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Frequenzmesser mit einem auf den Sollwert der zu messenden Frequenz
abgestimmten Resonanzkreis Für 'Zeigerfrequenzmesser ist es bekannt, den Phasensprung
in einem Resonanzkreis zu benutzen, der auf die mittlere zu messende Frequenz abgestimmt
ist. Dabei beeinflussen die Phasenverschiebungen in dem Resonanzkreis, die bei Abweichungen
der Frequenz von ihrem mittleren Wert auftreten, das.aufeinander ausgeübte Drehmoment
zweier Spulen, von denen die eine feststehende im Resonanzkreis liegt, während die
andere bewegliche von einem Strom durchflossen wird, dessen Phase um 9o° gegen die
Spannung verschoben ist. Um dabei unabhängig von der Stromstärke im Resonanzkreis
zu werden, wird als Richtkraft eine zweite bewegliche Spule benutzt, die von der
festen Spule induziert wird und sich infolgedessen senkrecht zu dieser zu stellen
sucht. Diese bekannte Anordnung bedarf eines teueren Spezialmeßinstrumentes, so
daß sie schon ihres Preises wegen sich nur wenig Eingang hat verschaffen können.
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Gemäß der Erfindung wird der Phasensprung in einem auf die mittlere
Meßfrequenz abgestimmten Resonanzkreis zur Fre= quenzmessung benutzt unter Verwendung
eines mechanischen Gleichrichters, der von der zu messenden Frequenz erregt wird
und über den ein stromrichtungsempfindliches Meßgerät, z. B. ein Drehspulinstrument,
aus dem Resonanzkreis gespeist wird. Über den Gleichrichter werden von dem im Resonanzkreis
fließenden Strom innerhalb jeder Periode nur Abschnitte von etwa halber Periodenlänge
dem Meßinstrument zugeführt. Bei Änderung der Phase im Resonanzkreis bleibt zwar
die Länge dieser Abschnitte konstant, es ändert sich aber das Verhältnis der über
den mechanischen Gleichrichter dem Meßinstrument zugeführten, entgegengesetzt gerichteten
Halbwellenteile, so daß auch der Ausschlag des Instrumentes eine entsprechende Änderung
erfährt.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn man die Phase des den Gleichrichter
erregenden Stromes so einstellt, daß bei Resonanz im Schwingungskreis einander gleiche
Teile entgegengesetzt gerichteter Halbwellen dem Gleichstrominstrument zugeführtwerden.
Wählt man als Meßinstrument ein solches mit in der Mitte der Skala liegendem Nullpunkt,
dann wird bei Resonanz im Schwingungskreis, d. h. bei dem Mittelwert der zu messenden
Frequenz, der Meßinstrumentenzeiger in der Mitte der Skala auf Null stehen. Je nachdem,
ob. die Frequenz steigt oder sinkt, verschiebt sich die Phase im Schwingungskreis
in der einen oder anderen Richtung, so daß
zunehmende Teile der
positiven bzw. negativen Halbwellen dem Meßinstrument zufließen und das Meßinstrument
nach der einen bzw. der anderen Seite ausschlägt.
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Die grundsätzliche Schaltung eines Frequenzmessers gemäß der Erfindung
ist in der Abb. i der Zeichnung dargestellt. Bei i und 2 wird der Vorrichtung die
zu messende Frequenz zugeführt. Der Schwingungskreis besteht aus einer Kapazität
3 und einer Induktivität 4. 5 ist ein Ohmscher Widerstand im Resonanzkreis. Parallel
zu diesem liegt ein Gleichstrommeßinstrument 6 in Reihe mit den Unterbrecherkontakten
eines mechanischen Gleichrichters 7. 8 ist die Erregerwicklung des mechanischen
Gleichrichters, deren Stromphase durch einen Kondensator g um 9o° gegenüber der
Speisespannung verschoben ist. Zur Gleichrichtung eignen sich für den Zweck gemäß
der Erfindung nur solche Konstruktionen, bei denen die Eigenfrequenz des Schwirgungsteiles
nicht störend in Erscheinung treten kann, also zweckmäßig hoch über der zu messenden
Frequenz liegt, und bei denen Prellungen den sicheren Kontakt nicht stören. Diesen
Bedingungen genügen die in letzter Zeit angegebenen Membrangleichrichter in leinreichendem
Maße.
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An Hand der folgenden Abb.2 und 3 ist die Wirkungsweise der beschriebenen
Schaltung ohne weiteres verständlich. Abb. 2 zeigt zunächst die ungefähre Abhängigkeit
des Stromes und der Phase im Resonanzkreis, der auf eine Frequenz von
50 Perioden abgestimmt sein möge. Die Frequenz y ist als Abszisse, von links
nach rechts steigend, aufgetragen. Die Stromstärke J und die Phase cp sind als Ordinaten
aufgetragen. Die beiden gestrichelt horizontalen Linien sind die 9o°-Werte der Phase
cp. Aus den dargestellten Kurven geht hervor, daß innerhalb des für die Messung
in Betracht kommenden geringen Bereiches (etwa --@ 5% des durch eine senkrechte
gestrichelte Linie angegebenen Sollwertes der Frequenz) der Strom nur geringe Änderungen
erfährt, während die Phase sich sehr erheblich verschiebt. Infolgedessen kann die
Wirkung einer Abweichung der Frequenz von dem Sollwert unter Vernachlässigung der
an sich einzueichenden Stromänderungen im Resonanzkreis dargestellt werden. In der
Abb.3 ist eine Periode des im Resonanzkreis fließenden Stromes gezeichnet. Durch
zwei senkrechte Striche ist derjenige Teil der Periode dargestellt, welcher von
dem mechanischen Gleichrichter aus der ganzen Periode herausgeschnitten und dem
Meßinstrument 6 zugeführt wird. Die ausgezogenen vertikalen Begrenzungslinien gelten
dabei für einen Zustand, bei dem der Resonanzkreis auf voller Resonanz sich befindet,
d. h. also die zu messende Frequenz mit ihrem Sollwert übereinstimmt. Dabei werden
gleiche Flächen der positiven und negativen Halbperiode herausgeschnitten, die sich
in ihrer Wirkung auf das Gleichstrommeßinstrument aufheben. Die gestrichelt dargestellten
senkrechten Linien zeigen die Wirkung einer Änderung der zu messenden Frequenz.
Infolge der Phasenverschiebung im Resonanzkreis sind die von dem Gleichrichter aus
der Periode herausgeschnittenen positiven und negativen Flächen ungleich geworden,
so daß sie sich in ihrer Wirkung auf das Gleichstrommeßinstrument nicht mehr aufheben
und dieses einen Ausschlag macht, dessen Richtung anzeigt, ob die Frequenz über
oder unter dem Sollwert liegt, und dessen Größe ein Maß für die Abweichung der Frequenz
vom Sollwert ist.
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Die oben in der Prinzipschaltung angegebene Vorrichtung kann für die
Anpassung an die Bedürfnisse der Praxis zweckentsprechend ausgestaltet werden. So
können z. B., wenn der Kondensator 9 zur gewünschten Einstellung des Erregerstromes
für den Gleichrichter nicht genügt, weitere bekannte Mittel für diesen Zweck herangezogen
werden, z. B. veränderliche Drosseln, Phasenschieber o. dgl. m.
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Insbesondere können Mittel vorgesehen werden, um die Anzeige unabhängig
von Spannungsschwankungen zu machen. Dazu ist besonders geeignet die Verwendung
eines Kreuzspulinstrumentes zur Anzeige, dessen die Richtkraft hergebende Spule
über einen beliebigen Gleichrichter, z. B.. Kupferoxydulgleichrichter, von der zu
messenden Spannung gespeist wird. Man kann aber auch zur Speisung des Resonanzkreises
eine Konstantspannungsschaltung verwenden.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Anwendung eines Zeigergleichstrommeßinstrumentes.
Es kann an dessen Stelle z. B. auch eine Oszillographenschleife treten, man kann
auch z. B. einen Amperestundenzähler als Gleichstrommeßgerät verwenden, wenn etwa
die gemessene Frequenz in eine Impulshäufigkeit umgewandelt werden soll, die nach
beliebig weit entfernter Stelle fernübertragen und dort zur Betätigung eines Anzeigeinstrumentes
benutzt werden soll. Dabei kann man entweder dem 'Zähler ein konstantes Drehmoment
zuteilen und diesem Drehmoment das aus den Frequenzabweichungen herrührende positive
oder negative MeßdrehmDment überlagern. Man kann aber auch das Meßdrehmoment allein
auf den Zähler einwirken lassen, muß dann aber durch besondere Maßnahme die Drehrichtung
des Zählers zur Empfangsstelle übermitteln. Man kann schließlich diese zuletzt genannte
Schwierigkeit
dadurch umgehen, daß man die Erregerphase des Gleichrichters
so eingestellt, daß der Gleichstrom seine Richtung nicht umkehrt, sondern über den
M.eßbereich lediglich zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert schwankt.
Dabei wird man allerdings eine Verkleinerung des Meßbereiches mit in den Kauf nehmen
müssen.