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Brückenschaltung, insbesondere für Meßzwecke, die aus einer Viereckschaltung
und einer die Viereckschaltung ergänzenden Sternschaltung besteht Es sind bereits
eine große Anzahl von Brückenschaltungen für Meßzwecke bekannt, welche eine Weiterbildung
der Wheatstoneschen Brückenschaltung darstellen und, um den verschiedensten Bedingungen
für das spezielle Problem zu genügen, abgewandelt sind.
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So sind Brückenschaltungen, insbesondere für Meßzwecke, bekanntgeworden,
die aus einer Viereckschaltung und einer die Viereckschaltung ergänzenden Sternschaltung
bestehen.
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Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung dieser Art und benutzt
für die Sternschaltung einen Spannungsteiler aus zwei veränderlichen Widerständen
gleichen Charakters in der einen Diagonale der Brücke und einem festen Widerstand
zwischen dem Teilpunkt und einem dritten Brückeneckpunkt. Bei dieser erfindungsgemäß
angewendeten Sternschaltung werden die beiden veränderlichen Widerstände dazu benutzt,
den festen Widerstand in einer stetig veränderlichen Größe in den anstoßenden Zweigen
wirksam zu machen. Die beiden veränderlichen Widerstände gleichen Charakters, unter
denen phasengleiche Impedanzen zu verstehen sind, können z. B. aus zwei Ohmschen
Widerständen oder aus zwei Kondensatoren bestehen. Es tritt dann eine arithmetische
Spannungsteilung ein, derart, daß der hochohmig gegen die zu verändernden Widerstände
des Spannungsteilers gewählte konstante Scheinwiderstand mit gleichem Charakter
in den beiden anstoßenden Zweigen der Viereckbrücke abgebildet wird, jedoch mit
einer maßstäblichen Vergrößerung oder Verkleinerung.
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Die Schaltungen nach der Erfindung benutzen zum Teil das bekannte
Schaltungsprinzip von Sternviereckbrücken nach Fig.r. Die Zweige a, b,
c, d geben die der Wheatstoneschen Brücke entsprechenden Zweige der Viereckschaltung
wieder. Die Zweige e, f, g und h dienen als Ergänzungsschaltung zu der Brücke, um
den der von der Praxis gestellten Aufgabe entsprechenden Bedingungen in größerer
Vollkommenheit zu genügen. Es ist bereits bekanntgeworden, zwischen zwei diagonale
Eckpunkte einer Wheatstoneschen Brücke zwei Zweige in Serie zu schalten, deren gemeinsamer
Punkt z. B. geerdet wurde, um unsymmetrische Erdungsverhältnisse in solchen Brückenschaltungen
zu berücksichtigen (Wagner-Brücke). Die sog. Hilfsbrücke solcher Anordnungen diente
jedoch nicht zur Realisierung von bestimmten Meßwiderständen für die Viereckbrücke.
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Andererseits ist auch bereits bekanntgeworden (sog. Anderson- oder
Thom-soii-Brücke), in den Weg des Nullinstrumentes noch eine Impedanz einzuschalten
oder wirksam zu machen.
Bei den Brückenschaltungen nach der Erfindung
bleiben jedoch Hörer (bzw. Anzeigeinstrument) ebenso wie bei der Schaltung nach
Fig. i direkt an den Diagonalpunkten der Brücke. Von den im- Stern liegenden Zweigen
der Schaltung nach Fig. i werden drei benutzt und in besonderer Weise ausgebaut.
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An den folgenden Ausführungsbeispielen soll gezeigt werden, daß durch
bewußte Hinzufügung von Widerständen einer Gruppierungsart zu den Scheinwiderständen
der anderen Gruppierungsart zwischen den einzelnen Knotenpunkten der Gesamtschaltung
Scheinwiderstände erzielt werden können, deren direkte materielle Herstellung Schwierigkeiten
bereitet oder sogar unmöglich sein _würde.
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- --Die- in Fig.2 dargestellte Brückenanordnung ist eine Meßbrücke,
insbesondere für Pupinspulen in Form einer Maxwell-Brücke, 'die durch einen Sternsatz
umgeändert ist.
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Fig. 2 ä zeigt die -Ersatzschaltung als reine Viereckbrücke: Lx, R"
seien dabei die Werte von Induktivität und Widerstand der zu messenden Spule, C
der zur Messung der Induktivität bestimmte Kondensator, R1 und le., Ohmsche Widerstände.
Bekanntlich ist bei der Maxwell-Brücke nach Fig. 2 a die Induktivität Lx gegeben
durch Lx = Ri - R2 # C und die Wirkkomponente R" durch
Wie aus der Schaltung nach Fig. 2 a zu ersehen ist, bereitet es Schwierigkeiten,
den für geringe Verlustwinkel erforderlichen hohen Ohmschen Widerstand W zu realisieren.
Andererseits wird aber einzig bei Parallelschaltung eines Widerstandes zum Kondensator
ein Meßergebnis erzielt, bei dem in dem Wert für R, die Frequenz und der Betrag
des Kondensators nicht auftreten. Die Schwierigkeit für die Schaltung nach Fig.
za liegt darin, däß die Phase, insbesondere bei Pupinspulen, auf -rund io-ä genau
bekannt sein muß und daher nur. Luftdrehkondensatoren. (Größenordnung 1o-9 Farad)
in -Frage kommen, wodurch man mit
bis auf den Wert io bei stetiger -Regelbarkeit ansteigen -müßte.
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Bei der Schaltung nach Fig:2 hat -man einen Widerstand W mit dem .Parällelkondensator
C wirksam, erhält also die günstige -Auswertung der Messung, vermeidet aber- die
Regelung - von Hochohmwiderständen zw. einen sonst sehr großen Kondensator, dessen
Ableitung das Meßergebnis in - R" unsicher macht. Von den drei Ohmschen Widerständen
Rg, R4, RS in der zugefügten SternSChaltung sind R$ und R4 veränderbar, derart,
da$ die Summe von R, und R4 konstant bleibt. Die Rechnung ergibt dann, daß R" proportional
ist. R3; R3 kann also direkt in Wirkwiderstand geeicht sein.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel der Brückenschaltung
nach der Erfindung für die Phasenregelung an Kopplungsmessern dargestellt. Die Kopplungsmesser
haben bekanntlich die Gestalt der Fig. 3 a und bestehen aus einer Brücke, von deren
Zweigen zwei aus veränderbaren Meßkondensatoren, insbesondere einem Differentialdrehkondensator,
bestehen, während die beiden anderen Zweige Z1, Z2 je nach der Schaltung der Brücke
aus Ohmschen Widerständen oder Leitungskapazitäten gebildet werden. Den Kondensatoren
C. liegen die Leitungskapazitäten parallel, deren Kapazitätsdifferenz zu bestimmen
ist. (Eine - solche Kopplungsmeßbrücke dient bekanntlich zur Messung der Kopplungen
für den Ausgleich des Nebensprechens von Stamm zu Stamm, von Stamm zu Vierer, von
Stamm zu Erde und von Vierer zu Erde von Fernmeldevierern.) Da die Leitungskapazitäten
sehr groß sind gegenüber denen des Meßgerätes selbst und ihr Verbindungspunkt nicht
aufgetrennt werden kann, so wäre eine Phasenregelung auf den Zweigen 1-2 und 2-3
wieder nur möglich durch hochohmige Parallelwiderstände bei stetiger Regelbarkeit.
Die damit verbundene technische Schwierigkeit vermeidet die in Fig. 3 gezeigte Brückenschaltung
nach der Erfindung; sie ermöglicht in. einwandfreier Weise, die Phasen mit Hilfe
eines fest gewählten Ohmschen Widerstandes R5 und veränderbarer Ohmscher Widerstände
RS, R4 auszugleichen und zu messen.
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- In Fig. q. und dem Ersatzbild Fig.. 4a ist ein weiteres- Anwendungsbeispiel
gezeigt, das es erlaubt, bei der Messung kleiner Phasendifferenzen diese unmittelbar
im Bogenmaß ablesbar zu machen.
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Bei bekannten Einrichtungen geschieht die Regelung der Phase auf einem
der Brückenzweige selbst; das entsprechendeRegelelement kann dabei nur in der Zeitkonstante
des betreffenden Brückenzweiges geeicht werden. Dient jedoch eine Sternschaltung
dazu, den Scheinwiderstand eines Brückenzweiges hinsichtlich seiner Phase zu regeln,
so kann sie grundsätzlich so verwendet werden, daß eines ihrer Elemente zur Berücksichtigung
..eines Proportionalitätsfaktors, z. B. der Meßfreqüenz;@benutzt und: entsprechend.beschriftet
wird, ein zweites die stetige Regelung vornimmt und =bei kleinen Winkeln - unmittelbar
im Bogenmaß beschriftet werden kann.
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In genannter Weise kann natürlich aur-h jeder - andere Parameter,
wie Spannung, Strom, Belastungswiderstand, Temperatur
u. dgl., durch
einmalige Berücksichtigung vor jeder-Meßreihe aus der Ablesung des eigentlichen
Regelelementes eliminiert werden. Voraussetzung für die Zulässigkeit der Schaltung
nach Fig. q. ist, daß der aus der Umbildung des Sternes der Ohmschen Widerstände
R1, R2, R3 parallel zu x erscheinende Widerstand genügend hochohmig ist, so daß
mindestens seine eigene Phase, wenn nicht schon sein Betrag vernachlässigbar ist
und die gesuchte Phasendifferenz zwischen x und dem Vergleichsnormal N mit der durch
W' erzeugten Phasendifferenz der Kondensatoren Cl und C. gegeben ist.