DE506164C - Schaltungsanordnung zum Vergleich der Scheinwiderstaende zweier elektrischer Stromkreise unter Verwendung eines Verstaerkers von der Bauart des Zweidrahteinrohrverstaerkers - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zur Beurteilung des Maßes der Ungleichheit zwischen einer Leitung und ihrer Nachbildung die zu vergleichenden Stromkreise an die Klemmen eines Zweidrahteinrohrverstärkers zu legen und die Pfeif grenze durch Einstellung der Verstärkung zu bestimmen (vgl. Journ. Inst. El. Eveg. Ed. 62, 1924, S. 653). Diese Pfeifgrenze gibt einen Anhaltspunkt zur Beurteilung des maximalen Unterschiedes zwischen den beiden Scheinwiderständen. Man hat auch die Ungleichheiten der einen an einen Zweidrahtzweirohrverstärker angeschlossenen Leitung und ihrer Nachbildung dadurch; geprüft, daß man die andere Leitung kurzschloß und ihre Nachbildung abtrennte, oder umgekehrt, so daß die 'beiden Röhren in Kaskade liegen und aus dem Zweirohrverstärker ein Verstärker von der Bauart des Einrohrverstär-

ao kers wurde.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß das Einsetzen der Selbsterregung nicht nur von der Größe und dem Frequenzgang des Nachbildungsfehlers abhängt, sondern auch

»5 von der ihrerseits frequenzabhängigen Verstärkung. Selbst wenn ein Verstärker zwischen einer Stromquelle mit einem gewissen gegebenen inneren Widerstand und einem gegebenen Belastungswiderstand für alle Frequenzen eines Bereiches gleichmäßig verstärkt, was durch bekannte Entzerrungsschaltungen erreicht werden kann, geht diese Eigenschaft verloren, wenn andere Wider-' stände für die Stromquelle oder Belastung gewählt werden. Man wird daher selbst mit gleichmäßig verstärkenden Verstärkern verschiedene Ergebnisse erhalten, wenn sie für verschiedene äußere Widerstände gebaut sind.

Durch die Erfindung werden diese Übelstände vermieden. Es wird ebenfalls ein Verstärker vom Typ des Einrohrverstärkers benutzt, der auch mehrere Röhren in Kaskade geschaltet enthalten kann. Nach der Erfindung wird die Verstärkung im Bereich der Meßfrequenzen praktisch konstant und unabhängig von der Frequenz und von der Größe der zu vergleichenden Widerstände gemacht. Welche Maßnahmen hierzu erforderlich sind, wird im folgenden genauer erläutert.

Die Abb. 1 stellt die Meßanordnung im vereinfachten Schema dar.

Die vom Verstärker V an die Ausgleichschaltung, z. B. die Brücke B, gelegte Spannung zwischen den Punkten 1 und 2 und die vom Verstärker aus der Ausgleichschaltung an den Punkten 3 und 4 entnommene Spannung sollen nur von dem Verhältnis der zu vergleichenden Scheinwiderstände Z und N, aber nicht von ihrer Größe abhängen. Dies läßt sich z. B. erreichen, wenn die Vergleichswiderständer klein gemacht werden gegenüber den zu vergleichenden Widerständen Z

und N, denn dann ist der Eingangswiderstand R₁ der Brücke, mit dem der Verstärker belastet ist, im wesentlichen bestimmt durch 2 r. Weiter darf an den Symmetriepunkten 3,4 der Brücke nur ein geringer Strom entnommen werden, und daher soll der Eingangswiderstand R des Verstärkers groß gegen den von den Symmetriepunkten, 3 und 4 aus gemessenen Scheinwiderstand i?„ der Brücke sein. Wenn R genügend groß ist, ergibt sich R₁ aus der Parallelschaltung von 2 r und Z-]-N. Da nun Z-J-¹N groß gegen 2 r sein soll, ist der Widerstand der Parallelschaltung praktisch gleich 2 r. Von den Symmetriepunkten 3, 4 der Brücke aus hat man den Scheinwiderstand i?„ der in Abb. 3 dargestellten Schaltung. Das Dreieck i, 2, 3 läßt sich in den widerstandsgleichen Stern umwandeln (vgl. z. B. Herzog-Feld mann, Die Berechnung elektrischer Leitungsnetze, Berlin 1927, S. 137). Setzt man dabei R₁ = kr, so ergeben sich die in Abb. 4 eingetragenen Werte. Es zeigt sich, daß die Widerstände im Stern kleiner sind als r und demnach gegenüber Z und N vernachlässigt werden können. R₂ ist also der Widerstand von Z und N parallel zueinander. Da Z und N praktisch von gleicher Größenanordnung sind, ist R₂ etwa gleich der Hälfte eines dieser Widerstände, und man hat R groß gegen Z und N zu machen.

Auf ähnliche Weise läßt sich zeigen, daß die gestelltenBedingungen auch erfüllt werden können, wenn man statt der Eingangsklemmen die Ausgangsklemmen des ungeänderten Verstärkers an die Symmetriepuiikte 3, 4 der Brücke legt und dann die Vergleichswiderstände r groß gegen Z und N macht.

Weiter ist dafür zu sorgen, daß die Spannungsverstärkung zwischen den Punkten 3, 4 und i, 2 frequenzunabhängig ist, was durch bekannte Mittel, z. B. durch Widerstandskopplung, erreicht werden kann. Bei dieser Entzerrung der Verstärkung ist zu berück- *5 sichtigen, daß der Verstärker an den Punkten i, 2 mit dem Brückenscheinwiderstand belastet ist, der im wesentlichen gleich 2 r ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 2 dargestellt. Die Brücke ist hier so ausgebildet, daß Symmetrie gegen Erde gewahrt bleibt. Es ist bekannt, daß bei Brückenmessungen mit Wechselstrom durch die Einflüsse der verteilten Kapazitäten und Erdkapazitäten Fehler entstehen können, und aus diesem Grunde ist die Brücke symmetrisch zu den elektrischen Mittelpunkten der zu vergleichenden Widerstände ausgeführt, indem die vier Vergleichswiderstände w auf die beiden Seiten der zu vergleichenden Scheinwiderstände Z und JV verteilt worden sind. Es ist an sich möglich, diese Vergleichswiderstände induktiv auszubilden und mit ihnen eine Wicklung zu koppeln, durch die ihnen der verstärkte Strom zugeführt wird, d.h. einen gewöhnlichen Ausgleich- oder Dreiwicklungstransformator zu verwenden, von dessen Mitten man in bekannter Weise, z. B. durch einen Vorübertrager, an den Eingang des Verstärkers geht. Die Scheinwiderstände der Transformatorwicklungshälften lassen sich aber aus bekannten Gründen schwer mit der erforderlichen Genauigkeit abgleichen, z. B. wegen der schwer beherrschbaren Verteilung der Eigenkapazitäten und auch deshalb, weil man als Windungszahl stets eine ganze Zahl von Windungen haben muß. Es ist daher in der Regel wünschenswert, Ohmsche Widerstände zu benutzen, doch ist in diesem Fall die Stromzuführung schwierig, weil die Vergleichswiderstände auf die beiden Seiten von Z und N symmetrisch verteilt sind. Erfindungsgemäß "werden daher die Vergleichswiderfetände, und zwar vorzugsweise Ohmsche Widerstände, parallel zu den Wicklungen des Ausgleichübertragers AU gelegt und so bemessen, daß ihr Widerstand klein ist gegen die Scheinwiderstände der Transformatorwicklungen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß zur Erzielung guter Ergebnisse gewisse bekannte Vorsichtsmaßregeln zu beachten sind, z. B. die Verwendung magnetischer Schirme, die gegebenenfalls ebenso wie der Kern des Transformators zu erden sind.

An die Symmetriepunkte 3,4 der Brücke ist der Vorübertrager VC des Verstärkers V angeschlossen, und am Xachübertrager NU des Verstärkers liegt der Meßhörer T. Es folgt eine Siebkette S, an die die Primärwicklung des Ausgleichübertragers AU angeschlossen ist.

Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Ausgleichschaltung beachte man, daß sich infolge der Symmetrie gegen Erde die Mittelpunkte von Z, N und der Primärwicklung von VÜ dauernd auf Erdpotential befinden. Man kann also diese Punkte miteinander kurzschließen, ohne eine Veränderung zu bewirken, wobei die Brücke in zwei getrennte gewöhnliche Brücken gemäß Abb. 5 zerfällt, deren jede nur Z₂ und N„ und die halbe Wicklung" des Vorübertragers enthält und von einer Wicklung des Ausgleichübertragers gespeist wird.

Die Siebkette, vorzugsweise eine Spulenleitung, bezweckt nicht nur ein scharfes Abschneiden der Verstärkung bei bestimmten Frequenzgrenzen, sondern auch die Erzeugung phasenverschdbener verstärkter Spannungen. Es ist zu bedenken, daß ein Pfeifen des Verstärkers nur zustande kommen kann,

wenn außer der notwendigen Verstärkung des Betrages der Spannung auch die richtige Phasenbeziehung vorhanden ist. Nun hängt die Phase zwischen der Spannung, die der Brücke aufgedrückt wird, und der an den Symmetriepunkten 3, 4 liegenden Ausgleichspannimg von dem Phasenwinkel des relativen Fehlers der zu vergleichenden Widerstände Z und Λ^Γ ab, und damit eine Selbsterregung eintritt, muß nun von dieser Ausgleichspannung über den Verstärker wiederum eine Spannung erregt werden, die eine genügend große Komponente in Richtung mit der ursprünglichen Brückenspannung hat. Die Frequenzabhängigkeit des Phasenwinkels des relativen Fehlers ist nicht bekannt, und es kann der Fall eintreten, daß diese Phasenverschiebung für alle Frequenzen nahezu den gleichen Wert hat oder sich nur innerhalb

ao enger Grenzen ändert. Um zu bewirken, daß das Pfeifen möglichst an der Stelle des maximalen relativen Fehlers eintritt, gibt man der Verstärkung durch die Siebkette S frequenzabhängige Phasenwinkel. Zweckmäßig benutzt man hierfür eine Spulenleitung, die nach beiden Seiten an die angeschlossenen Scheinwiderstände angepreßt ist, und zwar empfiehlt es sich in der Regel, mehrere Glieder zu verwenden, um genügend große Phasenverschiebungen zu bekommen. Unter Umständen können die Glieder der Spulenleitung abschaltbar vorgesehen werden, so daß man in der Lage ist, die Frequenzabhängigkeit des Phasenwinkels für die Ver-Stärkung zu ändern. Einem ähnlichen Zweck dient der Richtungswechr.ler RW, der gestattet, die Richtung der verstärkten Spannungen umzukehren.

Der Verstärker V ist unter Fortlassung aller unwesentlichen Teile als mehrstufiger Verstärker mit Kapazitätswiderstandskopplung dargestellt. Nach der Erfindung ist der Anodenwiderstand R_a zunächst durch einen Kondensator C₁ in Reihe mit einem Wdderstand R_1n überbrückt, von dem erst über den Gitterkondensator C_g und den Gitterwiderstand Rg die Spannung für das folgende Rohr abgenommen wird. Dies hat folgenden Grund: Zur Kopplung der Röhren sind sehr große Widerstände notwendig, so daß die aus Kapazität und Widerstand bestehenden Schaltungen kleine Zeitkonstanten haben. Verändert man nun den Abgriffpunkt am Widerstand R_1n, so bleibt das Potential am Kondensator C_g konstant. Würde man dagegen den Widerstand R_a und den Kondensator C₁ fortlassen, so würde infolge des Spannungsabfalls am Widerstand R_m durch den Anodengleichstrom bei Veränderung des Abgriffpunktes sich das am Kondensator C_s liegende Potential ändern, und es würde längere Zeit dauern, bis der stationäre Zustand wiederhergestellt ist. Die Messung würde dadurch aufgehalten werden.

Die Meßanordnung kann dadurch geeicht werden, daß man für Z und N bekannte Widerstände wählt, z. B. zwei Ohmsche Widerstände, so daß der Abgleichfehler gegeben ist. Mit Hilfe des Umschalters U₂ können die beiden Eichwiderstände R_k und R_n an Stelle der zu messenden Widerstände eingeschaltet werden. Aus dem bekannten relativen Fehler ergibt sich dann für den Pfeifpunkt die Verstärkung in absolutem Maße. Die Skala am Widerstand R_m kann umnittelbar nach der Größe des relativen Fehlers eingeteilt sein. Unter Umständen können auch bei mehreren Röhren der Kaskade einstellbare Widerstände wie R_m vorgesehen werden, oder es können Schwächungswiderstände an anderen Stellen angebracht werden, z. B. in Reihe mit der Siebkette S.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Vergleich der Scheinwiderstände zweier elektrischer Stromkreise unter Verwendung" eines Verstärkers von der Bauart des Zweidrahteinrohrverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichswiderstände (r oder w) der Ausgleichschaltung des Verstärkers klein sind gegen die zu vergleichenden Widerstände (Z und N) und daß der Eingangswiderstand des Verstärkers (R) groß gegen die zu vergleichenden Widerstände ist.

2. Schaltungsanordnung zum Vergleich der Scheinwiderstände zweier elektrischer Stromkreise unter Verwendung eines Verstärkers von der Bauart des Zweidrahteinrohrverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichswiderstände (r oder w) der Ausgleichschaltung des Verstärkers groß sind gegen die zu vergleichenden Widerstände (Z und Λ⁷) und daß der Eingangswiderstand des Verstärkers (R) groß gegen die Vergleichswiderstände ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichs widerstände Ohmsche Widerstände parallel zu den Sekundärwicklungen des Ausgleichtransformators geschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohmschen Widerstände klein gegen den von der Sekundärseite aus gemessenen Scheinwiderstand des Ausgleichüber- iao tragers sind.

5. Schaltungsanordnung nach An-

spruch ι, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Verstärkung z. B. durch Verwendung einer Widerstandskopplung im Bereich der Meßfrequenzen für jede Einstellung des Verstärkungsgrades innerhalb des Meßbereiches unabhängig von der Frequenz ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker Einrichtungen enthält, durch die eine Phasenverschiebung zwischen der unverstärkten und der verstärkten Spannung bewirkt wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer frequenzabhängigen Phasenverschiebung eine Siebkette dient.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker mehrere Röhren enthält, die in bekannter Weise über Kapazitäten und Widerstände gekoppelt sind.

9. Schaltungsanordnung nach An- »5 spruch ι bei Verwendung einer Verstärkerkaskade, gekennzeichnet durch eine regelbare Dämpfungsschaltung (z. B. Widerstand oder Spannungsteiler), die über je eine Kapazität mit dem Anodenkreis der vorhergehenden und mit dem Gitterkreis der folgenden Röhre verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis einer Röhre durch einen Widerstand geschlossen ist, der durch einen Kondensator in Reihe mit einem zweiten Widerstand überbrückt ist, von dem die Spannung für das Gitter der folgenden Röhre über eine Batterie und einen Widerstand abgegriffen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen