DE821052C - Automatisches Impedanzmessgeraet - Google Patents

Automatisches Impedanzmessgeraet

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DE821052C
DE821052C DEE78A DEE0000078A DE821052C DE 821052 C DE821052 C DE 821052C DE E78 A DEE78 A DE E78A DE E0000078 A DEE0000078 A DE E0000078A DE 821052 C DE821052 C DE 821052C
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks
    • H03H7/383Impedance-matching networks comprising distributed impedance elements together with lumped impedance elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • G01R27/32Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies

Description

  • Automatisches Impedanzmeßgerät Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur unmittelbaren Beobachtung und quantitativen Messung der Endlast Homogener oder künstlicher Leitungen am I_ettclitschirm eines Oszillographen. Aii \-ier definierten Punkten werden der Leitung durch Sonden Prüfspannungen entzogen, in geeigneter Weise kombiniert und nach Verstärkung den :11>lenhplattcn einer liratinschen Röhre zugeführt. .#uf dessen L-euclitschirm kann dann nach Wunsch der komplexe Widerstandswert oder auch keflexionsfaktor des Meßobjekts bzw. die Anpassung eines Verbrauchers an die Meßleitung abgelesen \%*erden. 1?rgänzt man diese Anordnung durch einen Sender, dessen Wellenlänge stets den kritischen Sondendistanzen entspricht, sowie durch rine Regelvorrichtung, die den mittleren Sonden-1>egel unabhängig \ an der Frequenz macht, so kann finit einem Blick die Frequenzcharakteristik beliebiger Objekte, z. B. Antennensysteme, Breitbandübertrager, Filter, Breitbandabsorber usw., über ein breites Frequenzband hin übersehen werden.
  • Es sind Anordnungen bekannt, die dazu dienen, den Betriebszustand von Hochfrequenzenergieleitungen zu überwachen mit Hilfe getrennter Meßgeräte für Betrag und Phase der Eingangsimpedanz oder auch durch Vergleich zweier Strom- bzw. spannungsproportionaler Spannungen. Ist die Leitung an mehreren Punkten zugänglich, so kann man auch in bekannter Weise mehrere in kurzen Abständen längs der Leitung verteilte Meßpunkte zur Kontrolle vorsehen. Es .ist auch bereits vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Impedanzbestimmung die Spannungsverteilung einer Meßleitun.g auf dem Schirm einer Braunsehen Röhre abzubilden, was eine bessere Kontrolle des Erregungszustandes (Ober- und Gleichtaktwellen sowie sonstige Stö- rungen) und ein etwas rascheres meßtechnisches Arbeiten ermöglicht; es bleibt jedoch stets noch das Resultat im Diagramm auszuwerten. Bekannt sind schließlich Impedanzmeßgeräte nach der Brückenmethode unter Benutzung koaxialer oder hohler Wellenleiter, bei denen entweder die gesuchte Impedanz nach der Nullmethode durch Kompensation mittels bekannter Wirk- und Blindwiderstände gemessen wird oder die Störung des Brückengleichgewichts zur oszillographischen Anzeige des Reflexionsbetrages bei einer oder mehreren Frequenzen gleichzeitig herangezogen wird.
  • In keinem der vorstehend beschriebenen Fälle wird unmittelbar die Endimpedanz der Leitung nach Betrag und Phase angegeben. Demgegenüber gestattet die vorliegende Erfindung unter Ausschluß jeder Rechenarbeit oder sonstigen graphischen Auswertverfahrens den Zusammenhang herzustellen zwischen der auf der Leitung vorhandenen Dämpfung und Knotenlage und der als Leuchtpunkt oder leuchtender Vektor auf einem geeichten Oszillographenschirm erscheinenden Objektimpedanz bzw. Admittanz oder Reflexion.
  • Fig. i erläutert den Grundgedanken der Ausführung.
  • Die eingangs erwähnten vier Sonden seien in Zwischenabständen von A'/8 so angeordnet, daß die erste Sonde direkt die Objektspannung anzeigt, d. h. also, sich am Leitungsende oder (wegen der bei inhomogenen Objekten auftretenden Feldstörung und der unbequemen Mechanik) besser in @'/2 Abstand vom Leitungsende befindet (.l' = Wellenlänge auf der Leitung). jede einzelne der Sondenspannungen werde einem regelbaren Verstärker zugeführt und deren Ausgangsspannungen den Ablenkplattenpaaren eines Oszillographen so zugeleitet, daß Sonde I auf dem von vorn betrachteten Schirm eine Auslenkung das Kathodenstrahls nach rechts, Sonde II nach oben, Sonder III nach links, Sonde IV nach unten bewirken.
  • Die jeweiligen Horizontal- bzw. Vertikalausschläge sind somit zurückzuführen auf die Differenzen der Spannungsbeträge der Sonden 1 und III bzw. II und IV.
  • Es werden nun einige charakteristische Belastungsfälle betrachtet: a) Die Leitung sei an der dem Sender abgewandten Seite kurzgeschlossen. Sonde I ist spannungslos, Sonde II und IV sind auf gleicher Spannung, ihre Differenzspannung ist also o, während Sonde III die Maximalspannungder Leitung,anzeigt. Der Leuchtpunkt wird nach links wandern.
  • b) Die Leitung sei an der dem Sender abgewandten Seite offen. Sonde I und III arbeiten in vertauschten Rollen, für Sonde 1I und IV keine Änderung. Der Leuchtpunkt wandert nach rechts.
  • c) Die Leitung sei mit einer reinen Induktivität bzw. Kapazität abgeschlossen, wie sie z. B. durch ein Ä78 bzw. 3 278 langes, am Ende kurzgeschlossenes Leitungsstück des Wellenwiderstandes Z, dargestellt werden kann. Ist Z1 = Z, (Wellenwiderstand der Meßleitung), so ist die Größe dieser auf Z, bezogenen Reaktanzen + j bzw. -j. Wie man sich durch Aufzeichnen der zugehörigen Spannungsverteilung leicht überzeugt, wird sich der Leuchtpunkt auf der Vertikalen durch den Schirmmittelpunkt nach oben bzw. nach unten bewegen.
  • d) Die Leitung sei mit Zo abgeschlossen. Sämtliche Spannungen sind gleich groß, alle Differenzen o; der Leuchtpunkt bleibt, falls die zwischen Sondeneingang und Verstärkerausgang der zueinander gehörigen Sonden I und III bzw. 1I und IV wirksame Gesamtverstärkung gleich groß ist, in der Mitte.
  • Auf Grund dieser Resultate scheint es nahehegend, den Oszillographenschirm mit einem transparenten Koordinatensystem nach Art des von S m i t h angegebenen Kreisdiagramms für die Leitungsimpedanz zu überziehen. Eine der Voraussetzungen hierfür ist jedoch, daß die in jedem der geschilderten Belastungsfälle sich auf der Leitung ergebende Maximalspannung konstant, also unabhängig von der Art und Größe der angeschalteten Reaktanz, ist.
  • Wie man weiß, ist die relative Spannungsverteilung auf der Leitung eindeutig vom Ende der Leitung her, also durch (las Meßobjekt, bestimmt; dagegen ist das absolute \ ix-eau dieser Spannungsverteilung sehr wohl eine Funktion des Innenwider-#tandes der Spannungsquelle, d. h. es ist aufzufassen als Summe der sich ausbildenden Vielfachreflexionen zwischen Objekt und Innenwiderstand der am Leitungseingang liegenden Spannungsquelle. Da man also im vorliegenden Fall mit den Differenzen absoluter ShaiinuiigsgröL3en arbeitet, wäre der Ort des auf dein Oszillographenschirm sichtbaren Leuchtpunkts eine Funktion von Objektwiderstand\ und Innenwiderstand der Spannungsquelle. Diese Komplikation läßt sich dadurch umgehen, daß man die Senderspannung so in die Leitung einführt, daß deren Eingang für jede vom Objekt reflektierte Welle mit Z, abgeschlossen erscheint.
  • Die Sondenspannungen sind nun unabhängig vom Speisewiderstand der Leitung, da die aus der Quelle heraus auf der Leitung vorlaufende Spannung L', nur einmal ain Objekt reflektiert wird. Die rückläufige Spannung 1-,-p (j)= p - e i4' = komplexer Reflexionsfaktor des Objekts) wird vom Innenwiderstand 3i1=7., geschluckt.
  • Nach Ausgleich der unterschiedlichen Sonden-und Ablenksystemempfindlichkeiten durch die Verstärkung der Einzelverstärker läßt sich nun erreichen, daß der Leuchtpunkt sich in jedem der geschilderten Belastungsfälle der Leitung auf den zugehörigen Ort des Smithschen Diagramms einstellt.
  • Damit ist jedoch noch nicht bewiesen, daß der Leuchtfleck für beliebige Reaktanz den Reaktanzkreis des Diagramms durchläuft, noch daß er für eine beliebige Impedanz der durch das Diagramm definierten Gesetzmäßigkeit folgt.
  • Es gilt daher, durch die Rechnung allgemein zu beweisen: a) daß bei konstanter Dämpfung d auf der Leitung, jedoch beliebiger Distanz (lm;") des Minimums vom Objekt der Leuchtpunkt Kreise um den Schirmmittelpunkt r = N/Zo = i beschreibt, deren Radius UP eine lineare Funktion der absoluten Objektreflexion ist, b) daß der Leuchtpunkt bei beliebigem d bzw. p, jedoch konstanter Knotenlage 1.1" und damit konstantem Phasenwinkel cf" des Reflexionsfaktors sich auf einem Radius des Kreisdiagramms bewegt, dessen Neigung gegen die horizontale Achse definiert ist durch 99 - 7 + 2a' lmi" (2) -= Wellenzahl der Leitung (s. Fig. 2). Man faßt zu diesem Zweck das Problem noch etwas allgemeiner als in dem eingangs demonstrierten Beispiel und sucht gleichzeitig festzustellen, ob es noch andere als die oben angeführten Sondenstellungen gibt, die den gestellten Bedingungen genügen.
  • Geeignet erscheint eine symmetrische Gruppierung der Sonden I und 1I bzw. III und IV um die Man kann nun die Differenzen der gleichgerichteten Spannungen (U-- ' U? ) bilden, und zwar zwischen den Sonden 1 und Il bzw. III und IV, wo k eine durch den Verstärkungsfaktor der Verstärker regelbare Konstante darstellt, die die unterschiedlichen Gleichrichterwirkungsgrade und Plattenempfindlichkeiten des Oszillographen usw. mitenthält und für alle vier Spannungen gleich groß gemacht werden muß.
  • Und damit ergibt sich die radiale Strahlauslenkung zu: Punkt a) der Bedingung ist somit erfüllt. Der Betrag des Radiusvektors ist bei steifer Vorlaufspannung, d. h. Senderspannung konstant und Leitungseingangswiderstand NI = ZO' sowie definierten und gleichen Abständen x der Sonden von den Zentren A und B nur bestimmt durch den Betrag der Objektreflexion p. Dagegen ist er unabhängig vom Phasenwinkel 99 des Objekts und damit von der Knotenlage auf der Leitung. Orte A (Objektdistanz = A'/4) bzw. B (Objektdistanz 3 7,'/8). Die den Sonden angebotenen Spannungen ergeben sich der Reihenfolge nach (s. Fig. 3) wobei L', willkürlich auf das Leitungsende bezogen sei.
  • Da die Spannungsdifferenzen erst nach Gleichrichtung der HF-Spannungen gebildet werden, interessieren nur deren Beträge.
  • Die weitere Rechnung zeigt, daß zur Beschreibung des Kreisdiagramms nur quadratische Kennlinie der gesamten Meßanordnung, bestehend aus Verstärker und Gleichrichter, brauchbar ist.
  • Es ergibt sich also: was mit dem eingangs zitierten Beispiel nicht im @N'iderspruch steht, wenn man x = ,l'/8 macht Bildet in.-in nun das Verhältnis der Spannungsdifferenzen, so erhält man den Neigungswinkel ; des Vektors zu: Wie man sieht, wird e identisch mit 9p, wenn man die Differenzspannung (I-11) umpolt. Demnach ist auch Punkt b) der obengenan:nten Voraussetzung für.die Verwendung des Smithschen Diagramms erfüllt.
  • Die bisherigen Ableitungen schließen es natürlich nicht aus, daß bei anderen Kennlinien der Gesamtapparatur als der hier vorgeschlagenen quadratischen die daraus entstehenden Abweichungen vom strengen Verlauf des Smithschen Diagramms durch Nacheichung berücksichtigt werden. Im allgemeinen wird eine solche Korrektur allein schon durch die normalerweise gewölbte Front großer Kathodenstrahlröhren notwendig werden. Den Faktor sin 2 ä x der Gleichung (6), der grundsätzlich mit in dieKonatante hineingenommen werden kann, wird man so groß wie möglich zu machen versuchen:, um an Verstärkung sparen zu können. Für sin 2 ä x = i wird die Sondendistanz = .i'/8; es ist dies genau das anfangs erwähnte Beispiel. Ein weiterer Spezialfall ist der, daß Sonde 1I und III sich decken (x = R'/16). Wieder ist die Sondendistanz = i%8, sin 2a 'x jedoch nur 0,7. Man kann also grundsätzlich auch mit drei Sonden auskommen, wenn man einige Unannehmlichkeiten der nachfolgenden Schaltung mit in Kauf nimmt.
  • Es ist weiterhin möglich, die Sondenzentren A und B ari andere als die in der Rechnung gewählten Orte zu verlagern. Zum Beispiel kann Zentrum A an alle jene Orte verlegt werden, deren Distanz vom Objekt = m-A'/8 (m = 2, 4, 6, 8 ... ) und ebenso Zentrum B an alle jene Orte, deren Objektdistanz --- n-.1'18, (n = 1, 3, 5, ,7. . .). Durch derartige Verlagerungen ändert sich nichts am Betrag des am Leuchtschirm gebildeten Radialausschlags, dagegen sind die zueinander gehörigen Plattenpaare jeweils so umzupolen, daß e und der Phasenwinkel des Objekts übereinstimmen. Die frei wählbaren Größen n und m wird man in der Praxis so klein wie möglich halten, um die Frequenzempfindlichkeit zu vermindern. Wie schon oben erwähnt, ist hesonders n = 3 und m = 2 zu empfehlen.
  • 1Nlan hat sich bisher nicht festgelegt bezüglich der Verstärkung der von den Sonden gelieferten Spannungen noch bezüglich deren Modulationsart bzw. Kurvenform. In der Tat läßt sich der durch die behandelten Gleichungssysteme festgelegte Prozeß technisch in verschiedenster Weise realisieren.
  • Die unmodulierte Trägerwelle verlangt vier Gleichstromverstärker mit erheblichem Aufwand an Stabilisationsmitteln.
  • Bei Modulation der Trägerwelle sollte bevorzugt die Rechteckform gewählt werden (Modulationsgrad iooo/o), da wegen der unvermeidlichen Frequenzverwerfung bei allen anderen Modulationsformen mit zeitlich langsamem Spannungsanstieg und großen Modulationsgraden die Spannungsverteilung auf der Leitung gefälscht werden kann.
  • Möglich sind nun u. a.: Bei modulierter oder unmodulierter Trägerwelle ein einziger Verstärker mit vor- und nachgeschaltetem Umschalter (Fig. rb), der die vier Sondenspannungen nacheinander an den Verstärkereingang bringt und sie am Verstärkerausgang nach Gleichrichtung auf die vier Platten verteilt. Der Amplitudenausgleich unter den Sonden erfolgt am Sondenausgang. Die parallel zu den hochohmigen Widerständen RS bis Re liegenden Kondensatoren müssen so bemessen sein, daß sie die ihnen durch den Umschalter zugeführten Gleichspannungen während eines Umlaufs des Drehschalters aufrechterhalten. Am Ende eines Schalterumlaufs kann man sämtliche Plattenspannungen über' vier gleich große, geeignet dimensionierte Widerstände kurzschließen und damit den Leuchtpunkt auf _W/Z,) = i, d. h. auf Schirmmitte, zurückführen. Es entsteht so für das Auge der Eindruck eines Leuchtvektors, der den komplexen Reflexionsfaktor p des Meßobjekts darstellt. Der Aufbau der vier Plattenspannungen und damit des Impedanzwerts auf dem Leuchtschirm sollte in einem Zeitraum erfolgen, der klein ist gegen die Umlaufdauer des Schalters, um störende, zum eigentlichen Meßpunkt nicht gehörende Linien am Oszillographenschirm zu vermeiden. Das Kurzschließen der Sondenspannungen nach jedem Schalterumlauf gestattet weiter, rasche Änderungen am Meßobjekt vorzunehmen, die dann unmittelbar und trägheitslos am Schirm beobachtet werden können.
  • Eine weitere Lösung bei modulierter oder unmodulierter Trägerwelle mit nur einem Verstärker wäre die, nur eine Sonde auf der Leitung entlang zu führen und den im Ruhezustand blockierten Verstärker an den durch die Gleichungssysteme festgelegten Orten zu öffnen, z. B. mit Hilfe einer zweiten Wellenmesserleitung, deren Phasengeschwindigkeit gleich einem Viertel der der eigentlichen Meßleitu@ng wäre, und synchron die gleichgerichteten Verstärkerausgangsspannungen auf die Platten zu verteilen.
  • Vorzuziehen sind wohl Lösungen ohne zusätzliche Schaltermechanik. Eine Ausführungsform mit modulierter Trägerwelle und nur zwei Verstärkern, ohne Schalter, ergibt sich, wenn man die Differenzen der Sondenpaarspannungen bereits am Sondenausgang bildet. Man erhält dann eine Rechteckspannung bzw. bei Resonanzverstärkern eine Sinusspannung am Verstärkerausgang, deren Amplitude den abgeleiteten Bedingungen entspricht, deren Phase jedoch um i8o° springt, wenn der Pegel der einen Sonde, bezogen auf den ihres Partners, negativ oder positiv wird. Das Vorzeichen dieser Pegeldifferenz bestimmt darüber, ob der Kathodenstrahl, z. B. von den Horizontalplatten, nach rechts oder links von der Schirmmitte aus abgelenkt wird. Zur Umsetzung dieses Phasensprungs von i8o° in eine Vorzeichenänderung der Plattengleichspannungen der Braunschen Röhre fügt man zur Ausgangswechselspannung eine gleichfrequente Rechteck- bzw. Sinusspannung von konstanter Phase (o bzw. 18o° bezogen auf die Phase der Ausgangswechselspannung der Verstärker) und etwas mehr wie maximaler Verstärkerausgangsamplitude hinzu. Zieht man von der gleichgerichteten Summe beider Wechselspannungen eine Gleichspannung ab, die in ihrer Höhe der zugeführten Wechselhilfsspannung entspricht, so erhält man eine bezüglich der Symmetriemitte der Ablenkplatten positive bzw. negative Gleichspannung, entsprechend dem Pegelunterschied der Sonden.
  • Die einfachste und gleichzeitig stabilste Ausführungsform bei unmodulierter bzw, modulierter Trägerwelle ergibt sich, wenn jede der vier Sonden ihren unabhängigen Gleichspannungs- bzw. Resonanzverstärker besitzt (Fig. i a). Die Gleich.spannungsverstärker bzw. die am Ausgang der Resonanzverstärker befindlichen Gleichrichter liefern ihre Gleichspannung an je vier Ladekondensatoren, die von Hochohmwiderständen überbrückt sind. Die Zeitkonstante dieser R/C-Kombination wird so eingestellt, daß Änderungen am MeBobjekt ohne allzu große Trägheit an der Braunschen Röhre verfolgt werden können. Der zu messende Impedanzwert erscheint am Schirm des Oszillographen als Leuchtpunkt oder, wenn man die Ladekondensatoren periodisch über Widerstände entlädt, als Leuchtvektor.
  • Die praktische Verwirklichung der gesamten illel3anordnung stützt sich auf bekannte Bauelemente. Entsprechend den obigen Ableitungen wird eine quadratische Kennlinie der Anlage zwischen den Sondenein- und den Verstärkerausgängen benötigt. Besonders geeignet erscheinen Kristalldetektoren, die bei den inFrage kominendenkleinen HF-Spannungen nur wenig von der idealen quadratischen Kennlinie abweichen und sich auch hinreichend stabil und erschütterungsunempfindlich herstellen lassen. Die Verstärker müssen dann linear arbeiten.
  • 1)ie Sonden selbst können selektiv oderaperiodisch ausgeführt sein, je nach Oberwellengehalt des Senders. Bei raschem Frequenzwechsel ist die aperiodische Sonde vorzuziehen, da sie keine Abgleicharbeit erfordert. Man wird jedoch aus Sicherheitsgründen ein Filter zwischen Sender und Leiturig schalten, wobei darauf zu achten ist, daß der Speisewiderstand der Leitung, der ja laut Bedingung gleich dem Wellenwiderstand der Leitung :ein muß, durch die Abstimmung des Filters nicht beeinflußt wird. Eine geeignete Schaltung zeigt Fig. 4.
  • Der nach obigen Gesichtspunkten gebaute Impedanzmesser ist betriebsfertig, wenn die Plattenspannungen absolut und untereinander so abgeglichen sind, daß das auf dem Leuchtschirm befindliche Diagramm von allen vier Teilspannungen bis zum Reaktanzkreis ausgesteuert wird. Man wählt als Abschlußwiderstand der Meßleitung zunächst einen Kurzschluß und stellt den Leuchtpunkt oder -vektor durch Regelung des Verstärkungsgrades des zugehörigen Verstärkers 3 auf Ji/Zo = o, während alle anderen Verstärker auf o gestellt sind. Bei leerlaufender Leitung regelt man dann V, auf den Diagrammort N/Zo = ooE Man beläßt die Verstärkungsregler von 1i und h3 auf ihren Stellungen und sucht sich eine Induktivität, die den Leuchtpunkt wieder in die Schirmmitte zurückführt, was ein Kriterium dafür darstellt, daß die induktive lteaktanz ' ` = + jZo ist, da für diesen Fall Sonde I und III gleiche Spannungen führen, während Sonde IV spannungsfrei ist. Man schiebt also den Leuchtpunkt mittels V2 auf j1. Legt man nun an das Leitungsende eine kapazitive Reaktanz, dergestalt, daß der Leuchtpunkt wieder auf o zurückwandert, so ist die Endlast W = -jZo und man dreht h4 auf _N/ZO = - j1. Am besten verwendet man zur Durchführung dieser Eichung eine Hilfskoaxialleitung, die am Leitungsende angeschlossen wird und in der ein Kurzschlußkolben um verschoben werden kann. An Stelle dieser Hilfsleitung lassen sich auch verlustfreie Schwingkreise verwenden, die von Serien- auf Parallelresonanz umschaltbar sind und somit ebenfalls den Reaktanzkreis des Schirms zu durchlaufen gestatten.
  • Sind sämtliche vier Sonden vollkommen gleichartig aufgebaut, so daß die Abhängigkeit der von ihnen gelieferten Spannung von der Frequenz bei allen die gleiche ist, so genügt es, beim Übergang auf eine andere Meßwelle die Sonden in die in obigen Ableitungen erwähnten Stellungen zu bringen, was am einfachsten mit Hilfe einer Schere (Fig. 5) erfolgt, und den Leuchtpunkt mittels der Senderamplitude bei beliebiger reaktiver Last auf den Reaktanzkreis zu schieben, um die Apparatur wieder betriebsfertig zu machen.
  • Ein weiterer Schritt zur Automatisierung der Messung in einem größeren Frequenzbereich besteht darin, die in die Leitung eingespeiste Sen@derspannung U, durch einen Regelverstärker 1s zu kontrollieren. Man kann zu diesem Zweck z. B. an' den Kondensator C, (i/wCl < ZO, Fig. 4) eine fünfte Sonde, die gleiche Frequenzcharakteristik wie die übrigen vier Sonden hat, ankoppeln, die von ihr gelieferte Spannung verstärken, gleichrichten und in bekannter Weise durch Vergleich mit einer konstanten Gleichspannung zur Beeinflussung der Senderamplitude verwenden. je kleiner die zur Steuerung des geregelten Netzgeräts GN nötige Regelgleichspannung ist im Vergleich zu der Höhe der konstanten Gleichspannung, desto größer ist die Genauigkeit, mit der der Randkrei:spegel am Oszillographen konstant gehalten werden kann.
  • Schließlich ist es noch möglich, die Stellung der Sonden und die Senderwellenlänge in einen den abgeleiteten Distanzbedingungen entsprechenden Gleichlauf zu bringen, d. h. primär die Senderwelle zu verändern und sekundär durch eine selbsttätige. Regelung die Sonden so nachzustellen, oder umgekehrt primär die Sonden und sekundär die Wellenlänge, daß die Distanzbedingungen stets erfüllt sind. Dies kann entweder aufrein mechanischem -Wege durch ein Getriebe mit zwischengeschalteter Kurvenscheibe erfolgen, wobei letztere die meistens nicht lineare Abhängigkeit von Senderwelle und Drehwinkel des Drehkondensators zu berücksichtigen gestattet, oder allgemein unter Benutzung einer zusätzlichen Wellenmesserleitung, deren Phasengeschwindigkeit gleich der der Hauptleitung ist und deren scharfe Miniara zur Beeinflussung eines Servomotors dienen, .der seinerseits die Senderwelle jeweils auf die neue Sondenstellung bzw. die Sonden jeweils auf die neue Senderwellenlänge nachstellt.
  • Fig. 4 und 6 dienen zur weiteren Erklärung. Die Hilfsleistung HL sei am Ende dauernd kurzgeschlosesn, die beiden auf ihr entlang zu führenden Sonden sind mit Sonde I (Fig. 4) der HauptmeB-leitung ML mechanisch gekoppelt und elektrisch gegeneinandergeschaltet, so daB für den Fall, daB die beiden Sonden symmetrisch zu einem Minimum stehen, die von ihnen gelieferten Spannungen sich gegenseitig auslöschen (Fig.6). Am Ausgang des Verstärkers he wird nun in der bereits oben besprochenen Weise eine Hilfswechselspannung Uh der Modulationsfrequenz und gleicher oder entgegengesetzter Phase wie .diese in Serie zu .der Ausgangswechselspannung des Verstärkers geschaltet, so daß hinter den Gleichrichtern nach Abzug einer amplitudenmäßig der Hilfswechselspannung Uh entsprechenden Gleichspannung eine resultierende Gleichspannung zur Verfügung steht, die je nach der Sondenstellung bezüglich des Minimums positiv oder negativ gepolt ist. Die so zur Verfügung stehendeRegelgleichspannung kann entweder direkt über einen Servomotor h1 oder unter Zwischenschaltung eines polarisierten Relais PR zur Verstellung des Senderdrehkondensators bzw. der Sondenschere verwendet werden.
  • Führt man nun die vier Meßsonden mit Hilfe ihrer Schere und einer motorgetriebenen Leitspindel gleichförmig über die Meßleitung hin und her, so werden die Hilfssonden mitgenommen und stellen mit der nachfolgenden Regelautomatik z. B. den Senderdrehkondensator so nach, daß die Meßleitung mit der Wellenlänge beschickt wird, die der jeweiligen Sondenstellung entspricht. Gleichzeitig sorgt der Amplitudenregelverstärker dafür, daß die eingespeiste Spannungsamplitude eine konstante maximale Leuchtschirmamplitude (Reaktanzkreisradius) erzeugt. Die eventuell vorhandene Regelträgheit in der Frequenznachstellung kann auf mechanischem Wege kompensiert werden. An Stelle die Sonden über die Schere primär anzutreiben und die Senderwelle nachzustellen, kann man, wie erwähnt, natürlich auch den Senderdrehkondensator primär verstellen und die Sonden mit Hilfe der Regelspannung nachstellen.
  • Das beschriebene Verfahren ist grundsätzlich bei Kurz-, Mittel- und Langwellen ebensogut anwendbar, wie bei cm-, dm- und m-Wellen, wenn die homogene glatte Leitung durch eine künstliche mit der gewünschten Phasengeschwindigkeit ersetzt wird. Eine solche Leitung kann in bekannter Weise homogen (Spulenleitung) oder auch aus diskreten verkoppelten oder unverkoppelten Reaktanzvierpolen aufgebaut werden, deren Phasenwinkel/Glied io° für die kürzeste jeweils verwendete Welle nicht überschreiten soll, um geringen Frequenzgang der elektrischen Charakteristika und stetigen Kurven-"erlauf zu gewährleisten.
  • Die wesentlichen Vorteile der beschriebenen Apparatur können kurz so zusammengefaßt werden: i. Die interessierende Objektivimpedanz bzw. -reflexion wird ohne zusätzliche Auswertarbeit und in einem Bruchteil der bisher benötigten Zeit unmittelbar nach Betrag und Phase dargestellt.
  • 2. Die Auswirkungen evtl. mechanischer oder elektrischer Veränderungen am Meßobjekt auf dessen Impedanz können während der Änderungen selbst beobachtet werden, wobei der Charakter des Diagramms Parallel- oder Serienkompensationen bei Fehlanpassung wesentlich erleichtert.
  • 3. Bei vollautomatischem Gerät läßt sich die Breitbandcharakteristik von Objekten, :die bisher aus einer Summe von Einzelmessungen gewonnen wurde, in kürzester Zeit unmittelbar darstellen (Fig. 7), wobei Meßbereiche von etwa zwei Oktaven durchaus realisierbar erscheinen.
  • Das Gerät stellt ein abgeglichenes Ganzes dar, das in seinem elektrischen Aufbau und seiner Mechanik notwendig all die Erfahrungen vereinigen muß, die der Experimentator jeweils erst mit großem Zeitverlust sammeln muß.
  • Beim Übergang von einem Meßbereich auf einen anderen ist nur der hochfrequente Teil der Anordnung auszuwechseln.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur unmittelbaren Beobachtung und quantitativen Messung der Endlast homogener und künstlicher Leitungen des Wellenwiderstandes Z, auf dem geeichten Leuchtschirm einer Braunschen Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle der Meßleitung den Innenwiderstand NI = Z, hat und die Spannung auf der Leitung von vier Sonden (SIbisSI\,) abgetastetwird,derencharakteristische Distanzen vom Objekt für S, : (m - @'l8 ± x), Sii : (m # @'l8 + x), Siii : (lt' 1,/8 ± x), SIv (n-.1'/8 IF x) sind, wobei x beliebig, m = 2, 4, 6, 8 . . .; n = 1, 3, 5, 7 . . ., und deren Ausgangsspannungen nach Verstärkung gleichgerichtet den vier Ablenkplatteti der Braunschen Röhre so zugeführt werden, daß SI den Kathodenstrahl nach _N/Z. = -i- j, St, nach N/Zo = -7, SI,I nach N/Zo = o und SI\- nach N/Zo = oc. ablenkt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Sonden gleiche Frequenzcharakteristik haben und die Senderamplitude durch eine Hilfssonde mit Verstärker (V5) so geregelt wird, daß die maximale Strahlauslenkung an der Braunschen Röhre für alle Betriebsfrequenzen konstant ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderwelle bzw. die Sondenstellung mit Hilfe eines mechanischen Getriebes oder einer Hilfsleitung (HL) über zwei Hilfssonden, Verstärker (h6) und Servomotor so beeinflußt werden, daß sich die Sendewelle und die Sondenstellungen gleichzeitig verändern, ohne die in Anspruch i aufgestellten Distanzbedingungen zu verletzen.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der Sonden durch einen Schalter nacheinander einem einzigen Verstärker zugeführt, synchron von dessen Ausgang abgenommen und den Ladekondensatoren der Ablenkplatten der Braunschen Röhre zugeleitet werden, wobei die Zeit, die zum Aufbau des Impedanzwertes auf dem Leuchtschirm benötigt wird, klein sei zur Abtastperiode des Schalters.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung nur von einer Sonde abgetastet und deren Spannung einem Verstärker zugeführt wird, der im Normalzustand blockiert ist und dessen Eingang nur an den durch die Gleichungssysteme festgelegten Sondenorten geöffnet und dessen Ausgang jeweils auf die zugehörige Ablenkplatte geschaltet wird.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch r, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der von den Sonden I und II abgenommenen Modulationsspannungen einem Verstärker und die Differenz der Modulationsspannungen der Sonden III und IV einem zweiten Verstärker zugeführt wird, deren Ausgangsspannungen nach Addition einer gleich- bzw. gegenphasigen gleichfrequenten Wechselspannung (Uh) sowie Gleichrichtung deren Summe und Subtraktion einer Uh proportionalen Gleichspannung den Platten des Oszillographen zugeführt werden.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sondeneinen eigenen Gleichstrom-, Breitband-oderResonanzverstärker hat, wobei die Zeitkonstante der parallel zu den Ablenkplatten liegenden R/C-Glieder so bemessen ist, daß sie rasche Änderungen der Sondenspannungen noch zu beobachten gestattet.
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