DE2305829A1 - Messverfahren und geraet zur messung und getrennten registrierung der reaktanz und des ohmschen wirkwiderstandes passiver zweipole - Google Patents

Description

• Beanspruchte Priorität: Ausstellungspriorität Das Gerät wurde auf dem 43. Kongress des Zentralverbandes der Ärzte für Naturheilverfahren und des Kneippärztebundes e.V. vom 16. bis 23. September 1972 in Freuedstadt demonstriert.
• "Messverfahren und Gerät zur Messung und getrennten Registrierung der Reaktanz und des ohmschen Wirkwiderstandes passiver Zweipole." Die Messung von Impedanzen pder Admittanzen erfolgt z.Zt. mittels Brückenschaltungen, deren Brückenspannung durch mechanisches Verstellen der Referenzelemente oder deren elektronische Verstimmung z.B. mittels Abstimmdioden geschieht. Der Abgleich ist entweder zeitraubend oder aufwendig.
• Oft ist es notwendig, z.B. in der Biologie, Medizin, Technik oder Chemie, an verschiedenen Stellen eines ausgedehnten, komplexen Netzwerkes dessen Zweipoleigenschaften zu messen und zu registrieren. Das manuelle Eintragen der gemessenen Werte in eine jeden Messpunkten zugeordneten Spalte ist zeitraubend und erlaubt keine kontinuierliche Messung, da zwischen jeder Messung die entsprechende Registrierung erfolgen muss. Besonders bei oft zu wiederholenden Messungen ist dies sehr mühsam oder bei Messungen, wo die Reihenfolge der Messpunkte bei der Messung eine andere ist als bei der Auswertung.
• Erfindungsgemäss wird daher ein Verfahren und Gerät beschrieben, das getrennt die Reaktanz und den ohmschen Widerstand eines Zweipoles ermittelt und in beliebiger Reihenfolge registriert. Die Erfindung misst die Reaktanz und den ohmschen Wirkwiderstand eines Zweipoles und liefert sofort zwei Messwerte, die ein Mass für die Reaktanz und den ohmschen Wirkwiderstand sind. Sie werden angezeigt und registriert. Dabei ist das Ersatzschaltbild der Anordnung mit 63 nach Fig. 1 (Reihenschaltung oder Parallelschaltung) am Gerät einzustellen. Die direkte Anzeige und Registrierung des Wirkwiderstandes und der Reaktanz von Zweipolen ist speziell dort notwendig, wo sie sich mit der Zeit schnell verändern und keine Zeit zum Abgleich einer Brückenschaltung verbleibt. Beispielsweise ist das in der Medizin bei der Messung des Körperwiderstandes und seiner Reaktanz der Fall. Das Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, dass es auch bei hohem Wirkwiderstand, d.h. hohem Verlustwinkel, noch ausreichend genaue Ergebnisse liefert. Erfindungsgemäss wird der zu untersuchende Zweipol aus einem frequenzkonstanten Generator (beispielsweise 10 KHz) mit einem Konstand-Spannung- oder Konstant-Strom-Generator gespeist.
• Nach Wahl des Ersatzschaltbildes fur den Zweipol sind die zwei Fälle zu unterscheiden: 1.) Parallelersetzschaltbild (Elemente Rp, Xp). Die Generatorspannung uo(1) wird durch eine Regelung konstant gehalten, unabhängig von der Art und Grösse der Belastung. Gemessen wird ao zum Zweipol in Serie geschalteten Messwiderstand RMS(2) der Strom J. Schalter s3 (11) in Stellung 1 - 3.
• 2.) Serienersatzschaltbild (Elemente Rs, Xs) Der Generatorstrom Jo (3) wird durch eine Regelschaltung konstant gehalten. Gemessen wird an parallel geschalteten Messwiderstand RMP(4) der Spannungsabfall UM. Schalter S3 (11) in Stellung 1 - 2.
• Fall 1) Am Messelement RMS wird bei 1) der Generatorstrom gemessen. Seine Amplitude sowie seine Phasenverschiebung # gegenüber der Generatorspanung Uo ist ein Mass für die Reaktanz und den Wirkanteil des Zweipoles, wenn UM = RMS # J viel kleiner als die Urspannung Uo des Generators ist. Wird die Spannung UM = RMS J mit zwei um 90° gegeneinander phasenverschoben Kanäle (5, 6) phasenselektiv abgetastet, wie in Figur 1 dargestellt, so erhält man nach Bilden des jeweiligen arithmetischen Mitterwertes (7, 8) zwei elektr. Gleichspannungen, deren Amplituden proportionel dem Bindleitwert Bp und dem Wirkleitwert Gp des Parallelersatzschaltbildes sind. Denn es gilt Da V amplitudenkonstant und frequenzkonstant ist, erhält man durch die phasenselektive Abtastung im Falle 1) Re{J} und Jm{J} getrennt und damit ein Mass für die Wirkleitwert und Blindleitwert. In Figur 2 sind beispielsweise die Spannungsverläufe der Generatorspannung (17) sowie die Schaltfunktion (18, 19) der elektronischen Schalter S1 und S2 (5, 6) nach Figur 1 und die resultierenden abgetasteten Spannungen für 3 Zweipole darstellt (20, 21, 22). Werden als Anzeige Widerstandswerte statt Leitwerte gewünscht, so wird entweder die Anzeigeskala als Reziprokskale ausgebildet oder mittels eines Dividierers wird der Kehrwert gebildet.
• Erfindungsgemäss werden durch eingebaute, einstellbare Referenzwiderstände (9, 10) und Reaktanzen Zuleitungseinflüsse zwischen Messabjekt und der Auswerteschaltung kompensiert.
• Fall 2) Für den Fall 2) - Ersatzschaltbild als Serienschaltung der Wirk- und Blindkomponente der Impedanz - wird der Generatorstrom J (3) konstant gehalten.
• Der Messwiderstand RMP(4) liegt parallel zu dem zu untersuchenden Zweipol.
• An ihm wird der Spannungsabfall UM = RMP # J gemessen. Es gilt für den Strom Nach der entsprechend 1) phasenselektiven Abtastung und einer arithmetischen Mittelwertbildung stehen zwei unabhängige Messpannungen zur Verfügung, die propotional der Reaktanz und dem Wirkwiderstand sind.
• Erfindungsgemäss wird eine Schreibvorrichtung vorgeschlagen, beispielsweise ein analoger X-Y-Schreiber (12), der die Registrierung des Wirkwiderstandes und der Reaktanz in Abhängigkeit von den Koordinaten des Messpunktes in beliebiger Reihenfolge erlaubt. Dazu werden mittels einer elektronischen Schaltung die zu registrierenden Koordinaten eingegeben.
• Die Registrierung kann beispielsweise nach dem Funktionsschema Figur 1 erfolgen, das im folgenden beschrieben wird. Dabei wird mittels einer zehnziffrigen Tastatur (12) digital die Messkoordinate eingegeben, die einer bestimmten Messondenanordnung entspricht. Diese Koordinate wird angezeigt und bewirkt über einen Digital-Analogumwandler, dass das Schreibwagen in die Spalte fährt, die den Messkoordinaten auf dem Registrierpapier zugeordnet ist. Durch Auslösen des Registriervorganges, beispielsweise mittels eines an der Messonde eingebauten Tasters, werden die dann von dem Messgerät gelieferten Werte für die Reaktanz und den Wirkwiderstand registriert.
• Bei dynamisch sich verändernden Messwerten erfolgt die Registrierung beispielsweise mit zwei getrennten Schreibfedern für den Wirkanteil und den Blindanteil der Impedanz. Ist die zeitliche Änderung des Vorganges nicht interessant, so kann die Registrierung mit einem Einkanalschreiber erfolgen. Dabei werden die Messwerte elektronisch gespeichert und mittels einer Ablaufsteuerung nacheinander an das Schreibwerk zur Registrierung durchgeschaltet. Die praktische Erprobung hat gezeigt, dass das erfindungsgemässe Gerät äusserst zufriedenstellend arbeitet. Die freie Wahl der Reihenfolge der Messpunkte bei einem vorgegebenen Auswahlschema beschleunigt die Auswertung erheblich.

Claims (6)

1. Patentansprüche: Verfahren zur Messung und Registrierung des Wirkleitwertes und Blindleitwertes oder Wirkwiderstandes und Blindwiderstanes für Zweipole bestehend aus beliebigen Kombinationen von R, L und C, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ersatzschaltgrössen Gp und B p im Parallelersatzschaltbild bzw, im Serienersatzschaltbild R@ und X S1 die näherungsweise gegeben sind, durch bei Speisung des Zweipoles mittels zweier Elektroden mit konstanter Spannung U@ (1) bzw. durch Speisung an einem Messwiderstand RMS bzw. RMP Grössen J bzw. UM und deren phasen selektive Gleichrichtung durch zwei um 900 gegeneinander phasenverschobene elektronische Schalter (5, 6)

   und anschliessende arithmetische Mittelwertbildung (7, 8) direkt angezeigt werden und graphisch in nur in der von der Auswertung bestimmten Reihenfolge unabhängig von der Reihenfolge der Messung aufgezeichnet werden (12).
2. 2. Gerät nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Eingabe der Messkoordinaten mittels einer Tastatur (13) erfolgt und zur Kontrolle (14) angazeigt wird.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Reihenfolge der graphischen Auftragung der Messpunkte durch einen programmierbaren Speicher (15) vorgegeben ist.
4. 4. Gerät nach Anspruch 1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die graphische Auftragung ein X-Y-Schreiber (12) benutzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zu registrierenden, gleichzeitig anliegenden Messwerte gespeichert und nacheinander mittels einer Logiksteuerung auf das Schreibwerk gegeben werden (16).
6. 6. Gerät nach Anspruch 1) bis 4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die Registrierung von zeitlich veränderlichen Messwerten zwei Schreibwerke benutzt werden.