DE632326C - Einrichtung zur Messung der komplexen Komponenten von Kopplungen - Google Patents

Description

Die Messung von Nebensprechdämpfungen, sei es für den Ausgleich oder sei es für die Feststellung der Leitungseigenschaften, verlangt in vielen Fällen eine getrennte Messung der kapazitiven und induktiven und unter Umständen der reellen Kopplungen. So ist insbesondere das Interesse für die magnetischen Kopplungen bei Anwendung geschirmter Leitungen groß, bei denen durch die

to Schirmwirkung die kapazitiven Kopplungen auf die Größenordnung der induktiven Kopplungen herabgedrückt sind. Während die Messung der Nebensprechdämpfung beispielsweise mit dem Dämpfungsmesser über größere Abschnitte ohne Rücksicht auf die Entstehungsart der Kopplungen geschieht, muß zur Feststellung des induktiven und kapazitiven Anteiles der Kopplungen in kurzen Leitungsabschnitten eine getrennte Messung durchgeführt werden.

Bei den bisherigen Einrichtungen zur Messung von Kopplungen, insbesondere von Fernmeldeleitungen, wurden die Meßorgane unmittelbar mit den zu messenden Leitungen in

as Brückenschaltung verbunden, was jedoch den Nachteil hatte, daß die Meßorgane aus Reaktanzen gebildet werden mußten, welche von der gleichem Art und Größenordnung wie die Kopplungen selbst waren und somit technische Schwierigkeiten bereiteten. Die Brückenschaltungen hatten den Nachteil, daß eine Erweiterung des Meßbereiches nur durch Zuschaltung von Kopplungen, die dem Meßbereich des Meßorganes entsprechen, möglich war. Eine Erweiterung des Meßbereiches über mehrere Größenordnungen konnte nicht durchgeführt werden. Bei der Messung magnetischer Kopplungen ergibt sich dazu noch die Schwierigkeit, daß die bisher benutzten Variometer eine starke Streuung besitzen und für die kleinen Kopplungen äußerst präzise gebaut"werden müssen.

Die große Streuung der Variometer, um derentwillen eine besondere Abschirmung gegen äußere Störfelder notwendig ist, ist wohl auch die Ursache, weshalb sich bekannte Kopplungsmesser, die nach dem Prinzip der Kompensation arbeiteten, nicht in die Praxis eingeführt haben. Die bekannten Schaltungen, bei denen das Meßorgan mit dem Meßobjekt in Kompensationsschaltung verbunden war, besaßen Potentiometerschaltungen, die im Eingang des Meßorgans in dem für die Kompensation erforderlichen Maße die Ströme schwächten. Auch ist es bei diesen Kopplungsmessern bekanntgeworden, das Meßobjekt von dem die Kompensation anzeigenden Telephon galvanisch und elektrisch zu trennen, und zwar mit Hilfe eines geschirmten Übertragers, um die Rückwirkung von

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Adolf Wirk in Berlin-Spandau.

Kapazitäten, insbesondere,, der Erdkapazitäten, im Teleghonzweig voEudem Meßergebnis auszuschalten.-, ν , £,!„;.:«

Nach der Erfindung wird vorgeschlaged-j¹ Einrichtungen zur Messung von Kopplungen"/ insbesondere in Fernmeldeleitungen, durch Verbindung des Meßorganes, also des unmittelbar geeichten zur stetigen Einstellung benutzten Hauptorganes, mit dem Meßobjekt ίο über eine Kompensationsschaltung dadurch zu verbessern, daß für die Messung der induktiven Kopplungen das Meßorgan aus Kondensatoren gebildet wird. Dies hat gegenüber den bekannten Meßanordnungen, bei denen für die Messung induktiver Kopplungen Variometer und für die Messung kapazitiver Kopplungen Differentialkondensatoren verwendet werden, den Vorteil, daß die Meßanordnung wesentlich einfacher-gestaltet werden kann. Es ist möglich, dieselben Meßmittel für die Messung der verschiedenartigen Kopplungen zu verwenden. Die Vorteile der kapazitiven Meßmittel, die bisher nur bei der Messung kapazitiver Kopplungen ausgenutzt werden konnten, werden jetzt auch bei der Feststellung induktiver Kopplungen wirksam. Durch die Verwendung der Meßkondensatoren werden aber nicht nur die Schwierigkeiten der Variometer bezüglich der Streuungen und Abschirmung umgangen, sondern es werden auch Meßorgane verwendet, die in besonders günstiger Weise, z: B. mit Rücksicht auf den Meßbereich als Drehkondensatoren konstruiert werden können. Die Drehkondensatoren haben hier noch den besonderen Vorteil, daß sie leicht mit beliebig gewünschter Charakteristik der Skala gebaut werden können.

Durch Einschaltung von Gliedern, die den Strom, die Spannung oder die Leistung übersetzen, z. B. Dämpfungsschaltungen, zwischen dem Eingang und/oderi Ausgang des Meßorganes (Vierpol) und dem Meßobjekt kann ferner erreicht werden, daß kleine Kopplungen mit großen Kopplungen des Meßorganes verglichen werden, so daß das Meßorgan günstiger bemessen werden kann. Durch Einstellung der übersetzenden Glieder kann überdies noch in einfacher Weise der Meßbereich über viele Größenordnungen geändert werden. Das ' gleiche Meßorgan kann dann sowohl für Messungen der kapazitiven als auch der induktiven Kopplungen benutzt und die ganze Einrichtung auf die beiden Messungen umschalt-' bar eingerichtet werden.

Eine weitere Verbesserung kann durch die an sich bekannte galvanische und vorzugsweise statische Trennung, beispielsweise durch einen oder mehrere geschirmte Übertrager zwischen Meßorgan und störender und/oder gestörter Leitung; bewirkt werden.

Dadurch werden störende Rückwirkungen auf ,das Meßobjekt ausgeschlossen. Die Anwendung abgeschirmter Übertrager ist besonders Süaf- Messungen von kapazitiven Kopplungen

^pvoll, wenn geschirmte Leitungen gemessen werden sollen.

Fig. ι und 2 stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Fig. 3 a und 3 b erläutern die Wirkung der Übertragerschirmung nach Fig. 2.

Fig. ι zeigt eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Kopplungen zwischen, einer störenden Leitung I und einer gestörten Leitung II, die beispielsweise gegeneinander statisch abgeschirmt sein mögen. Die einzelnen Adern dieser beiden Leitungen sind mit i_a, i_b, 2_a, 2_b bezeichnet.. Die beiden Leitungen sind kurzgeschlossen und besitzen den Schleifenwiderstand Z₁, Z₂. Die Leitung I ist über einen Widerstand R₁ von der Größenordnung des Kurzschluß Widerstandes Z₁ (10 bis 20 Ohm) geschlossen. In diesen Kreis bringt die Sekundärseite des Stromquellenübertragers T symmetrisch zur Leitungsmitte eine Umlaufspannung hinein. Parallel zu AB₁ den Klemmen von R₁, liegt eine Drossel mit Symmetriepunkt S, ein Spannungsteiler und der Meßdifferentialkondensator S'AB. Ihre Scheinwiderstände sind sämtlich so hoch gegen R₁ gewählt, daß der Strom im Kreise I nur durch Z₁ und R₁ bestimmt wird. Zwischen S und S' liegt ein Widerstand R₃, der klein gegenüber den Scheinwiderständen der beiden Kapazitäten C_a und C₆ ist. Der Strom durch den Widerstand^ ist daher nur von dem Scheinwiderstand der Differenzen der beiden Kondensatoren bestimmt. Von dem Widerstand R₃ werden die Spannungen durch einen Übertrager einem; Differentialkreis D ¹⁽"> zugeführt, an den durch einen weiteren Übertrager die Spannung der gestörten Leitung gelegt wird. Bei Gleichheit (in Phase und xAmplitude) der Spannungen der gestörten Leitung und der Kompensationsspannung ist der Meßhörer M stromlos. Um die Phasen, die durch die reellen Kopplungen veranlaßt werden, ausgleichen zu können bzw. zu messen, liegt an AB und S' noch eine Widerstandssternschaltung mit einem festen Widerstand W₃ und den Abgriffswiderständen W₁ und W₂.

Die magnetische Kopplung ist bei dieser Meßeinrichtung proportional der Kapazitätsdifferenz dC und den Widerständen R₁, R₃, und zwar ist

-iC.

Durch Wahl bzw. Einstellung dieser Widerstände kann der Meßbereich vorher bestimmt

bzw. geändert werden. Aus der Gleichung ersieht man, daß das Meßergebnis unabhängig von der Meßfrequenz und dem Strom durch die Leitung I, d. h. unabhängig vom Kurz-S schlußwiderstand der Leitung ist. Es sei bemerkt, daß die Benutzung von drei Übertragern im Kreis D der Fig. ι aus Symmetriegründen und aus Gründen der Empfindlichkeit der Benutzung eines Übertragers mit drei

ίο Wicklungen vorzuziehen ist.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Messung der kapazitiven Kopplungen von Leitungen, die übrigens in die Schaltung nach Fig. I in einfacher Weise, z. B. durch einen Schaltgriff, umgelegt werden kann, so daß ein und dasselbe Meßgerät für die kapazitiven und magnetischen Kopplungen benutzt werden kann. Der Meßübertrager T liegt einerseits an der am Leitungsende offenen Leitung I, in die

ao punktiert die Kapazitäten zur Leitung II eingezeichnet sind. Die Spule mit Mittenabgriff ASB überträgt den Meßstrom auf Leitung und Meßorgan, das wie im früheren Fall aus einem Differentialkondensator C_a, C^₁ sowie

*5 den Widerständen W₁, W₂, W₃ zum Abgleich der Phasen besteht. Vom Widerstand R₃ wird auch hier über einen Übertrager die Kompensationsspannung dem Differentialkreis D zugeführt. Der Übertrager T₁ ist in diesem Falle mit einem statischen Schirm ausgeführt, dessen Bedeutung sich aus folgendem ergibt: Die beiden Leitungen I und II sind von einem Schirm umgeben. Daher bestehen nur Kapazitäten von den vier Adern gegen den Schirm, dagegen keine zwischen den Adern beider Stammleitungen untereinander (vgl. Fig. 3 a). Eine Spannung an I kann dann keine Spannung an II hervorrufen; die kapazitive Kopplung ist also Null, auch bei beliebiger Ungleichheit der vier Kapazitäten gegen den Schirm. Wird zu diesem Kapazitätsstern ein Meßkondensator hinzugeschaltet (vgl. Fig. 3 b), so entsteht, wie leicht zu errechnen, eine Kopplung zwischen I und II, auch bei Gleichheit von C_a, C_b. Um derartige Fehler zu vermeiden, ist die Schaltung so getroffen (vgl. Fig. 2), daß der Mittelpunkt S' des Differentialkondensators gegen den Stamm II statisch geschirmt ist. Kapazitäten zwischen den Adern der Stämme untereinander können also überhaupt nicht auftreten.

Statt den Ausgang des Meßorganes mit einem· geschirmten Übertrager zu versehen, könnte der Eingang auch mit einem geschirmten Übertrager versehen werden, z. B. dadurch, daß die Spule ABS der Fig. 2 als Übertrager mit drei Wicklungen ausgebildet ist, von denen zwei, die zur Leitung I bzw. zum Meßorgan führen, gegeneinander abgeschirmt sind.

Die Leitung II in Fig. 2 ist an den Widerstand R₂ angeschaltet, über den der Kopplungsstrom eine Spannung erzeugt, die dem Differentialkreis D zugeführt wird.

Da der Widerstand R₂ klein gegen die Reaktanz der Leitungskapazitäten ist, ebenso der Widerstand R₃ klein gegen die Reaktanz der Meßkondensatoren, wird die gemessene Kopplung bestimmt durch

Auch hier kann neben dem imaginären Anteil der Realteil der Kopplung aus dem Wert der Widerstände W₁, W₂, W₃ bei Stromlosigkeit im Meßhörer M bestimmt werden. Bei einem einheitlichen Gerät für kapazitive und induktive Kopplungen kann der Meßkondensator in den Einheiten beider Kopplungen ablesbar gemacht werden. Änderungen der So Meßbereiche können in einfacher, an sich bekannter Weise durch Austauschung von Gliedern, insbesondere der Widerstände R₃ und R₂ bzw. R₁, erfolgen.

Das Gerät beispielsweise nach Fig. 2 ist nicht darauf beschränkt, Kopplungen zu messen, sondern gestattet allgemein die Dämpfung, beispielsweise Betriebsdämpfung, von Vierpolen komplex zu bestimmen, d. h. nach Dämpfungsmaß und Winkelmaß. Auch die Messung des kapazitiven Durchgriffes zwischen geschirmten Leitungen kann in einfacher Weise bei diesem Gerät erfolgen, indem man den Differentialkondensator und die Spule mit Mittelabgriff in Brückenschaltung benutzt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der komplexen Komponenten von Kopplungen, insbesondere in Fernmeldeleitungen, durch Verwendung des zur Regelung der Blindkomponente der Kopplung dienenden Meßorganes in Kompensationsschaltung mit dem Meßobjekt, vorzugsweise unter Übersetzung der Ströme, Spannungen oder Leistungen im Ein- oder Ausgang des Meßorganes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung sowohl der kapazitiven wie auch induktiven Blindkomponenten Kon- no densatoren dienen.

2. Einrichtung zur Messung von Kopplungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Messung kapazitiver und induktiver Kopplungen unter Verwendung des gleichen Meßorganes umschaltbar ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem iao Meßorgan für die Blindkomponenten ein weiteres Meßorgan für die reellen Korn-

ponenten vorgesehen ist, das aus Ohmschen Widerständen in Sternschaltung besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Ein- und/oder Ausgang der Kompensationsschaltung Glieder, insbesondere Widerstände, eingeschaltet sind, die oder deren Teile zum Umschalten, insbesondere . zur Vervielfachung der Meßbereiche, dienen.

S- Einrichtung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan von der gestörten und/oder störenden Leitung galvanisch und statisch getrennt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen