DE676990C - Messbruecke fuer Kapazitaeten durch Vergleich mit Normalkondensatoren - Google Patents

Messbruecke fuer Kapazitaeten durch Vergleich mit Normalkondensatoren

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Publication number
DE676990C
DE676990C DES121207D DES0121207D DE676990C DE 676990 C DE676990 C DE 676990C DE S121207 D DES121207 D DE S121207D DE S0121207 D DES0121207 D DE S0121207D DE 676990 C DE676990 C DE 676990C
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DE
Germany
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comparison
measuring bridge
measuring
capacitors
bridge according
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Expired
Application number
DES121207D
Other languages
English (en)
Inventor
Karl Kuehnemann
Dr-Ing Adolf Wirk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Meßbrücke für Kapazitäten durch Vergleich mit Normalkondensatoren Zur Messung von Kapazitäten bedient man sich Wheatstonescher Brückenschaltungen. Es sind bereits derartige Brücken bekanntgeworden, bei denen die eine Hälfte der Brücke, d. h. zwei aneinander anstoßende Zweige, aus Ohmsehen Widerständen aufgebaut ist, während in dem dem Meßzweig benachbarten Zweig ein Normalkondensator und zur Erweiterung des Meßbereiches Zusatzkondensatoren vorgesehen sind. Derartige Brücken sind aber bei einem größeren Meßbereich außerordentlich umfangreich und kostspielig, da ein sehr genauer Abgleich der Normalkondensatoren für die verschiedenen Stufen erforderlich ist.
  • Zur Verbesserung dieser Meßbrücke ist auch bereits bekanntgeworden, statt variabler Kondensatoren einen Festkondensator zu verwenden und dafür den einen Ohmschen Widerstandszweig z.B. durch parallel liegende Stufenwiderstände regelbar zu gestalten. Die Meßunsicherheit hängt von der des veränderbaren Widerstandes ab; soll sie, wie es nötig ist, über einen großen Meßbereich i0/00 nicht übersteigen, so muß ein sehr teurer Präzisionswiderstand verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung gibt nun einen Weg an, wie eine Meßbrücke mit den genannten Eigenschaften geschaffen werden kann, die einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Feinmeßbrücke für Kapazitäten durch Vergleich mit Normalkondensator en dadurchgeschaffen, daß wenige, insbesondere dekadisch gestufte Normalkondensatoren unabhängig voneinander an beliebige Teilwerte des einen der beiden vorzugsweise Ohmschen Vergleichszweige von einemBrückeneckpunkt aus geschaltetwerden. Die Unterteilung des Meßbereiches wird teilweise mit den eingebauten Normalkondensatoren, teilweise auf einem der Ohmschen Vergleichszweige vorgenommen, und zwar vorzugsweise so, daß die Normalkondensatoren im Verhältnis i : io : ioo vorgesehen sind und einzeln geschaltet werden können an die Abgriffe des einen der Vergleichszweige, der nach fortschreitenden Zahlen (i, a, 3 ... io) unterteilt ist.
  • DieErfindung geht von der folgendenÜberlegungaus: Wenn man eineBrückenschaltung, wie sie prinzipiell in Fig. i angegeben ist, zur Kapazitätsmessung verwendet, wobei CC das Meßobjekt, CN ein festes Kondensatornormal und R ein Ohmscher Widerstand ist, so ergeben sich bei Unterteilung des dem Normalkondensatorzugewandten Widerstandes in einzelne Stufen, in der Figur sind.beispielsweise Zehntelstufen angenommen, die folgenden Beziehungen allgemein Cx = Ö, I Cnr ... 0,2 Car . . . 0,9 Qy. . . ',0 C,v. Um eine derartige Unterteilung nach drei Zehnerreihen zu erhalten, wie es für il/" Meßunsicherheit erforderlich ist, wird nun erfindungsgemäß eine Schaltung verwendet, die in Fig. ä angegeben ist. Ein bis auf i # io-s absolut geeichter veränderlicher Widerstand wird hier vermieden, statt dessen werden von dem Brückeneckpunkt C aus nach dem in Zehntelstufen unterteilten Widerstand R = DB mehrere Festkondensatoren, z. B. Cl, C2, C3, geschaltet. Diese Festkondensatoren werden nun vorzugsweise dekadisch gestuft, ihnen also beispielsweise Werte von Cl -- io ooo, C2 = iooö, C3 = ioo pF zugeordnet.
  • Zur Erzielung eines Feinabgleichs der Brücke wird der in der Endstellung CB liegende Kondensator C4 variabel, z. B. von o bis foo pF mit einer Einstellunsicherheit von i pF, ausgebildet, und zwar vorzugsweise als Differentialkondensator in der in Fig. - wiedergegebenen Weise, d. h. der ändere Teil des Differentialkondensators liegt im Zweig AC parallel zum Meßobjekt.
  • Da es häufig wünschenswert ist, sehr kleine Schaltschritte zu ermöglichen, so wird die erste Stufe des unterteilten Widerstandes DB nochmals aufgespalten. Ein Ausführungsbeispiel dieser nochmaligen Unterteilung gibt Fig.3, bei der die ersten beiden Widerstände zusammen 1/1o R umfassen, der erste hiervon 1/10ö R. Man erreicht mit dieser Unterteilung für den kleinsten Festkondensator einen Schaltschritt von i pF, den man durch Einstellung des Differentialkondensators noch stetig unterteilen kann mit der üblichen Einstellunggenauigkeit derartiger veränderbarer Kondensatoren.
  • Zur Ausdehnung des Meßbereiches nach großen Kapazitäten ist gemäß weiterer Erfindung eine Unterteilung des Widerstandes AD vorgesehen, beispielsweise auch so, daß ein Verhältnis von 1/l0: °/1o eingehalten wird. Verbindet man das Meßobjekt über einen Schalter mit dem Abgriffpunkt, so legt man damit C" an den zehnten Teil der Spannung. Dieses Verfahren kann auch nochwiederholt werden, wie dies in dem Beispiel der Fig. q. angedeutet ist, wo eine Unterteilung des Widerstandes AD in 9/1o R+9fiöo R+1loo R vorgenommen ist.
  • Wie bei den bekannten Anordnungen, die mit zwei Widerständen in den benachbarten Brückenzweigen arbeiten, ist auch hier ein Abgleich der Phase erforderlich, wenn die vorgegebene Meßgenauigkeit auch tatsächlich eingehalten werden soll. Eine praktische Ausführung dieser Phasenkorrektur zeigt Fig. 5 unter Verwendung eines Widerstandssterns, der dann ebenso wie der Differentialkondensator auf die einzelnen Abgriffe umgeschaltet. werden kann.
  • Eine große Genauigkeit in der Herstellung wird von den Teilwerten der Widerstände gefordert. Die Umrechnung der-beschriebenen Gesamtschaltung in eine gewöhnliche Brücke zeigt, daß außer Winkelfehlern auch Betragsfehler in der gemessenen Kapazität auftreten, die nur dann genügend klein bleiben, wenn ein bestimmter Höchstwert des Widerstandes nicht überschritten wird. Gemäß weiterer Erfindung werden die Widerstände R dadurch besonders niederohmig gehalten, daß sie durch eine symmetrische Drossel ersetzt werden, die reit vielfältigem Draht bewickelt ist, z. B. io- oder 2odrähtiger Litze. Die wirksamen Widerstände R sind dann auch bei Messung mit höheren Frequenzen praktisch gleich dem Gleichstromwiderstand ohne weiteres sehr genau untereinander gleich und so niederohniig, daß durch Parallelkapazitäten keine Winkeldrehung eintritt. Wird noch der oben angegebene Widerstandsstern zum Ausgleich von Fehlwinkeln angewendet, so wird ein praktisch idealer Abgleich erzielt.
  • In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines gesamten Gerätes gegeben. Über den Übertrager i'7 wird der Meßbrücke die Spannung zugeführt; derBrückeneckpünktD ist geerdet. Zu ihm sind von A und B aus wie auch in den Fig: 2 bis ,4 die Widerstände R geschaltet. Der Widerstand DB ist an ein Vielfachfeld geschaltet, von dem die Kapazitäten Cl bis C3 mittels der Schalter S1 bis S, abgreifen. Den Feinabgleich veranlaßt der im Zweig CB befindliche Differentialkondensator DK, dessen eine Hälfte mit den Punkten Al bis A3 verbunden ist: Diese Punkte liegen ihrerseits an einem Schalter S4, der eine Erweiterung 'des Meßbereiches nach oben bewirkt, während mit dem Schalter S;, eine solche nach unten erzielt wird. Das Meßgerät gestattet also eine Messung von Kapazitäten in einem Bereich von i : io8 bei einer Genauigkeit von i # iö g und erlaubt überdies besonders einfache Differenzmessungen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Meßbrücke für Kapazitäten durch Vergleich mit Normalkondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß wenige, insbesondere dekadisch gestufte Normalkondensatoren unabhängig voneinander an beliebige Teilwerte des einen der beiden Vergleichszweige von einem Brückeneckpunkt aus geschaltet werden.
  2. 2. Meßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichszweig, an den die Kondensatoren geschaltet sind, in Zehntelstufen unterteilt ist.
  3. 3. Meßbrücke nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teilwerte des Vergleichszweiges, an den die Kondensatoren geschaltet sind, nochmals unterteilt ist, so daß vorzugsweise ein Hundertstel des Gesamtwiderstandes abgetrennt ist.
  4. 4.. Meßbrücke nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erweiterung des Meßbereiches der dem zu messenden Kondensator benachbarte Vergleichszweig ebenfalls aufgeteilt wird, vorzugsweise in dekadischer Form.
  5. 5. Meßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die kleinste Meßstufe ein Differentialkondensator vorgesehen ist, dessen Teilkapazitäten von dem den Vergleichszweigen gegenüberliegenden Brückeneckpunkt aus an j e gleiche Teilspannungen der Vergleichszweige geschaltet werden können.
  6. 6. Meßbrücke nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Phase durch einen Widerstandsstern bewirkt wird, der gegebenenfalls ebenso wie der Differentialkondensator auf die einzelnen Abgriffe umgeschaltet werden kann.
  7. 7. Meßbrücke nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichszweige durch eine symmetrische Drossel und deren Abgriffe dadurch gebildet werden, daß die Drossel mit einer vielfädigen Litze gewickelt wird, deren Fäden in Reihe geschaltet sind.
DES121207D 1936-01-18 1936-01-18 Messbruecke fuer Kapazitaeten durch Vergleich mit Normalkondensatoren Expired DE676990C (de)

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DE (1) DE676990C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE977397C (de) * 1954-05-14 1966-05-12 Tettex A G Fabrikation Elek Sc Wechselstrombruecke

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE977397C (de) * 1954-05-14 1966-05-12 Tettex A G Fabrikation Elek Sc Wechselstrombruecke

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