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Einrichtung zum Messen der Kapazität und des Verlustwinkels von kondensatorähnlichen
Objekten mittels eines komplexen Kompensators in einer Brückenschaltung Zusatz zum
Patent 704 925 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung der in dem
Hauptpatent 704 925 beschriebenen Einrichtung zur Kapazitäts- und Verlustwinkelmessung
mittels eines komplexen Kompensators in einer Brückenschaltung, die in einem Brückenzweige
das MeßobjelSt, in einem benachbarten einen Ven gieichskondensator und in den beiden
anderen Brückenzweigen veränderbare Ohmsche Widerstände enthält. Dabei soll erreicht
werden, daß der den Kompensator durchfließende Strom dem den Vergleichskondensator
durchfließenden Strom verhältnisgleich ist. Wenn, wie üblich, die Widerstände in
den Brückenzweigen veränderbar sein sollen, so muß aber der Kompensatorstrom zugleich
dem jeweils eingestellten Betrag des betreffenden Brückenwiderstandes verhältnisgleich
sein. Dies wird bei einer Einrichtung nach dem Hauptpatent dadurch erreicht, daß
ein dem Vergleichskondensator benachbarter Brückenzweig einen abgreifbaren Teil
eines Ohmschen Widerstandes enthält, dem der komplexe Kompensator parallel geschaltet
ist, und die Brükkenwiderstände so bemessen sind, daß der Kompensatorstrom klein
ist im Vergleich zu dem den Vergleichs'kondensator durchfließenden Strom.
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Dabei tritt aber zunächst noch der Ubelstand auf, daß das Potential
des Diagonalpunktes im allgemeinen nicht mit dem Potential des Abgriffkontaktes
für den Brückenwiderstand
übereinstimmt. Dadurch wird gewissermaßen
ein in Wirklichkeit nicht vorha udener Verlustninkel des Vergleicbskonden -sators
vorgetäuscht. Um den Fehler auf einen verschwindend kleinen Betrag zu verringern.
müßte der Widerstand in dem dem Kompensator parallel liegenden Brückenzweig verschwindend
klein sein im Vergleich zu dem Widerstand des Kompensators. Dadurch würde sich aber
in gleichem Maße die für die Messung zur Verfugung stehende Leistung verringern.
Dieser Nachteil kann gemaß der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden werden,
daß der komplexe Kompensator einem Widerstand parallel geschaltet ist, von dem nur
ein verhältnismäßig kleiner Teil mit einem mit dem Vergleichskondensator elektrisch
verbundenen Schleifkontakt bestrichen werden kann, und der übrige Teil in Grobstufe
regelbar ist.
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Fig. I zeigt zur Erläuterung die Schaltung gemäß dem Hauptpatent
in vereinfachter Darstellung. Die an eine Wechselstromquelle 1 angeschlossene Brückenschaltung
enthält in einem Zweig das zu prüfende kondensatorähnliche Objekt Cx und in dem
an die gleiche Klemme der Stromquelle angeschlossenen Zweig einen Vergleichskondensator
Cx. Dieser ist andererseits mit einem Abgriffkontakt 2 verbunden, der auf einen
Widerstand r schleift.
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Dabei bildet der abgegriffene Teil @ . r des Widerstandes @ einen
dem Kondensator CN benachbarten Brückenzweig, wobei a eine Zahl ist, die sich beim
Bewegen des Schleifkontaktes 2 zwischen den Werten 0 und 1 ändert. Der vierte Brückenzweig
n-ird durch einen Widerstand 3 gebildet. Der vereinfacht durch einen Widerstand
R dargestellte komplexe Kompensator liegt parallel zu dem Wierstand r, wobei der
in der Meßdiagonale liegende Indikator schematisch als Vibrationsgalvanometer 4
angedeutet ist.
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Es läßt sich nun nachweisen, daß beim Messen mit der Anordnung nach
Fig. 1 ein Fehler entsteht. der sich in der Weise auswirkt- als ob er von einem
in dem den Vergleichskondensator CN enthaltenden Brückenzweig liegenden Verlustwiderstand
von dem e 1 r + R ist nun leicht ersichtlich, daß rv einen Höchst-1 4 r² wert für
u = ½ erreicht, nämlich r + R Wählt man z. B. r=- 2000 Ohm und R = 100 000 Ohm,
so ergibt sich ein Höchstwert von @@ # 10 Ohm. Andererseits wird der Fehler um sn
kleiner. je kleiner a oder 1 - a ist. Für 1 - a = 0,95 wird z. B.
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@@ # 1,6 Ohm. Wenn man also gemäß der vorliegenden Erfindung von dem
Agriffkontakt 2 nicht den gesamten Widerstand r. sondern nun einen kleinen Teil
(1 -- zur dieses Widerstandes bestreichen läßt, so wird der Meßfehler um so kleiner.
je kleiner der von dem Kontakt bestrichene Teil zu dem Gesamtwiderstand, also je
gröfier <i gewählt wird. Dadurch wird allerdings im allgemeinen der Regelbereich
zu klein. Um diesen Nachteil zu vermeiden, macht man den nicht von dein Kontakt
2 bestrichenen Teil des betreifenden Widerstandes in Grobstufen regelbar. Eine solche
Anordnung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber
nur der in Fig. 1 durch eine Umrahmullg mit gestrichelten Linien gekennzeichnete
Teil der Schaltung gezeichnet ist.
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In Fig. 2 ist der von dem Schleifkontakt 2 zu überstreichende Teil
des Widerstandes mit r, bezeichnet und der Teil von rl, der bei der gezeichneten
Stellung des Kontaktes 2 in dem betreffenden Brückenzweig liegt, mit ß-r3.
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Der Punkt des Schleifdrahtwiderstandes r1, bei dem ß . r1 = 0 ist,
ist mit 0 und das andere Ende mit 1 bezeichnet. In Reihe mit ß . r1 liegt nun in
dem betreffenden Brückenzweig ein Widerstandr0, der in zehn Grobstufen eingeteilt
ist, die zu Kontakten 0... 10 führen, auf denen ein mit dem Nullpunkt des Feinregelwiderstandes
ß . r1 verbundener Schleifkontakt 5 verschoben werden kann.
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Wenn z. B., wie gezeichnet, der Schleifkontakt 5 auf dem mit 9 bezeichneten
Grobregelkontakt steht, so besteht der Gesamtwiderstand in dem betreffenden Brückenzweig
aus neun Grobstufen des Widerstandes rO, wobei der Betrag ß . r1 noch hinzuzufügen
ist.
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Es ist nun zweckmäßig, den Widerstand r0 nicht gleichmäßig abzustufen,
sondern die Teilbeträge der Grobstufen mit zunehmendem Gesamtwiderstand ein wenig
ansteigend zu bemessen, damit die für den komplexen Kompensator R wirksame Spannung
U1 genau verhä]tnisgleich mit der Stufenzahl wächst.
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Wenn man weiter verlangt, daß es möglich sein soll, den Widerstand
r1 als Feinregler zu einer beliebigen Grobstufe des Widerstandes ru zu benutzen
so muß die Spannung U1 gleich groß sein, gleichgültig, ob der Schleifkontakt 2 z.
B. auf dem Punkt X steht und der Schleifkontakt 5 auf dem mit 1 bezeichneten Kontakt
oder der Schleifkontakt 2 auf Punkt o und der Schleifkontakt 5 auf Kontakt 2. Um
dies sicherzustellen, kann dem von dem Abgriffkontakt 2 bestrichenen Teil r1 des
Widerstandes ein Nebenschlußwiderstand R1 parallel geschaltet werden, der in einer
der Anzahl der Stufen des Grobregelwiderstandes ru entsprechenden Anzahl von Stufen
regelbar ist. Außerdem ist der Abgriffkontakt des Nebenschlußwiderstandes mit dem
Abgriffkontakt 5 so zu kuppeln, daß jeweils die gleiche Anzahl von Stufen in beiden
Widerständen
eingestellt ist, und die Teilbeträge der Stufen des Nebenschlußwiderstandes sind
so zu bemessen, daß sie mit zunehmenden Gesamtwiderstand in der gewünschten Weise
ansteigen.
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Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei
die Bezeichnungen mit den in Fig. 2 gewählten übereinstimmen. Mit dem Schleifkontakt
5 ist ein Schleifkontakt 6 gekuppelt, der auf Kontakten eines im Nebenschluß zu
P1 liegenden Regelwiderstandes R1 verschiebbar ist, die ebenfalls mit 0... Io bezeichnet
sind. In Reihe mit R1 ist noch ein Widerstand R0 geschaltet, und man kann dann die
Teilbeträge der Stufen des Nebenschlußwiderstandes R1 so wählen, dal3 der Gesamtbetrag
der parallel geschalteten Widerstände r1 und R0 + R1 den Teilbeträgen der Grobstufen
des Widerstandes r0 bei jeder Stellung der Schleifkontakte 5, 6 genau angepaßt ist.
Dadurch wird erreicht, daß jede Grobstufe durch Überstreichen des Feinregelwiderstandes
r1 mit dem Kontakt 2 genau überbrückt wird.