bahnen Di-dt"-C ; D2-d2"-C ; D3-d3"-C).
Andere Ausführungsformen der Einrichtung können zur Messung von Wirkwiderständen und ihrer phasen winkel (tgl, O) oder von Kapazitäten und ihrer Verlustfaktoren verwendet werden.
Bei der Messung eines Wirkwiderstandes und seines Phasenwinkels (tgl, O) ist im Schaltplan der Fig. l anstatt der Normalinduktivität--13--ein Normalwirkwiderstand, anstatt des Widerstandes --19-- ein Blindwiderstand (Kapazität oder Induktivität) einzuschalten, sonst bleibt der Schaltplan unverändert.
Bei der Messung einer Kapazität und des Verlustfaktors ist im Schaltplan der Fig. l anstatt der Normalinduktivität --13-- der zu messende Kondensator, anstatt der zu messenden Induktivität --9-- ein Normalkondensator einzuschalten.
Der Vorzug der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass die Einrichtung immer nur durch insgesamt zwei Regelungen abgeglichen werden kann.