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Frequenzmeßgerät, insbesondere zur Ermittlung der Abweichung einer
Frequenz von einem Sollwert, bei dem zwei Schwingungskreise auf ein Differentialsystem
einwirken Zur Messung der Frequenz, insbesondere zur Messung der Abweichung einer
Frequenz von einem Sollwert, sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, welche zwei
Resonanzkreise enthalten. Diese Resonanzkreise wirken auf Differentialsysteme ein.
Die Differentialsysteme können in verschiedener Weise ausgeführt sein. Man kann
beispielsweise die Resonanzkreise gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkerröhren
auf zwei Elektromagnete einwirken lassen, die auf die Enden eines Waagebalkens einwirken.
Wenn man die Resonanzfrequenz des einen Schwingungskreises über, die andere dagegen
etwas unter die Sollfrequenz legt, so heben sich die auf den Waagebalken ausgeübten
Kräfte bei einer bestimmten Frequenz, nämlich der Sollfrequenz, auf. Man kann auch
die stark von der Frequenz abhängige Phasenveränderung (Phasensprung) des Stromes
in einem Schwingungskreise etwa in der Weise benutzen, daß man die Schwingungskreise
auf zwei Meßinstrumente, z. B. Ferrarismeßinstrumente, einwirken läßt, bei welchen
das erzeugte Drehmoment phasenabhängig ist. Auch derartige Einrichtungen lassen
sich derart einstellen, daß sich bei der Sollfrequenz die Wirkungen der beiden Schwingungskreise
gerade aufheben. Man kann auch Ferrarissysteme mit umlaufendem Anker verwenden,
und zwar sowohl in dem Falle, daß die Phasenänderung (Phasensprung) ausgenutzt wird,
als auch in dem Falle, daß lediglich die unter dem Einfluß von Frequenzänderungen
auftretenden Amplitudenänderungen ausgenutzt werden.
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Bei den bekannten Einrichtungen zeigt sich, daß die Frequenz, bei
welcher Gleichgewicht herrscht, temperaturabhängig ist. Diese _ Temperaturabhängigkeit
ist zum größten Teil darauf zurückzuführen, daß der Wert der im Schwingungskreis
liegenden Kapazität temperaturabhängig ist. Man könnte daran denken, diese Temperaturabhängigkeit
durch geeignete Schaltung der Schwingungskreise zu kompensieren: Dieser Versuch
hat bisher jedoch zu keinem Erfolg geführt, weil mit der Beseitigung der Temperaturabhängigkeit
auch die Frequenzempfindlichkeit verlorengeht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperaturabhängigkeit nicht
durch Beeinflussung der Resonanzfrequenzen. . verändert, sondern die Temperaturabhänigkeit
wird durch Beeinflussung der Dämpfung beseitigt `in der Weise, daß erfindungsgemäß
wenigstens
in einem der Schwingungskreise ein temperaturabhängiger Widerstand liegt, der so
bemessen ist, daß die bei Temperaturänderungen auftretenden Widerstandsänderungen
eine solche die Verschiebung der Resonanzlage kompensierende Veränderung der Resonanzkurve
ergeben, daß bei der Normalfrequenz die beiden Schwingungskreise den gleichen Einfluß
auf das Differentialsystem ausüben. Durch die Veränderungen dieses Widerstandes
wird zwar theoretisch die Resonanzfrequenz etwas beeinflußt. Dieser Einfluß kann
jedoch praktisch vernachlässigt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Frequenzmeßgerätes gemäß der Erfindung
ist in Abb. i dargestellt. Mit i ist ein Wechselstromgenerator bezeichnet, dessen
Frequenz gemessen oder geregelt werden soll. 2 und 3 sind zwei Schwingungskreise,
welche die Induktivitäten 4, 5 und 6 und 7 enthalten. 8 und 9 sind Kapazitäten,
io und ii Widerstände. Die Induktivitäten 4 und 6 sind mit der an die Wechselstromquelle
i angeschlossenen Spule 12 gekuppelt. Es sei angenommen, daß die Induktivitäten
4. und 5 sowie die Kapazität 8 so bemessen sind, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises
2 unter der Sollfrequenz liegt. Die Induktivität 6 und 7 und die Kapazität 8 seien
so bemessen, daß die Resonanzfrequenz des aus diesen Teilen gebildeten Schwingungskreises
über der Sollfrequenz liegt. Die Spulen 5 und 7 sind mit den Spulen 13 und 14 gekuppelt,
die zwischen die Gitter und die Kathoden der als Gleichrichter wirkenden Verstärker
15 und 16 eingeschaltet sind. Im Anodenkreis dieser Röhren liegen die Magnetspulen
17 und 18, die auf. dem Waagebalken i9 einwirken. Wenn die in den Anodenkreisen
fließenden Ströme gleich groß sind, so nimmt der am Waagebalken befestigte Zeiger
2o die dargestellte Lage ein. Sind die Kräfte dagegen ungleich, so schlägt der Zeiger
nach der einen oder anderen Seite aus. Der Ausschlag ist von der Größe der auf den
Waagebalken einwirkenden Richtkräfte abhängig. Der Zeiger kann auch zum Schließen
von Kontakten benutzt werden. In diesem Falle kann man mit Hilfe dieser Kontakte
die Frequenz des Generators i in an sich bekannter Weise beeinflussen. Die Kontakte
sind mit 2i und 22 bezeichnet.
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In Abb.2 sind die Resonanzkurven der Schwingungskreise 2 und 3 .dargestellt,
und zwar ist die Resonanzkurve des Schwingungskreises 2 mit 42 und die des Schwingungskreises
3 mit 43 bezeichnet. In horizontaler Richtung ist die Frequenz, in vertikaler Richtung
die Amplitude der im Schwingungskreis entstehenden Schwingungen aufgetragen. Da
die im Anodenkreis der Röhren 14 und 16 fließenden Ströme der Intensität der Schwingungen
in den Kreisen :2 und 3 proportional sind, so heben sich die auf den Waagebalken
i9 ausgeübten Kräfte im Schnittpunkt der Resonanzkurven 42 und 43 auf. Der Schnittpunkt
dieser beiden Kurven bestimmt also die Sollfrequenz, die im Diagramm nach Abb. 2
durch die mit 23 bezeichnete Linie gegeben ist. Es sei nun angenommen, daß sich
durch Temperaturerhöhung die Resonanzkurven nach rechts verschieben und die durch
die Kurven 4a' und 43' dargestellten Lagen einnehmen. Der Schnittpunkt der beiden
Kurven, bei welchen die auf den Waagebalken i9 ausgeübten Kräfte sich aufheben,
verschiebt sich ebenfalls nach rechts, mit anderen Worten heißt dies, daß sich der
Sollwert der Frequenz ebenfalls nach rechts verschoben hat. Damit auch bei erhöhter
Temperatur der Schnittpunkt der beiden Kurven wieder auf der mit 23 bezeichneten
Linie liegt, wird der. Widerstand io so bemessen, daß mit steigender Temperatur
die Amplitude der Schwingungen abnimmt, dagegen verwendet man zur Herstellung des
Widerstandes i i ein Material. mit negativem Temperaturkoeffizienten, so daß bei
steigender Temperatur der Widerstandswert abnimmt und dadurch die Amplitude der
Schwingungen steigt. Auf diese Weise gelingt es, die Kurven 42' und 43' in ihrer
Amplitude so zu verändern, daß sie die in Abb. 2 mit 4a" und 43" bezeichnete Form
erhalten. Der Schnittpunkt dieser beiden Kurven liegt wieder auf der die Normalfrequenz
darstellenden Linie 23. Die Abb. 2 läßt erkennen, daß man auch schon durch Veränderung
der einen Resonanzkurve erreichen kann, daß der Schnittpunkt der Resonanzkurve stets
auf der Linie 23 liegt. Man kann daher die eine Resonanzkurve überhaupt -weglassen
und eine konstante Gegenkraft (Feder) anwenden. Es ist dann allerdings erforderlich,
die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes größer zu machen als bei der Verwendung
von zwei Widerständen mit entgegengesetzt gerichteten Temperaturkoeffizienten.
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Bei den in der Abb. 2 dargestellten Kurven ist eine sehr starke Abhängigkeit
der Resonanzfrequenzen von der Temperatur vorausgesetzt worden, damit diese Kurven
die Verhältnisse deutlich erkennen lassen. Bei praktischen Ausführungen muß man
mit wesentlich kleineren Abweichungen rechnen, so daß auch geringe Änderungen der
Schwingungsamplituden ausreichen, um die Frequenzverschiebung zu beseitigen.
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Wenn die Kondensatoren io und i i derart temperaturabhängig sind,
daß sich die Resonanzfrequenz mit steigender Temperatur nach
links
verschiebt (Abb. 2), so muß der Widerstand io einen negativen, der Widerstand ii
dagegen einen positiven Temperaturkoeffizienten erhalten.
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Die Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem
die Amplituden der Schwingungskreise miteinander verglichen werden. Sinngemäß gelten
die vorstehenden Ausführungen auch für den Fall, daß in an sich bekannter Weise
nicht die Amplituden, sondern die Phasen der in den Schwingungskreis fließenden
Ströme als Maß für die Frequenz benutzt werden. Auch in diesem Falle kann man durch
Beeinflussung der Schwingungsamplitude die Wirkungen der Schwingungskreise auf das
Differentialsystem so beeinflussen, daß das Differentialsystem bei einer von der
Temperatur unabhängigen Frequenz im Gleichgewicht ist.
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Anstatt die in den Schwingungskreis fließenden Ströme mit Hilfe von
Elektromagneten zu vergleichen, kann man auch Ferrarissysteme benutzen, die gegebenenfalls
unmittelbar von den in den Schwingungskreisen fließenden Strömen durchflossen werden.
Man kann auch Ferrarissysteme mit umlaufendem Anker verwenden. In diesem Falle ist
es erforderlich, zwei Systeme zu verwenden und die Umlaufsgeschwindigkeiten der
Anker dieser Systeme miteinander zu vergleichen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in Abb. 3 schematisch dargestellt.
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24 und 25 sind die Anker zweier Ferraristriebsysteme, derenUmlaufsgeschwindigkeiten
mit Hilfe des Differentialgetriebes 26 miteinander verglichen werden. Der mit dem
dritten Teil dieses Differentialgetriebes gekuppelte Arm 27 nimmt die dargestellte
Lage ein, wenn die Umlaufsgeschwindigkeiten der beiden Anker gleich sind. Die auf
die Anker einwirkenden Ferraristriebsysteme können als I2-Systeme ausgebildet sein.
In diesem Falle werden nur die Amplituden der in den Schwingungskreisen a und 3
herrschenden Schwingungen verglichen. Es gelten daher die in Abb.3 dargestellten
Kurven. Man kann aber auch auf die Anker z4 und 25 Leistungs- oder Blindleistungssysteme
einwirken lassen, so daß nicht nur die Amplituden der Schwingungen, sondern auch
die Phase der in den Schwingungskreisen fließenden Ströme wirksam sind. Da derartige
Frequenzrelais an sich bekannt waren, erübrigt es sich auf weitere Einzelheiten
einzugehen.
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In Abb. i sind Schwingungskreise dargestellt, deren Induktivitäten
kein Eisen enthalten. Wenn es sich um die Anzeige oder Regelung niedriger Frequenzen,
z. B. 50 Perioden, handelt, so empfiehlt es sich, die Induktivität mit Eisenkernen
auszurüsten (der gegebenenfalls einen Luftspalt erhalten kann), damit diese Induktivitäten
nicht zu große Dimensionen annehmen.