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Tonfrequenzmeßbrücke mit zwei angrenzenden Zweigen aus Ohmschen Festwiderständen
und zwei angrenzenden veränderbaren Zweigen Es ist bereits ein Tonfrequenzmesser
bekanntgeworden, der im wesentlichen aus einer Brückenschaltung besteht, deren je
zwei anliegende Brückenzweige aus festen Ohmschen Widerständen bzw. aus einer Serienschaltung
einer Kapazität mit einem veränderbaren Ohmschen Widerstand und einer Parallelschaltung
von Kapazität und veränderbarem Widerstand bestehen. In der genannten, von Robinson
entwickelten Einrichtung zur Messung von Tonfrequenzen waren die beiden Kondensatoren.
in den benachbarten Zweigen von gleichem Betrag und für einen bestimmten Frequenzbereich
konstant gewählt. Die Einstellung der Brücke bei der Frequenzmessung geschah mit
Hilfe der beiden veränderbaren Ohmschen Widerstände.
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Abb. z stellt den bekannten Tonfrequenzmesser dar. An den Punkten
A-B der Brücke wird die Spannung mit der zu bestimmenden Frequenz angelegt. Die
drei Widerstände R, sind von gleicher Größe und konstant. Die Widerstände R sind
gemeinsam und zwangsläufig veränderbar und dabei stets beide von gleicher Größe.
Die Kondensatoren C sind gleich und konstant. Im Diagonalzweig der Brücke liegt
das Nullinstrument zwischen den Punkten D und X. Bei .der Messung
wird durch Veränderung von R das Minimum eingestellt, das eintritt, sobald
ist. Die Festwiderstände stehen dabei im Verhältnis ly.z.
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Eine genauere Verfolgung der Teilspannungen in Abhängigkeit von der
Frequenz führt auf das in Abb. a wiedergegebene Diagramm. Es ergibt sich, daß die
Ortskurve des Punktes D in Abhängigkeit von der Frequenz ein Kreis ist, der für
die abgeglichene Frequenz die Gerade A-B im Verhältnis a : z schneidet. Die
Spannungen (i1 und (22 besitzen für cvo gleiche Phase. Wenn sich die Kreisfrequenz
uoo um einen kleinen Betrag ändert, entsteht zischen den Spannungen(2i und e2 eine
Phasendifferenz, ,während die Änderung des Verhältnisses der Beträge E, und E. von
kleiner Größenordnung bleibt. Die Phase der beiden Spannungen e, und e. und damit
die der Widerstände R ist also von besonderer Bedeutung.
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Nun ist aber die Verwendung von besonders gewickelten, absolut phasenfreien
Widerständen sowie ihre Prüfung sehr teuer.
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Nach der Erfindung wird nun bei dem beschriebenen Tonfrequenzmesser
die Phasenunreinheit der einstellbaren Ohmschen Widerstände
in
der Ablesung dadurch kompensiert, daß der Abgriff zwischen den festen Ohmschen Widerständen
über einen Schleifdrahtwiderstand erfolgt.
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Es ergibt sich nämlich, daß dem Auftreten kleiner, aber gleicher Phasenabweichungen
in den beiden einstellbaren Zweigen im abgeglichenen Zustand der Brücke eine Verschiebung
des Punktes D (Abb. 2) in der Richtung der Geraden A-B entspricht. Das Tonminimum
bleibt für die gleiche Einstellung der veränderbaren Widerstände R bestehen und
kann durch einfache Verschiebung des Punktes X auf der Geraden A-B scharf gemacht
werden. Durch kleine, aber gleiche Phasenfehler der Widerstände oder Kondensatoren
in den einstellbaren Zweigen ergibt sich in der Brücke kein Meßfehler, weil die
Phasen der Scheinwiderstände dieser Zweige (bzw. der obengenannten Spannungsvektoren)
im abgestimmten Falle einander Bleichbleiben und nur eine Änderung der absoluten
Beträge der Scheinwiderstände (bzw. der Vektoren e1 und (22) eintritt, die durch
Änderung des Verhältnisses der Festwiderstände mit Hilfe eines Schleifdrahtabgriffes
ausgeglichen werden kann.
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Abb.3 zeigt die Änderungen der Spannungen e. und e2 bei je gleich
großen kapazitiven bzw. induktiven Phasenfehlern der Widerstände R. Es ist daraus
zu ersehen, daß die Phasen der Vektoren durch die Phasenfehler zwar geändert werden,
aber in beiden Zweigen um etwa gleiche Beträge, während die absoluten Beträge der
Vektoren nach entgegengesetzten Seiten abweichen. In ähnlicher Weise kann auch für
kleine und gleiche Phasenfehler der Kondensatoren nachgewiesen werden, daß sie sich
in den absoluten Beträgen, aber nicht in den Phasen der Spannungen auswirken. Praktisch
kommen jedoch nur Phasenfehler der Widerstände in Frage. Da die Widerstände R einander
stets gleich sind, so ist bei gleicher Herstellungsart in beiden Zweigen auch mit
gleichen Phasenfehlern zu rechnen. Würden die Phasenfehler ungleich sein, so würde
sich eine Fehlanzeige für die Frequenz ergeben. Das Tonminimum würde auf andere
-Werte der einstellbaren Widerstände fallen. Die Fehlanzeige würde mit steigender
Frequenz wachsen.
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In Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die zu
prüfende Stromquelle S wird über einen Eingangsübertrager EU an die Brücke
gelegt. Zwischen den festen Widerständen R, der beiden Zweige ist ein Schleifdrahtwiderstand
w eingeschaltet. In den beiden anderen Zweigen der Brücke befinden sich veränderbare
Ohmsche Widerstände R in Serie bzw. parallel mit Kondensatoren Cz. Ein Kondensator
Cl kann zur Erzielung eines anderen Meßbereiches hinzugeschaltet werden. Vom gemeinsamen
Punkt der veränderbaren Zweige und vom Schleifdrahtwiderstand w wird der Nullstrom
über einen Übertrager AU abgenommen und z. B. an ein Telephon T gelegt. Um
Meßfehler durch verschiedene Erdung zu vermeiden, sind die Eingangs- und Ausgangsübertrager
zwangsläufig geerdet, so daß nur ein Betriebszustand möglich ist und der Eichzustand
mit dem Betriebszustand übereinstimmt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel
wurden die Widerstände R, mit 2ooo Ohm gewählt; die Kondensatoren Cl betragen
2 # io5,u,uF, die Kondensatoren Co 2 # io¢,AuF. Die Widerstände R
können als Kurbelwiderstände ausgebildet und miteinander gekoppelt verstellbar sein.
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Eine Prüfung der Einrichtung ergab, daß der Meßfehler bis zu etwa
io ooo Hz. unter 112 11/0 liegt. ' Eine Untersuchung, bis zu welchem Betrag der
absolute Wert der Phasenfehler der veränderlichen Zweige gehen darf, ohne einen
Meßfehler zu bewirken, ergab, daß der Meßfehler noch unter i M, bleibt, wenn der
Phasenfehler bei 1o 000 Hz. 3°q.0' beträgt.