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Verfahren zum 1VIessen der Längen von unterhaltenen elektrischen Wellen.
Es sind bereits Verfahren zum Messen der Längen von unterhaltenen elektrischen Wellen
nach der Nullmethode bekannt, bei welchen die Nullstellung des Indikators, sei es
mittels eines Elektrodynamometers, sei es mittels eines aus einem Wellenanzeiger
und einem Telephon zu-, sammengesetzten Systems, ermittelt werden konnte. Bei diesem
bekannten Verfahren (s. Zenneck, Lehrbuch der drahtlosen Telegraphie, 1913, Abb.
169) werden in einem, sei es das Elektrodynamometer, sei es das System Wellenanzeiger,
Telephon enthaltenden Hilfsstromkreis zwei elektromotorische Kräfte entgegengestellt,
von denen die eine durch Induktion seitens des primären Stromkreises und die andere
seitens des Meßstromkreises erhalten wird. Infolge der Leichtigkeit, mit welcher
die Hochfrequenzströme in den benachbarten Stromkreisen Störungen, Schmarotzerströme
usw. hervorrufen, müssen die bei dem genannten Verfahren verwendeten drei Umformer
derart angeordnet sein, daß die Achsen der Induktionsspulen in bezug aufeinander
senkrecht stehen, was bei der Einregelung sehr umständliche Messungen erforderlich
macht. Die vorliegende Erfindung vereinfacht diese Einregelung dadurch, daB man
in einem Hilfsstromkreis den durch den zu messenden Strom selbst erzeugten Ohmschen
Spannungsabfall der elektromotorischen Kraft entgegenstellt, welche in bekannter
Weise durch doppelte Induktion, nämlich des zu messenden Stromes auf den Meßstromkreis
und des so in dem letztereninduziertenStromes, auf einen dritten Stromkreis erhalten
wird, welcher dritter Stromkreis erfindungsgemäß als der Hilfsstromkreis ausgebildet
ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen den Erfindungsgegenstand in
schematischer Weise.
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Abb. = zeigt die neue Anordnung für die Messung nach der Nullmethode.
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Abb. 2 zeigt die bekannte Anordnung für die Messung nach der REsonanzmethode
wobei gezeigt ist, wie man aus derselben durch einen einfachen Handgriff zu der
Nullmethode übergehen kann.
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Abb. 3 zeigt ein Vektordiagramm.
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Der zu messende schwingende Strom wird in der Spule z (Abb. z) erzeugt
und geht zur Spule 2 sowie zum induktionsfreien Widerstand 3, welch- letzterer regelbar
ist. Die Spule 2 wirkt durch Induktion auf den schwingenden Stromkreis 4, weicher
geeicht ist, ein, und dieser letztere erzeugt in der Spule 5 eine induzierte elektromotorische
Kraft. Der Widerstand 3 ist mit der Spule 5 sinngemäß verbunden (Abb. x). Bezeichnet
man mit w die Pulsierung des zu messenden Stromes, M den von Null bis auf einen
bestimmten Betrag wechselnden Koeffizienten der regelbaren wechselseitigen Induktion
zwischen der Spule 2 und dem schwingenden Stromkreis 4 und m den ebenfalls von Null
bis auf einen bestimmten Betrag wechselnden Koeffizienten der wechselseitigen Induktion
zwischen dem schwingenden Stromkreis 4 und der Spule 5, i die Stromstärke der Spule
r, j die Stromstärke des schwingenden Stromkreises 4, E die induzierte elektromotorische
Kraft der Spule 5, L den Selbstinduktions-Koeffizienten des schwingenden Stromkreises
4, C die Kapazität des Stromkreises 4, R den konstanten Ohmschen Widerstand desselben
und y den Ohmschen Widerstand bei 3, so erhält man zwischen den Werten i und j einerseits
und den Werten E und j anderseits folgende zwei Gleichungen
Mit Bezug auf das Vektordiagramm (Abb. 3) nimmt man als Phasenanfang den Strom
i = io # sin wt, so wird der Spannungsabfall im Widerstand y durch den Vektor
0A dargestellt, der in dei Richtung 0X vom Anfangspunkt 0 aufgetragen wird und die
Größe 0A = y - io - sin wt besitzt. Die durch den Strom i in dem schwingenden
Stromkreis 4 induzierte elektromotorische Kraft e besitzt den Wert
und wird durch den Vektor OB dargestellt, wobei OB= M - w - io ist
und um
nach rückwärts von 0X versetzt ist.
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Der in dem Stromkreis 4 erzeugte .Strom j besitzt die Stärke
und ist nach rückwärts von e um den Winkel (p versetzt, dessen Wert aus der Formel:
bestimmt wird, wobei der ihn darstell=-nde Vektor 0C mit dem Vektor OB den
Winkel (p bildet.
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Die durch den Strom j in der Spule 5 induzierte elektromotorische
Kraft E besitzt den Wert
da man in der Tat
schreiben kann. Diese elektromotorische Kraft E wird durch den Vektor 0D dargestellt,
welcher um nach rückwärts von 0C versetzt ist. Es geht
daraus hervor, daß der Winkel DOY gleich dem Winkel BOC (da die Seiten zueinander
senkrecht sind), .d. h. gleich (p ist.
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Die Versetzung des Vektors 0D in bezug auf den Vektor 0A ist gleich
Es können nun zwei Fälle auftreten, nämlich _. Wenn der Winkel cp gleich Null ist.
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(p = o, so ist
eine Vorbedingung, damit der schwingende Stromkreis 4 in Resonanz mit dem Strom
i ist. Die Versetzung des Vektors 0D in bezug auf den Vektor 0A wird gleich ?c und
0D nimmt die Lage 0E ein. Wenn man nun die Werte y, m und M derart zu kombinieren
vermag, daß 0A = 0E wird, mit anderen Worten, daß (bei cp gleich Null)
ist, und wenn der Stromkreis 3, 5, 8, 6 derart geschaltet ist, daß diese beiden
elektromotorischen
Kräfte entgegengesetzt gerichtet sind, so wird
dieser Stromkreis stromlos werden. E:: geht daraus hervor, daß, wenn der schwingende
Stromkreis q. in Resonanz mit dem Strom i ist. man durch entsprechende Bemessung
der Wert.. m, M, y erzielen kann, daß der Stromkrei_, 3, 5, 8, 6 ohne Strom bleibt,
was durch Einschaltung des Systems Tikker 6 = Wellenanzeiger 8 = Telephon 7 in diesem
Stromkreis ermittelt werden kann, wobei das Telephon tonlos bleibt.
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2. Wenn der Winkel (p nicht gleich Null ist. Das Vektordiagramm zeigt,
daß die geometrische Summe der beiden Vektoren 0A und 0D nie gleich Null werden
kann. Es wird daher in dem Stromkreis 3, 5, 8, 6 stets eine elektromotorische Kraft
und somit ein Strom vorhanden sein, was dadurch festgestellt wird, daß das Telephon
einen Ton erzeugt. Es geht daraus hervor, daß, wenn der schwingende Stromkreis q.
nicht in Resonanz mit dem Strom i ist, der Stromkreis 3, 5, 8, 6 eine elektromotorische
Kraft aufweist, die im Telephon wahrnehmbar wird.
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Bei der Nullage, d. h. Tonlosigkeit des Telephons, besitzt der Strom
i und der schwingende Stromkreis q: die gleiche Frequenz, d. h. die gleiche Wellenlänge.
Für die Nullage müssen die Faktoren w, M, m und y in bezog auf andere in
folgender Weise veränderlich sein: Bei der Nullage ist
oder
daher . R.r= -w2.M.m. Wenn unter diesen Umständen w ansteigt (die Wellenlänge
abfällt), so wächst auch bei konstanten Werten von M und m der rechte Teil der Gleichung,
so daß bei konstantem R der Wert y steigen muß. Steigt anderseits M bei konstantem
m, so muß v ebenfalls steigern. Steigt dagegen M bei konstantem y, so muß m sinken.
Ähnliche Überlegung ergibt sich unter Annahme, daß nt ansteigt und M oder y konstant
bleiben.
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Unter diesen Umständen ist es möglich, die Wellenlänge einer fest
gegebenen Schwingung dadurch zu bestimmen,- daß der Stromkreis q. auf Resonanz gebracht
wird, was durch das Tonloswerden des Telephons festgestellt wird, ! oder es kann
eine Schwingung auf eine gegebene Frequenz gebracht werden, indem die Resonanz des
schwingenden Stromkreises mit dem auf die gewünschte Welle eingestellten Stromleises
q. hergestellt wird.
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Mit Bezug auf Abb. 2, welche das Schema einer gewöhnlichen Wellenmeßanordnung
nach der Resonanzmethode darstellt, ist es ersichtlieh, daß durch einen einfachen
Handgriff von dieser Anordnung zu der die Nullmethode nach Abb. r darstellenden
Anordnung übergegangen werden kann, was vom praktischen Standpunkte aus wesentliche
Vorteile bietet. In der Tat benötigt die Einstellung auf Null eine pein-L ch genaue
Regelung nicht nur der Resonanz, sondern auch der Werte v, m und M. Ist die Größenordnung
der zu messenden Welle nicht von vornherein bekannt, so empfiehlt es sich, zunächst
nach der Resonanzmethode zu messen, welche sehr bequem zu handhaben ist und unmittelbar
die Zone, in welcher sich der gesuchte genaue Punkt befindet, angibt, wonach dann
die Einstellung auf Null mittels eines sinngemäß eingeschalteten Schalters erfolgt
und die genaue Messung vorgenommen wird, welche dadurch erleichtert wird, daß man
sich in der Nähe des gesuchten Punktes befindet.
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Obwohl die vorliegende Anordnung auch mit einem Dynamometer-Indikator
arbeiten kann, empfiehlt sich die Anwendung des mit dem Wellenanzeiger verbundenen
Telephons dadurch, daß dieser letztere Indikator aus der drahtlosen Telegraphie
bekannt und sehr empfindlich ist sowie einen sehr geringen Energieverbrauch verursacht.
Es werden daher die Messungen auch dann möglich, wenn die Stromquelle sehr schwach
ist, wobei man für die Werte M und m sehr geringe Größen wählen kann, wodurch die
etwaigen Rückwirkungen des Hilfsstromkreises und des Meßstromkreises auf den zu
messenden Strom vermieden werden. .