DE1143584B

DE1143584B - Arrangement for measuring impedances with an amount and a phase display device

Info

Publication number: DE1143584B
Application number: DEE17961A
Authority: DE
Original assignee: Electronique Appliquee SA
Current assignee: Electronique Appliquee SA
Priority date: 1958-07-17
Filing date: 1959-07-15
Publication date: 1963-02-14

Description

Anordnung zum Messen von Impedanzen mit einem Betrags-und einem Phasenanzeigegerät Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen von Impedanzen mit einem Betrags- und einem Phasenanzeigegerät, die auf dem Vergleich zweier von dem gleichen Generator stammender Spannungen beruht, von denen die eine eine vom Prüfling abgeleitete Spannung (Prüflingsspannung) und die andere eine von einer Bezugsimpedanz abgeleitete Bezugsspannung ist, und mit untereinander gleichen Verstärkern für diese Spannungen. Arrangement for measuring impedances with an absolute value and a phase display device The invention relates to an arrangement for measuring impedances with an amount and a phase indicator based on the comparison of two from the same generator originating voltages, one of which is a voltage derived from the test object (Test object voltage) and the other a reference voltage derived from a reference impedance is, and with mutually identical amplifiers for these voltages.

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art liegt der Prüfling in Reihe mit einem bekannten Vergleichswiderstand an einer Stromquelle. Die an den beiden Widerständen auftretenden Spannungsabfälle werden nach dem Dreispannungsverfahren ausgewertet. Diese bekannte Schaltung arbeitet jedoch nur dann befriedigend, wenn Prüfling und Vergleichswiderstand die gleiche Größenordnung haben. Zur Erzielung eines großen Meßbereichs müßte daher eine entsprechende Zahl von Vergleichswiderständen gleicher Größenabstufung vorgesehen werden. Bekanntlich leidet die Meßgenauigkeit in diesem Fall bei der Messung sehr großer und sehr kleiner Impedanzen. In a known circuit of this type, the test item is in series with a known equivalent resistance at a power source. The one on both of them Resistances occurring voltage drops are according to the three-voltage method evaluated. However, this known circuit only works satisfactorily when The test object and the comparison resistor are of the same order of magnitude. To achieve a large measuring range would therefore have to have a corresponding number of comparison resistors the same size gradation can be provided. As is known, the measurement accuracy suffers in this case when measuring very large and very small impedances.

Es sind andererseits Prinzipschaltungen zur Messung sehr großer und sehr kleiner Impedanzen bekannt, bei denen gleichfalls der Prüfling und ein Vergleichswiderstand in Reihe an einer Spannungsquelle liegen und die Impedanz durch Vergleich des an einem der beiden Widerstände gemessenen Spannungsabfalls mit der bekannten Quellenspannung ermittelt wird. Zum Messen von Prüflingen hoher Impedanz wird dabei der Spannungsabfall an dem im Verhältnis zum Prüfling kleinen Vergleichswiderstand gemessen, während zum Messen von Prüflingen niedriger Impedanz der Spannungsabfall am Prüfling selbst gemessen wird, der in diesem Fall klein gegen den Vergleichswiderstand ist. On the other hand, there are basic circuits for measuring very large and very small impedances known, which also include the test object and a comparison resistor are connected in series to a voltage source and the impedance by comparing the one of the two resistors measured voltage drop with the known source voltage is determined. The voltage drop is used to measure DUTs with high impedance measured on the comparative resistance, which is small in relation to the test object, while For measuring test objects with low impedance, the voltage drop on the test object itself is measured, which in this case is small compared to the comparison resistance.

Man kann also in beiden Fällen mit Vergleichswiderständen mittlerer Größe arbeiten.So in both cases you can use comparative resistances to be average Size work.

Diese bekannten Prinzipschaltungen lassen sich jedoch nicht ohne weiteres in einer Meßanordnung mit direkter Anzeige von Betrag und Phase der eingangs angegebenen Art verwenden, weil die Meßspannung im einen Fall dem Wert des Prüflings direkt, im anderen Fall umgekehrt proportional ist. However, these known basic circuits cannot be avoided further in a measuring arrangement with direct display of the amount and phase of the input Use the specified type, because the measuring voltage in one case corresponds to the value of the test object is directly proportional, in the other case inversely proportional.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zum Messen von Impedanzen mit direkter Betrags- und Phasenanzeige, die unter Anwendung der vorstehend geschilderten, an sich bekannten Meßprinzipien eine direkte Anzeige auf den gleichen Meßgeräten in einem sehr großen Meßbereich gestattet und daher die Verwendung von Vergleichswiderständen mittlerer Größe in allen Meßbereichen ermöglicht. The object of the invention is to create an arrangement for measuring of impedances with direct magnitude and phase display, which using the a direct display of the measurement principles described above, known per se allows the same measuring devices in a very large measuring range and therefore the Use of comparative resistances of medium size in all measuring ranges enabled.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Gewinnung der zu vergleichenden Spannungen je ein von der Generatorspannung gespeister Spannungsteiler vorgesehen ist, von denen der erste durch den Prüfling und einen Festwiderstand und der zweite durch zwei Festwiderstände gebildet ist, daß der Generator einpolig geerdet ist, daß in an sich bekannter Weise zum Messen von Prüflingen hoher Impedanz die Prüflingsspannung an dem im Verhältnis zum Prüfling kleinen Festwiderstand des ersten Spannungsteilers abgenommen ist, während zum Messen von Prüflingen niedriger Impedanz der Festwiderstand des ersten Spannungsteilers groß im Verhältnis zum Prüfling ist und die Prüflingsspannung am Prüfling selbst abgenommen ist, daß die beiden zu vergleichenden Spannungen über die Verstärker einerseits einem als Betragsanzeigegerät dienenden Quotientenmesser und andererseits dem Phasenanzeigegerät zugeführt sind, daß ein Umschalter vorgesehen ist, mit dem beim Übergang von der Messung von Prüflingen hoher Impedanz zur Messung von Prüflingen niedriger Impedanz und umgekehrt die Anschlüsse zwischen den Abgriffen der beiden Spannungsteiler und den Eingängen der beiden Verstärker vertauschbar sind, und daß der Umschalter ferner so ausgeführt und beschaltet ist, daß er bei der Umschaltung die Lagen des Prüflings und des Festwiderstandes in dem ersten Spannungsteiler vertauscht, dort zugleich den einen Festwiderstand durch den anderen ersetzt sowie im zweiten Spannungsteiler das eine Festwiderstandspaar durch das andere ersetzt (Fig. 1). According to the invention, this is achieved in that for extraction the voltages to be compared are each a voltage divider fed by the generator voltage is provided, the first of which is through the test object and a fixed resistor and the second is formed by two fixed resistors that the generator is monopolar that is grounded in a manner known per se for measuring test objects of high impedance the test object voltage at the fixed resistance of the, which is small in relation to the test object first voltage divider is removed, while for measuring test objects lower The impedance of the fixed resistance of the first voltage divider is large in relation to the test object and the test object voltage has been removed from the test object itself, that the two voltages to be compared via the amplifier, on the one hand, as an amount display device serving quotient meter and on the other hand the phase indicator are supplied, that a switch is provided with the transition from the measurement of test objects high impedance for the measurement of test objects with low impedance and vice versa the connections between the taps of the two voltage dividers and the inputs of the two amplifiers are interchangeable, and that the changeover switch is also designed and wired so that that when switching over the positions of the test object and the fixed resistor in the first voltage divider swapped, there at the same time through the one fixed resistor the other replaces as well as the one fixed resistor pair in the second voltage divider replaced by the other (Fig. 1).

Durch die Anwendung der bekannten Meßprinzipien ergibt die erfindungsgemäße Anordnung in allen Meßbereichen die günstigste Meßgenauigkeit. The application of the known measuring principles results in the inventive Arrangement in all measuring areas the most favorable measuring accuracy.

Zudem weist die Anordnung nach der Erfindung eine sehr einfache Bedienung auf, weil sämtliche für den Übergang von hohen Impedanzen auf niedrige Impedanzen und umgekehrt erforderlichen Manipulationen mit einem einzigen Schalter vorgenommen werden.In addition, the arrangement according to the invention is very simple to operate because all for the transition from high impedances to low impedances and vice versa, the necessary manipulations are carried out with a single switch will.

Der Prüfling kann daher stets an die gleichen Klemmen angeschlossen werden, und es ist lediglich erforderlich, den Umschalter entweder in die Stellung zur Messung hoher Impedanzen oder in die Stellung zur Messung niedriger Impedanzen zu bringen.The DUT can therefore always be connected to the same terminals and it is only necessary to switch the switch to either position for measuring high impedances or in the position for measuring low impedances bring to.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung, Fig. 2 die Schaltbilder, die in den beiden Stellungen des Stufenschalters von Fig. 1 erhalten werden, in denen die Anordnung als Impedanzmeßgerät arbeitet, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Schaltungen, aus denen jeder Verstärkungs- und Meßkanal der Anordnung bestehen kann, und Fig. 4 Diagramme der Signale zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung. An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a block diagram of the overall arrangement, FIG. 2 shows the circuit diagrams, which are obtained in the two positions of the tap changer of Fig. 1, in which the arrangement works as an impedance measuring device, Fig. 3 shows an embodiment of the circuits that make up each gain and measurement channel of the assembly and FIG. 4 shows diagrams of the signals to explain the mode of operation of the arrangement.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung enthält zwei symmetrische Verstärkungs- und Meßkanäle, die an den Klemmen 1 und 2 beginnen. Der eine dieser Kanäle enthält einen Verstärker A1, der an die Klemme 1 angeschlossen ist, und der andere einen Verstärker A2, der an die Klemme 2 angeschlossen ist. The circuit arrangement shown in Fig. 1 contains two symmetrical Gain and measurement channels starting at terminals 1 and 2. The one of these Channels contains an amplifier A1, which is connected to terminal 1, and the others an amplifier A2 connected to terminal 2.

Die Ausgänge dieser Verstärker sind mit den beiden Wicklungen eines Quotientenmessers Mz verbunden, der zur Direktanzeige des Betrags der zu messenden Impedanz bestimmt ist. Vor einem der Eingänge des Quotientenmessers Mz liegt ein Galvanometer G zur Überprüfung des Pegels.The outputs of these amplifiers are one with the two windings Quotient meter Mz connected to the direct display of the amount to be measured Impedance is determined. In front of one of the inputs of the quotient meter Mz is a Galvanometer G for checking the level.

Die Verstärker A1 und A2 sind untereinander gleich, und jeder von ihnen enthält eine starke Stromgegenkopplung, so daß seine Ausgangsstrom-Eingangsspannungs-Kenrlinie möglichst linear ist. Eine geeignete Schaltung ist in Fig. 3 in dem Abschnitt A1 für einen dieser Verstärker dargestellt. Diese Schaltung besteht aus zwei Verstärkerstufen, von denen die erste eine Pentode enthält sowie einen Stromgegenkopplungskreis, der über eine Gleichrichterbrücke, z. B. mit Germaniumgleichrichtern, verläuft. An die andere Diagonale der Brücke ist die entsprechende Wicklung des Quotientenmessers Mz angeschlossen, so daß diese Wicklung von dem mittleren Ausgangsstrom des Verstärkers durchflossen wird, der proportional der Eingangsspannung ist. The amplifiers A1 and A2 are equal to each other, and each of them contains a strong current negative feedback, so that its output current-input voltage characteristic curve is as linear as possible. A suitable circuit is shown in Figure 3 in section A1 shown for one of these amplifiers. This circuit consists of two amplifier stages, the first of which contains a pentode and a current negative feedback circuit, the via a rectifier bridge, e.g. B. with germanium rectifiers, runs. To the the other diagonal of the bridge is the corresponding winding of the quotient meter Mz connected so that this winding from the mean output current of the amplifier which is proportional to the input voltage.

Jeder Kanal enthält anschließend an den Verstärker A1 bzw. A2 eine Begrenzerstufe E1 bzw. E2. Wie Fig. 3 zeigt, ist diese Begrenzerstufe in an sich üblicher Art ausgeführt. Die an den Ausgängen der Verstärker erscheinenden Wechselspannungssignale, die bei (a) und (e) in Fig. 4 dargestellt sind, werden dadurch in etwa rechteckige Signale umgewandelt, die jedoch in dieser Form für die weitere Verwendung noch nicht brauchbar sind. Jeder Ausgang einer Begrenzerstufe führt zu einer Schmitt-Kippschaltung B1 am Ausgang von E1 bzw. B2 am Ausgang von E2. Diese Kippschaltungen liefern dann Spannungsverläufe, die in den Diagrammen (b) und (f) von Fig. 4 dargestellt sind. Each channel then contains one at amplifier A1 or A2 Limiter stage E1 or E2. As FIG. 3 shows, this limiter stage is inherent carried out in the usual way. The alternating voltage signals appearing at the amplifier outputs, which are shown at (a) and (e) in Fig. 4 thereby become approximately rectangular Signals converted, however, in this form for further use not yet are useful. Each output of a limiter stage leads to a Schmitt trigger circuit B1 at the output of E1 or B2 at the output of E2. These flip-flops then deliver Voltage curves which are shown in diagrams (b) and (f) of FIG. 4.

Diese Signale werden differentiiert, wie in den Diagrammen (c) und (g) von Fig. 4 dargestellt ist. Von den dadurch erhaltenen Impulsen werden die Impulse einer bestimmten Polarität unterdrückt, beispiels- weise durch Kurzschlußdioden (Fig. 3), während die verbleibenden Impulse über getrennte Eingänge eine bistabile Kippschaltung nach Art eines »Flip-Flops« Bf (Fig. 1 und 3) steuern. Die Steuerung der Schaltung BF erfolgt also durch zwei Impulsfolgen der in den Diagrammen (d) und (h) von Fig. 4 dargestellten Art. Unter der Wirkung dieser Steuerung liefert die bistabile Kippschaltung Anodensignale, die den Diagrammen (i) und (1) von Fig. 4 entsprechen. Diese Signale besitzen einen rechteckigen Verlauf mit einander entgegengesetzten Änderungen, wobei sie zwischen zwei konstanten Spannungspegeln + val (gering) und $ V2 (hoch) schwanken. Wenn an die Anodenausgänge der bistabilen Kippschaltungen ein Meßgerät, z. B. ein Voltmeter, angeschlossen wird, ist dieses Gerät einem Wechselstrom ausgesetzt, der einen rechteckigen Verlauf hat, wobei die Breiten der »Halbwellen« von den Zeiten abhängen, an denen die Steuerimpulse wiederkehren, oder, genauer, von der relativen Phasenlage der Impulse in den beiden Steuersignalen. Man erzielt also die direkte Messung und Anzeige der Größe der gegenseitigen Phasenverschiebung der Eingangssignale durch Umwandlung der Wechselspannungssignale in stellungsmodulierte Impulse, durch Zuführung dieser Impulse zu einer bistabilen Kippschaltung und durch die Einwirkung der Ausgangssignale dieser Kippschaltung auf das Anzeigegerät Mf, da dieses Anzeigegerät M, die Gleichspannungskomponente des zugeführten Signals anzeigt; offensichtlich ist diese Gleichspannungskomponente - die im Diagramm (k) von Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist - ein Maß für die Phasenverschiebung. These signals are differentiated, as in diagrams (c) and (g) of FIG. 4 is shown. The impulses are of the impulses thus obtained a certain polarity suppressed, for example by short-circuit diodes (Fig. 3), while the remaining pulses have separate inputs via a bistable multivibrator like a "flip-flop" Bf (Fig. 1 and 3) control. Control of the circuit BF is thus carried out by two pulse sequences of the diagrams (d) and (h) of Fig. 4. Under the action of this control, the bistable multivibrator delivers Anode signals corresponding to diagrams (i) and (1) of FIG. These signals have a rectangular shape with opposite changes, where they fluctuate between two constant voltage levels + val (low) and $ V2 (high). If a measuring device, e.g. B. a Voltmeter, this device is exposed to an alternating current that has a rectangular course, with the widths of the "half-waves" from the times depend on which the control pulses recur, or, more precisely, on the relative Phase position of the pulses in the two control signals. So you get the direct one Measurement and display of the magnitude of the mutual phase shift of the input signals by converting the AC voltage signals into position-modulated pulses Feeding these pulses to a bistable multivibrator and through the action the output signals of this flip-flop to the display device Mf, since this display device M, indicating the DC component of the applied signal; apparently this DC voltage component - that in diagram (k) of FIG. 4 is dashed is shown - a measure of the phase shift.

Es ist zu bemerken, daß die Gleichspannungskomponente V zu Null wird, wenn die Phasenverschiebung Null oder 1800 beträgt. Ferner ändert die Gleichspannungskomponente ihr Vorzeichen, wenn sich das Vorzeichen der Phasenverschiebung ändert. Die beschriebene Anordnung ermöglicht also die Anzeige des Vorzeichens der Phasenverschiebung, was bei der Impedanzmessung sehr wichtig ist, weil dieses Vorzeichen anzeigt, ob die untersuchte Impedanz kapazitiv oder induktiv ist. Es besteht jedoch in der Praxis eine Schwierigkeit, weil ein derartiger Phasenmesser nicht bei Null oder in der Umgebung von Null arbeitet, weil dann die Signale der beiden Kanäle zusammenfallen und die bistabile Kippschaltung in einen instabilen Zustand gebracht wird. Dem kann dadurch abgeholfen werden, daß eine Phasenverschiebung von 1800 nur in einem Kanal vorgenommen wird, beispielsweise an der Stelle der Schmitt-Kippschaltung. Dies ist durch den Umschalter C31 angedeutet. Dieser Umschalter ermöglicht es, das Ausgangssignal der Kippschaltung B1 an der einen oder an der anderen Anode abzunehmen und dadurch die Phase des abgenommenen Signals nach Wunsch umzukehren. It should be noted that the DC component V becomes zero, when the phase shift is zero or 1800. Furthermore, the DC component changes its sign when the sign of the phase shift changes. The described Arrangement thus allows the sign of the phase shift to be displayed, what is very important when measuring impedance, because this sign indicates whether the investigated impedance is capacitive or inductive. However, it does exist in practice a difficulty because such a phase meter is not at zero or in the Near zero works because then the signals of the two channels coincide and the flip-flop is brought into an unstable state. That can be remedied by the fact that a phase shift of 1800 only in one channel is made, for example at the point of the Schmitt flip-flop. This is indicated by the switch C31. This switch enables the output signal of the flip-flop B1 at one or the other anode and thereby reverse the phase of the picked up signal as desired.

Mit dieser zusätzlichen Einrichtung ermöglicht es der beschriebene Phasenmesser, auch kleine Werte der Phasenverschiebung in der Umgebung von Null sowie den Wert Null selbst neben allen anderen Werten direkt anzuzeigen. With this additional device, it enables the described Phase meter, also small values of phase shift in the vicinity of zero as well as displaying the value zero itself next to all other values.

Zur Vervollständigung der Beschreibung der beiden Verstärkungs- und Meßkanäle ist noch die Rolle des Galvanometers G zu erläutern. Es ist zu beachten, daß den beiden Klemmen 1 und 2 im Betrieb Signale zugeführt werden müssen, deren Spannungswerte in vernünftigen Grenzen bleiben müssen, damit die Ausgangsströme, die den Wicklungen des Quotientenmessers Mz zugeführt werden, nicht zu hoch oder nicht zu gering sind. Wenn diese Ströme zu stark sind, was zu große Spannungen am Eingang der Verstärker anzeigen würde, wären die Kennlinien der Verstärker nichtlinear. Wenn andererseits die Ströme zu gering wären, würde die Genauigkeit der Anzeige leiden. Das Galvanometer macht die eine und die andere dieser unerwünschten Bedingungen sichtbar, und die Bedienungsperson kann durch Beobachtung dieses Geräts auf den Pegel der Eingangsspannung so einwirken, daß zufriedenstellende Betriebsbedingungen der Meßeinrichtung wiederhergestellt werden. To complete the description of the two gain and Measuring channels, the role of the galvanometer G is still to be explained. It should be noted that the two terminals 1 and 2 must be fed signals during operation, their Voltage values must remain within reasonable limits so that the output currents, which are fed to the windings of the quotient meter Mz, not too high or not are too low. If these currents are too strong, what too great Would indicate voltages at the input of the amplifier, would be the characteristics of the amplifier non-linear. On the other hand, if the currents were too low, the accuracy would be suffer from the ad. The galvanometer makes one and the other of these undesirable Conditions are visible, and the operator can by observing this device act on the level of the input voltage so that satisfactory operating conditions the measuring device can be restored.

Der Eingangsteil der in Fig. 1 dargestellten Impedanzmeßanordnung enthält Klemmen zur Zuführung einer geeichten Spannung Ve (deren Größe und Frequenz einstellbar sind), ein Paar Festwiderstands-Spannungsteiler Rll, R12 bzw. R21, R22, einen ersten Satz von Festwiderständen R3, einen zweiten Satz von Festwiderständen R4, einen Bereichswählschalter cl, mit dem die Widerstände der Sätze R3 und R4 gleichzeitig von Hand eingestellt werden können, und einen Umschalter C2 mit vier Kontaktbänken, von denen jede drei Kontakte enthält. Die Kontaktbänke sind mit c2l, c22, c23 und c24 bezeichnet, und die Kontakte in jeder Bank sind mit a, b und c bezeichnet. Zu jeder Kontaktbank gehört ein Kontaktarm, und alle Kontaktarme sind gemeinsam von Hand einstellbar. Die Kontaktarme von c22 und c23 dienen zum Anschluß der zu messenden Impedanz; der Kontaktarm von c21 ist mit der Eingangsklemme 1 des Verstärkers A1 verbunden, und der Kontaktarm von c24 ist an die Eingangsklemme des Verstärkers A2 angeschlossen. The input part of the impedance measuring arrangement shown in FIG contains terminals for supplying a calibrated voltage Ve (its size and frequency adjustable), a pair of fixed resistor voltage dividers Rll, R12 or R21, R22, a first set of fixed resistors R3, a second set of fixed resistors R4, a range selector switch cl, with which the resistances of sets R3 and R4 simultaneously can be set by hand, and a changeover switch C2 with four contact banks, each of which contains three contacts. The contact banks are marked c2l, c22, c23 and labeled c24, and the contacts in each bank are labeled a, b, and c. to a contact arm belongs to each contact bank, and all contact arms are common to Hand adjustable. The contact arms of c22 and c23 are used to connect the to be measured Impedance; the contact arm of c21 is with input terminal 1 of amplifier A1 connected, and the contact arm of c24 is connected to the input terminal of the amplifier A2 connected.

Die Bedeutung der Stellung a wird später erläutert. The meaning of position a will be explained later.

Es ist hier nur zu bemerken, daß in dieser Stellung die Arme der Kontaktbänke c22 und c23, die für den Anschluß der zu messenden Impedanz 7 bestimmt sind, von der übrigen Schaltung getrennt sind. Die Stellung b wird für die Messung großer Impedanzen gewählt, während die Stellung c für die Messung kleiner Impedanzen dient.It is only to be noted here that in this position the arms of the contact banks c22 and c23, which are intended for the connection of the impedance 7 to be measured, of the rest of the circuit are separated. The position b becomes larger for the measurement Impedances selected, while position c is used to measure small impedances.

Der Kontakt c der Kontaktbank c21 ist an den Abgriff des Spannungsteilers Rii, R12 angeschlossen, und der Kontakt b der Kontaktbank c24 ist an den Abgriff des Spannungsteilers R21, R22 angeschlossen. The contact c of the contact bank c21 is at the tap of the voltage divider Rii, R12 connected, and contact b of contact bank c24 is connected to the tap of the voltage divider R21, R22 connected.

Die Kontakte b der Bänke c2l und c23 sind gemeinsam mit dem Kontaktarm des Bereichswählschalters C verbunden, der den Widerständen R3 zugeordnet ist, während die Kontakte c der Bänke c23 und c24 gemeinsam mit dem Kontaktarm des Schalters C1 verbunden sind, der den Widerständen R4 zugeordnet ist.Contacts b of banks c2l and c23 are common to the contact arm of the range selector switch C associated with the resistors R3 while contacts c of banks c23 and c24 together with the contact arm of the switch C1 are connected, which is associated with the resistors R4.

Der Schalter C1 weist eine mit E bezeichnete Stellung auf, die zum Abgleich der beiden Kanäle dient. The switch C1 has a position labeled E, which is used for Alignment of the two channels is used.

Der Kontakt E der Kontaktbank der Widerstände R3 ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers R21, R22 verbunden, und der Kontakt E der Kontaktbank der Widerstände R4 ist an den Abgriff des Spannungsteilers Rll, R12 angeschlossen. Die Widerstände R und R21 sind vorzugsweise einstellbar ausgeführt.The contact E of the contact bank of the resistors R3 is with the tap of the voltage divider R21, R22 connected, and the contact E of the contact bank of the resistors R4 is connected to the tap of the voltage divider Rll, R12. The resistances R and R21 are preferably designed to be adjustable.

Der Abgleich der Kanäle erfolgt durch Einpegelung des Gegenkopplungsgrades der Verstärker in diesen Kanälen.The channels are adjusted by leveling the level of negative feedback the amplifier in these channels.

Die einen Enden der Widerstände des Satzes R3 sind mit Masse verbunden, während den Widerständen des Satzes R4 die Eingangsspannung Ve zugeführt wird. Der eine Pol der Quelle dieser Spannung Ve liegt natürlich an Masse. One ends of the resistors of set R3 are connected to ground, while the input voltage Ve is applied to the resistors of the set R4. Of the one pole of the source of this voltage Ve is naturally connected to ground.

Wenn der Bereichswählschalter C1 nicht in der Stellung E steht und der Umschalter C2 die Stellung b einnimmt, bei der die Impedanz Z angeschlossen ist, entspricht die elektrische Schaltung des Eingangsteils der Darstellung (b) in Fig. 2. Wenn der Umschalter C2 in die Stellung c gebracht wird, entspricht die Schaltung der Darstellung (c) von Fig. 2. If the range selector switch C1 is not in position E and the changeover switch C2 assumes the position b at which the impedance Z is connected is, the electrical circuit of the input part corresponds to illustration (b) in Fig. 2. When the changeover switch C2 is put in position c, the circuit corresponds the illustration (c) of FIG. 2.

Es sei zunächst die Stellung c betrachtet, die der Darstellung (c) von Fig. 2 entspricht und für die Messung kleiner Impedanzen eingestellt wird. In diesem Fall ist die dem Eingang des Verstärkers A2 zugeführte Spannung Vz = Ve - , (1) R4 tZ und da in diesem Fall der Wert R4 sehr viel größer als Z gewählt wird, beispielsweise in der Größenordnung des Hundertfachen des Wertes von Z, gilt annähernd Vz = Ve 7 . (2) R4 Da die Impedanz 7 als komplex angenommen wird und sich daher in der Form R + jX ausdrücken läßt, beträgt die der Spannung Ve erteilte Phasenverschiebung in allen diesen Fällen etwa F = arc tg XIR. (3) Die Eingangsspannung des Verstärkers A1 ist in Phase mit Ve, und ihre Größe ist durch das Verhältnis des festen Spannungsteilers bestimmt, nämlich Vr = Ve Vl2/(Rll + R12), also Vr = Ve Q, (4) wenn mit Q das Spannungsteilerverhältnis des Festwiderstands-Spannungsteilers liii, R12 bezeichnet wird. Let us first consider position c, which corresponds to representation (c) of Fig. 2 and is set for the measurement of small impedances. In in this case the voltage applied to the input of amplifier A2 is Vz = Ve - , (1) R4 tZ and since in this case the value R4 is chosen to be much larger than Z, for example on the order of one hundred times the value of Z, approximately applies Vz = Ve 7. (2) R4 Since the impedance 7 is assumed to be complex and therefore can be expressed in the form R + jX, the phase shift given to the voltage is Ve in all these cases about F = arc tg XIR. (3) The input voltage of the amplifier A1 is in phase with Ve, and its magnitude is by the ratio of the fixed voltage divider determined, namely Vr = Ve Vl2 / (Rll + R12), i.e. Vr = Ve Q, (4) if with Q the voltage divider ratio of the fixed resistor voltage divider liii, R12 is designated.

Für die Messung großer Impedanzen wird der Umschalter C2 in die Schalterstellungb gebracht, in der dann der Widerstandssatz R3 verwendet wird, deren Werte wenigstens um den Faktor 100 kleiner als der Wert der Impedanz Z sind. Die sich daraus ergebende Schaltung des Eingangsteils entspricht der Darstellung (b) von Fig. 2. In dieser Stellung sind ferner die Verstärkerkanäle A1 und A2 hinsichtlich der ihnen vom Eingangsteil zugeführten Signale miteinander vertauscht, wodurch das richtige Vorzeichen der bei M, gemessenen Phasenverschiebung wiederhergestellt wird, während ohne diese Maßnahme diese Phasenverschiebung das Komplement ergeben würde. Die Schaltung kommt also mit einer einzigen Skala für die Anzeige des Geräts M9 aus. Außerdem ist in dieser Stellung der Festwiderstands-Spannungsteiler R21, R22 an Stelle des Spannungsteilers Rll, R12 angeschlossen. To measure large impedances, switch C2 is set to switch position b brought, in which the resistor set R3 is then used, their values at least are less than the value of the impedance Z by a factor of 100. The resulting The circuit of the input part corresponds to the representation (b) of FIG. 2. In this Position are also the amplifier channels A1 and A2 with respect to them from the input part supplied signals are interchanged, thus ensuring the correct sign of the at M, measured phase shift is restored while without this Measure this phase shift would yield the complement. The circuit is coming so with a single scale for the display of the device M9. In addition, in this position the fixed resistor voltage dividers R21, R22 instead of the voltage divider Rll, R12 connected.

In der Stellung b empfängt der Verstärkerkanal A die Spannung Vz= Ve 3 , (5) s+ Z 7 und da R3 sehr viel kleiner als Z ist, läßt sich angenähert schreiben: Vz = Ve (Ra/7). (6) Der Verstärkerkanal A2 empfängt dann eine Spannung Vor = Ve R22/(R21 + R22), also Vr VeP, (?) wenn mit P das Spannungsteilerverhältnis des Festwiderstands-Spannungsteilers R21, R22 bezeichnet wird. In position b, the amplifier channel A receives the voltage Vz = Ve 3, (5) s + Z 7 and since R3 is much smaller than Z, one can write approximately: Vz = Ve (Ra / 7). (6) The amplifier channel A2 then receives a voltage Vor = Ve R22 / (R21 + R22), i.e. Vr VeP, (?) If with P the voltage divider ratio of the fixed resistor voltage divider R21, R22 is designated.

Der Quotientenmesser Mz stellt das Verhältnis der Ausgangsspannungen der Verstärker A1 und A2 fest. The quotient meter Mz represents the ratio of the output voltages the amplifiers A1 and A2 fixed.

Wenn die Kanäle abgeglichen sind, beträgt dieses Verhältnis a in der -Stellung b FZ ac= P , (8) R3 während in der Stellung c dieses Verhältnis folgenden Wert hat: Z (9) α = R4 . Q Wenn es erwünscht ist, die Impedanzen 7 in Bereichen zu messen, die sich um den Faktor 100 unterscheiden, und hierfür mit der gleichen Anzeigeskala des Quotientenmessers Mz auszukommen, genügt es, die Schaltung so aufzubauen, daß 100 7 nach (9) gleich Z nach (8) sind, d. h. daß 100 R4 Q P = R3, (10) und ganz allgemein, wenn mit n das gewünschte Verhältnis der Werte der zu messenden Impedanzen bezeichnet wird: n R4 Q P= R3 . zuR, zue zuP = R3. (11) Es ist noch die Stellunga des Schalters C2 zu betrachten, in der die Impedanz Z sowie die Spannungsteiler und die Widerstandssätze des Eingangsteils von den Eingangsklemmen 1 und 2 der Meßkanäle getrennt sind. Diese Klemmen 1 und 2 sind dann mit den Abgriffen von Widerstandsspannungsteilern e1 und e2 verbunden, beispielsweise mit Kontaktspannungsteilern, von denen jeder von 5 bis 6 db eingestellt werden kann. Es handelt sich hier um eine zusätzliche Vorkehrung, die es ermöglicht, das Gerät auch als Phasenmesser oder zur Untersuchung des Verhaltens von Vierpolen zu verwenden. In diesen Fällen werden die Signale, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, den Klemmen der Spannungsteiler zugeführt, oder die Vierpole sind mit ihren Ausgängen an diese Klemmen angeschlossen. Zur Untersuchung des Vierpolverhaltens kann eine in Dezibel geeichte Skala an dem Meßgerät Mz angebracht werden. Diese gleiche Schalterstellung ermöglicht es, das Gerät zur Durchführung von Dämpfungsmessungen bei Übertragungskreisen zu verwenden, beispielsweise zur Messung des Frequenzverhaltens, wobei die Ausgänge dieser Kreise an die Klemmen der Spannungsteiler angeschlossen sind.When the channels are balanced, this ratio is a in the Position b FZ ac = P, (8) R3 while in position c this ratio is following Value has: Z (9) α = R4. Q If desired, the impedances 7 in areas to measure, which differ by a factor of 100, and for this with the same To get along with the display scale of the quotient meter Mz, it is sufficient to set up the circuit in such a way that that 100 7 according to (9) are equal to Z according to (8), d. H. that 100 R4 Q P = R3, (10) and whole in general, if n is the desired ratio of the values of the impedances to be measured denotes: n R4 Q P = R3. zuR, zue zuP = R3. (11) It is still position a of switch C2 to consider, in which the impedance Z as well as the voltage divider and the resistance sets of the input part from input terminals 1 and 2 of the measuring channels are separated. These terminals 1 and 2 are then with the taps of resistor voltage dividers e1 and e2 connected, for example to contact voltage dividers, each of which can be set from 5 to 6 db. This is an additional one Provision that enables the device to also be used as a phase meter or for examination of the behavior of quadrupoles. In these cases the signals whose phase shift is to be measured, fed to the terminals of the voltage divider, or the four-pole terminals are connected to these terminals with their outputs. For examination of the four-pole behavior, a scale calibrated in decibels can be attached to the measuring device Mz will. This same switch position enables the device to carry out to use attenuation measurements in transmission circuits, for example for Measurement of the frequency response, the outputs of these circuits to the terminals the voltage divider are connected.

Es ist zu bemerken, daß in allen Stellungen des Umschalters C2 die Spannungsquelle, alle Spannungsteiler des Eingangsteils und auch die Verstärker- und Meßkanäle einpolig an Masse liegen. Dadurch ist die Anordnung sehr unempfindlich gegen den Einfluß von kapazitiven und induktiven Einkopplungen. It should be noted that in all positions of the switch C2 the Voltage source, all voltage dividers of the input part and also the amplifier and measuring channels are unipolar to ground. This makes the arrangement very insensitive against the influence of capacitive and inductive coupling.

Hierin ist ein besonderer Vorteil der beschriebenen Schaltung zu sehen.This is a particular advantage of the circuit described.

PATBNTAN5PRÜCH: 1. Anordnung zum Messen von Impedanzen mit einem Betrags- und einem Phasenanzeigegerät, die auf dem Vergleich zweier von dem gleichen Generator stammender Spannungen beruht, von denen die eine eine vom Prüfling abgeleitete Spannung (Prüflingsspannung) und die andere eine von einer Bezugsimpedanz abgeleitete Bezugsspannung ist, und mit untereinander gleichen Verstärkern für diese Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der zu ver- gleichenden Spannungen je ein von der Generatorspannung gespeister Spannungsteiler vorgesehen ist, von denen der erste (Z, R3 bzw. Z, 1?,) durch den Prüfling (Z) und einen Festwiderstand (R3 bzw. R4) und der zweite durch zwei Festwiderstände (R11, R12 bzw. R21, R22) gebildet ist, daß der Generator einpolig geerdet ist, daß in an sich bekannter Weise zum Messen von Prüflingen hoher Impedanz die Prüflingsspannung an dem im Verhältnis zum Prüfling (Z) kleinen Festwiderstand (R3) des ersten Spannungsteilers (Z, R3) abgenommen ist, während zum Messen von Prüflingen niedriger Impedanz der Festwiderstand (R3 des ersten Spannungsteilers (Z, R4) groß im Verhältnis zum Prüfling (Z) ist und die Prüflingsspannung am Prüfling (Z) selbst abgenommen ist, daß die beiden zu vergleichenden Spannungen über die Verstärker (A1, A2) einerseits einem als Betragsanzeigegerät dienenden Quotientenmesser (Mz) und andererseits dem Phasenanzeigegerät (E1, E2, B1, B2, 4, M) zugeführt sind, daß ein Umschalter (C2) vorgesehen ist, mit dem beim Übergang von der Messung von Prüflingen hoher Impedanz zur Messung von Prüflingen niedriger Impedanz und umgekehrt die Anschlüsse zwischen den Abgriffen der beiden Spannungsteiler (Z, R3 bzw. Z, R4; Rll, R12 bzw. R21, R22) und den Eingängen der beiden Verstärker (A1, A2) vertauschbar sind, und daß der Umschalter (C2) ferner so ausgeführt und beschaltet ist, daß er bei der Umschaltung die Lagen des Prüflings (Z) und des Festwiderstandes (R3,R4) in dem ersten Spannungsteiler vertauscht, dort zugleich den einen Festwiderstand (Ri) durch den anderen (R4) ersetzt sowie im zweiten Spannungsteiler das eine Festwiderstandspaar (R11, R12) durch das andere (R21, R22) ersetzt (Fig. 1). PATBNTAN5PRÜCH: 1. Arrangement for measuring impedances with a Amount and a phase indicator based on the comparison of two of the same Generator originating voltages is based, one of which is derived from the test object Voltage (test object voltage) and the other one derived from a reference impedance Reference voltage, and with the same amplifiers for these voltages, characterized in that to obtain the equal tensions each voltage divider fed by the generator voltage is provided, of which the first (Z, R3 or Z, 1 ?,) through the test item (Z) and a fixed resistor (R3 or R4) and the second is formed by two fixed resistors (R11, R12 or R21, R22) is that the generator is single-pole grounded that in a known manner for Measuring DUTs of high impedance the DUT voltage at the ratio to the test object (Z) small fixed resistance (R3) of the first voltage divider (Z, R3) is removed, while the fixed resistor is used to measure test objects with low impedance (R3 of the first voltage divider (Z, R4) is large in relation to the test object (Z) and the test object voltage on the test object (Z) itself has been removed, that the two voltages to be compared via the amplifiers (A1, A2) on the one hand as an amount display device serving quotient meter (Mz) and on the other hand the phase indicator (E1, E2, B1, B2, 4, M) are supplied that a changeover switch (C2) is provided with the when Transition from measuring DUTs with high impedance to measuring DUTs low impedance and vice versa the connections between the taps of the two Voltage divider (Z, R3 or Z, R4; Rll, R12 or R21, R22) and the inputs of the two amplifiers (A1, A2) are interchangeable, and that the switch (C2) also is designed and wired in such a way that it changes the positions of the test object (Z) and the fixed resistor (R3, R4) exchanged in the first voltage divider, there at the same time the one fixed resistor (Ri) is replaced by the other (R4) and in the second Voltage divider one pair of fixed resistors (R11, R12) through the other (R21, R22) replaced (Fig. 1).

Claims

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for the first voltage divider two sets of fixed resistors (R3 or R4) are provided, that a resistance range switch (C1) is provided with which before actuation of the tap changer (C2) a fixed resistor is selected in each of these sets, and that the fixed resistors (Ri, R4) are dimensioned so that the ratio of the values the fixed resistances remain constant in every position of the range switch (C1) (Fig. 1).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the ratio of the fixed resistors (R3, R is chosen so that it is with a predetermined coefficient the product of the resistance ratios in the two fixed resistor voltage dividers (Rll, R12; R21, R22) proportiona].

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that In one set of fixed resistors (Rg), the resistors are each connected to a terminal Ground, while in the other set of fixed resistors (R,) each with a Terminal are connected to a common point to which the generator voltage (Ve) is supplied.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the range switch (C1) has an additional position (E) in which the Fixed resistors (R2, R of the first voltage divider from the terminals of the step switch (C2) are separated and the two fixed resistance -Voltage divider (R11, R12; R21, R2 instead of the fixed resistors (R3, R,) of the first voltage divider are connected to the terminals of the multiple switch (C2).

6. Arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that that the changeover switch (C2) in a third position (a) directly a pair of resistance attenuators (el, e3 connects to the inputs of the amplifier (A1, A).

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that a galvanometer (G) in one of the connection lines of the quotient meter (Mz) lies.

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that - as partly known per se - the phase measuring device comprises means for limiting the sinusoidal amplifier output voltages and for differentiating the leading edges the same, also a monostable multivibrator (B1, B for switching transform the differentiated Voltages in square wave voltages that a bistable trigger circuit (B, y,) with two Inputs is provided to which the square-wave signals are fed, and that as Phase indicator a voltmeter (Ms) between the output terminals of the bistable Toggle switch (B,) is.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that a changeover switch (C3D, which rotates the phase of the square wave signals by 1800, in one of the input lines the bistable flip-flop (B ",) is arranged.

Publications considered: German Patent No. 892 308; German Auslegeschrift V 9166 VIIIc / 21 e (published on November 15, 1956); U.S. Patent No. 2,593,175; "Rohde & Schwarz-Mitt." No. 4, December 1953, Pp. 194 and 195.