DE1541837C3 - Schaltungsanordnung zur Messung der Dämpfung oder Verstärkung eines elektrischen Vierpols nach dem Vergleichsverfahren - Google Patents

Description

45

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung der Dämpfung oder Verstärkung eines elektrischen Vierpols nach dem Vergleichsverfahren bei höheren Frequenzen, bei der ein Meßsender konstanter Meßspannungsamplitude zusammen mit einem Spannungsmesser an einen das Meßobjekt enthaltenden Meßzweig und an einen Vergleichszweig anschaltbar ist und bei der die Nullstellungsdämpfung eines in einem der Zweige angeordneten kalibrierbaren Abschwächers durch einen im anderen Zweig angeordneten Dämpfungsvierpol kompensiert wird.

Hierbei ist es sowohl möglich, den Meßsender zusammen mit dem Spannungsmesser mittels Umschalter wahlweise an den Meßzweig oder den Vergleichszweig anzuschalten und für jede Schalterstellung eine getrennte Spannungsmessung durchzuführen oder beide Zweige parallel an den Meßsender und Spannungsmesser zu schalten und eine Messung der Differenz beider Ausgangsspannungen durchzuführen. Im ersteren Fall wird auf eine gleich große Ausgangsspannung für beide Schalterstellungen abgeglichen, während im letzteren letzteren Fall auf ein Minimum der Differenzspannung eingestellt wird.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 25 32 817 bekannt. Dabei handelt es sich im einzelnen um eine Hohlleitermeßanordnung, mit der Übertragungseigenschaften einer in einen Hohlleiterabschnitt des Meßzweiges eingefüllten Flüssigkeit zum Zwecke einer spektroskopischen Analyse und der Feststellung ihrer molekularen Struktur ermittelt werden können. An die Ausgänge beider Zweige ist eine Vorrichtung geschaltet, die für jeden derselben eine Meßkurve des empfangenen Hochfrequenzpegels in Abhängigkeit von der variablen Frequenz eines beide Zweige speisenden Hochfrequenzsenders aufzeichnet. In dem Vergleichszweig ist ein als Hohlleiterdämpfungsglied ausgebildeter, kalibrierbarer Abschwächer eingefügt, der auf einen solchen Dämpfungswert eingestellt wird, daß die Meßkurven beider Zweige zum Zweck der leichteren Auswertung gleiche Maxima aufweisen. Zur Ausschaltung von Meßfehlern, die auf unterschiedliche Dämpfungseigenschaften des Meß- und des Vergleichszweiges zurückgehen, ist im Meßzweig ein zusätzliches Hohlleiterdämpfungsglied vorgesehen, das vor Beginn der Messung, d. h. vor dem Einfüllen der Flüssigkeit, so eingestellt wird, daß sich die Meßkurven beider Zweige decken. Dabei wird automatisch auch die Nullstellungsdämpfung des kalibrierbaren Abschwächers kompensiert. Gleiche elektrische Längen des Meß- und des Vergleichszweiges sind bei dieser Anordnung vorausgesetzt.

Aus der US-PS 27 55 436 ist eine andere Dämpfungsmeßanordnung bekannt, bei der ein mit einem Prüfling beschalteter Meß- und ein Vergleichszweig vorgesehen sind und bei der ein in einem der Zweige angeordneter kalibrierbarer Abschwächer so eingestellt wird, daß eine beiden Zweigen nachgeschaltete Spannungsmeßvorrichtung an diesen jeweils gleich große Ausgangsspannungen mißt. Im einzelnen sind hier eine Eichleitung in den Meßzweig und drei weitere Eichleitungen in den Vergleichszweigen eingefügt, wobei zwei der drei letztgenannten Eichleitungen auf vorgegebene Dämpfungswerte einstellbar sind, die einer unteren und einer oberen Dämpfungstoleranz entsprechen. Die Spannungsmeßvorrichtung wird alternierend an die Ausgänge des Meß- und Vergleichszweiges angeschaltet, wobei innerhalb der Anschaltphase des Vergleichszweiges nochmals zwischen den Eichleitungen für die untere und die obere Dämpfungstoleranz umgeschaltet wird. Ein ähnlicher Aufbau aller dieser Eichleitungen verringert zwar die Gefahr von Fehlmessungen infolge unterschiedlicher Nullstellungsdämpfungen, beseitigt diese jedoch nicht in einem für Präzisionsmessungen ausreichenden Maße. Daher wird zunächst bei gleichzeitiger Überbrückung des Meßobjekts die Eigendämpfung der gesamten Meßanordnung überprüft, zu welchem Zweck alle Eichleitungen in Dämpfungsnullstellung gebracht werden. Zeigt die Spannungsmeßvorrichtung dabei unterschiedliche Meßergebnisse für den Meß- und Vergleichszweig an, so wird dies in Form einer Eichkurve festgehalten. Die hierbei erforderliche Korrektur der erhaltenen Meßergebnisse an Hand der genannten Eichkurve ist jedoch umständlich und zeitraubend und kann zu Ablesefehlern der Meßperson führen.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung das Problem zugrunde, wie der die Nullstellungsdämpfung

kompensierende Dämpfungsvierpol in möglichst einfachrer Weise ausgebildet werden kann, wenn er einem kalibrierbaren Abschwächer zugeordnet werden soll, der aus einer herkömmlichen, stufenweise umschaltbaren Eichleitung besteht.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der kalibrierbare Abschwächer als eine Präzisions-Eichleitung ausgebildet ist, die aus einer Vielzahl von Dämpfungsvierpolen mit größenmäßig gegeneinander abgestuften Dämpfungswerten besteht, die mittels Umschalter in beliebiger Weise zusammenschaltbar sind, so daß eine gewünschte Summendämpfung entsteht und daß der kompensierende Dämpfungsvierpol aus einem Koaxialleitungs- und/oder Koaxialkabelabschnitt besteht, der einerseits in seiner elektrischen Gesamtlänge der elektrischen Länge der Präzisions-Eichleitung entspricht und andererseits in wenigstens zwei, jeweils unterschiedliche Dämpfungen pro Längeneinheit aufweisende Teilabschnitte solcher Länge unterteilt ist, daß seine Dämpfungscharakteristik der Nullstellungsdämpfung der Präzisions-Eichleitung entspricht

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß eine Kompensation der Nullstellungsdämpfung der Präzisions-Eichleitung ohne die Benutzung von Eichkurven möglich ist, wobei die Nullstellungsdämpfung einer in der genannten Weise ausgebildeten, stufenweise einstellbaren Präzisions-Eichleitung in einer sehr einfachen Weise kompensiert wird, ohne daß sich die elektrischen Längen des Meß- und des Vergleichszweigs infolge der Kompensationsmaßnahmen voneinander unterscheiden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Dämpfungsmessung nach dem Vergleichsverfahren,

Fig.2 eine Schaltungsanordnung zur Verstärkungsmessung nach dem Vergleichsverfahren und

F i g. 3 den Aufbau einer in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten, nach der Erfindung ausgebildeten Präzisions-Eichleitung.

In Fig. 1 ist ein Meßsender 1, der eine Meßspannung einstellbarer Frequenz und konstanter Amplitude erzeugt, mittels eines Umschalters 2 wahlweise an einen das Meßobjekt X enthaltenden Meßzweig 3 oder an einen Vergleichszweig anschaltbar. Das Meßobjekt X besteht dabei aus einem Vierpol, dessen Betriebsdämpfung ax ermittelt werden soll. Der Vergleichszweig enthält eine aus mehreren in Serie zueinander angeordneten Stufen 5,6,7 aufgebaute Präzisions-Eichleitung, deren stufenweise einstellbare Dämpfungen aw, Sn2 und sah sich zu einer gewünschten Summendämpfung addieren. Über einen zweckmäßigerweise mit dem Umschalter 2 gekoppelten Umschalter 8 wird ein Spannungsmesser 9 gemeinsam mit 1 wahlweise an einen der beiden Zweige 3 oder 4 geschaltet. In Serie zum Meßobjekt Xliegt ein fester Dämpfungsvierpol 10, dessen frequenzabhängige Durchgangsdämpfung βκ derjenigen der Serienschaltung der Stufen 5,6 und 7 in Dämpfungsnullstellung, d. h. bei Einstellung der Summendämpfung Null, entspricht.

Bildet man den Dämpfungsvierpol 10 als Koaxialleitung oder als Koaxialkabel aus, so kann man davon ausgehen, daß die Dämpfungscharakteristik einer bei höheren Frequenzen betriebenen Präzisions-Eichleitung derjenigen einer Koaxialleitung bzw. eines Koaxialkabels prinzipiell entspricht, so daß an sich lediglich eine geeignete Bemessung der Länge der Koaxialleitung vorgenommen werden müßte, um zu erreichen, daß ihre Dämpfungscharakteristik derjenigen der Präzisions-Eichleitung in Dämpfungsnullstellung entspricht. Nach der Erfindung wird nun in Weiterbildung dieses Gedankens der Dämpfungsvierpol durch die Kombination einer unbelasteten Koaxialleitung und einer verlustbehafteten Koaxialleitung oder eines Koaxialkabels gebildet, wobei sich die Abmessungen der koaxialen Bauteile so wählen lassen, daß neben der Dämpfungscharakteristik der Präzisions-Eichleitung auch deren elektrische Länge gleichzeitig nachgebildet wird, so daß die Ausgangsspannung der Zweige 3 und 4 gleichphasig sind. Hierdurch wird eine phasenrichtige Zusammenführung dieser Spannungen erreicht, was insbesondere für den obenerwähnten Betriebsfall bedeutsam ist, bei dem die Zweige 3 und 4 parallel an den Meßsender 1 und an den Spannungsmesser 9 geschaltet und eine Spannungsdifferenzmessung der beiden Ausgangsspannungen durchgeführt wird.

Der Meßvorgang geht nun unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 in der Weise vor sich, daß die Umschalter 2 und 8 zunächst in die untere Schaltstellung gebracht werden, so daß der Meßzweig 3 angeschlossen ist, und die Anzeige am Spannungsmesser 9 beobachtet wird. Nach Umschaltung von 2 und 8 in die obere Schaltstellung werden sodann diejenigen Dämpfungsvierpole der Stufen 5, 6, und 7 der Präzisions-Eichleitung eingeschaltet, die eine Summendämpfung ergeben, weiche der zu messenden Vierpoldämpfung ax des Meßobjekts X entspricht. Die Dämpfungsgleichheit beider Zweige wird dabei durch die Gleichheit der Meßwerte am Spannungsmesser 9 angezeigt. Die ablesbaren Einstellungen der eingeschalteten Dämpfungswerte am, am und am der Präzisions-Eichleitung geben dann ein genaues Maß für die Vierpoldämpfung ax. Durch die Einfügung des Dämpfungsvierpols 10 werden die durch die Grunddämpfung der Präzisions-Eichleitung erforderlichen Korrekturen des Meßergebnisses bei der Messung automatisch berücksichtigt

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2, die eine Messung der Verstärkung νχ eines Verstärkervierpols X ermöglicht, besteht größtenteils aus den gleichen Schaltungsteilen wie F i g. 1 und weist dementsprechend gleiche Bezugszeichen auf. Das Meßobjekt X wird hierbei in den Zweig eingeschaltet, der die Präzisions-Eichleitung 5, 6 und 7 enthält Dieser ist dementsprechend als Meßzweig 11 zu bezeichnen, während der Vergleichszweig 12 nunmehr lediglich den Dämpfungsvierpol 10 enthält Auch hierbei ergeben die Einstellungen der einzelnen Stufen der Präzisions-Eichleitung 5,6 und 7 für gleiche Ausgangsspannungen der Zweige 11 und 12 die zu ermittelnde Verstärkung νχ unmittelbar ohne weitere Korrekturmaßnahmen an.

In F i g. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der nach der Erfindung verwendeten Präzisions-Eichleitung gezeigt, die bei koaxialem Aufbau auch für einen Bereich höherer Frequenzen mit Vorteil verwendbar ist. Der in den F i g. 1 und 2 mit 10 bezeichnete Dämpfungsvierpol ist hierbei als Koaxialleitung realisiert und in das Gerätegehäuse der Eichleitung fest eingebaut. F i g. 3 zeigt im einzelnen eine Draufsicht der Eichleitung mit abgenommener Geräteoberseite. Von den in die Gerätefrontplatte 13 eingesetzten koaxialen Anschlußstücken 14 und 15 führen abgewinkelte Koaxialleitungen 16 und 17 zu den schematisch

dargestellten Dämpfungsstufen 5, 6 und 7, die jeweils aus einer Gruppe von größenmäßig gegeneinander abgestuften Dämpfungsvierpolen in zylindrischer Anordnung bestehen. Durch im einzelnen nicht dargestellte radiale Schaltmesser, die in kreisförmigen Kontaktbahnen 18,19,20 und 21 in Ebenen senkrecht zur Achse der Hohlleitungen 16 und 17 drehbar sind, wird dabei im einzelnen der elektrische Kontakt zwischen dem Innenleiter der Koaxialleitung 16 bzw. 17 und dem jeweils einzuschaltenden Dämpfungsglied von 5,6 und 7 hergestellt, wobei die Einstellung der radialen Schaltmesser in Umfangsrichtung und damit die Auswahl eines einzelnen Dämpfungsvierpols innerhalb der Stufen 5, 6 und 7 jeweils mittels der Betätigungsknöpfe 22,23 und 24 vorgenommen wird.

Die Anschlußstücke des als Koaxialleitung ausgebildeten Dämpfungsvierpols 10 sind mit 25 und 26 bezeichnet. Von diesen gehen koaxiale Leitungsstücke 27 und 28 aus, die sich über Winkelstücke 29 und 30 in Koaxialleitern 31 und 32 fortsetzen. An diese schließen sich über weitere Winkelstücke 33 und 34 zwei Koaxialleiter 35 und 36 an, welche im Verbindungsstück 37 U-förmig miteinander verbunden sind. Dabei sind die Koaxialleiter 35 und 36 in Abweichung von den übrigen, aus versilbertem Messing hergestellten Koaxialleitungsteilen mit einem Innenleiter aus Zinnbronze versehen,

ίο um bei gleicher elektrischer Länge zwischen den Anschlußstücken 25 und 26 und den Anschlußstücken 14 und 15 die Leitungsdämpfung der Koaxialleitung so zu vergrößern, daß die Grunddämpfung der Präzisions-Eichleitung durch die Koaxialleitung möglichst weitge-

hend nachgebildet wird. Durch den beschriebenen Aufbau wird eine besonders gute Stabilität und elektrische Abdichtung der ganzen Anordnung erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Dämpfung oder Verstärkung eines elektrischen Vierpols nach dem Vergleichsverfahren bei höheren Frequenzen, bei der ein Meßsender konstanter Meßspannungsamplitude zusammen mit einem Spannungsmesser an einen das Meßobjekt enthaltenden Meßzweig und an einen Vergleichszweig anschalt- w bar ist und bei der die Nullstellungsdämpfung eines in einem der Zweige angeordneten kalibrierbaren Abschwächers durch einen im anderen Zweig angeordneten Dämpfungsvierpol kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kalibrierbare Abschwächer (5, 6, 7) als eine Präzisions-Eichleitung ausgebildet ist, die aus einer Vielzahl von Dämpfungsvierpolen (5, 6, 7) mit größenmäßig gegeneinander abgestuften Dämpfungswerten besteht, die mittels Umschalter (18 bis 21) in beliebiger Weise zusammenschaltbar sind, so daß eine gewünschte Summendämpfung entsteht und daß der kompensierende Dämpfungsvierpol (10) aus einem Koaxialleitungs- und/oder Koaxialkabelabschnitt (25 bis 37) besteht, der einerseits in seiner elektrischen Gesamtlänge der elektrischen Länge der Präzisions-Eichleitung entspricht und andererseits in wenigstens zwei, jeweils unterschiedliche Dämpfungen pro Längeneinheit aufweisende Teilabschnitte (31, 35) solcher Länge unterteilt ist, daß seine Dämpfungscharakteristik der Nullstellungsdämpfung der Präzisions-Eichleitung entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenldter wenigstens eines Koaxialleitungsteilabschnitts aus einem Material mit einem gegenüber den anderen koaxialen Leitungsteilen vergrößerten elektrischen Widerstand, z. B. Zinnbronze, besteht.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaxialleitungs- und/oder Koaxialkabelabschnitt (10,25 bis 37) mit der Präzisions-Eichleitung (5,6,7) zu einer Geräteeinheit zusammengefaßt ist.