DE1026860B - Schwebungskompensator - Google Patents

Schwebungskompensator

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DE1026860B
DE1026860B DEB40357A DEB0040357A DE1026860B DE 1026860 B DE1026860 B DE 1026860B DE B40357 A DEB40357 A DE B40357A DE B0040357 A DEB0040357 A DE B0040357A DE 1026860 B DE1026860 B DE 1026860B
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DE
Germany
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beat
compensator
circuit
detuning
frequency
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Pending
Application number
DEB40357A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr Hans Umstaetter
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DIE BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
Original Assignee
DIE BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/02Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • S chwebungsko mp ens ato r Die Erfindung l>ezieht sich auf einen Schwebungskompensator mit automatischem abgleich zur Messung von Kapazitäten. Induktivitäten und Widerständen oder durch sie darstellhare mechanische. thermische. optische. elektrische oder chemische Größen.
  • Automatische Kompensatoren sind in den letzten Jahren in großer Zahl entwickelt worden. Die meisten von ihnen beruhen darauf daß an einen Schleifdrah eine konstante Spannungsquelle angelegt wird und an deli Schleifkontakt die (meist durch Verstärkung auf einen für die Äfessung geeigneten Wert gebrachte) unbekannte Spannung angeschlossen wird. In diesem Seitenstromkreis fließt dann so lange ein Strom, bis der Spannungsabfall am Schleifdraht gleich der zu messenden Spannmlg am Schleifkontakt ist. Braucht in ill diesen Strom zur Speisung des Abgleicmotors. der den Schleifkontakt verstellt. so erhält man einen automatischen Abgleich, weil der Motor nur so lange laufen kann. wie er Strom erhält und stets bei dem widerstandswert stehenbleibt. bei dem der Abgleich vollzogen ist. Jede thermische oder mechanische Größe. die sich in einen elektrischen Spannungs- oder einen Widerstandswert umwandeln läßt. kann auf diese Weise gemessen werden. Dieses Verfahren hatden Nachteil daß umfangreiche Stal,ilisiereinrichtungen erforderlich werden. um die Spannung am Schleifdraht konstant zu halten. Ferner müssen die meist sehr kleinen Thermopsannungen (oder Photospannungen) durch einen Zerhacker in Wechselpsnnungen verwandelt und verstärkt werden, wozu stark gegengekoppelte Verstärker mit hochkonstantem Verstärkungsfaktor erforderlich sind. Wegen der unvermeidlichen Röhrenalterung muß dieser Verstärkungsfaktor von Zeit zu Zeit durch ein Normalelement kontrolliert werden, wozu automatischeKontrollschalter eingebaut werden die diese Kontrolle selbsttätig vollziehen. Das Normalelement selbst darf nicht belastet werden. damit seine Spannung so konstant wie möglich bleibt. so daß Schutzmaßnahmen gegen eine Überbelastung der Normal elemente eingebaut werden müssen.
  • Weniger aufwendig sind die sogenannten Photozellenkompensatoren bei denen der Speisestrom der Kompensationsbrücke so lange verändert wird. bis der Strom im Seitenkreis Null wird. Das geschieht dadurch, daß ein richtkraftloses Spiegelgalvanometer die Photozelle bestrahlt und derenÄViderstand so lange verändert. bis die angeschlossene Röhre den richtigen Anodenstrom durchläßt. Diese Geräte sind jedoch unzuverlässiger als die Kompensatoren mit Normalelement.
  • Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die zu messenden Größen in bekannter Weise einen elektrischen Schwingkreis verstemmen und eine Schwebungsgrequenz erzeugen und der Schwebeungsstrom einen Abgleichmotor speist. der in bekannter Weise ein kontinuierlich veränderbares Abgleichorgan (Kapazität oder Induktivität usw). so lange verstellt, bis die Verstimmung aufgehoben ist.
  • Der Speisestrom für den Verstellmotor wird nach dem Schwebungsverfahren. also mit zwei Schwin -gungslireisen erzeugt. die gegeneinander verstimmt sind. Die Zwischenfrequenz kann in einem mehrstufigen Verstärker leicht so weit verstärkt werden. daß ein gewöhnlicher Asynchronmotor angetrieben werden kann. Hierbei erhält dieser Motor nur so lange Strom. wie eine Verstimmung vorhanden ist. Die Verstimmung kann durch Verstellung eines von drei frequenzbestimmenden Gliedern @ Kapazität, Induktivität oder ÄViderstand - aufgehoben werden. Bei Verstellung durch den Motor ist der Abgleich automatisch.
  • Es leuchtet ein, daß eine solche Schaltung von der Speisespannung weit weniger abhängig ist als die obengenannten Kompensatoren. bei denen der Meßwert direkt von der Höhe der Spannung und damit auch der Konstanz der Vergleichsspannung abhängt.
  • Zur stabilisierung einer Frequenz gibt es einfache Mittel (Ouarze. Magnetostriktionsschwinger, Stimmgabeln) in jedem Frequenzbereich, so daß die Empfindlichkeit des Verfahrens dem Verwendungszweck weitgehend angepaßt werden kann. Als Fiihler stehen eine größere Mannigfaltigkeit von Meßelementen zur Verfügung (nicht nur Widerstände, sondern auch Kondensatoren und Induktionsspulen). Es brauchen z. B. keine Vorkehrungen zur Temperaturkompensation der kalten Lötstellen. wie bei Thermoelementen. getroffen oder hochempfindliche Sekundärelektronen vervielfacher, wie bei Photozellen, verwendet zu werden, weil die Empfindlichkeit durch Wahl geeigneter Grundfrequenzen in sehr hohem Maße gesteigert werden kann. So kann z. B. bei einer Frequenz von 100 kHz eine Schwebungsfrequenz von 4 Hz noch gut verstärkt werden, so daß eine Anzeigeempfindlichkeit von etwa 1 : l0- resultiert.
  • Da die Verstimmung nicht richtungs-(phasen-) empfindlich ist. müssen die Verstellelemente (Widerstände. Kapazitäten. Induktionen) durchdrehbar, d. h. nicht mit einem Anschlag versehen sein, so daß der Motor den Abgleich stets von der richtigen Seite her vornehmen kann. Das wäre bei den obengenannten Kompensatoren nicht ohne weiteres möglich, weil die Spannung der Verstimmung proportional ist und bei zu großer Abweichung vom Gleichgewicht Strombegrenzer vorgesehen werden können, um den Abgleichmotor zu schützen.
  • Das ist hier nicht erforderlich, weil die Verstimmung die Speisespannung nicht wesentlich verändert, d. h. die Spannung sinkt erst unmittelbar vor der Abgleichstelle steil auf Null ab, während sie sich bei höheren Frequenzen einem konstanten Wert nähert.
  • Der Schwebungskompensator hat also nahezu ideale Abgleicheigenschaften.
  • Wie jeder Schwebungsgenerator, so hat auch der Schwebungskompensator einen sogenannten Mitnahmebereich, d. h. einen Frequenzbereich, in dem ein Strom nur oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes der Frequenz erregt wird. Dieser Mitnahmebereich ist wichtig für die Einstellsicherheit des Abgleichorgans.
  • Er ist möglichst klein zu halten.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung erläutert. In je einem Quarzgenerator 1 und 5 werden zwei Schwingungen erzeugt. die nach je einer Trennstufe 2 und 4 in 3 gemischt und in 6 verstärkt werden.
  • Der Verstärker 6 liefert einen Strom. der entweder direkt auf einen Wechselstrommotor 7 oder. nach Gleichrichtung, auf einen Gleichstrommotor wirkt. um das Verstellglied - in diesem Fall einen Widerstand 8 - zu verstellen. Wird z. B. der eine Ouarz durch Eintauchen in Öl bedämpft, dann wird der Vergleichsquarz durch Zuschalten von Widerstand so lange bedämpft, bis die Dämpfungen gleich sind und damit auch die Frequenzen gleich werden. Der eingestellte Widerstand ist dann ein Maß für die Dämpfung bzw. ihre Ursache, die Viskosität. Verwendet man Dehnungsmeßstreifen, dann können alle damit ausführbaren Messungen registriert werden. Es kann aber ebensogut eine Kapazität verstellt werden, wenn z.E. im Schwingkreis des Meßquarzes ein Tauchkondensator in eine Flüssigkeit mit unbekannter Dielektrizitätskonstante getaucht wird und ein Drehkondensator im Schwingkreis des Vergleichsquarzes so lange verstellt wird, bis die Verstimmung aufgehoben ist. Dann kann die Dielektrizitätskonstante registriert werden. Besteht das verstimmende Organ aus einer Kapazitäts-Druckmeßdose, dann können Drücke oder Belastungen bzw. Drehmomente gemessen werden.
  • Müssen die Meßwerte über größere Entfenmngen geleitet werden, wobei die Fortleitung der Hochfrequenz zu aufwendig würde, dann geht man zu niederfrequenten Stimmgabelschwingern über, die mit induktiven Gebern nachstimmbar sind. Daraus erkennt man, daß dieses Prinzip eine größere Anpassungsfähigkeit an verschiedene Meßaufgaben zeigt, weit weniger störanfällig ist und keinen so großen Aufwand benötigt wie die bisher verwendeten Kompensatoren.
  • Zusammenfassung Ein Vergleichs- oder Meßkreis wird durch veränderbare Glieder in seiner Frequenz so lange verstellt, bis die Verstimmung aufgehoben ist. Die Veränderung des jeweiligen, die Schwingkreise beeinflussenden Elements erfolgt automatisch durch einen Abgleichmotor, der seine Speisespannung aus der Difterenz der Frequenzen des Meß- und des Vergleichskreises erhält (Schwebungsstrom). Diese Art der automatischen Kompensation ist neu, während die übrigen Angaben dem Stand der Technik entsprechen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schwebungslrompensator mit automatischem Abgleich zur Messung von Kapazitäten, Induktivitäten und Widerständen oder durch sie darstellbare mechanische, thermische. optische, elektrische oder chemische Größen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messenden Größen in bekannter Weise einen elektrischen Schwingungskreis verstimmen und eine Schwebunbsfrequenz erzeugen und der Schwebungsstrom einen Abgleichmotor speist. der in bekannter Weise ein kontinuierlich veränderbares Abgleichorgan (Kapazität oder Induktivität usw.) so lange verstellt, bis die Verstimmung aufgehoben ist.
  2. 2. Schwebungskompensator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichorgan im Vergleichskreis odler im Meßkreis angeordnet ist.
  3. 3. Schwebungskompensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich veränderbaren Abgleichorgane durchdrehbar. d. h. ohne Begrenzungsanschläge gebaut sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 449 094, 436 157; britische Patentschriften Nr. 744 754, 275 741; USA.-Patentschrift Nr. 2 542 372; deutsche Auslegeschrift Sch 12562 VIIIc/21 e (bekanntgemacht am 16. Februar 1956); Industrie-Elektronik H 2/3, 1956, S. 3 bis 9.
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DE3519390A1 (de) * 1984-05-31 1985-12-12 Vaisala Oy, Helsinki Verfahren zur messung von kapazitaeten, insbesondere von kleinen kapazitaeten, unter verwendung zweier referenzen

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