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Anordnung zur Spannungs-, Frequenz- und Leistungsmessung bei kurzen
Wellen.
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Es ist bei kurzen Wellen allgemein üblich, Ströme durch Thermoinstrumente,
Spannungen durch Elektronenröhrenschaltungen, z. B.
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Röhrenvoltmeter, und Frequenzen durch Resonanzkreise (Wellenmesser)
zu messen.
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Während die Strommesser bei dem heutigen Stand der Technik bereits
einen hohen Grad von Vollkommenheit aufweisen, zeigen die Spannung und Frequenzmesser
gewisse Nachteile; diese liegen bei den Röhrenschaltungen in den notwendigen Hilfsspannungen
und in den verhältnismäßig großen Eigenkapazitäten der Röhren und insbesondere der
Meßzuleitungen; bei den Wellenmlessern liegen die Nachteile in der verhältnismäßig
ums.tänldlichen Handhabung.
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Es sind Anordnungen bekannt, bei denen zur Meßanzeige die Erhitzung
eines Dielektrikums verwendet wird, das einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt
ist. Die im Dieiektrikum eines Kondensators in Wärme - umgesetzte Verlustleistung
ist bekanntlich proportional dem Verlustfaktor des Dielektrikums und der dem Kondensator
zugeführten Blindleistung; die Größe der Blind leistung ihrerseits ist gegeben durch
die Kapazität des von densators, durch das Quadrat der angelegten Spannung und durch
die Größe der Frequenz. Somit ist die Verlustleistung im Dielektrikum festgelegt
durch das Produkt aus dem Verlustfaktor, der Kapazität des Kondensators, der Frequenz
und dem Quadrat der angelegten Spannung.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Anordnung zur Spannungs-,
Frequenz- und Leistungsmessung bei kurzen Wellen, bei der ein Dielektrikum durch
ein elektrisches Wechselfeld erwärmt wird und die Erwärmung unter Benutzung eines
Thermoelements als Maß für die zu ermittelnden elektrischen Größen dient. Sie ist
dadurch gekennzeichnet, daß bei direktem Anschluß der mit dem Dieiektrikum zu einer
baulichen Einheit vereinigtenKondensatoreTektroden an den Hochfrequenzgenerator
das Thermoelement entweder die eine geerdete Kondensatorelektrode bildet (Abb. I
und 2) oder gegenüber den beiden Kondensatorelektroden erdsymmetrisch angeordnet
ist (Abb. 3 und 4).
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Wie Geräte gemäß der Erfindung gestaltet werden können, möge an einigen
Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Eine Ausführungsform ist in Fig. I dargestellt. Das Gerät besteht
aus einem geeignet gestalteten Dielektrikum n, mit dem ein Thermoelement b in möglichst
innige Berührung gebracht, z. B. bei geeigneten Dielektriken eingeschmolzen wird.
An den beiden Schenkeln des Thermoelements liegt ein Meßinstrument c. Das Thermoelement
stellt in
der dargestellten Ausführungsform zugleich die eine geerdete
Elektrode für die Zuführung der hochfrequenten Wechselspannung dar: die andere Eiektrode
d wird gesondert an das Dielektrikum angelegt, unter Umständen ebenfalls eingeschmolzen.
Die Kapazität, die Größe des Thermoausschlages un!d- die zum Erreichen des Endausschlages
infolge der Wärmeträgbeit erforderliche Einstellzeit lassen sich geeignet bemessen
durch zweckmäßige Formgebung, durch Wahl eines Dielektrikums mit geeignetem Verlustfaktor,
durch zweckmäßige Bemessung der Wärmeabfuhr über die Elektroden, die Thermodrähte
und den umgebenden Raum; unter Umständen sind auch zusätzliche Wärmeabführungen
oder auch Unterbindung der Wärmeabfuhr durch Einbringen des Dielektrikums ins Vakuum
oder eine geeignete Gasatmosphäre am Platze. Es wird auch in vielen Fällen zweckmäßig
sein, die besondere Elektroded nicht unmittelbar an das Dielektrikum heranzubringen,
sondern in einem gewissen Abstande anzuordnen, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt
ist.
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Die in den Fig. I und 2 dargestellten Anordnungen haben den Nachteil,
daß, da das Thermoelement gleichzeitig auch als Elektrode für die Hochfrequenz dient,
mit diesen Anordnungen nur Spannungen meßbar sind, die einpolig an Erde liegen.
Die Hoch frequenztechnik verlangt oft die Messung von Spannungen, die symmetrisch
gegen Erde liegen. In diesem Falle ist eine Ausführungsform nach dem Beispiel der
Fig. 3 am Platze.
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Das Thermoelement b ist in diesem Falle nicht als Hochfrequenzelektrode
verwendet, sondern es sind zwei Hochfrequenzelektroden d u;nd e vorhanden. Die Anordnung
ist derart zu treffen, daß die Kapazitäten zwischen dem Thermoelement und jeder
der beiden Hochfrequenzelektroden gleich sind. Für die Messung von Spannungen. die
in irgendeiner definierten Weise unsymmetrisch gegen Erde liegen, lassen sich die
Anordnungen mit entsprechend veränderten Kapazitätsverhältnissen ausführen. Fig.
4 veranschaulicht eine Au.sführungsform nach dem gleichen Grundgedanken wie bei
Fig. 3 wobei aber die beiden Hochfrequenzelektroden d u;nd e in gewissem Abstande
vom Dielektrikum angeordnet sind aus den gleichen Gründen, die oben bei Fig. angegeben
wurden.
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Um die störende Kapazität des Anzeigeinstruments gegen Erde oder
den umliegenden Raum unwirksam zu machen, können in die Zuleitungen zum Instrument
geeignete Hochfrequenzdrosseln oder andere eiektrische Siebglieder geschaltet werden.
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Bei der Durchführung derartiger Spannungsmessungen ergibt sich, daß
die als Maß für die Spannung verwendete Verlustleistung außer von der Spannung selbst
auch noch von der Frequenz abhängig ist. Diese Frequenzabhängigkeit läßt sich durch
eine Eichung der zur Ausübung des Verfahrens verwendeten Meßapparatur erfassen;
sen; kann die Frequenzabhängigkeit aber auch komp.ensieren, und zwar beispielsweise
auf folgende Arten: 1. durch Anwendung geeigneter zusätzlicher frequenzabhängiger
Schaltelemente (im einfachsten Falle etwa durch eine vor den eigentlichen Meßkondensator
geschaltete Drossel).
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2. durch Anwendung von dielektrischen Materialien, deren Verlustfaktor
derart frequenzabhängig ist, daß eine Kompensation der ursprünglichen Frequenzabhängigkeit
ein tritt.
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Durch die bauliche Vereinigung der Kondensatorelektroden und des
Thermoelements mit dem Dielektrikum wird die Kapazität des Meßkondensators sehr
niedrig, wodurch auch die Anwendung bei den allerhöchsten Frequenzen ermöglicht
ist; denn die Verlustleistung im Dielektrikum hängt ab vom Proedukt aus Frequenz
und Kapazität. Deshalb kann man die Kapazität der Meßanordnung um so kleiner gestalten.
je höher der für die Messungen in Frage kommende Frequenzbereich liegt.
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Die Durchführung von Frequenzmessungen mit der angegebenen Anolrdnung
setzt voraus, daß die GröPJe der angelegten Spannung bekannt, zweckmäßigerweise
sogar konstant ist. Die Verlustwärme ist dann unmittelbar ein Maß für die Frequenz.
Im Hinblick auf eine möglichst lineare Abhängigkeit der Anzeige von der Frequenz
wird man hier ein Dielektrikum wählen, dessen Verlustfaktor möglichst wenig frequenzabhängig
ist.