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Verfahren zur Bestimmung des Grades der Gleichgewichtsstörung zwischen
zwei betriebsmäßig miteinander verbundenen elektrischen Schaltungsanordnungen. Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Gleichgewichtsstörung
zwischen einem Paar elektrischer Vorrichtungen, wie z. B. zwischen einer Telephonleitung
und einer künstlichen Leitung.
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Der Gleichgewichtszustand zwischen einer Leitung und der künstlichen
Leitung ist bei der Telephonie und Telegraphie von großer Wichtigkeit, weil es Apparate
gibt, deren Wirkungsgrad durch ,das Maß ,der Gleichgewichtsstörung zwischen Leitung
und künstlicher Leitung bestimmt wird. So ist beispielsweise die höchstmögliche
Verstärkung eines Übertragers (Verstärkers) begrenzt durch den Grad der Gleichgewichtsstörung
zwischen Leitung und künstlicher Leitung.
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Demzufolge muß .die Gleichgewichtsstörung häufig gemessen «-erden.
Bisher erfolgte dies durch Impedänzmessungen, die an der Leitung und der künstlichen
Leitung getrennt vorgenommen wurden, wobei man die Resultate in Form von Kurven
auswertete. Dieses Verfahren ist außerordentlich umständlich. Nach der Erfindung
wird ein Verfahren und Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen,
welche ermöglichen, bei irgendeiner Frequenz die Gleichgewichtsstörung an Hand einer
einzigen Messung zu bestimmen.
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Bei vorliegender Erfindung werden Leitung und künstliche Leitung miteinander
in Reihe im Stromkreis eines Transformators verbunden, in dessen primären Kreis
eine Stromquelle variabler Frequenz liegt. Wenn Leitung und künstliche Leitung in
vollkommenem Gleichgewicht sich befinden, d. h. also, wenn ihre Impedanzen genau
gleich sind, so ist -der Spannungsabfall in der Leitung der gleiche wie in der künstlichen
Leitung, so daß die Mittelpunkte des sekundären Kreises das gleiche Potential haben.und
durch einen mit diesen Punkten verbundenen Stromkreis kein Strom fließt. Wenn
aber das Gleichgewicht gestört ist, so fließt ein solcher Strom abhängig
von dem Grad dieser Störung.
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Die Kombination des Transformators mit Leitung und künstlicher Leitung
stellt also eine Anordnung dar, bei welcher ein gewisser Strombetrag durch den mit
den Mittelpunkten verbundenen Stromkreis fließt, wobei dieser Betrag von der Gleichgewichtsstörung
zwischen Leitung und künstlicher Leitung abhängt. Die Übertragungswirksamkeit dieser
Kombination dient also als Maß für diese Gleichgewichtsstörung. Bei Telephonanlagen
ist es üblich, -die Übertragungswirksamkeit eines Apparates in der Anzahl von Kilometern
eines Standardkabels, welches die gleiche Wirksamkeit hat, auszudrücken. Demgemäß
wird der Meßapparat gemäß vorliegender Erfindung so eingerichtet, daß die Übertragungswirksamkeit
der obenerwähnten Kombination in Kilometer eines Kabels erhalten wird, mit welchem
diese Kombination gleichwertig ist, d. h. es wird' der Übertragungswert in Kilometer
ausgedrückt erhalten. Je höher .dieser Wert ist, um so kleiner ist die Gleichgewichtsstörung.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Methode besteht darin, daß
-das Resultat, welches durch eine solche Messung erhalten wird, direkt das Maximum
der Verstärkung angibt, welches einem Übertrager gegeben werden kann, wenn .derselbe
mit der Leitung und der künstlichen Leitung verbunden wird.
Es hat
sich in der Praxis herausgestellt, -daß bei gewissen Typen von Zweiwegeübertragern
(Verstärkern der obenerwähnte Übertragungswert, reduziert um annähernd ro km, gleich
ist dem Maximum der Verstärkung des Übertragers (Verstärkers) in Kilometerausgedrückt.
Der Meßapparat gemäß vorliegender Erfindung kann so eingerichtet werden, daßdiese
zo km selbsttätig von dem eigentlichen Übertragungswert abgezogen werden.
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Das Wesen der Erfindung ergibt sich an Handdes nachstehend beschriebenen
Ausführungäbeispieles.
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In Abb. z ist -die Schaltung eines Apparates gemäß vorliegender Erfindung
und in Abb. 2 eine Änderung hiervon dargestellt.
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In Abb. z bezeichnet L und N die Leitung bzw. die künstliche Leitung,
zwischen welchen -die Gleichgewichtsstörung bestimmt werden soll. Ein Transformator
30 mit drei Wicklungen dient dazu, Leitung und künstliche Leitung während-
des Prüfvorganges zu verbinden. Die Anordnung der Wicklungen des Transformators
ist hierbei so, daß ein Stromfluß in der Primärwicklung einen Strom verursacht über
Leitung und künstliche Leitung in Serie, so dhß, sofern künstliche Leitung und Leitung
gleiche Impedanz haben, -d. h. also in vollkommenem Gleichgewicht sich befinden,
die Mittelpunkte 31 der sekundären Wicklungen das gleiche Potential aufweisen.
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Der Unterschied, zwischen den Spannungen der Mittelpunkte ist also
ein Maßstab für -die Gleichgewichtsstörung zwischen der Leitungsimpedanz und der
Impedanz der künstlichen Leitung beider Frequenz, bei welcher geprüft wird. Der
Transformator sendet also von der mit der Primärspule verbundenen Stromquelle nachdem
mit den Mittelpunkten der Sekundärspule verbundenen Stromkreis einen Strombetrag,
!der von dieser Gleichgewichtsstörungabhängt. Die Übertragungswirksamkeit der Anordnung
.stellt also ein Maß für die Gleichgewichtsstörung dar. Der nachstehendbeschriebene
Apparat ist so eingerichtet, @daß diese Übertragungswirksamkeit in Kilometereines
Standardkabels -erhalten wird. Es sei jedoch bemerkt"daß der Apparat so geändert
werden kann, idhß die Gleichgewichtsstörung auch- in anderen Einheiten erhalten
Wird.
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Der Apparat besteht aus einer Wechselstromquelle 32 variabler Frequenz,
vorzugsweise einem Oszillator in Verbindung mit ,der Primärspule eines Transformators
5, in dessen Sekundärseite die Widerstände 6 und 7 in Reihe liegen. Um die Klemmendes
Widerstandes 7 mit der Primärseite des Transformators 30, und um gleichzeitig den
111vTeßstromkreis M mit den Mittelpunkten 31 in Verbindung zu bringen, .ist ein
Schalter 8 vorgesehen. Diese Schaltung kann umgekehrt werdend. h. derSchalter 8
.kann so eingerichtet werden, .daß er die Widerstände 7 - mit dem Mittelpunkten
31 und die Wicklung des Transformators 30 .mit dem Meßkreis M in V erhindung bringt.
Auf diese Weise wird entsprechend der Stärke der Stromquelle ein Strom auf ,den
Transformator 30 aufgedrückt, . und nach dem Meßkreis M fließt ein Strom,
welcher bestimmt wird durch den Übertragungswert der Kombination des Transformators
mit der Leitung und der künstlichen Leitung. Stromkreis M umfaßt eine einstellbare
Impedanz 9, vorzugsweise eine künstliehe Leitung, deren Übertragungswert vermittels
der Kontakte 1o und rr geändert werden kann. Der Strom, welcher durch die Vorrichtung
g fließt, wird vermittels eines Potentiameters 12 auf einen Verstärker 17 aufgedrückt,
wobei der Ausgangsstrom dieses letzteren über einen Gleichrichter 13 nach dem Widerstand
15 fließt. Der Spannungsabfall in. diesem Widerstand hängt von der Stärke
der Stromquelle 32 ab und, um die Anzeigevorrichtung der vorliegenden Anordnung
hiervon unbeeinflußbar zu machen, wird ein gleicher Widerstand 15' vorgesehen, der
von einem Strom, herrührend von dem Gleichrichter r3' :durchflossen wird, welch
letzterer über einen Vergleichsstromkreis R mit dem Widerstand 6 in Verbindung steht.
Die Widerstände 15 und 15' sind. an einem Ende miteinander und mit
einem Galvanometer 14 am anderen Ende verbunden. Dieses Galvanometer dient dazu,
anzugeben, -,venn der Strom indem einen Widerstand gleich ist dem Strom im anderen
Widerstand. Die Kondensatoren 18 und 18' sorgen für stetigen Strom in .den Widerständen,
um die Wirkung des Galvanometers zu verbessern. Ein Widerstand 50 und ein
Kondensator 51 ,dienen -dazu, die Übertragungscharakteristiken des Stromkreises
bei allen wesentlichen Frequenzen gleich zu machen, denjenigen des Meßkreises. Es
sei jedoch bemerkt, daß diesem Zweck auch aridere Vorrichtungen dienen können.
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Der Transformator 30 kann von dem Apparat durch Umlegen des Schalters
8 abgeschaltet werden. Die Verbindungen 40 zwischen den unteren Klemmen des Schalters
dienen dazu, den Meßkreisdirekt mit dem Widerstand 7 zu verbinden, so daß der volle
Strombetrag im Stromkreis M für Kalibrierzwecke fließt, wie aus nachstehender Beschreibung
sich ergibt.
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Um den Meßkreis, zu kalibrieren; wird der Schalter 8 in seine untere
Stellung gebracht, so daß der Kreis M direkt mit dein Widerstand 7 verbunden. ist.
: Die Stromquelle wird
dann so reguliert, daß sie die gewünschte
Frequenz abgibt und die Kontakte io und i i werden in eine Stellung gebracht, in
welcher (Ilie künstliche Leitung 9 ein Maximum an L'bertragungsverlusten im Stromkreis
11 verursacht. Das Potentiotneter 12 wird; dann so eingestellt, bis der Strom durch
die Widerstände i5 und i;' gleich ist. Dies ist der Fall, wenn der Zeiger des Galvanometers
auf Null steht.
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Um nun eine Messung der Gleichgewichtsstörung zwischen Leitung und
künstlicher Leitung vorzunehmen, wird der Schalter auf seine oberen Kontakte gelegt,
so daß der Strom auf den Transformator 30 aufgedrückt wird und nur insoweit
Strom durch den Kreis 11 fließt, als dies durch die Spannungsdifferenz zwischen
den Punkten 31 infolge der Gleichgewichtsstörung zwischen Leitung und künstlicher
Leitung verursacht wird. Der Strom, welcher nur ;durch den Widerstand 15 fließt,
ist kleiner als der Strom, welcher während der Kalibrierung des Apparates durehfloß,
so daß die Galvanometernadel aus ihrer Nullstellung gebracht wird. Der Übertragungswert
der Leitung 9 wird dann durch Verschiebung der Kontakte io und i i reduziert, bis
der Strom im Meßkreis seinen vorherigen Wert erreicht hat. Dies ist der Fall, wenn
die Galvanometernadel in ihre Mittelstellung zut;ückgekehrt ist. Die Kontakte io
und 11 werden so kalibriert, daß sie die Kilotneterzahl angeben, um welche der Übertragungswert
der künstlichen Leitung reduziert wurde. Dieser Betrag ist gleich dem Übertragungswert
des Transformators mit Leitung und künstlicher Leitung.
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Wie oben. erläutert wurde, .gibt dieser Übertragungswert ein 'Maß
der Gleichgewichtsstörung zwischen Leitung und künstlicher Leitung, und zwar ist
die Gleichgeichtsstörung um so geringer, je größer -der Übertragungswert wird. Überdies
hat der Übertragungswert darüber hinaus eine große praktische Bedeutung insofern,
als er nach Reduktion um io km die höchstmöglichste Verstärkung (in Kilometer) eines
mit Leitung und künstlicher Leitung verbundenen Übertragers (Verstärkers) darstellt.
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Bei - einer weiteren Ausführungsform des Apparates wird dieser Betrag
von io km selbsttätig von dem Übertragungswert abgezogen. Diese Ausführungsform
ist in Abb.2 dargestellt. Die Anordnung ist mit den Klemmen a' b', c', d'
verbunden, welche an die Klemmen a, b, c, d der Abb. i anzuschließen sind.
Dann liegt der Transformator 3o der Abb. 2 direkt am Widerstand 7 und die 'Mittelpunkte
des Transformators sind direkt mit der künstlichen Leitung 9 verbunden. Die Schalter
43 und q.¢, welche mit den sekundären Klemmen des Transformators verbunden sind,
dienen dazu, die Leitung L und die künstliche Leitung N mit :dem Transformator bzw.
den Impedanzen zz und 1, die hier als einfache Widerstände -dargestellt sind, in
Verbindung zu bringen. Diese Impedanzen sind von verschiedener Größe und so gestaltet,
daß sie einen Übertragungsverlust zwischen den Klemmen d, c' und b',
d' ungefähr gleich io km hervorrufen, wenn die Schalter 43 und qq. nach links
gelegt sind. Die Kalibrierung des Stromkreises erfolgt so, daß die Widerstände iz
und, 1 mit dem Transformator 30 in Verbindung gebracht werden, so daß, wenn
eine Gleichgewichtsmessung bezüglich L und N gemacht wird, die Kontakte direkt io
km weniger angeben, als der wirkliche Übertragungswert beträgt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist von der Stromstärke infolge
des Vergleichsstromkreises, welcher -die Stromwirkungen im Meßkreis ausgleicht,
praktisch unabhängig. Der Apparat ist auch im wesentlichen von der Frequenz unabhängig,
indem der Verstärker in bekannter Weise so eingerichtet ist, daß er innerhalb des.
gesamten Frequenzbereiches möglichst ohne Verzerrung arbeitet. Es genügt also eine
einzige Kalibrierung bei einer Frequenz von beispielsweise 8oo Perioden selbst dann,
wenn Messungen über einen großen Frequenzbereich erfolgen, und -die Stärke des Stromes
braucht keinesfalls während der Messung konstant gehkalten zu werden. Die Art und
Weise, in welcher der Stromwert im Meßkreis mit dem Stromwert im Vergleichskreis
R verglichen wird', läßt sieh auf viele Arten elektrischer Messungen anwenden. In
dieser Hinsicht macht die Erfindung :die Nullmethode anwendbar auf Messungen mit
Wechselströmen, während: bis jetzt im allgemeinen -diese Methode nur bei Messungen
mit Gleichströmen oder Wechselströmen mit gleicher Phase benutzt wurde, z. B. in
den Gleichstrom- und Wechselstrombrücken. Wenn die Ströme, bevor man sie dem Galvanometer
zuführt, gleichgerichtet werden, so ist die Messung unabhängig von den Phasen der
Ströme, ja sogar von den Frequenzen. Es ist selbstverständlich, daß die Schaltung
und: die Ausführung der hier beschriebenen Apparate weitgehendste Veränderungen
erfahren können, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.