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Phasenabhängiges Vibrationsgalvanometer Zum Nachweis sehr kleiner
Wechselströme oder -spannungen bedient man sich in der Regel eines Vibrationsgalvanometers.
Ein solches Instrument ist phasenunabhängig, d. h. seine Anzeige gibt z. B. bei
Verwendung als Nullinstrument in einer Brückenschaltung keinen Aufschluß darüber,
in welcher Richtung ein Abgleich der Brücke vorgenommen werden muß. Man ist also
darauf angewiesen, so lange herumzuprobieren, bis man endlich den Abgleich erreicht
hat. Um diesen Nachteil zu beheben, hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt,
ein phasenabhängiges Vibrationsgalvanometer zu schaffen, das vorzugsweise in Brückenschaltungen
und Kompensatoren den getrennten Abgleich von Wirk- und Blindkomponente ermöglicht
und damit die Durchführung der Messung wesentlich erleichtert. Daneben kann ein
solches Vibrationsgalvanometer auch überall dort verwendet werden, wo die Feststellung
des Phasenwinkels sehr kleiner Wechselströme erwünscht ist.
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Die Phasenabhängigkeit des Vibrationsgalvanometers wird erfindungsgemäß
in besonders einfacher Weise dadurch erzielt, daß in den Gang des als Zeiger dienenden
Lichtstrahles zwischen Galvanometerspiegel und Lichtquelle ein Schwingspiegel eingeschaltet
wird, der synchron mit der Meßspannungsquelle zweckmäßig über einen Phasenschieber
erregt wird, und zwischen diesem Hilfsspiegel und dem Galvanometerspiegel eine Blende
angeordnet ist, die nur während eines kurzen Teiles einer Schwingungsperiode des
Hilfsspiegels dem Lichtstrahl das Auftreffen auf den Galvanometerspiegel gestattet.
Diese Blende ist entbehrlich, wenn der Galvanometerspiegel hinreichend schmal ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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In der Fig. i ist mit = eine Lichtquelle bezeichnet. 2 ist eine Optik,
die zur Zusammenfassung des Strahlenbündels dient. 3 ist der Hilfsspiegel mit der
Drehachse q.. 5 ist die Erregung des Hilfsspiegels und 6 ein Phasenschieber, aus
welchem die Erregung gespeist wird. 7 ist eine Blende mit einer schmalen Mittelöffnung
B. 9 ist der Spiegel des Vibrationsgalvanometers mit der Drehachse =o, und =i ist
die Wicklung des Vibrationsgalvanometers. =z ist der Bildschirm.
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Während bei dem gewöhnlichen Vibrationsgalvanometer der aus der Optik
z austretende Lichtstrahl unmittelbar auf den Schwingspiegel 9 fällt und von diesem
Schwingspiegel zu dem bekannten Lichtband auseinandergezogen wird, fällt jetzt der
Lichtstrahl zunächst auf den Schwingspiegel 3, der über den Phasenschieber 6 erregt
wird und mit der Meßfrequenz schwingt. Von dem Spiegel 3 aus wird der Lichtstrahl
auf die Blende 7 bzw. durch die Blendenöffnung 8 auf den Spiegel 9 des Galvanometers
geworfen.
Der Spiegel g wird also nicht mehr wie bei dem gewöhnlichen Vibrationsgalvar<ometer-
dauernd beleuchtet. Er erhält viehmehr nur in dem Augenblick Licht, wo der von dem
Schwingspiegel 3 kommende Lichtstrahl durch die Blendenöffnung 8 hindurchtritt.
Infolgedessen wird von dem Schwingspiegel g auf den Bildschirm 12 nicht mehr ein
vollständiges Lichtband, sondern lediglich ein herausgeschnittener Streifen geworfen,
dessen Lage gegenüber dem Nullpunkt abhängig ist erstens von der Amplitude des Schwingspiegels
g und damit von der Grundwellenamplitude des über die Meßspule ii fließenden Stromes
und zweitens von der Schwingphase des Spiegels 3 bezogen auf die Schwingphase des
Spiegels. Ist z. B. die Schwingphase des Spiegels 3 um go ° phasenverschoben gegen
die Spannungsphase des Meßstromes, dann liegt der von dem Schwing-Spiegel g auf
den Bildschirm 12 geworfene helle Streifen, d. h. also das Bild des Spaltes 8, an
der Grenze des Lichtbandes, wenn der über die Spule ix fließende Meßstrom mit seiner
Spannung phasengleich ist., Der Lichtstreifen bzw. das Spaltbild liegt in-der Nullachse,
wenn zwischen dem Meßstrom und seiner Spannung eine Phasenverschiebung von
99 ' besteht.
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1°n der Fig. 2 ist unter a das von einem gewöhnlichen Vibrationsgälvanometer
erzeugte Lichtband dargestellt, wie man es mit dem Erfindungsgegenstand erhalten
würde, wenn der Schwingspiegel 3 in seiner gezeichneten Mittellage festgehalten
wird. Der beleuchtete Teil des Bildschirmes ist dabei durch senkrechte Schraffur
gekennzeichnet. Fig 2b zeigt ein Bild, wie es von dem Erfindungsgegenstand erzeugt
wird. Dabei ist mit a"Z", der bei gegebener Amplitude des Schwingspiegels g größtmögliche
Abstand der beiden Lichtstreifen bezeichnet und mit a der wirkliche Abstand beider
Lichtstreifen. Zwischen beiden Werten besteht die Beziehung
Den Wert von a,"",, erhält man, wenn die Erregung des Schwingspiegels 3 abgeschaltet
wird. Schleifen unterscheidet. Dqzu sind die Der Erregerstrom des Schwingspiegels
wird zweckmäßig einem .Phasenschieber bekannter Art entnommen. Lediglich in Sonderfällen
können feste Schaltungen benutzt werden. Der Bezugsvektor für Phasenmessung wird
von dem Meßstrom oder der Meßspannung geliefert. Zur Erregung des Hilfsspiegels
kann zweckmäßig eine der an sich bekannten Anordnungen, z. B. eine Oszillograplhenschleife
oder eine Telephonmembran, dienen. Mit dieser Anordnung würde man in der günstigsten
Ausführung in den Bereich des Oszillographen kommen, der sich von ihr nyr durch
gedämpfte dieser Anordnung gegenüber demSchwingspiegel (großer Eigenverbrauch, Erschütterung
der umgedämpften Meßschleife) sehr groß.
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In der Fig. 3 ist die Erregerschaltung für den Hilfsspiegel 3 in einer
bekannten Kompensationsschaltung dargestellt. 13, 14, 15 und 16 sind Ohmsche Widerstände
der bekannten Kompensationsschaltung. 18 ist eine Kapazität und ig eine Induktivität
dieser Kompensationsschaltung. 2o ist das Nullinstrument, 21 ist ein Umschalter
und 22 die Erregerwicklung des Schwingspiegels. In der mit I bezeichneten Schalterstellung
wird die Blindkomponente der Kompensationsspannung abgeglichen. Dabei ist die Erregerwicklung
22 über einen Ohmschen Widerstand 23 an Spannung gelegt. In der mit II bezeichneten
Schalterstellung, in welcher die Erregerphase des Hilfsspiegels durch Einschalten
des Kondensators 2¢ um go ° gekippt ist, wird die Wirkkomponente abgeglichen.
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In manchen Fällen kann zur Erfassung gewünschter Phasenbeziehungen
das erfindungsgemäße phasenabhängige Vibrationsgalvanometer auch an Stelle eines
Schwinggleichrichters verwendet werden, und zwar insbesondere dann, wenn starke
Oberwellen auftreten. Da bei dem Vibrationsgalvanometer Meßspiegel und Hilfsspiegel
in Resonanz schwingen, spricht es nur auf die Grundwelle an und kann insofern gegenüber
dem Schwinggleichrichter in vielen Fällen mit Vorteil benutzt werden.