DE704185C - Messbruecke fuer Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren und Isolierstoffen - Google Patents

Messbruecke fuer Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren und Isolierstoffen

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DE704185C
DE704185C DES135334D DES0135334D DE704185C DE 704185 C DE704185 C DE 704185C DE S135334 D DES135334 D DE S135334D DE S0135334 D DES0135334 D DE S0135334D DE 704185 C DE704185 C DE 704185C
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DE
Germany
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branch
measuring bridge
loss angle
parallel
bridge according
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Expired
Application number
DES135334D
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English (en)
Inventor
Karl Kuehnemann
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2688Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
    • G01R27/2694Measuring dielectric loss, e.g. loss angle, loss factor or power factor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

  • Meßbrücke für Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren und Isolierstoffen Verlustwinkelmeßbrücken für Messungen von Kondensatoren und Isolierstoffen müssen einen großen Frequenzbereich besitzen. Innerhalb dieses Frequenzbereiches kommen Verlustwinkel von etwa Io% bis Iob vor, die von ,der Messung erfaßt werden sollen. Es kann ferner die Kapazität, deren Verlustwinkel bestimmt werden soll, um mehrere Größenordnungen verschieden sein. Diese Verhältnisse fordern von dem Meßgerät, daß die reelle Komponente, die den Verlustwinkel des Meßobjektes kompensiert, über viele Dekaden geändert werden muß.
  • Es sind bereits Verlustwinkelmeßbrücken bekannt, - die dieser Forderung genügen, jedoch weisen die bekannten Anordnungen den Nachteil auf, daß der Verlustwinkel nicht direkt ablesbar ist, sondern nach einer bestimmten Formel errechnet werden muß.
  • Es ist ferner eine Anordnung bekanntgeworden (s. Fig. 1), bei der es möglich ist, einen Widerstand r in tg # zu eichen, wenn über den Frequenzbereich der Leitwert # (Cd + CN) konstant gehalten wird. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß der Widerstand r für hohe Frequenzen und kleine Verlustwinkel in seinem Widerstandswert sehr klein wird und praktisch nicht mehr hergestellt werden kann. Nimmt man für CN den Wert 1nF, für # = 107 und für tg # = 10-4 an, so muß der Widerstand r eine Größe von 10 m # haben. Ferner wird bei diesen Frequenzen die Brückenempfindlichkeit sehr vermindert, da C# bedeutend größer als CN wird.
  • Diese Nachteile werden durch die Meßbrücke nach der Erfindung vermieden. Sie besteht in zwei benachbarten Zweigen I, II aus Widerständen, vorzugsweise streungsarmen Drosseln, während der dritte Zweig III das veränderliche Normal und der vierte Zweig IV das Meßobjekt enthalten.
  • Erfindungsgemäß wird die Meßbrücke so aufgebaut, daß dem Widerstand D1 des Zweiges 1 die Reihenschaltung aus einer veränderharen Kapazität C1 und einem regelbaren Ohmschen Widerstand R und dem Widerstand D2 des Zweiges II eine veränderbare Kapazität C3 parallel geschaltet sind und daß zwischen dem durch die Zweige III und IV gebildeten Diagonalpunkt 4 und dem vom gegenpberliegenden Diagonalpunkt 2 abgekehrten Ende des regelbaren Ohmschen Widerstandes R eine veränderbare Kapazität C geschaltet ist GÄbb. 2).
  • Unter Einhaltung bestimmter Voraussetzungen, die weiter unten dargelegt werden sollen, kann der in dem einen Parallelzweig liegende Kondensator in tg # geeicht werden. während der mit dieser in Reihe liegende Widerstand in Frequenz geeicht werden kann.
  • Man hat hierbei den Vorteil, daß man als Verlustwinkelregelglicd eine stetig veränderbare Kapazität verwenden kann und beim Abgleichvorgang störende Schleifkontakte, die dem Verschleiß unterworfen sind, völlig vermieden werden. Es handelt sich bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Meßbrücke nicht nur um eine einfache Umreichung der verwendeten Regelglieder gegenüber der bekannten Anordnung nach Fig. 1 bei der die regelbare Kapazität in Frequenz und der regelbare Ohmsche Widerstand in tg # geeicht sind, sondern es wird durch die erfindungsgemäße Meßbrücke auch eine Heraubsetzung der Brückenempfindlichkeit bei tiefen Frequenzen vermieden. Auch ist der Ohmsche, in Frequenz geeichte regelbare Widerstand selbst bei den höchsten Frequenzen um mehrere Größenordnungen größer als bei dem bei der bekannten Anordnung in Fig. 1 betrachteten Beispiel.
  • Eine Eichung des in dem einen Parallelzweig mit dein Ohmschen Widerstand in Reihe geschalteten Kondensators in tg # ist unter der Voraussetzung möglich, daß der in dem Diagonalzweig liegende veränderbare Kondensator dem Betrag nach mit dem Meßobjekt gleichgemacht wird. Zweckmäßig wird dies durch Gangkopplung des in der Diagonale liegenden Kondensators und des Kapazitätsnormals erreicht.
  • Um die Brückenzweige gleichmäßig zu belasten, werden zweckmäßig auch die in den beiden Parallelzweigeii liegenden Kapazitäten miteinander gangekoppelt.
  • An Hand der Fig. 2 soll die erfindungsgemäße Meßbrücke näher erläutert werden.
  • In den benachbarten Brückeiizweigen 1-2 und 2-3 liegen Widerstände, z. B. streuungsarme Drosseln fl1, D2. an deren Stelle auch eine einzige Drossel mit Mittelanzapfung verwendet werden kann. In dem Zweig 3-4 liegt das Normal, zweckmäßig ein Kapazitätsnormal, während in den verbleibenden Brückenzweig 1-4 das Meßobjekt geschaltet ist. In liesem Zweig wird bei Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren der verlustbehaftete Kondensator geschaltet. während zum Zwecke der Isolierstoffuntersuchungen zwischen zwei Kondensatorplattenpaare das zu untersuchende Dielektrikum gebracht wird. Parallel zu dem die streuungsarme Drossel D@ enthaltenden Zweig 1-2 ist ein weiterer Zweig 1'-2' geschaltet, in dem die veränderbare Kapazität C1, die in tg # geeicht ist, in Serie mit dem regelbaren Ohmschen Widerstand R, der in Frequenz geeicllt ist, liegt.
  • Auch dem die strenungsarme Drossel D2 enthaltenden Zweig 2-3 ist ein Zweig 2'-3' parallel geschaltet, in dem die veränderbare Kapazität C3 liegt. Diese ist mit der Kapazität C1 ganggekoppelt, um die beiden Brückenzweige 1-2 und 2-3 annähernd gleichmäßig zu belasten. Zwischen den Verbindungspunkt von Normal und Meßobjekt (Eckpunkt 4) und den Verbindungspunkt 5 zwischen der Kapazität C1 und dem Ohmschen Widerstand R liegt eine weitere regelbare Kapazität C2. die mit dem Kapazitätsnormal CN ganggekoppelt ist.
  • Parallel zu dem Meßobjekt Cx liegt bei dieser Schaltung der Leitwert: j#C1 . j#C2 G = . j#C1 + j#C2 + 1/R Wählt man immer 1/R größer als (#C1 + #C2), so folgt für den Leitwert: G = - #²C1C2R.
  • Der Verlustwinkel ist dann: #²C1C2R tg # = d. h.
  • C2 tg # = - C1#R .
  • Cx Wird also C2 = Cx gemacht, was durch Gangkopplung des Kondensators C2 mit dem Normal CN erreicht wird, so kann der Kondensator C1 in tgb geeicht werden, wenn man dafür Sorge trägt, daß der Widerstand R in Abhängigkeit von # geändert wird. Nimmt man analog klein Beispiel nach Fig. t für CN eine Größe von 1nF, für # = 107 und für C1 = 10 pF an, so wird der Widerstand R rille Größe von 1 Ohm hal>en müssen, d. h. laß der Widerstandswert um zwei Größenordnungen größer ist als in dem bei Fig. 1 betrachteten Beispiel. Der Widerstand R kann aber noch vergrößert werden, wenn man dafür sorgt, daß C immer um ein bestimmtes Maß kleiner ist als das Normal CN.
  • Da die verlustbehafteten Kapazitäten, die gemessen werden sollen, wie eingangs erwähnt, um mehrere Größenordnungen voneinander verschieden sein können, die Messung aber nur mit einem einzigen Normal durchgeführt werden soll, wird zweckmäßig die an die Brückenpunkte I und 3 anzulegende Wechselspannungs über einen Bereichschalter S an entsprechende Anzapfungen der unterteilten Drossel D1 gelegt.
  • Die Messung geht auf folgende Weise vor sich: Das Meßobjekt wird in den Zweig I-4 ge shaltet und die Wechselstromquelle an die Brückenpunkte 1-3 angelgt. An die Brückenpunkte 2-4 wird ein geeigneter Indikator, z. B. ein Telephonhörer oder ein empfindliches Wechselstromnullinstrument, gegebenenfalls ein Röhrenvoltmeter, gelegt. Durch das Normal wird zunächst der Betragsabgleich vorgenommen, wobei durch die Gangkopplung der Kondensatoren C und CN dafür gesorgt wird, daß C ebenfalls dem Meßobjekt gegenüber betragsgleich gemacht wird. Im Meßkreis, der an die Punkte 2-4 angeschlossen ist, wird sich, da der Winkel noch nicht abgeglichen ist, ein Nullwert der Spannung noch nicht erzielen lassen, erst beim Abgleich durch den in tg # geeichten Kondensator C1 wird das absolute Spannungsminimum im Meßkreis erzielt. Da die Verlustwinkelmessung bei Frequenzen von I kHz bis zu 5 MilIz durchgeführt wird, ist nach dem Anlegen der Wechselspannung an die Punkte 1-3 die von dem Generator gelieferte Frequenz an dem veränderbaren, im Frequenz geeichten Widerstand einzustellen, um den Forderungen der oben gebrachten Formel zu genügen. Stellt man den in Frequenz f geeichten Widerstand auf eine Stellung, die nicht mit der Meßfrequenz fm übereinstimmt, so folgt aus der Formel für tg 5, daß die Ablesung mit dem Verhältnis ff zu J multiplizieren ist, d. h. mit dem Widerstand kann der Bereich des Verlustwinkels um Faktoren geändert werden.

Claims (6)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Meßbrücke für Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren und Isolierstoffen, bei der zwei benachbarte Zweige (I, II) aus Widerständen, vorzugsweise streuungsarmen Drosseln, gebildet sind, während der dritte Zweig (III) das veränderliche Normal und der vierte (IV) das Meßobjekt enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (D1) des ersten Zweiges (I) die Reihenschaltung aus einer veränderbaren Kapazität (C1) und einem regelbaren Ohmschen Widerstand (R) und dem Widerstand (D2) des zweiten Zweiges (II) eine veränderbare Kapazität (C3) parallel geschaltet sind, und daß zwischen dem durch den dritten und vierten Zweig (III und IV) gebildeten Diagonalpunkt (4) und dem vom gegenüberliegenden Diagonalpunkt (2) abgekehrten Ende des regelbaren Ohmschen Widerstandes (R) eine veränderbare I(apazität (C) geschaltet ist.
  2. 2. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Parallelzweigen (1'-2'); (2'-3') liegenden Kapazitäten (C1, C3) gauggekoppelt sind.
  3. 3. Meßbrücke nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Normalzweig (3-4) und in dem Diagonalzweig (4-5) liegenden Kapazitäten (CN, C-,) gauggekoppelt sind.
  4. 4. Meßbrücke nach Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Parallelzweig (I'-2t) liegende regelbare Ohmsche Widerstand (R) in Frequenz geeicht ist.
  5. 5. Meßbrücke nach Ansprüchen I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der in den) Parallelzweig (I'-2') liegende Kondensator (C1) in Verlustwinkel tg # geeicht ist
  6. 6. Meßrücke nach Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Zweige (I, II) in an sich bekannte Weise durch eine einzige Drossel mii Mittelanzapfung gebildet werden, deren Enden an die Diagonalpunkte (I und 3) gelegt sind und deren Mittelanzapfung mit dem Brückenpunkt (2) verbunden ist.
DES135334D 1939-01-11 1939-01-11 Messbruecke fuer Verlustwinkelmessungen von Kondensatoren und Isolierstoffen Expired DE704185C (de)

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