DE759307C - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung zweier Wechsel-spannungen gleicher Frequenz mit wahlweiser Einstellung beliebiger Phasenwinkel fuer Messzwecke - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung zweier Wechselspannungen gleicher Frequenz mit wahlweiser Einstellung beliebiger Phasenwinkel für Meßzwecke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung zweier Wechselspannungen bleicher Frequenz mit wahlweiser Einstellung belie#big°er Phasenwinkel für Meßzwecke, insbesondere für Schwebüngssummer, unter Anwendung eines veränderbaren Phasendrehers und für dieses Verfahren. Aufgabe,der Erfindung ist es, -das Verfahren und die hierzu verwendeten Schaltungsanordnungen so auszubilden, daß sich eine sehr hohe Winkelgenauigkeit ergibt. Gemäß der Erfindung werden zwei phasenverschobene Ausgangshilfsspannungen, von denen, :die eine,durch :den Phasendreher in ihrer Lage: einstellbar ist, einer Frequenzteilung unterworfen und darauf durch ein- oder mehrfache Modulation mit weiteren Hilfsspannungen auf die zur Messung erforderliche Frequenz gebracht. BekanntlichhateineFrequenzvervielfachung bzw. -teilurig den Einfiuß auf :die Phasendrehung, daßdiese ebenfalls vervielfacht bzw. geteilt wird. Ebenso ist es bekannt, daß sich bei Schwebungssummern die Phase der Schwebungsfrequenz mit derPhase einer der beiden benutzten Hochfrequenzen mitdreht. Durch die gleichzeitige Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung wird es unter Anwendung eines veränderbaren Phasendrehers möglich, bei der wahlweisen Einstellung beliebiger Phasenwinkel die Winkelgenauigkeit bedeutend zu erhöhen. Die Frequenzteilungkann dabei beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß beide Ausgangsspannungen in an sich bekannter Weise Kippschwingungen niedrigerer Frequenz synchronisieren.
• Die Erfindung wird an Hand der Ausführungsbeispiele noch weiter erläutert. In der Fig. i ist das Schema eines Schwebungssummers gezergt, der im Bereich von o bis 2o I:Hz zwei Spannungen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude mit genau einstellbarem Phasemvinkel liefert. Hierbei wird das Prinzip der Winkel,enauigkeitssteigerung durch Frequenzteilung (i MHz auf ioo kHz) angewandt. Nach dem Prinzip des Schwebungssummers überträgt man dann. weiterhin die Phase der ioo-l:H7-Schwingung auf den gesamten Meßbereich von: o bis 2o kHz. Dabei wird von der bekanntenTatsache Gebrauch gemacht, daß sich die Phase der Schwebungsfrequenz ganz gleichartig mit der Phase einer der beiden Hochfrequenzen mitdreht. Der schematisch gezeigte Schwebungssummer ist besonders für Scheinwiderstandsmessungen nach dem Prinzip der Frankeschen Maschine geeignet.
• Eine andereAusführungsform eines Schwebungssummers für Hochfrequenz bis, etwa 6 MHz ist in der Fig. 2 gezeigt. Hierbei werden die phasenverschobenen Frequenzen von ioo kHz zur Modulation einer Hochfrequenz von etwa ioo MHz verwendet und je eines der Seitenbänder mit Hilfe eines Quarzfilters ausgesiebt. Da die Seitenbandfrequenz die Phasendrehung derModulationsfrequenz mitmacht, hat man damit die durch Frequenzteilung erhaltene hohe Winkelgenauigkeit der ioo-kHz-Schwin:gung zunächst auf io MHz übertragen. und -weiterhin nach dein Prinzip des Schwebungssenders auch auf den gesamten eigentlichen Meßbereich von o bis 6 MHz.
• Zur Ausübung des Verfahrens sieht die Erfindung die Verwendung eines kapazitiven Phasendrehers vor, der in der Art -der bekannten kapazitiven Goniometeranordnungen aufgebaut ist. Bei den im allgemeinenüblichen Phasendrehern wird eine drehbare Spule in einem magnetischen Drehfeld angeordnet. Das Drehfeld wird hergestellt durch zwei Spulen. deren Achsen senkrecht aufeinanderstehen und die von um go°' phasenverschobenenStrömen durchflossenwerden. DieWinkelgettauigkeit hängt davon ab, wieweit es gelingt,die beidenTeilfelder in derUmgebung der Drehspule homogen zu gestalten, was man meßte£hnisch nicht genau überwachen kann. Außerdem treten bei höheren Frequenzen leicht Störungen durch kapazitive Kopplung von Drehspule und Erregerspulen auf.
• Ersetzt man bei dem Phasendreher die induktiven Kopplungen durch kapazitive, wie es bei Goniometeranordnungen bereits bekannt ist, so erhält man eine wesentlich höhere Genauigkeit, etwa in demselben Verhältnis, wie ein Drehkond ensator genauer als ein Variometer hergestellt werden kann. Außerdem kann die erreichte Winkelgenauigkeit leicht und genau durch Messung der Teilkapazitäten ermittelt werden. An Stelle der Erregerspulen treten zwei räumlich um 90° versetzte Statorplattenpaare, während der Ausgang mit dem Rotorplattenpaar verbunden ist.
• Eine schematische Darstellung eines solchen Phasendrehers zeigt die Fig. 2. Zwei um go° verschobene erdsymmetrische Speisespannungen gleicher Frequenz werden bei Ei bzw. h., den Statorplatten SI, SIn bzw. SII, Sie- des Phasendrehers zugeführt. Die Rotorplatten R, und RIi sind jeweils über die Teilkapazitäten C1 bis Ca mit den: Statorplatten SilI und SIi, SIv gekoppelt. Die Forderung, daß die Phase der in allen Stellungen konstanten Ausgangsspannung jeweils dem Drehwinkel des Rotors entspricht, führt zu der Bedingung, daß die Teilkapazitäten sinusförmig mit dem Drehwinkel zu- und abnehmen.
• Um dabei eine gegenseitige Beeinflussung der beiden um 9o° verschobenen Speisespannungen der Eingänge Ei und E2 des Phasendrehers zu vermeiden, kann man den Rotorplatten R, und Rii nahezu Erdpotential geben. Dies wird erreicht durch Belastung mit einem sehr niedrigen Widerstand. In der Fig. 3 ist der Widerstand durch die Reihenresonanzkreise LI C1 und Lii-C1, gebildet, die auf die Frequenz der jeweilig benutzten Spannung abgestimmt sind. Die Spannung an R1 ist dann sehr klein gegen die Ausgangsspannung an Cl, II.
• Besonders günstig werden die veränderbaren Kapazitäten in bei Goniometeranordnungenbekannter Weise durch einen Zylinderkondensator gebildet. In der Fig. ,I ist ein solcher Zvlinderkondensator aufgerollt dargestellt. Die vier festen Belegungen S, bis SIv nehmet, annähernd je einen Quadranten des Zylindermantels ein. Zwei gegenüberliegende Belegungen führen entgegengesetzte Spannun-.z gen gegen Erde, zwei benachbarte uni 2 phasenverschobene Spannungen. Der Rotor besteht aus zwei Platten R, und RII. Die Form -der Rotor- und/oder Statorbelegunaen wird aus der bekanntenBedingung erhalten, d@aß die Kapazität zwischen einer festen Belegung und dem Rotor sinusfärmig zu- und abnehmen soll.
• Jede feste Belegung S erstreckt sich über den Winkel 2(p des Umfanges. Mit a ist die jeweilige Stellung des Rotors, mit y .die Höhe der Rotorplatten bezogen auf die Mitte einer festem Belegung eingezeichnet. Bei der in Fig. 4,dargestellten Ausbildung des. Zylinderkondensators, ergibt sich damit zwischen einer Statorplatte und dem Rotor die Kapazität als Funktion des Drehwinkels zu Man erkennt, daß die Rotorplatten y (a) ebenfalls Sinusform haben und sich über zwei Quadranten erstrecken müssen (vgl. Fig. 4).
• Bei der Bildung :der Kapazitäten .durch einen Zylinderkondensator lassen) sich in einfacher Weise auch geerdete Ausgleichplatten arnbringen, die dafür sorgen, daßdiekapazitive Belastung der beiden Eingänge in allen Stellungen -des Rotors konstant bleibt. Sie werden so ausgebildet, daß sie die Zwischenräume zwischen den Rotorplatten ausfüllen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung zweier Wechselspannungen gleicher Frequenz mit wahlweiser Einstellung beliebiger Phasenwinkel für Meßzwecke, insbesondere für Schweburngssummer, unter Anwendung eines veränderbaren; Phasendrehers:, dadurch gekennzeichnet, daß zweiphasenverschobene Ausgangshilfsspannungen, von ,dienen die eine durch den Phasendreher in ihrer Phase einstellbar ist, einer Frequenzteilung unterworfen und darauf .durch ein-oder mehrfache Modulation mit weiteren Hilfsspannungen auf .die zur Messung erforderliche Frequenz gebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß zur Frequenzteilung beide Ausgangsspannurngen in an sich bekannter Weise Kippschwingungen niedrigerer Frequenz synchronisieren.
3. 3. Schaltungsanordnung für ein Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, dzß die Trägerfrequeniz einer der Modulationsstufen in an. sich bekannter Weise veränderbar ist. .
4. 4. Schaltungsanordnung für ein Verfahren nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch 'die Verwendung eines kapazitiven Phasendrehers, der in der Art der bekannten kapazitiven Goniometeranordtvungen aufgebaut ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen des Phasendrehers derart belastet sind, daß sie nahezu Erdpotential haben, um eine gegenseitige Beeinflussung der Speisespannungen zu verhindern. -
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorplatten,desPhasendrehers über einen auf die Frequenz der jeweilig benutzten Spannungen; abgestimmten Reihenresonanzkreis geerdet sind und,die Ausgangsspannung an einem der Elemente des Kreises abgegriffen wird.
7. 7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ,daß der Phasendreher geerdete Ausgleichplatten aufweist, um die kapazitive Belastung der beiden Eingänge des Phasendrehers in allen Stellungen des Rotors konstant zu halten. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriten in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 320 965, 598 492; britische Patentschrift Nr. 427 796; V i 1 b i g : »Lehrbuch der Hochfrequenztechnik«, 1937, S.551/52.