-
Verfahren zur Messung der Eigenkapazität einer Spule 1 )er Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln und ohne großen Zeitaufwand die
Eigenkapazität einer Spule zu bestimmen. Diese Aufgabe tritt im Hochfrequenzgerätebau
wiederholt auf. Im Empfängerbau ist es beispielsweise erforderlich, die Eigenkapazität
der Spulen von Bandfiltern mit hinreichender Genauigkeit messen zu können. tit der
Navigationstechnik sind es die Spulen der dort üblichen Goniometer, deren Eigenkapazität
man kenne muß, und auch in anderen Zweigen der Hochfrequenztechnick treten Meßaufgaben
dieser Art auf. Gemäß der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe folgendes Verfahren
vorgeschlagen: Es wird von einem mit einem Drehkondensator abstimmbaren Schwingungskreis
ausgegangen, dessen Resonanz in üblicher Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Röhrenvoltmeters,
angezeigt werden kann. Auf diesen Schwingungskreis werden die Schwingungen eines
Oszillators gekoppelt. Die zu messende Spule wird dem Schwingungskreis parallel
geschaltet. Der Drehkondensator des Schwingungskreises wird zunächst so eingestellt,
daß der Schwingungskreis auf die Grundwelle der auf ihn induzierten Oszillatorschwingung
abgestimmt ist.
-
Anschließend wird der Schwingungskreis durch Verstellen des Drehkondensators
auf die erste Oberwelle dieser Schwingung abgestimmt. Wird die Kapazität des Drehkondensators
bei seiner ersten Einstellung mit C1 und seine Kapazität bei der zweiten Einstellung
mit C2 bezeichnet, so errechnet sich die Eigenfkapazität C0 der Spule aus der Formel
Es ist nun nicht erforderlich, die Eigenkapazität nach dieser Formel jeweils berechnen
zu müssen.
-
Man kann dazu ein Diagramm benutzen, bei dem in
einem
rechtwinkligen Koordinatensystem die Kapazttätswerte C1 auf der einen Achse und
die Kapazitätswerte C2 auf der anderen Achse aufgetragen sind.
-
I)ie Kapazität C0 erscheint dann als Parameter in Form von das Diagramm
durchsetzenden, parallelen Geraden.
-
Die angegebene Formel erhält man aus folgender Rechnung, wobei mit
m1 die Kreisfrequenz für die Grundwelle und mit #2 die Kreisfrequenz für die erste
Oberwelle bezeichnet ist. L stellt die Induktivität des Schwingungskreises dar.
l's ist #1²= L (C1 + C0) w2²= .
-
L (C2 + C0) Durch Division der beiden Gleichungen erhält man #2²
L (C1 + C0) = #1² L (C2 + C0) Setzt man für et)2 = 2 (s)1 ein, so ergibt sich
Aus dieser Rechnung ersient man, oati bei Anwendung der vorgeschlagenen Meßmethode
die Induktivität L herausfällt, daß also die Eigenlkapazität der Spule nur noch
ein Maß der Drehkondensatorwerte für die Grundwelle und die erste Oberwelle ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
In Abb. I ist in einem Gerät 1 der aus der Schwingkreisspule 3 und dem Drehkondensator
4 bestehende Schwingungskreis angeordnet, dem ein die Resonanz anzeigendes Meßgerät,
z. B. ein Röhrenvoltmeter II, parallel geschaltet ist. In der Zeichnung ist dieses
Röltren voltmeter nur symbolisch als Meßgerät eingezeichnet. I)ie zu messende Spule
5 mit ihrer Eigenkapazität 6 wird an die Klemmen 7 angeschlossen.
-
Auf den Schwingungskreis 2 wird die Spannung eines Hochfrequenzoszillators
8, z. B. eines Meßsenders, über die Koppelspule 9 gekoppelt. Die Grundfrequenz des
Oszillators 8 ist so zu wählen, daß der Schwingungskreis dann auf Resonanz abgestimmt
ist, wenn der Drehkondensator sich etwa in der Nähe der einen Endstellung befindet.
Diese Kapazität wird abgelesen. Danach erfolgt die Abstimmung des Schwingungskreises
2 auf die erste Oberwelle der Schwingung durch entsprechende Verstellung des Drehkondensators.
Aus den Kapazitätswerten C1 und C2 kann man entsprechend der oben atigegelienen
Formel die Eigenkapazität der Spule 5 ermitteln.
-
Man kann sich aber auch eines in Abb. 3 dargestellten, auf einer
Auswertetafel eingetragenen Diagramms bedienen, bei dem die Kapazitätswerte C1 auf
der einen und die Kapazitätswerte C2 auf der anderen Achse eines rechtwinkligen
Koordinatensystems aufgetragen sind. Die parallel verlaufenden Geraden gleichen
Ahstandes stellen die Kapazitätswerte C0 dar. Abgelesen wird am Schnittpunkt P,
der sich aus den Werten der Kapazitäten C1 und C2 ergibt. Zur Erleichterung der
Ablesung kann die Ablesetafel mit zwei verschiebbaren, durchsichtigen Linealen versehen
werden, die senkrecht aufeinander stehen.
-
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. I ein beliebiger Oszillator
angewendet ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 in dem Meßgerät 10 bereits
ein solcher Oszillator mit eingebaut. Im übrigen stellen die gleichen Bezugszeichen
die gleichen Anordnungen dar, wie sie an Hand der Abb. I beschrieben wurden.
-
Unter Umständen kann es ausreichend sein', den Oszillator 8 auf eine
feste Frequenz einzustellen, was eine wesentliche Vereinfachung des Gerätes bedeuten
würde. In diesem Fall ist man jedoch in der Messung auf Spulen beschränkt, die sich
innerhalb eines bestimmten Intervalls der Eigeninduktivität bewegen, da ja die Induktivität
der zu messenden Spule in die Schwingkreisdaten mit eingeht.
-
In Albb. 4 ist noch eine besonders zweckmäßige Form für die Resonanzanzeige
dargestellt, die den Vorteil hat, daß eine Symmetriekontrolle möglich ist.
-
Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich aus den bereits abgelesenen
Werten C1, C2 nach der Gleichung L = 4 #1² (C1 - C2) auch eine exakte Induktivitätsbestimmung
durchführen. Wählt man die Grundfrequenz z. B. zu-#1 = 1,56 MHz, so erhält man die
Induktivität aus der vereinfachten Formel
Diese Gleichung ist in einem analogen Diagramm mit L als Parameter darstellbar.
Da die Neigungen der Parametergeraden C0 und L verschieden sind, können die beiden
Geradenscharen überdeckend in ein Kennlinienblatt gezeichnet werden, wie es in Abb.
5 dargestellt ist. Mit der gewählten Frequenz von I,56 MHz kann man aher nur Spulen
mit einer Induktivität von etwa I8 bis 42 µH messen, was eine Einschränkung bedeutet.
Eine Erweiterung ist durch Wahl entsprechender Frequenzen f1, die durch die Gleichung
zu berechnen sind, möglich. f1 bedeutet dabei die Grundfrequenz, für die die diagrammatische
Darstellung gezeichnet wurde, in vorliegendem Falle I,56 MHz, und F der Faktor,
mit dem die Ablesung bei Wahl einer anderen Frequenz zu multiplizieren ist. Bei
f1 = I,56 MHz erhält man für verschiedene
Faktoren F aus der angegebenen
Gleichung die Meßfrequenzen ft'.
-
Wenn man sich bei der Eigenkapazitätsmessung grundsätzlich an diese
Frequenzen hält, so kann man bei den Meßwerten Ct, C2 dem Diagramm der Abb. 5 sowohl
die Eigenkapazität C0 als auch die exakte Induktivität 1, gleichzeitig entnehmen.