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Einrichtung zum Mesen der Güte von elektrischen Schwingkreisen und
zum Messen von Windungsschlüssen in Spulen.
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Die Erfindung betriffe eine Einrichtung zum Messen der Gute vo elektrischen
Schwingkreise, zum Messen von Windungsschlüsses bei Spule, sowie zum Messen der
Dämpfung der Schwingkreise durch Impulsenaregung des Schwingkreises @dd Auswertung
der dadurch ensstehenden gedämpften Schwingung.
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Zum Messen von elektrischen Schwingkreisen si@d verschiedene Foren
der Messung; bekannt. So kann einerseits die Energieauf@abme, die zur Erregun. im
Reschanzpunkt erforderlich ist, zur Gütemessung herangezogen werden. Anderseits
kann ader auch durch impulsförmige Anregung und Beobachtung der entstehenden gedämf@en
Schwingung die Schwingungseigenschaft derartiger Objekte festgestellt werden. Bei
elektrischen Schwin,kreisen können durch diese Messungen Windun-;sschlasse in den
Spulen, die Güte von Eisenkernen oder bei bekannten größen des induktiven Anteiles
auch die Güte der Kapazitaten gemessen werden.
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Jeder Kreis, in dem eine freie SchwinSun erregt werden kann, wie abgestimmte
LC-Kreise, Hohlraumresonatoren, elektromechanische und elektromagnetische Resenateren,
ist sinngemäß als Schwingkreis zu verstehen. Das Meßobjekt selbst kann aber auch
durch einen leitenden,
dielektrischen oder magnetischen Gegenstand
gebildet werden, der an diesen Schwingkreis Salvanisch, induktiv (durch Annäherung
an den Eisenkern der Spule) oder kapazitiv (als Dielektricun, des Kondensators)
gekoppelt ist.
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Bei de elektro-(magnet.)-mechanischen Resonatoren kann das Meßobjekt
auch durch das umgebende fest, flüssige oder gasförmige Medium gebildet sein, durch
die Berührung mit demmechanischen Resonator wird das Objekt an diesen gekoppelb
und beeinflußt seine Dämpfung.
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Ein Meßvorgang in bekannter Weise besteht darin, daß durch die Sägezahnschwingung
der Horizontalablenkung eines Kathodenstrahlosziliographen der Schwingkreis angeregt
wird, wobei die entstehende gedämpfte Schwi:'gun der Vertikalablenkung zugeführt
wird und am Schirmbild der Ablauf der Schwingung beobachtet wird. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß eine qualitative Auswertung schwierig und zeitraubend ist.
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Da nicht die Frequenz der entstehenden Schwingung sondern die Anzahl
der Schwingungen maßgebend ist, ist zu dieser Einrichtung die Verwendung von digitalen
Frequenzzählern nicht möglich. Die letzte, noch zu zählende Schwingung muß außerdem
in ihrer Amplitude einwandfrei definiert sein, da nur dadurch ein einwandfreies
Meßergebnis erzielt werden kann.
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Eine bekannte Anordnung zur Dämpfungsmessung besteht darin, daß die
Spitzenspannung des ersten Spannungsdurchlaufes der gedämpften Schwingung mit dem
Mittelwert der umhülenden gedämpften Schwingung verglichen wird und dieser Vergleichswert
auf einem Meßinstruinent zur Anzeige gebracht ist. Österr. Patent Nr. 27415).
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Bei anderen Anordnungen werden die Mittelwerte der angeregten Schwingung
des unbekannten mit denen eines bekannten Vergleichsschwingkreises verglichen. Bei
Anordnungen, die mit dem Vergleich des Mittelwertes
oder des Mittelwertes
zum Spitzenwert arbeiten, ist besonders von Nachteil, daß der Referenzwert, der
zum Vergleich herangezogen wird, außerordentlich stabil und damit auch teuer aufgebaut
sein rnuß, da er eine außerordenb ii ch geringe Temperaturabhängigkeit besitzen
tiiuß. Weiters ist die Alterung dieses Referenzwertes ein Faktor, der zu Üngenauigkeiten
fuhren kann.
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Insgesonders die LanÖzeitgenauigkeit dieser Anoranungen ist daher
von vielen Faktoren abhängig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, (ite
ein direktes Ablesen der Meßwerte mit entsprechedder Genauigkeit ermöglicht.
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Dies wird durch eine Einrichtung zu Messen der dälfipfenden Faktoren
von Schwingkreisen durch Anregurig des schwingfähigen Objektes mit einem konstanten
Impuls und der Auswertung der durch das freie Ausschwingen entstehenden Sekundärschwingung
zur Messung von Parametern eines angekoppelben Meßobjektes, das die Dämpfung der
angeregten Schwingkreises beeinflußt, respektive zur Messung von Windungsschlüssen
angekoppelter Spulen, wobei erfindungsgemäß die Anordnung bestehend ist aus einem
Impulsgeber, einer hochohmig an den zu messenden Schwingkreis angekoppelten Begrenzer-
udd Vergleichsstufe (Komparator), einem regelbaren Referenzkreis und einer digitalen
Zähleinrichtung, wobei die zu messende Schwingung aber die Begrenzerstufe und das
Vergleichsglied über das Kurvenformglied in eine Rchtcckschwingung umgeformt wird,
welche den digitalen Zähler weit erstellt, und zwar um soviele Stellen wie Schwingungerl
bis zum durch die Referenzspannung eingestellten Niveau sind, erzielt.
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Erfindungsgemäß wird der Impuls über einen Kondensator der'zu messenden
Induktivität zugeführt.
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Der Kondensator bildet zusammen mit der Induktivität einen Schwingkreis,
der durch die Stromquelle geschlossen ist. Die dabei entstehende gedämpfte Schwingun
g hängt also auch von der Größe des Kondensators
ab und ist somit
durch verschieden große Kondelsatoren beeinflußbar, sodaß die Frequenz der gedämpften
Schwingung: festgelegt werden kann. Hiedurch werden optimale Verhältnisse erzielt
und außerdem bedämpft die Stromquelle den Schwingungsvorgang nicht, sodaß zur Anredung
ein Schalter Verwendung finden kann, da beim Öffnen des Schalters kein Umladevor,ang
des Kondensators erfolgt udd damit auch kein zweiter Impuls entsteht. Anstelle des
Schalters kann eine bei Eingangsschaltung gon Computern übliche Schaltanordnung,
wie flip-flop-Glieder, Multivibratoren usw., Verwendung finden. Durch die Vergleichsspannung
am Komparator wird nicht bis zur letzten entstehenden Amplitude gezählt, die unter
Umständen sehr klein sein und Unsicherheitswerte ergeben könnte,sondern nur bis
zu einem Wert, der im direkten mathematischen Zusammenhang mit dem Gütefaktor steht.
Außerdem wird hiedurch das Ende des Zählvorganges in einen steileren Bereich der
Hüllkurve der gedämpften Schwingung verlegt, sodaß auch dadurch eine höhere Genauigkeit
erzielt wird.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht in einer hohen Genauigkeit und
in einer sehr einfachen Anwendung, wobei die Ankopplung der zu messenden Induktivität
sowohl galvanisch durch direkten Anschluß als auch erfindungsgemäß über einen Eisenkern
durch induktive Kopplung mit einer im Gerät eingebauten Meßspule erfolgen kann.
Bei bekannten Spulendaten können mit dieser Anordnung Windungsschlüsse festgestellt
werden, wobei gleichzeitig bei galvanischem Anschluß auch der Durchgang der Induktivitst
geprüft wird, da bei Unterbrechung in diesem Falle nur der Erregerimpuls als ert
1 gezählt wird, der als Unterbrechung signalisiert werden kann.
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Ist die Spule in einwandfreiem Zustand und von hoher Güte, wird ein
hoher Zählwert entstehen.
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Erfindungsgemäß ist die Vergleichsspannung am Komparator regelbar,
sodaß das Ende des Zählvorganges regelbar ist.
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Dadurch, daß digitale Zahlenwerte als Ausgangswert zur Verfübur.g
stehen, können diese in au-ton,atischen Fertiäfun gsstraßen eine vollautomatische
Prüfung mit einer Ausscheideautomatik steuern.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung esteht darin, daj die Höhe des
Anregungsimpulses so hoch gewählt werden kann, daß Windungsschlüsse ausgelöst werden,
die normalerweise nur unter Betriebseedingungen auftreten. Die zu prüfende Wicklung
kan hiedurch auch unter extremen Belastungsbedingungen geprüft werden. Dies ist
besonders wichtig @ei Wicklungen, die extremen Belastungen ausgesetzt sind und für
Windungsschlusse, die verdeckt sind und erst nach Erreichen einer gewissen WindunÕsspannung
auftreten. Derartige Fehler können mit den bisherigen Graten nicht geortet werden,
da sie im Leerlaufzustand nicht vorhanden sind.
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Diese Anordnung eignet sich nicht nur zum Messen von Wirdungsschlüssen
in Spulen, sondern auch zum Messen von anderen dämefenden Faktoren an Induktivisaten,
z.B.
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Wiröelstromverluste an Eisenkernen oder Verlustwinkelmessungen von
Kondensatoren und dergl.
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Mit dieser Anordnung können aber auch andere Parameter durch Anschluß
einer entsprechenden Meßspule und durch Bedämpfung dieser gemessen werden. So können
z.B.
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Materialstarken von dünnen Metallfolien und Blechen durch Bestimmung
der Dampfunrsgröße gemessen werden.
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Die Abhängigkeit der Dämpfung des LC-Schwingkreises von der Entfernung
des gemessenen Metallobjektes kann aoer auch zur Messung von Isolationsschichten
auf Metallen, z.B. zum Messen von Lackschichten oder von Oxydationsschichten auf
Aluminium Anwendung finden.
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Darüber hinaus kann das Meßverfahren auch zur Messung der Viskosität
von Flüssigkeiten und Gasen durch die Bedämpfung von mechanischen Resonatoren angewendet
werden.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, und
zwar zeigen Fig. 1) die Prinzipschaltung einer derartigen Ahordnung Fig. 2) den
Kurvenverlauf der entstehenden Schwingung Fig. 3) die Prüfanordnung an einer elektromechanischen
Einrichtung und Fig. 4) die induktive Ankopplung der zu messenden Spule.
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Fig. 1 1 is das zu messende Objekt, in diesem Falle eine Spule. Diese
wird durch de.i Schalter 2 über den Kondensator 12 mit der Stromquelle 24 verbunden,
wobei der zum Schalter 2 parallel liegende Kondensator 13 Fehlimpulse verhindert.
Der Kondensator 12 wird über die Spule 1 mi steilem Stromanstieg aufgeladen.
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Die Spule 1 stellt mit dem Kondensator 12, der durch den anOeschlossenen
Schalter 2 über die Stromquelle 24 an Massetiegt, einen Schwingkreis dar, der durch
den Ladeimpuls zu schwingen beginnt, wobei die Schwingung in Form einer gedämpften
Schwingung abklingt. Die gedämpfte Schwingung wird mit dem Kondensator 11 abgenommen
und einem Komparator 3 zugeführt. Der zweite Eingang des Komparators 3 liegt über
dem Einstellregler an einer Gleichspannung 9 und wird durch den Kondensator lo überbrückt.
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Durch den Komparator wird ein Teil der Sinusschwingungen durch die
Dioden 4 in Rechteckimpulse verwandelt und der Zählschaltung 5 zugeführt. Diese
Zählschaltung zeigt über den Dekoder 6 und der Anzeige
7 die Anzahl
der RechGeckschwingungen an.
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8 ist eine Nullrückstellung und 14 ist ein Widerstand zum Entladen
des Kondensators, wenn der Schalter geöffnet wird.
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Fig. 2 zeigt die gedämpfte Schwingung und den Teil der Schwingung,
der über den Komparator in eine Rechteckschwingung umgewandelt wird.
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Fig. 3 zeigt eine elektromechanische Anordnung, wobei 2-14 dieselben
Bauelernente und Einrichtungen wie in Fig.l sind. Die Meßspule 17 ist hiebei mit
einem Eisenkern 18 und dem magnetischen Anker 20 mit dem Resonator 21,22 gekoppelt.
Der mechanische Resonator 21,22 wird durch die zu untersuchende Flüssigkeit 23 bedämpft.
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Der mechanische Resonator wird durch die Spule 17 elektrisch angeregt
und erzeugt durch die abklingende Schwingung des mechanischen Resonators über den
Anker 20 in der Spule 17 eine Spannung, die in den Einrich-ungen 2-14, wie in Fig.
1 beschrieben, angezeigt wird.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der 2-14 wieder dieselben Bauelemente
wie in Fig. 1 sind, wobei jedoch der Kondensator 12 an eine fest angeschlossene
Spule 16 angeschlossen ist. An dieser Spule 16 ist ein Eisenkern 15 so angeordnet,
daß die zu prüfende Spule 1 mit diesem magnetisch gekoppelt werden kann und dadurch
induktiv die Spule 16 bedämpft.