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Frequenzmesser. Es ist schon vorgeschlagen worden, bei Frequenzmessern
den zu _prüfenden Strom über Selbstinduktion und Widerstand und gegebenenfalls auch
über Selbstinduktion parallel geschalteten Spulen zuzuführen, die auf Kerne wirken.
Die Kerne betätigen ihrerseits unmittelbar oder mittelbar einen Zeiger, dessen Stellung
die jeweilige Frequenz erkennen läßt.
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Gemäß der Erfindung wird eine bedeutend größere Empfindlichkeit und
eine starke Vercrrößerung des Meßbereiches dadurcherreicht, daß die eine Spule nebst
Kern eine angenähert konstante Kraft äußert oder durch eine solche ersetzt ist,
während die andere Spule in einem Schwingungskreis liegt, dessen Ab-
stimmung
von der jeweiligen gegenseitigen Stellung dieser zweiten Spule und ihres Kernes
in solcher Weise abhängig ist, daß bei der Gleichgewichtslage des Zeigers (Meßorganes)
die fürdie verschiedenen zu messenden Frequenzen verschieden ist, dier"Schw-ingungskreis
eine Eigenschwingung besitzt, welche etwas geringer ist als die zu messende. Hierdurch
wird zunächst erreicht, daß #die im Schwingungskreis liegende Spule stets sehr kräftig
auf ihren Kern einwirkt und diese Einwirkung mit kleinen Änderungen der zu messenden
Frequenz sich rasch ändert. Daraus folgt eine große Empfindlichkeit der vorliegenden
Vorrichtung bei verhältnismäßig großen, ki zur Wirkung kommenden Kräften, und fern-er
ein großer Meßbereich, weil die Abhängigkeit der Abstimmung des Schwingungskreises
von der gegenseitigen Stellung von seiner Spule und ihrem Kern stets so gewählt
werden kann, daß die beiden eine verhältnismäßig große Änderung der relativen Lage
erfahren können, bevor die noch zulässige Mindestwirk-ung in die erreichbare Höchstwirkung
übergeht.
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Man kann zu oder an die Stelle der Wechselwirkung zwischen Spule und
Kern auch noch die elektrostatische Wirkung zweier gegeneinander beweglicher Teile
des Kondensators des Schwingungskreises treten lassen. Hierzu wird bemerkt, daß
eine Regelung der Abstimmung eines Schwingungskreis:es durch Änderung dier gegenseitigen
- Lage zweier Teile seines Kondensators an sich bekannt ist, und daß es sich
im vorliegenden Falle nur um die Anwendlung dieses bekannten Hilfsmittels bei der
vorstehend angegebenen Einrichtung handelt, durch welche Anwendung im vorliegenden
Falle die besondere Wirkung erreicht wird, daß die Empfindlichkeit Größe der Kräfte
und der Meßbereich stark vergrößert werden und gegebenenfalls noch über das hinaus,
was durch gegens#eitige Verstellung der Spule des Schwingungskreises und ihres Kernes
erreichbar ist.
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In der Zeichnung sind in Abb. i bis 5 verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulicht.
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An die Leitung i, i des Wechselstromes, dessen Frequenz zu bestimmen
ist, ist ein .einen regelbaren Widerstand 2, eine Selbstinduktion 3 und einen
Kondensator 4 enthaltender Schwingungskreis angeschlossen, der auch eine Spule enthält,
die nach Abb. i zugleich als Selbstinduktion dient. Die Spule 3
wirkt auf
einen Kern 5 entgegen einer genau oder nahezu konstanten Kraft, die nach
Abb. i durch die Anzfehung eines an die Leitung i angeschlossenen Solenoides
7 auf einen mit dem Kern 5 zwangläufig verbundenen Kern
6 gebildet wird. Die Kerne 5, 6
betätigen einen auf einer -empirischen
Teilungg spielenden Zeiger8.
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Der Schwingungskreis ist so abzustimmen, daß die Stromfrequenz, bei
welcher er Resonanz, d.h. Strommaximum aufweist, kleiner ist als die zu messenden
Frequenzen.
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Steht die von der Spule 3 auf den Kern 5
ausgeübte Kraft
im Gleichgewicht mit der vom Solenoid 7 auf den Kern 6 ausgeübten
Kraft, so ist der Zeiger 8 in Ruhe. Ändert sich nun die Frequenz des Wechselstromes
in
der Leitung i, so erfährt zwar die vom Solenorid 7 auf dem Kern
6 ausgeübte Kraft keine praktische, ins Gewicht fallende Änderung, aber die
Stromstärke im Schwingungskreis und damit in der Spule 3 wird, wenn der Schwingungskreis,
wie oben angegeben, abgestimmt ist' eine erhebliche Änderung erfahren. Dadurch wird
Ader Kern 5 in der einen oder in der anderen Richtung bewegt und damit die
wirksame Selbstinduktion dies Scliwingungskreises vergrößert oder verringert, was
wieder eine Änderung seiner Ab-
stimmung und somit auchder Stromstärke in
der Spule 3 zur Folge hat. Der Kern 5 bewegt sich daher nur so weit,
bis die auf ihn von der Spule 3 ausgeübte Anzi ehüng wieder im Gleichgewicht
mit der auf den Kern 6
wirkenden Anziiehung &r Spule 7 steht, wo
dann der Zeiger 8 auf der Teilung 9 die gesuchte Frequenz angibt.
Bei dies-er einfachsten Ausführungsform sind die Angaben des Zeigers vonallfälligen
Schwankungen der Spannung in der Leitung i unabhängig. Statt ,daß durch &n Kern
5, die Selbstinduktion des Schwingungskreises allein geändert wird, könnte
auch die Selbstinduktion und Kapazität geändert werden. Der Kern 5, könnte
nebst dem, daß er die Frequenz und die Selbstinduktion des Schwingungskreises unmittelbar
beeinflußt, eine Änderung der Ab-
stimmungen des Schwingungskreises, beispielsweise
durch einen Kontaktarm, herbeiführen, der Windungen der Spule 3 ab- oder
zuschaltet. Bei Verwendung eines variablen (etwa Drehplatten) Kondensators istes
möglich, an Stelle der von der Spule 3 auf den Kern 5 ausgeübten elektromagnetischen,
Kraft die an den Platten des Kondensators auftretenden elektrostatischen Kräfte
Jer konstanten oder nahezu konstanten Kraft entgegenwirken zu lassen und auf diese
Art die Nachstimmung des Kreises bei Änderung .dgr Frequenz im Wege der Änderung
der Kapazität des variablen Kondensators oder dieses -und der Änderung des Selbstinduktors
zu bewirken.
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Dies wird sich hauptsächlich empfehlen, wenn das Instrument zum Anzeigen
hochfrequenten Wechselstromes verwendet werden soll, In diesem-Fall kann aber auch
an Stelle Ader Spule 3 mit dem Kern 5 ein der an sich bekannten Variometer
treten und es können die zwischen seinen Spulen auftretenden Zugkräfte der konstanten
oder nahezu konstanten Kraft entgegenwirken.
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Bei-,der Anordnung nach Abb.:2 sind; zwei Schwingungskreise:2,
3, 43- 21, 34 41 vorgesehen, die etwas verschieden abgestimmt sind und die
nebst den Spulen 33 31, auf welche die zwangläufig miteinander verbundenen
Kerne 5, 5 x wirken, noch, Spulen- i i, i i i enthalten, die a:uf
miteinander und mit einem Elektromotoranker 1:2 zwangläufig verbundene Kerne io
und ioi wirken; die Kerne 5
und 51 betätigen einen Schalter 14, welcher den.Elektromotor
12, 13 ein- und ausschaltet. Befinden sich bei einer gegebenen Frequenz die beiden
Ker#ne5 und 51 unter der Einwirkung ihrer Spulen3,3I im Gleichgewicht und die Kerne
io und' ioi gegenüber ihren Spulen 11 und i i i in einter bestimmten Stellung, so
sind die beiden Schwingungskreise 2, 3, 4; :24 3,4 41 so abgestimmt, daß
bei einer Änderung der Frequenz d.ie Stromstärke in einem dIer Schwingungskreise
sinkt und im .anderen steigt, wodurchdas Gleichgewicht der Kerne 5, 5 1 gestört
wird und #diese sich gegenüber ihren Spulen verschieben und hierbei mittels des
Schalters 14 den Elektromotor einschalten. Dieser setzt siech je nachdem,
nach welcher Seite der #Schalter hierbiei umgelegt wird, -in der einen oder in der
anderen Richtung in Gang .und verändert mit Hilfe der Kerne io, ioi idie wirksamen
Selbstinduktionen der Spulen ii bzw. iii. Dadurch wird die Abstimmung der bieiden
Schwingungskreise geändert, und, zwar bei richtiger Anordnung so lange und in dem
Sinne, daß schließlich die Stromstärken in den Spulen 3, 3 1 wieder
gleich groß werden und die. Kerne 5, 5 1 wieder im Gleichgewicht sinci,
wodurch der Motor zur Ruhe kommt. Die Verschiebung der Kerne io, ioi wird Jurch
den Zeiger8 auf 4er Teilungg angegeben und läßt die Frequenz erkennen. Auch in .diesem
Falle werden die Angaben ides Zeigers ,durch Spannungsänderungen in der Leitung
i nur wenig beeinflußt.
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Auch hier können, wenn das Instrument zum Anzeigen der Frequenz hochfrequenter
Wechselströme verwendet werden soli, die für diesen Fall angegebenen Abänderungen
Anwendung finden-, indem etwa an Stelle der Spulen ii, iii mit 4en Kernen io, ioi
und den Spulen 3, 3 1 mit den Kernen 5, 5 1 Variometer
treten.
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Bei der Anordnung nach Abb. 3 sind wieder zwei Schwingungskreise2,
3, 4; 21, 34 41 wie in Abb.:2 vorgesehen, deren Spulen 3, V auf die
zwangläufig miteinander verbundenen Kerne 5, 5 1 wirken. Außerdem
sind in #die beiden Schwingungskreise noch die Fel6-sPulen 15, 151 einies Elektromotors
nach Art eines Ferrarismotors eingeschaltet, dessen Anker i-- rait den Kernen
5, 5 1 -und einem dritten Kern 52 zwangläufig verbunden ist,
dessen Spule 32 in einem #dritten Schwingungskreis 22, 32, 4:2 liegt,
in Aden auch eine weitere Feldspule 16 des Motors eingeschaltet ist. In der Gleichgewichtslage
ist der Sehwingungskreis :22, 32, 4:2 in Resonanz, d. h. der Stront
in derb Spule 32 -hat die
Höchststärke und ist Jn Phase mit
der Klemmenspannung. Von den beiden Schwingungskreisen:2, 3, 4, 21, 31, 41
ist einer etwas über den anderen ebenso weit unter Resonanz, das resultierende Feld
der übereinandergewickelten Spulen 5, 151 ist somit gleichfalls in Phase
mit der Klernmenspannung, der Motoranker 12 erhält somit keinen Antrieb. Ändert
sich nun die Frequenz des Stromes in den Leitungen, i, i, so ändert sich auch dlie
Phase (und Stärke) der Ströme in den Feldspulen 15, iSi einerseits und der
Feldspule 16 anderseits. Die Phasengleichheit der beiden hört auf und der Motoranker
12 setzt sich in Gang und verschiebt d:Je Kerne 5, 5 1 und
52 so lange, bis die durch die hierdurch hervorgerufene Änderung der Selbstinduktion
der Schwingungskreis 22, 32,42 in Resonanz und die Kreise:2, 3, 4; 21,
31, 41 gleich weit über bzw. unter Resonanz sind. Der Motor hat dann allerdings
noch das Bestreben, weiter zu laufen, allein die damit verbundene Änderung der Abstimmung,
der Schwingungskreise und Umkehrung -der Drehrichtung des Feldes bringt ihn alsbald
zum Stillstand. Diese Verschiebung eines der Kerne, z. B. 5:2, betätigt den
Zeiger 8, der auf der Teilung 9 die Frequenz angibt.
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Die Anordnung nach Abb. 3 läßt sich, wie in Abb. 4 und
5 gezeigt, vereinfachen, indem der Schwingungskreis 22, 3:2, 422 fortgelassen
ist und nach Abb. 4 sich der Motoranker 12 einerseits unter der Einwirkung einer
unmittelbar an die Leitung i, i angeschlossenen Spule 17 und anderseits
' einer Spule 18, die zwischen die bei-den Schwingungskreise geschaltet ist,
befindet. Die beiden Schwingungskreise sind ebenso abgestimmt, wie in Abb-
3,
und in der Gleichgewichtsstellung ist der eine etwas über, der andere ebenso
weit unterResonanz, so daß die Ströme in den Spulen, 17, 18 phasengleich sind. Bei
einer Änderung der Frequenz des Stromes in der Leitung i, i ändert s!ich die Stromphas,e
in der Spule 18 in dem einen oder dem anderen Sinn. Im übricren ist d.ie Wirkungsweis-e
dieselbe wie in Abb. 3. Nach Abb. 5 sind zwei Schwingungs, kreise2,3,4;
243441 angeordnet, die je eine Feldspule 15, 51 eines Elektromotors
des Ferrarissystems enthalten. Die A.hstirnmung dieser Schwingungskreise ist eine
gleiche, nur daß sie in den beiden Kreisen durch verschiedene Größe der Kapazität
und Selbstinduktion erreicht wird. Sind nun bei der jeweiligen Frequenz dlie beiden
Kreise in Resonanz, so s#ind die in den Feldspulen 15, 151 auftretenden Ströme phasiengleich,
es resultiert also kein Drehmoment im Anker 12 des Motors. Bei einer Änderung der
zu .messenden Frequenz kommen die Schwingungskreise außer Resonanz, die Ströme in
flinen weisen wegen der verschiedenen Größe ,- ler Selbstinduktionen und Kapazitäten
vers,#hiedene Phasenverschiebunglen. gegen die Kleminenspannung auf, im Motor entsteht
daher ein Drehfeld, welches den Motoranker in Bewegung setzt, der seinerseits wieder
die beiden Kreise der geänderten Frequenz entsprechend nachstimmt und die Zeigerverstellun,g
bewirkt, bis wieder der Ruhezustand eingetreten ist, d. h. die beiden Kreist,
wieder in Resonanz mit der neuen Wechselstromfrequenz sind. Man kann bei den hier
dargestellten Ausführungsformen die die Verstellung des Zeigers 8 veranlassenden
Bewegun,gen auch dazu verwenden, den Gang des die Leitung i, i speisenden Generators
oder Umformers in bekannter Weise zu beeinf.Jussen, um die Frequenz des Stromes
in der Leitung i, i zu regeln.
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Bei den in, Abb.:2,3,4 und 5 dargestellten Ausführungsformen
ist die Bauart und Zusammenschaltung des Motors und die Art, wie die zu seinem Betrieb
etwa nötige Kunstphase hergestellt wird, an sich, nicht von ausschlaggebender Bedeutung.
So z. B. könnten an Stelle des Ferrarismotors auch zwei selbstanlaufende Einphasen-AsynchronmotoDe
mit entgegengesetzt gerichtetem Drdhrnoment, deren Anker miteinander zwangläufig
verbunden sind, ja selbst Wechselstrom-Kollektormotore verwendet werden. Auch wäre
es möglich, zwei Motore zu verwenden, deren Anker nicht zwangläufig verbunden sind,
die vielmehr jeder in seiner Drehrichtung mit der ihm durch die jeweilige Stromstärke
des Kreises, in den er eingeschaltet ist, zukommen-den Ganggeschwindigkeit läuft,
wobei diese beiden Motore auf ein Differentialgetriebe wirken, welches bei gleicher
Tourenzahl beider Motore keine Änderung der elektrischen Größen der Kreise, bei,
ungleicher Tourenzahl jedoch die zur Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes
nötige Änderung dieser Größen nebst Einstellung des Zeigers vornimmt. Wesentlich
ist nur, daß sich bei konstanter Frequenz eine bestimmte Beziehung der Abstimmungen
von zwei oder mehr Schwingungskreisen und, ein Gleichgewichtszustand herausbildet,
der bei Änderung der Frequenz gestört wird, wodurch der oder die Motore in solchem
Sinne -in Gang gesetzt werden, daß die Abstimmung der Schwingungskreise wieder In
die vorher bestandene Beziehung (für die neue Frequenz) zurückgeführt und der Gleichgewichtszustand
wieder hergestellt wird#.