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Hochfrequenzmeßbrücke mit Wechselstromnetzanschluß Es kommt in der
Technik und insbesondere beim Bau von Radioempfangsgeräten, bei denen die Abstimmung
mittels eines einzigen Bedienungselementes stattfindet, oft vor, daß eine Anzahl
von Selbstinduktionen oder Kapazitäten einander genau gleichgemacht werden muß.
Da die den verschiedenen Kreisen gestellten Anforderungen im Hinblick auf die erforderliche
stets steigende Selektivität auch stets größer werden, ist es außerordentlich wichtig,
über eine Meßvorrichtung zu verfügen, mit Hilfe deren die Impedanzen sehr genau
miteinander verglichen werden können und die sich auch für die fabrikatorische Praxis
eignet. Im Hinblick auf die allgemein verwendete Massenfabrikation von Rundfunkempfangsgeräten
ist eine erste Anforderung, der der Meßapparat zu genügen hat, daß die Messung schnell
vor sich gehen und durch nicht geschultes, Personal geschehen kann.
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Für einen genauen Vergleich von Impedanzen eignet sich besonders die
bekannte Wheatstonesche Brückenschaltung, welche mit Wechselstrom von ziemlich hoher
Frequenz gespeist werden soll, wenn wie in der Rundfunktechnik die zu vergleichenden
Selbstinduktionen und Kapazitäten klein sind. Mit zunehmender Frequenz steigen die
beim Messen auftretenden Schwierigkeiten infolge der stets anwesenden Streuimpedanzen,
so daß besondere Maßnahmen -zu treffen sind,-um diese unschädlich zu machen. -Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei welcher die erwähnten Streukapazitäten
nicht auftreten oder wenigstens sehr einfach gegeneinander ausgeglichen werden können.
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Um Streuimpedanzen unschädlich zu machen, verfährt man im allgemeinen
derart, daß man die verschiedenen Schaltelemente, zwischen welchen sie auftreten,
gegeneinander abschirmt, und zwar mittels leitender Kästen, die mit der Erde und
bzw. oder miteinander verbunden werden. Bei den bekannten Anlagen wird die Brücke
gegenüber der Umgebung und also auch gegenüber dem Hochfrequenzgenerator, der den
Speisestrom liefert, abgeschirmt. Dieser Generator wird meistens mit einem Pol geerdet.
Die Speisung der Brücke findet bei den bekannten Anordnungen- z. B. Über einen Hochfrequenztransförmator
statt, dessen Wicklungen dann statisch gegeneinander abgeschirmt werden. Diese Anordnung
gibt jedoch zu Verlusten Anlaß, welche zufolge haben, daß der speisende Hochfrequenzgenerator
größer bemessen werden muß, als im Hinblick auf den wirklichen Energieverbrauch
der Brücke erforderlich ist. Da: der Anteil dieses Generators an den Gesamtkosten
der Anlage erheblieh ist, bedeutet dies einen großen Nachteil.
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Die Erfindung bezweckt u. ä., diesem Nachteil abzuhelfen. Erfindungsgemäß
wird die Brückenschaltung unmittelbar, d. h. unter Vermeidung abgeschirmter Hochfrequenzübertrager,
mit dem Hochfrequenzgenerator
verbunden und zwischen dem die gesamte
Meßeinrichtung einschließlich den festen Brückenimpedanzen umgebenden Schirm und,,
dein Hochfreqttenzgenerator bzw. der Sekundärwicklung des niederfrequenten Spei#se:;;?
transformators eine weitere, nur diese beide Teile umschließende Abschirmung angeord'@.ll#
net. Für den Anschluß des äußeren Schirmes wählt man zweckmäßig in an sich bekannter
Weise den gemeinsamen- Punkt der zu vergleichenden Impedanzen. Zwar werden auch
die einzelnen Schaltelemente nochmals durch Schirme voneinander getrennt, aber dies
kann derartig geschehen, daß praktisch keine Verluste auftreten. Die Abschirmung
gegenüber der Umgebung wird somit im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen nach
dem niederfrequenten Speisetransformator verlegt, dessen Sekundärwicklung möglichst
gut gegenüber der Primärwicklung und dem Kerne abgeschirmt .,wird. Die Energieverluste
treten hier, weil die Frequenz niedrig ist, .praktisch nicht auf. Gelegentliche
Verluste würden überdies, weil es sich hier um niederfrequente Ströme handelt, die
Kosten der Anlage nur unwesentlich lieeinflüssen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat weiter den Vorteil, daß sie eine
Abschirmung gestattet, bei der die Streuimpedanzen-in sehr einfacher Weiset gegeneinander
auszuglgichen sind. Weitere Vorzüge werden aus der nachfolgenden Beschreibung klar
werden, in welcher die Erfindung an Hand einiger Msführungsbeispiele näher erläutert
wird.
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Die Fig. i stellt die bekannte Brückenschaltung dar. Zl und Z2 sind
die zu vergleichenden Impedanzen, Cl und C zwei Impedanzen, vorzugsweise Kapazitäten,
die einander möglichst genau gleichgemacht werden. Mit E ist der Generator angegeben,
der die erforderliche- Hochfrequenzenergie liefert, und mit V das. Meßinstrument,
dem eine Anzahl Verstärkerröhren zwecks Vergrößerung der Empfindlichkeit vorgeschaltet
-werden können.
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Wünscht .man eine große Genauigkeit, so müssen alle Streuimpedanzen
über die Brükkenzweige einander gleich sein und Kopplungen zwischen den verschiedenen
Zweigen vermieden werden. Zu diesem Zwecke ist es bereits bekannt, die einzelnen
Schaltelemente abzuschirmen und die Schirme an das Ende einer der Zweige.zu legen.
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Überdies hat jeder der Punkte A, B, D
und F wieder eine gewisse
Impedanz gegenüber der Umgebung, welche Impedanzen sich wieder als Impedanzen über
die Brückenzweige bemerkbar machen.
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Die Fig.2 stellt eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung dar. i ist der für die Abschirmung des Ganzen dienende Kasten,
welcher vorzugsweise mit dem Punkte F verbunden wird. Die zu vergleichenden bzw.
zu messenden Impedanzen werden bei Z1 und Z2 angeschloseri: Es ist nun von großer
Wichtigkeit, die tteuimpedanzen der Punkte A, B, D und F 'enüber der Umgebung
derartig zu besti@mmen, daß sie leicht gegeneinander auszugleichen sind. Die Impedanz
zwischen D und F beeinflußt lediglich die Empfindlichkeit, aber kann nicht zu Meßfehlern
Anlaß geben. Die Impedanzen zwischen A und dem Kasten bzw. B und dem Kasten sind
parallel zu den Brückenzweigen A-£ bzw. B-F geschaltet. Diese Impedanzen
werden zweckmäßig einander möglichst genau gleichgemacht. Wünscht man nun den Generator
aus dem Wechselstromnetze zu speisen, so treten Schwierigkeiten auf, denen durch
die Erfindung abgeholfen werden soll.
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Zwischen dem 5operiodischen Netze und dem Generator E wird nun ein
besonderer Transformator angeordnet. Die Primärwicklung wird mittels des Schirmes
a, -welcher an den Kasten i gelegt wird, von der Sekundärwicklung abgeschirmt. Die
Sekundärwicklung wird in einen Schirm 3 angeordnet, in welchem sich auch die Zuführungsleitungen
zum Generator befinden. Der Abstand zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung
bzw. Kern wird möglichst groß gehalten, so daß die Kapazität zwischen den Wicklungen
klein bleibt. Der Abschirmkasten der Sekundärwicklung wird mit dem Punkte A verbunden.
Der Hochfrequenzgenerator ist auch« in einen. Kasten eingebaut, welcher mit dem
Punkte B- verbunden wird. Vorzugsweise wird die Kapazität zwischen den Abschirmkästen
q. und i klein gehalten. Sowohl die Sekundärwicklung als der Abschirmkasten für
den Generator müssen isoliert von dem Kasten i aufgestellt werden, und zwar derartig,
daß die dielektrischen Verluste möglichst klein bleiben. Dasselbe gilt von den Kondensatoren
Cl und C2. Um zu verhindern, daß beim Einstellen dieser Kondensatoren die Streukapazitäten
zwischen den Punkten A bzw. B und dem Kasten i sich ändern, sind sie
auch abzuschirmen.
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Bei der Messung mit sehr hohen Frequenzen ist es unbedingt notwendig,
die Schaltelemente der Brücke verlustfrei aufzustellen, z. B. auf Glas. Auch soll
die Innenseite des Kastens aus diesem Grunde nicht angestrichen, sondern blank sein.
Bei der bes dhriebenen c Anordnung ist es nun leicht, mittels der Kondensatoren
Ca und C7 die obenerwähnten Streuimpedanzen gegeneinander abzugleichen.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ausbildung der beschriebenen Vorrichtung, die
eine äußerst genaue Ausgleichung der Kapazitäten gestattet.
Hierbei
ist ein Umschalter vorgesehen, welcher die Punkte A und B mit den äußeren Klemmen
X und Y verbindet und in einem Abschirmkasten eingebaut ist, der mit
einem der Punkte A oder B (in der Figur ist A genommen) verbunden ist. Der Kondensator
C1 hat eine konstante Kapazität. C2 besteht aus drei Kondensatoren C8, und Cr, von
,welchen der erste einen festen Wert hat. C4 ist von außen her zu bedienen, sein
Wert ist ein kleiner bestimmter Bruchteil von dem des Kondensators C3. C4 weist
eine konstante Kapazitätszunahme pro Winkelverdrehung auf und bezweckt, die Ungleichheit
von Z1 und ZZ in Prozenten messen zu können. Weiter ist ein kleiner Kondensator
C5 vorgesehen, welcher " derartig abgeglichen wird, daß in der mittleren Stellung
von C4 die Kondensatoren C1 und C2 gleich sind. Durch Einstellung von C4 sind nun
C1 und C, um einen bekannten Prozentsatz un-. gleich zu machen.
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Die parasitären Kapazitäten zwischen A und F bzw. B und F sind durch
Ca und C, angegeben. Ergibt sich bei der Messung Co größer als C" so wird parallel
zu C, ein künstlicher, variabler Kondensator C$ geschaltet, derart, daß C9 = C,
+ C8 = Ca.
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Um C; und C8 auf den richtigen Wert einzustellen, verfährt man wie
folgt:-An den Klemmen X-F bzw. Y-F werden Kondensatoren Ca und Cb gelegt, von welchen
einer variabel sein muß. Durch richtige Einstellung von Ca und Cb, C,, und (oder)
C8 kann man erreichen, daß das Voltmeter V in beiden Stellungen des Umschalters
keine Spannung angibt.
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Dann ist also
und
Hieraus ergibt sich Ca = Cb = C.
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Bei dem Abgleichen verrichtet man vorzugsweise zwei Messungen nacheinander,
und zwar nimmt -man erst C groß gegenüber C8 und C9. Stellt man nun C;, bei gleichbleibenden
C8 derartig ein, daß die obigen Gleichungen gelten, so sind C1 und Q einander schon
nahezu gleich. Bei der zweiten Messung wird C kleiner oder ungefähr gleich C., und
C9 gewählt. Dann stellt man C8 bei gleichbleibenden C5 derart ein, daß wieder die
Gleichungen gelten. Dann sind C8 und C9 einander nahezu ebenso genau gleich wie
C1 und C, Um eine äußerst genaue Abgleichung zu erreichen, können die Messungen
mehrere Male wiederholt werden. Nach dem Abgleichen verbleiben C5 und C$ in der
letzten Stellung, während einer Messung wird nur C4 bedient.
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Eine andere Ausführungsform ist in Fig. q. dargestellt. Der Generator
ist zusammen mit dem Umschalter ABPO in einem Gehäuse io, welches auch die Sekundärwicklung
des Transformators enthält, eingebaut. Dieses Gehäuse wird mit dem Punkte B verbunden
und befindet sich in einem größeren Gehäuse i i, in welches die Kondensatoren C1
und C2 untergebracht werden. Dieses Gehäuse wird mit dem Punkte D verbunden. C.,
kann hier wieder aus mehreren Kondensatoren bestehen, wie in Fig. 3 dargestellt.
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Bei geeigneter Aufstellung des Generatorgehäuses io kann die Kapazität
zwischen diesem Gehäuse und dem Gehäuse i i als konstante Kapazität Cs dienen. Durch
diese Maßnahme wird einer der festen Kondensatoren erspart.
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Die bisher beschriebenen Teile werden zusammen mit dem Kerne und der
Primärwicklung des den Generator speisenden Transformators in den an dem Punkte
F liegenden leitenden Kasten i aufgestellt. Die Punkte P, 0 werden durch Öffnungen
in dem Kasten nach außen geführt. Zur Verkleinerung der Kapazitäten zwischen diesen
Leitungen und dem Punkte D, deren Ungleichheit bei Umschaltung zu Fehlern Anlaß
geben kann, ist der Kasten i mit einem angebauten Schirm 12 versehen, welcher dicht
neben i i liegt und durch den die Leiter nach außen geführt sind.
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Beim Vergleich dieser Aufstellung mit der nach Fig. 2 zeigt sich,
daß C6 und C, beide gleich Null geworden sind, da alle Teile, die mit
A und B verbunden sind, ganz abgeschirmt sind. Der Abgleichkondensator
C8 (s. Fig. 3) kann also in Fortfall kommen.
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Die Einstellung der Brücke ist viel einfacher geworden, da nur Cl
und C2 abgeglichen zu werden brauchen.
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Der Eisenkern und die Primärwicklung brauchen nicht abgeschirmt zu
sein, weil sie nur Verluste und Streuimpedanzen parallel zum Zweige D-F geben und
also lediglich die Meßempfindlichkeit beeinflussen.
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Eine dritte Ausführungsform zeigt die Fig.5. Das Generatorgehäuse
ist hier aus zwei voneinander isolierten gleichen Teilen 12 und 13 zusammengesetzt,
welche .mit A bzw. B verbunden sind. Auch der Umschalter wird vorzugsweise innerhalb
dieses Gehäuses angebracht. Die Teile i2 und 13 sind in ein .zweites Gehäuse
14 eingebaut, das mit dem Punkte D verbunden werden kann. Der Kern des Niederfrequenztransformators
ist quer durch die beiden Kästen geführt und ist dadurch von zwei Hülsen umgeben,
von welchen die innere 1q. mit dem äußeren Kasten i wer-, bunden ist. Die äußere
Hülse besteht aus den
beiden Teilen. z2 und 13, welche, wie-in der
Figur dargestellt, in ihren Fortsetzungen die inneren Abschirmungen des Generators
darstellen: In dieser Weise wird ein ganz symmetrischer Aufbau erreicht, so daß
die Zahl der erforderlichen Kondensatoren bis auf ein Minimum herabgesetzt ist.
Vorzugsweise wird mit einem der Gehäuse eine verstellbare Platte 15 verbunden, um
eine möglichst genaue Symmetrie zu erhalten: Die Kondensatoren C, und C2 können
entbehrt werden, da sie durch die Kapazitäten zwischen den Schirmen 14 und
13 bzw. 14 und r2 ersetzt werden. Der weitere Aufbau ist aus der Figur ohne
weiteres ersichtlich.
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Der Generator kann eine oder. mehrere Röhren enthalten. Ferner kann
der vom Transformator gelieferte Wechselstrom sowohl unmittelbar den Anoden zugeführt
werden öder vorher gleichgerichtet werden.