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Auswertungsvorrichtung für Brückenschaltungen Die fortlaufende Untersuchung
von gleichartigen Massenerzeugnissen auf ihre elektrischen Werte hin liefert im
allgemeinen ein charakteristisches Bild: Die gemessenen Werte gruppieren sich um
einen bestimmten :Mittelwert. Ein solches charakteristisches Bild ergeben z. B.
die elektrischen Werte der in einem Fernsprechkabel enthaltenen Adern.
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Es war bisher schwierig, sich ein Gesamtbild von den jeweils gemessenen
Werten zu verschaffen, und zwar insofern, als man die einzelnen Resultate nur auf
dem Umweg langwieriger Rechnungen erhalten konnte und diese dann graphisch auftragen
mußte.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung vermieden, welche
es ermöglicht, die Werte gleichartiger Massenerzeugnisse entweder in Form zeichnerischer
Darstellung oder zahlenmäßiger Ablesurig zu erhalten. Das Prinzip der Erfindung
ist das, daß durch mechanische Kupplung zwischen den bei der Messung notwendigerweise
zu verstellenden Teilen des Meßapparates mit einer dem jeweiligen Fall angepaßten
Vorrichtung <las Endergebnis - gleich fertig gewonnen wird, entweder in Form
zeichnerischer Darstellung oder der zahlenmäßigen Ablesung.
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Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich auf verschiedenartigeMeßvorrichtungen
übertragen, wie z. B. solche zur Bestimmung der Kapazität, der Induktivität, der
Ableitung, des Widerstandes und der Kapazitätsdifferenzen. Besonders vorteilhaft
ist die Anwendung dort, wo die Messung mit Hilfe von solchen elektrischen Vergleichsgrößen
geschieht, die nicht genau auf runde Vielfache der elektrischen Maßeinheiten abgestimmt
sind. Während dabei die rechnerische Messungsauswertung ein Zurückgehen auf Eichungswerte
der Vergleichsgrößen erfordert, kann die mechanische Vorrichtung nach der Erfindung
dem Einzelfall so angepaßt werden, daß sie mechanisch die Eichungswerte berücksichtigt
und so gleich die Werte .in Vielfachen der Grundeinheiten abzulesen oder zeichnerisch
darzustellen gestattet.
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Die Erfindung betrifft somit eine Auswertungsvorrichtung für Brückenschaltungen,
bei der erfindungsgemäß das veränderliche Vergleichsnormal mit einer ein Meßblatt
tragenden Meßwalze fest gekuppelt ist und über die Meßwalze ein mit Markierungsöffnungen
versehenes Lineal gespannt .ist.
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In Abb. i ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, die aus der
stetig veränderlichen Vergleichskapazität, dem Drehkondensator i, besteht, mit dessen
Achse 2 eine Ausw ertungsvorrnchtung gekuppelt ist, die dem Erfindungsgedanken entspricht.
Die Auswertungsvorrichtung setzt sich zusammen aus einem mit der Achse 2 fest verbundenen
und mit ihr mittels Handrades 5 drehbaren Zylinder 3 zum Aufspannen einer Skala
oder eines Bogens Papier und einem geeignet befestigtin, nicht drehbaren Lineal
d.. Der
Schnitt des Aufspannzylinders kann kreisförmig sein; er
kann aber auch in einer passenden Kurve gekrümmt sein, während das Lineal 4 radial
beweglich durch eine Feder gegen den Zylinder gedrückt wird. Das gestattet, die
Einrichtung so zu treffen, daß bei jeder gleich großen Veränderung der Kapazität
des Drehkondensators stets eine: gleich große Verschiebung der Skala oder des aufgespannten
Papiers gegeniiber dem Lineal 4. erfolgt, wenn sich die Kapazität in ihrer Größe
nicht proportional der Drehung ändert. Bei einem Kondensator, bei dem das letztere
<-loch zutrifft, kann 3 ein Kreiszylinder sein und das Lineal 4 unbeweglich feststehen.
Damit die Veränderung der Kapazität des Drehkondensators um ein Vielfaches der elektrischen
Grundeinheit sich in einem glatten, etwa metrischen Maßstab auf dem auf den Zylinder
gespannten Zeichenblatt darstellt, ist nur der Durchmesser des Zylinders passend
zu wählen. Die Einrichtung nach Abb. i kann benutzt werden als Teil einer elektrischen
Meßbrücke, eines Kompensationsapparates o. dgl. Nachdem der Drehkondensator in die
richtige Lage gestellt .ist, zeigt (las Lineal, wenn eine Ableseskala eingespannt
ist, auf den gesuchten Kapazitätswert; wenn es um zeichnerische Darstellung zu tun
ist, kann mit Hilfe eines der im Lineal angebrachten kreisrunden Löcher ein kleiner
Kreis mit einem Stift markiert werden. Die einzelnen Löcher sind so angebracht,
daß sie den Werten aufeinanderfolgender Messungen den Platz anweisen und so .eine
geordnete Form der graphischen Darstellung 2rIeichtern. Die praktische Ausführung
kann natürlich auch in anderer Form vorgenommen werden.
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Abb. 2 stellt eine andere Ausführungsform desselben Gedankens dar.
Hierbei ist auf die Achse des Drehkondensators i eine Scheibe 2 aufgesetzt; auf
diese Scheibe ist ein Draht oder .ein Drahtseil aufgelegt, das durch eine Gegenrolle
5 gespannt gehalten wird. Je nach der Drehung des Kondensators i wird von dem Draht
die mit ihm fest verbundene Markiervorrichtung 4 in andere Stellung gebracht. Unter
der Markiervorrichtung 4. ist das Papier, das zur Aufzeichnung dient, auf einem
Zylinder oder in ebener Form geeignet angebracht. Die Weiterbewegung des Papiers
je nach Fortschritt der Messung kann durch irgendwelche Einrichtungen bewirkt werden.
Um sich ,auch hier der Eigenart des Drehkondensators anpassen zu können und doch
die Darstellung der Kapazitätswerte in imverzerrtem, metrischem Maßstäbe zu erhalten,
kann der Durchmesser der Scheibe 2, wenn sie kreisförmig sein muß, entsprechend
ge-,vählt werden; wenn sie in einer Kurve geformt sein muß, können deren Form und
deren Krümmungshalbmesser angepaßt werden. Im letzteren Falle wäre der Drahtzug
so auszubilden, daß der Draht nur einseitig auf die Scheiben auf und ab läuft. Die
Scheibe :2 würde zweckmäßig mit einer Spiralfeder zu versehen sein, die ihr das
Bestreben gibt, den Draht stets aufzuwickeln.
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Abb. 3 stellt eine Ausführungsform dar, die geeignet ist, die Werte
in bogenförmigen Koordinaten darzustellen. i ist ein Drehkondensator. Mit seiner
drehbaren Achse ist fest verbunden der Zeiger 2, an dem in passender Entfernung
von der Drehachse die Markiervorr)ichtung 3 angebracht ist. Diese gestattet, auf
einem passend angebrachten, beweglichen Papier 4 die Messungsergebnisse einzutragen.
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In ähnlicher Art wie auf veränderliche Meßkondensatoren läßt sich
der Erfindungsgedanke ,auch anwenden auf veränderliche Induktivitäten, z. B. auf
Variometer, ebenso auf veränderliche Widerstandsapparate. Bei Variometern ist die
Möglichkeit, die Auswertungsvorrichtung so auszubilden, daß sich die Markiervorrichtung
nicht nur proportional einer Drehung oder einer Verschiebung verstellt, sondern
proportional der anderung des Induktivitätswertes von besonderer Bedeutung.
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Wie sich die Anordnung prinzipiell z. B. bei veränderlichen Widerständen
treffen läßt, zeigt Abb. .I. i sei ein Schleifdraht mit Schleifvorrichtung q.. Dieser
Schleifdraht soll beispielsweise nach Abb. 5, in der schematisch eine elektrische
Brückenschaltung dargestellt ist, in eine Meßeinrichtung eingeordnet sein. Der Zweig
b -hat dauernd den gleichen Widerstand. Der Zweig a ist in Form eines Schleifdrahtes
veränderlich. Bei Abgleichung der Brücke ist dann der unbekannte elektrische Wert
X proportional der Größe von a. Diesem Schleifdraht a der Anordnung nach
Abb.5 entspricht der Schleifdraht i in Abb.4. Bei Abgleichung der Brücke wird die
Schleifvorrichtung 2 verstellt. Ihre Entfernung vom Ende des Schleifdrahtes gibt
ein Maß für die Größe des zu messenden elektrischen Wertes. Dein Erfindungsgedanken
gemäß ist mit dieser Schleifvorrichtung 2 eine Auswertungsvorrichtung verbunden,
die im vorliegenden Fall folgende Form annimmt. Um einen festen Punkt 6 ist der
Hebel 5 drehbar. Einerseits wird dieser betätigt mittels des mit der Schleifvorrichtung
2 fest verbundenen Dornes 3, der in dem Schlitz 4 läuft. Andererseits bewegt der
Hebel die Markiervorrichtung 8, die in dem mit Schlitz c) versehenen Lineal i o
und in dem Schlitz 7 des Hebels 5 geführt ist. i i deutet das irgendwie aufgespannte
und schrittweise bewegliche Papier
an, auf dem je nach Stellung
der Markiervorrichtung 8 die Messungsergebnisse vermerkt werden können.
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Ist die Anordnung der elektrischen Brücke nicht nach der besonderen
Form gemäß Abb. 5, sondern nach seiner meist verwendeten Anordnung getroffen, bei
der der Widerstand a + h konstant ist, dagegen a und h veränderlich.
so ergibt sich bekanntlich der gesuchte elektrische Wert aus dem Verhältniswert
b . Die einfache Form nach Abb. .4 kann dann so abgeändert werden, daß auf dem Hebel
5 an dessen Drehpunkt 6 als Achse eine Drahtscheibe aufgesetzt wird, etwa in der
Art nach Abb. 2, mit der Abänderung jedoch, daß die Drahtscheibe eine solche Kurvenform
erhält, claß einer gleich großen Veränderung des Verhältnisses a. durch b
das
Abwickeln oder Aufwickeln einer gleich großen Länge des Drahtes entspricht.
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Vielfach ist es üblich. die an einem zu untersuchenden Gegenstand
irgendwelcher Abmessung festgestellten Werte auf einen Gegenstand bestimmter Abmessung
zu beziehen, was eine Umrechnung erforderlich macht. So z. B. pflegt man bei der
Messung von elektrischen Werten an Kabeln diese auf i km bezogen anzugeben. in diesem
Falle handelt e# sich um eine der Länge des Kabels proportionale Verkleinerung oder
Vergrößerung der Meßergebnisse. Mit einer Anordnung nach Abb.3 läßt sich die dazu
notwendige Lmreclinung gleich mechanisch bei der Messung mit erreichen. indem man
den Hebelarm 2 der Markiervorrichtung entsprechend der Kabellänge veränderlich macht.
Bei einer Einrichtung nach Abb. 2 läßt sich die Anordnung so anbringen, wie es Abb.
6 zeigt. Der mit dem Drehkondensator i gekoppelte Drahtzug betätigt mittels eines
am Draht befestigten Dorns 2, der in einet- fest angebrachten Schlitzführung 3 und
einem Schlitz des Hebels 4 läuft, den_ Hebel .4, der um den festen Punkt 5 drehbar
gelagert ist. Die Bewegung des Hebels 5 wird in eine geradlinigeAuf- undAbwärtsbe,.vegung
der in einem Schlitz des Hebels a geführten Markiervorrichtung 6 umgesetzt. Uni
die Geradführung derselben zu sichern. wird sie in einem Schlitz des Lineals 7 geführt.
Das Lineal 7 ist in seiner Entfernung vorn Drehpunkt 5 des Hebels verstellbar. Proportional
der Entfernung des Lineals vom Drehpunkt 5 ändert sich die Größe des Weges, den
die Markiervorrichtung 6 macht, wenn der Draht um ein gewisses Stück verstellt wird.
beinentsprechend werden die mit der Nlarkiervorrichtung 6 auf dem irgendwie gespannten
Zeichenpapier 8 vermerkten Marken größere oder kleinere Werte anzeigen. Mit einer
V orrichtung nach Abb. 6 lassen sich z. B. bei Messungen an Kabeln die elektrischen
Werte gleich auf i km bezogen erhalten.
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Es ist bei Auswertungsvorrichtungen z. B. nach der Art von Abb.6 vorteilhaft,
wenn unabhängig von der Abmessung des zu untersuchenden Gegenstandes der Hebel in
einer bestimmten Lage, beispielsweise der horizontalen ',Mittellage, stets denselben
bezogenen elektrischen Wert be-leutet. Wie (las eingerichtet werden kann, sei der
Klarheit halber an einem besonderen Fall erklärt. Es sei vorausgesetzt, daß es sich
darum handle, die kilometrischen Kapazitäten der Adern von vielpaarigen Fernsprechkabeln
zu messen. Diese Werte mögen im Mittel z. B. o.o35o Mikrofarad für i km betragen.
Dann richtet man es bei Verwendung eileer Einrichtung nach Abb.6 zweckmäßig so ein,
daß die horizontale Lage des Hebels 4. stets besteht, ganz gleich welche Länge das
:gerade zu messende Kabel hat, wenn der kilometrische Wert der Adern gerade zu 0.0350
Mikrofarad gemessen wird. Diese Einrichtung hat folgenden Vorteil: Man kann dann
an dem Lineal ; eine vertikal liegende Skala für die kilometrischen Kapazitätswerte
fest anordnen, die bei richtiger Entfernung des Lineals ; voni Drehpunkt 5 bei allen
Kabellängen gleich die auf i kni bezogenen Kapazitätswerte abzulesen gestattet.
Wenn man die Messungsergebnisse zeichnerisch darstellen will, kann man ein für alle
Kabellängen passendes, mit vorbereiteter Lineatur versehenes Blatt 8 stets in gleicher
Lage aufspannen, das dann in stets gleicher Weise dein Fortschreiten der Messung
entsprechend irgendwie gegen das Lineal horizontal verschoben wird. Der angedeutete
Gedanke läßt sich z. B. durch eine elektrische Zusatzeinrichtung verwirklichen.
Beispielsweise ist in Abb.7 eine bekannte Wechselstrombrückenschaltung angegeben
liiit einem durch zwei gleiche Widerstände R her;@estellten Brückenverhältnis i
: i. X ist die zu messende Kapazität einer Ader in einem l km langen Kabel. C sei
der mit der Auswertungs%-orrichtttng kuppelte, veränderliche Drehkondensator, T
ein Telephon zum Abgleichen der Brücke: außerdem ist noch eine Wechselstralnquelle
angedeutet. Z ist eine Zusatzkapazität, die stetig oder teils auch stufenweise veränderlich
ist. Die jeweils der Kabellänge angepaßte Einstellung von Z ermöglicht es nun zu
erreichen, daß stets beim Messen die horizontale Lage des Hebels 4 (Abb. C» der
kilolnetrischen Kapazität 0.03,50 Mikrofarad entspricht. Der Betrag von Z errechnet
sich wie folgt. Wegen des Brückenverhältnisses i : i ist X C 4- Z. Für o.o35oMikrofarad
für 1 km hat Y bei 1 km Kabellänge den
Betrag:
X = 0.0350 -1. Bei der horizontalen Lage des Hebels q. hat der Drehkondensator
i eine bestimmte Einstellung; dieser entspricht ein bestianmter Kapazitätsbetrag,
der c sei-Dann läßt sich schreiben o.0350 -1- c + Z. Es muß also betragen Z .= 0.0350
-1- c Mikrofarad. Die veränderliche Zusatzkapazität Z kann wie in Abb. 7 parallel
zu dem Meßkondensator C gelegt werden, sie kann aber auch parallel zu der zu messenden
Kapazität X angeschaltet werden, je nachdem c kleiner oder größer als X ist.
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Das Vorstehende ist nur ein Ausführungsbeispiel für eine mögliche,
geeignete Anordnung bei Kapazitätsmessungen. Es läßt sich der Gedanke sinngemäß
auf Messung anderer elektrischer Größen, wie beispielsweise Widerstände, Induktivitäten
usw., übertragen. Je nach dem Aufbau kann z. B. auch eine elektrische Größe der
einen Art als Zusatz bei Messung einer elektrischen Größe anderer Art dienen, z.
B. eine Kapazität bei Induktivitätsmessungen. Die Kapazität ist dabei natürlich
in einen passenden Zweig der Meßbrücke zu legen.