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Frequenzmesser.
Vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzmesser, der in der einfachsten Ausführung im wesentlichen darin besteht, dass der Strom, dessen Frequenz zu messen ist, einen
Schwingungskreis speist, in den eine Spule eingeschaltet ist, die auf einen Kern entgegen einer genau oder nahezu konstanten Kraft wirkt und ihr bei konstanter Frequenz das
Gleichgewicht hält, wobei der Kern durch die Änderungen seiner Lage gegenüber der Spule ihre Selbstinduktion und somit die Abstimmung des Schwingungskreises ändert, bis die
Wirkung der Spule auf den Kern mit der konstanten Kraft wieder ins Gleichgewicht kommt. Der Kern ist mit einem auf einer empirischen Teilung spielenden Zeiger verbunden, welcher die jeweilige Frequenz angibt.
In der Zeichnung sind in Fig. i bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
An die Leitung 1, 1 des Wechselstromes, dessen Frequenz-zu bestimmen ist, ist ein einen regelbaren Widerstand 2, eine Selbstinduktion 3 und einen Kondensator 4 enthaltender
Schwingungskreis angeschlossen, der auch eine Spule enthält, die nach Fig. i zugleich als
Selbstinduktion dient. Die Spule 3 wirkt auf einen Kern 5 entgegen einer genau oder nahezu konstanten Kraft, die nach Fig. I durch die Anziehung eines an die Leitung 1 angeschlossenen Solenoides 7 auf einen mit dem Kern 5 zwangläufig verbundenen Kern 6 gebildet wird. Die Kerne 5, 6 betätigen einen auf einer empirischen Teilung 9 spielenden
Zeiger 8.
Der Schwingungskreis ist so abzustimmen, dass die Stromfrequenz, bei welcher er Resonanz, d. h. Strommaximum aufweist, kleiner ist, als die zu messenden Frequenzen.
Steht die von der Spule 3 auf den Kern 5 ausgeübte Kraft im Gleichgewicht mit der vom Solenoid 7 auf den Kern 6 ausgeübten Kraft, so ist der Zeiger 8 in Ruhe.
Ändert sich nun die Frequenz des Wechselstromes in der Leitung 1, so erfährt zwar die vom Solenoid 7 auf den Kern 6 ausgeübte Kraft keine praktisch ins Gewicht fallende Änderung, aber die Stromstärke im Schwingungskreis und damit in der Spule 3 wird, wenn der Schwingungskreis, wie oben angegeben, abgestimmt ist, eine erhebliche Änderung erfahren. Dadurch wird der Kern 5 in der einen oder in der anderen Richtung bewegt und damit die wirksame Selbstinduktion des Schwingungskreises vergrössert oder verringert, was wieder eine Änderung seiner Abstimmung und somit auch der Stromstärke in der spule 3 zur Folge hat. Der Kern 5 bewegt sich daher nur so weit, bis die auf ihn von der Spule 3 ausgeübte Anziehung wieder im Gleichgewicht mit der auf den Kern 6 wirkenden
Anziehung der Spule 7 steht, wo dann der Zeiger 8 auf der Teilung 9 die gesuchte
Frequenz angibt.
Bei dieser einfachsten Ausführungsform sind die Angaben des Zeigers von allfälligen Schwankungen der Spannung in der Leitung 1 unabhängig.
Statt, dass durch den Kern J die Selbstinduktion des Schwingungskreises allein geändert wird, könnte auch die Selbstinduktion und Kapazität geändert werden. Der I Kern 5 könnte nebst dem, dass er die Frequenz und die Selbstinduktion des Schwngungs- kreises unmittelbar beeinflusst, eine Änderung der Abstimmungen des Schwingungskreises, beispielsweise durch einen Kontaktarm herbeiführen, der Windungen der Spule 3 ab-oder zuschaltet.
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Bei Verwendung eines variablen (etwa Drehplatten-) Kondensators ist es möglich, an Stelle der von der Spule 3 auf den Kern 5 ausgeübten elektromagnetischen Kraft, die an den Platten des Kondensators auftretenden elektrostatischen Kräfte der konstanten oder nahezu konstanten Kraft entgegenwirken zu lassen und auf diese Art die Nachstimmung des Kreises bei Änderung der Frequenz im Wege der Änderung der Kapazität des variablen Kondensators oder dieses und der Änderung der Selbstinduktion zu bewirken.
Dies wird sich hauptsächlich empfehlen, wenn, das Instrument zum Anzeigen hochfrequenten Wechselstromes verwendet werden soll. In diesem Fall kann aber auch an Stelle der Spule 3 mit dem Kern 5 eines der an sich bekannten Variometer treten und die zwischen seinen Spulen auftretenden Zugkräfte der konstanten oder nahezu konstanten Kraft entgegenwirken gelassen werden.
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anderen steigt, wodurch das Gleichgewicht der Kerne 5, 51 gestört wird und diese sich gegenüber ihren Spulen verschieben und hierbei mittels des Schalters den Elektromotor einschalten. Dieser setzt sich je nach dem, nach welcher Seite der Schalter hierbei umgelegt wird, in der einen oder in der anderen Richtung in Gang und verändert mit Hilfe der Kerne 10, 101 die wirksamen Selbstinduktionen der Spulen 11 bzw. 111.
Dadurch wird die Abstimmung der beiden Schwingungskreise geändert, und zwar bei richtiger Anordnung so lange und in dem Sinne, dass schliesslich die Stromstärken in den Spulen 3, 31 wieder gleich gross werden und die Kerne 5, 51 wieder im Gleichgewicht sind, wodurch der Motor zur Ruhe kommt. Die Verschiebung der Kerne 10, 101 wird durch den Zeiger 8 auf der Teilung 9 angegeben und lässt'die Frequenz erkennen.
Auch in diesem Falle werden die
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Auch hier können, wenn das Instrument zum Anzeigen der Frequenz hochfrequenter Wechselströme verwendet werden soll, die für diesen Fall angegebenen Abänderungen Anwendung finden, indem etwa an Stelle der Spulen 11, 111 mit den Kernen 10, 101 und der Spulen 3, 31 mit den Kernen 5, 51 Variometer treten.
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unter ResonÅanz, so dass die Stöme in den Spulen 17, 18 phasengleich sind. Bei einer Änderung der Frequenz des Stromes in der Leitung 1, 1 ändert sich die Stromphase in der Spule 18 in dem einen oder dem anderen Sinn. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieselbe wie in Fig. 3.
Nach Fig. 5 sind zwei Schwingungskreise 2, 3, 4, 21, 31, 41 angeordnet, die je eine Feldspule 15, 151 eines Elektromotors des Ferrarissystems enthalten. Die Abstimmung dieser Schwingungskreise ist eine gleiche, nur dass sie in den beiden Kreisen durch verschiedene Grösse der Kapazität und Selbstinduktion erreicht wird. Sind nun bei der jeweiligen Frequenz die beiden Kreise in Resonanz, so sind die in den Feldspulen 15, 151 auftretenden Ströme phasengleich, es resultiert also kein Drehmoment im Anker 12 des Motors.
Bei einer Änderung der zu messenden Frequenz kommen die Schwingungskreise ausser Resonanz, die Ströme in ihnen weisen wegen der verschiedenen Grösse der Selbstinduktionen und Kapazitäten verschiedene Phasenverschiebung gegen die Klemmenspannung auf, im Motor entsteht daher ein Drehfeld, welches den Motoranker in Bewegung setzt, der seinerseits wieder die beiden Kreise der geänderten Frequenz entsprechend nachstimmt und die Zeigerverstellung bewirkt, bis wieder der Ruhestand eingetreten ist, d. h. die beiden Kreise wieder in Resonanz mit der neuen Wechselstromfrequenz sind.
Man kann bei den hier dargestellten Ausführungsformen, die die Verstellung des Zeigers 8 veranlassenden Bewegungen auch dazu verwenden, den Gang des die Leitung 1, 1 speisenden Generators oder Umformers in bekannter Weise zu beeinflussen, um die Frequenz des Stromes in der Leitung 1, 1 zu regeln.
Bei den in Fig. 2, 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen ist die Bauart und Zusammenschaltung des Motors und die Art, wie die zu seinem Betrieb etwa nötige Kunstphase hergestellt wird, an sich nicht von ausschlaggebender Bedeutung. So z. B. könnten an Stelle des Ferrarismotors auch zwei selbstanlaufende Einphasen-Asynchrommotoren mit entgegengesetzt gerichtetem Drehmoment, deren Anker miteinander zwangsläufig verbunden sind, ja selbst Wechselstrom-Kollektormotoren verwendet werden.
Auch wäre es möglich, zwei Motoren zu verwenden, deren Anker nicht zwangsläufig verbunden sind, die vielmehr jeder in seiner Drehrichtung mit der ihm durch die jeweilige Stromstärke des Kreises, in den er eingeschaltet ist, zukommenden Ganggeschwindigkeit läuft, wobei diese beiden Motoren auf ein Differentialgetriebe wirken, welches bei gleicher Tourenzahl beider Motoren keine Änderung der elektrischen Grössen der Kreise, bei ungleicher Tourenzahl jedoch die zur Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes nötige Änderung dieser Grössen nebst Einstellung des Zeigers vornimmt.
Wesentlich ist nur, dass sich bei konstanter Frequenz eine. bestimmte Beziehung der Abstimmungen von zwei oder mehr Schwingungskreisen und ein Gleichgewichtszustand herausbildet, der bei Änderung der Frequenz gestört wird, wodurch der oder die Motoren in solchem Sinne in Gang gesetzt werden, dass die Abstimmung der Schwingungskreis'e wieder in die vorher bestanden Beziehung (für die neue Frequenz)
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PATENT-ANSPRÜCHE :
I. Frequenzmesser, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, dessen Frequenz zu messen ist, einen Schwingungskreis speist, in den eine Spule eingeschaltet ist, welche auf einen Kern (oder eine in dem Kreis eingeschaltete zweite Spule) entgegen einer praktisch konstanten Kraft wirkt und ihr bei konstanter Frequenz das Gleichgewicht hält, während bei Änderungen der Frequenz der Kern durch die Änderungen seiner Lage gegenüber der Spule die Selbstinduktion oder diese und die Kapazität des Schwingungskreises ändert, bis wieder Gleichgewicht zwischen der konstanten Kraft und der Wirkung der Spule auf den Kern eingetreten ist, wobei ein mit dem Kern verbundener Zeiger auf einer Teilung die gesuchte Frequenz anzeigt.