DE405023C - Elektrisches Zeigerfrequenzmessgeraet, bei welchem das Verhaeltnis der Stroeme mehrerer Stromkreise mit verschieden mit der Frequenz veraenderlichen Wechselstromwiderstaenden gemessen wird - Google Patents

Description

• Elektrisches Zeigerfrequenzmeßgerät, bei welchem das Verhältnis der Ströme mehrerer Stromkreise mit verschieden mit der Frequenz veränderlichen Wechselstromwiderständen gemessen wird. Zur Messung der Frequenz elektrischer Wechselstromvorgänge verwendet man in neuerer Zeit Instrumente, bei denen der zu messende Wert an einem Zeiger auf einer Skala abgelesen werden kann. Solche Instrurnente können bekanntlich auch dazu benutzt werden, Aufzeichnungen der Frequenz auszuführen. Ein Frequenzmeßgerät muß so beschaffen sein, daß seine Angaben einzig eine Funktion der anzuzeigenden Frequenz sind und nicht durch Nebenumstände beeinflußt «-erden. Außerdem soll bei ausreichender Frequenzempfindlichkeit (las im Meßgerät wirksame Drehmoment so groß sein daß eine einwandfreie Messung bzw. Registrierung gewährleistet ist.
• Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisches Zeigerfrequenzmeßgerät dar, welches hei besonders einfachem Aufbau diese Forderungen in weitgehendem Maße erfüllt. Es ermöglicht, bei niederen und mittleren Frequenzen hohe Frequenzempfindlichkeiten bei günstigem Skalenverlauf zu erzielen. Dabei ist der Eigenverbrauch des neuen 1'Ießgerätes verhältnismäßig gering, so (laß auch Wechselstroinquellen kleiner Leitung damit untersucht werden können. Auch zur Aufzeichnung der in ihrem zeitlichen Verlauf zu untersuchenden Frequenz ist das neue Meßgerät gut geeignet.
• Der Aufbau des Instrumentes ist in Abb. i schematisch dargestellt. Vier itii Kreise zu je zwei einander gegenüber fest angeordnete Spulen S1, S_, S3, S,, erzeugen zwei Wechselfelder F" F_, die räumlich um 9o° gegeneinander versetzt sind. Zwischen den vier kreisförmig ausgebohrten Polschuhen eines gemeinsamen Eisenkörpers Iil liegt, drehbar gelagert, eine bewegliche Spule S, welche einen zylinderförmigen Eisenkern l_ umschließt und die aus Abb. i ersichtliche, ihr eigentümliche Gestalt besitzt.
• je zwei gegenüberliegende Spulen sind in Reihe geschaltet. Ein Spulenpaar S1, S;, liegt in einem stark induktiv ausgebildeten Stromkreis z, während das andere S_, S-, in einem Stromkreis i eingeschaltet ist, welcher Kapazität und Induktivität in Reihenschaltung enthält. Die bewegliche Spule liegt unter Vermittlung zwei; r feiner Bronzebänder finit vernachlässigbar kleiner Torsionskraft in einem besonderen Stromkreis 3, welcher ebenfalls stark induktiv ausgebildet ist. Die drei Stromkreise sind parallel geschaltet und finit der zu untersuchenden Wechselspannung E verbunden. Da keinerlei mechanische Richtkräfte vorgesehen sind, wird die bewegliche Spule im Gleichgewicht gehalten durch zwei elektrische Drehmomente 1), und D_, welche bei der vorliegenden Anordnung entgegengesetzte Richtung haben.
• Der Einfachheit der Betrachtung wegen wird angenommen, daß die wirksamen Felder F" F_, F3 mit den erzeugenden Ströinen J1, J_, J3 in Phase sind. Abb. a zeigt die räumliche Lage, Abb.3 die Phasenlage der Felder und Ströme. Da nun bekanntlich das Drehmoment zwischen zwei Wechselfeldern, die hier sinusförniig und homogen gedacht sind, proportional ist, erstens der Größe der Felder, zweitens proportional dem Kosinus des Phasenverschiebungswinkels zwischen dem festen und dem beweglichen Feld und drittens dein Sinus des räumlichen Winkels, unter dem die genannten Felder gegeneinander versetzt liegen, so wird: Hierin bedeutet v eine beliebig angenommene Verdrehung des beweglichen Feldes F_ gegen das feste Feld F2, während mit q)1, y2, 93 die in Abb. 3 dargestellten Phasenwinkel der Zweigströme Il, J_, I_ gegen die Spannung E, mit c und c' Proporticnalitätsfaktoren bezeichnet sind.
• Für Gleichgewicht werden die beiden auf das bewegliche System einwirkenden Drehmomente, «-elche, wie erwähnt, entgegengesetzte Richtung haben, der Größe nach gleich: Dl =- D2 oder J1 # cos (9,)l - y,) # cos v ü J2 # cos kp2- q)3) # sinn. Daher wird Unter Zugrundelegung bekannter Beziehungen läßt sich leicht ableiten, in welcher Forin die Ströme J1, l.= und weiterhin die Phasenwinkel y1, y2, c)3 von der Frequenz abhängen. Da der Zweigstrom h in einem Stromkreis wirksam ist, welcher Kapazität und Induktivität in Reihenschaltung enthält, so kann bei geeigneter Wahl dieser Größen eine starke Abhängigkeit dieses Stromes von der Frequenz und somit eine hohe Frequenzempfindlichkeit des Meßgerätes erzielt werden. -Man erreicht dies praktisch dadurch, claß man die Eigenfrequenz des Kondensatorkreises annähernd auf die mittlere der zu messenden Frequenzen abstimmt. Dabei hat e s sich gezeigt, daß die Induktivität des Kondensatorkreises stark abhängig ist von der Winkelstellung der beweglichen Spule. Es ist also mit der Änderung des Zeigerausschlages eine Änderung der Eigenfrequenz des Kondensatorkrerises verbunden. Diese Erscheinung ermöglicht, besonders hohe Frequenzenipfindlichkeiten zu erzielen.
• Der Skalenverlauf ist praktisch linear und kann durch Änderung der in den drei Stromkreisen befindlichen Widerstände und Induktivitäten künstlich beeinflußt werden, so daß enge und weite 1leßbereiche einstellbar sind. Spannungsschwankungen haben bis zu mehr als ± 3o Prozent der Betriebsspannung keinen Einfluß. Die Verwendung des abgestimmten Kondensatorkreises und der stark induktiv ausgebildeten Spulenkreise ergibt den Vorteil, (iaß die Angaben von der Kurvenform des zu eiessenden Wechselstromes praktisch unabhängig sind, und zwar auch bei sehr von der Sinusform abweichenden Kurvenformen.
• Bei Frequenzen von etwa 50 Perioden und mehr, besonders bei mittleren Frequenzen, kiinnen die verwendeten Kondensatoren in Bezug auf ihre Kapazität verhältnismäßig klein gewählt werden. So beträgt beispielsweise die erforderliche Kapazität bai einer mittleren Frequenz voll 50 Perioden etwa 2 ML, bei einer solchen von ioo Perioden etwa o,5 11f. Bei niederen Periodenzahlen müßten die Kondensatoren sehr groß bemessen werden, um günstigste elektrische Verhältnisse beizubehalten. So wäre z. B. bei der oft gebräuchlichen Frequenz von 16=j, Perioden eine Kapazität von etwa 18 Mf. erforderlich, wenn die bei 5o Perioden benutzten Spulenanordnungen des Kondensatorkreis-es beibehalten werden. Eine derartige Kondensatoranordnung wäre kostspielig und würde viel Raum beanspruchen.
• Um auch bei diesen niederen Frequenzen mit klein bemessenen Kondensatoren auskommen zu können, ist bei dem neuen Meßgerät die Anordnung so getroffen, daß bei niederen Periodenzahlen der Kondensator nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines eisengeschlossenen, praktisch streuungsfreien Transformators mit dem Kondensatorkreis verbunden wird (Abb. 4.). Bezeichnet il das Übersetzungsverhältnis des Transformators T, also das Verhältnis der primären zur sekundären Windungszahl, so wird nach bekannten Gesetzen in dem Kondensatorkreis eine Kapazität wirksam sein, deren Größe dem üifachen Wert der wirklich vorhandenen Kapazität C entspricht. Der dein Kondensator vorgeschaltete Transforinator ermöglicht, also mit dein ölfachen desjenigen Kapazitätswertes auszukommen, den der Kondensator eigentlich haben müßte, wenn der Transformator nicht zwischengeschaltet wäre. Es kann ein kleiner Spartransformator verwendet werden, welcher iti dem Gehäuse des Meßgeräts untergebracht ist. Der Skalencharakter wird bei Zwischenschaltung eines Transformators nicht verändert.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Zeigerfrequenzmeßgerät, bei welchem das Verhältnis der Ströme mehrerer Stromkreise mit verschieden finit der Frequenz veränderlichen Wechselstromwiderständen gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß (las Frequenzmeßgerät drei parallel geschaltete Stromkreise (1, 2, 3) besitzt, von denen der eine (i) Kapazität und Indtiktivität in Reihenschaltung enthält, während die beiden anderen (2, 3) induktiv ausgebildet sind und der Kapazität und Induktivität enthaltende Stromkreis (i), der zweckmäßig auf die mittlere der zu anessenden Frequenzen abgestimmt wird, sowie der eine induktiv ausgebildete Stromkreis (2) zwei um 9o° räumlich gegeneinander versetzte Wechselfelder erzeugen, welche auf eine in den anderen induktiv ausgebildeten Stromkreis (3) eingeschaltete Drehspule (S) ohne Richtkraft zwei Drehmomente entgegengesetzter Richtung ausüben, derart, daß der Ausachlagswinkel eines mit der Drehspule (S) verbundenen Zeigers nur von der Frequenz abhängt.
2. 2. Meßgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Kondensator (C) nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines eisengeschlossenen Transformators (T) finit dem zugehörigen Stromkreis (i ) verbunden ist.