-
Verfahren zur Erweiterung des Frequenzbereiches von Zungenfrequenzmessern
Die
Überlegenheit des Zungenfrequenzmessers gegenüber den anderen Frequenzmessern liegt
in der großen Genauigkeit des Meßwerkes bei gleichzeitig robustem Aufbau begründet.
Einer noch allgemeineren Verwendung diese Gerätes stand bisher die Begrenzung des
Frequenzbereiches nach unten und nach oben entgegen, da die Zungen nur etwa zwischen
10 und 1500 Hz technisch brauchbar sind. Die zur Erfassung eines großen Frequenzbereiches
notwendige Anzahl Zungen ist durch die Breite der Resonanzkurve der Zungen hestimmt,
also auch duch den Frequenzabstand zweier benachbarter Zungen; dieser beträgt bei
brauchbarer resonanzkurve etwa 1 % der Eigenfrequenz der Zunge. Um größere Frequenzbereiche
erfassen zu können, hat man beispielsweise bei der Drehzahlmessung Ziegermeßgeräte,
z. B. Voltmeter, mit Zungenfrequenzmessern kombiniert und das Zeigergerät an besonders
interessanten Stellen des Frequenzbereiches durch Zungenfrequenzmesser ersetzt bzw.
kontrolliert.
-
Mit der voliegenden Erfindung soll in erster Linie die Aufgabe gelöst
werden, weitere Frequenzbereiche als bisher mit der gleichen oder mit verringerter
Anzahl von Zungen zu erfassen. Man hat z. B. die letztere Aufgabe bisher so gelöst,
daß man
den Frequenzabstand zweier benachbarter Zungen uber den
Normalabstand von 1 % hinaus vergrö-Feste. Dadurch konnte man zwar die Anzahl der
Zungen vermindern, aber gleichzeitig stellte sich der Nachteil ein, daß bei einem
zu messenden Frequenzwert, der etwa mitten zwischen der Eigenfrequenz von zwei benachbarten
Zungen lag, die Amplituden der Zungen zu klein wurden, um durch Interpolation den
Frequenzwert ablesen zu können.
-
Bei einem anderen bekannten Verfahren wurde der Meßberiech des Zungenfrequenzmessers
durch das Vorschalten eines Gleichrichters verändert. Durch die Gleichrichtung des
Wechselstroms erhält man bekanntlich einen pulsierenden Gleichstrom doppelter Frequenz,
die durch das Zungenfrequenzmesser angezeigt wird. Bei den neuen elektromagnetisch
erregten Zungenfrequenzmessern ist erfindungsgemäß den Erregerwicklungen außer der
zu messenden Frequenz fn noch eine feste Frequenz f0 zugeführt, wobei diese feste
Frequenz so gewählt wird, daß die Modulation der beiden Frequenzen eine Verschiebung
des zu messenden Frequenzbereiches in den Eigenfrequenzbereich des Zungenkammes
des Frequenzmessers ergibt. Bei der Modulation der beidne Frequenzen entst4hen in
erster Linie die Frequenzen 2fn, 2f0, fn + f0, fn - f0. Durch geeignete Abstimmung
des durch die Schwingungen erregten Zungenfrequenzmessers kann man sich nun nach
Belieben entweder die Summenfrequenz oder die Differenzfrequenz oder die Oktave
auswählen und zur Anzeige bringen.
-
Will man beispielsweise den Frequenzbereich von 10 bis 45 Hz. messen,
so muß man, wie erwähnt, um Lücken zu vermiden, den Frequenzabstand zweier Zungen
zu etwa 1 % wählen. Bei diesem Frequenzabstand braucht man für den Bereich von 10
bis 45 Hz mehr als 100 Zungen. Dadurch wird das Gerät sehr umfangreich und damit
unübersichtlich und teuer. Verschiebt man diese Frequenzen durch Modulation mit
einer festen Frequenz f0 = 100 Hz den Bereich von 110 bis 145 Hz, so haben die zur
Anzeige der Frequenzen von 10 bis 45 Hz dienenden Zungen eine wesentlich höhere
Eigenfrequenz. Bei der 10 Hz anzeigenden Zunge mit der Eigenfrequenz von 110 Hz
macht 1 % Änderung ungefähr 1 Hz aus, d. h. die nächsthöhere Zunge kann auf 111
Hz abgestimmt werden. Sie zeigt aber eine Frequenz von 11 Hz an, hat also einen
Abstand von 10%, bezogen auf die zu messende Frequenz. Während bei der direkten
Abstimmung für dieses Intervall etwa zehn Zungen zur einwandfreien Anzeige gebraucht
wurden, bestreicht man bei Anwendung des Erfindungsgedankens denselben Frequenzbereich
mit nur zwei Zungen bei praktisch ausreichender Frequenlzablesung durch Interpolation.
Für den ganzen Bereich des Beispiels werden so etwa 35 Zungen gebraucht, d. h. durch
die Anwendung der Erfindung wird die Zungenzahl auf weniger als ein Drittel herabgesetzt
und damit die eingangs gestellte Aufgabe gelöst. Bei der Modulation der zu messenden
Frequenzen fn = 10 bis 45 mit der festen Frequenz f0 = 100 Hz entstehen aber auch
noch die Frequenzen 20 bis 90 Hz, 200 hz und 90 bis 55 Hz, von denen die Oktaven
von f0 und fn, also 20 bis 90 und 200 Hz und die Differenzfrequenzen fn-f0 = 90
bis 55 Hz durch passende Wahl der Abstimmung des zungenfrequenzmessers ausgeschieden
werden.
-
Durch die Erfindung ergibt sich ganz allgemein die Möglichkeit, Frequenzen,
die außerhalb des normalen Frequenzbereiches (7 bis I500 Hz) eines Zungenfrequenzmessers
liegen, mit einem Zungenfrequenzmesser zu messen. Die Lösung dieser Aufgabe ist
von größter Bedeutung, weil da durch der Anwendungsbereich dieser einfachen Meßgeräte
bedeutend erweitert wird. Wenn man z. B. eine Frequenz fn von 2050 bis 2070 Hz messen
will, so wählt man f0 zu 2000 Hz und mißt die Differenz fn - f0, also 50 bis 70
Hz.
-
Frequenzen unterhalb von 10 Hz zu messen, war bisher eine fast unlösbare
Aufgabe, die nur mit größtem Aufwand bewältigt werden konnte. Erfindungsgemäß löst
man die Aufgabe auf recht einfache Weise: man moduliert die zu messende Frequenz
von beispielsweise 2 Hz mit einer festen Frequenz von 50 Hz und mißt entweder die
Differenzfrequenz von 48 Hz mit einem Zungenfrequenzmesser in einem Frequenzbereich
von 45 bis 49 Hz oder die Summenfrequenz zu 52 Hz mit einem Zungenfrequenzmesser,
dessen Frequenzbereich auf 51 bis 55 Hz abgestimmt ist. Selbst bei Frequenzen zwischen
10 und 20 Hz, wo man direkt abgestimmte Zungen verwenden kann, bringt die Anwendung
der Erfindung große Vorteile. Die Zungen dieser Frequenzen sind sehr erschütterungsempfindlich,
was z. B. in Räumen mit starken Erschütterungen zu Fehlmessungen führen kann. Außerdem
haben Zungen derartiger Eigenfrequenz eine sehr lange Einschwingheit (etwa 20 Sekunden
für 10 Hz.) Daher dauert es sehr lange, bis die Zungen sich beruhigen, wenn sie
einmal in Bewegung sind.
-
Außerdem können sie schnellen Frequenzänderungen nicht folgen. Alle
diese Nachteile der Zungen für tiefe Frequenzen werden durch die Erfindung besietigt,
wenn die Frequenzen nicht direkt, sondern als Summe, z. B. zu 100 Hz, angezeigt
werden.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Zungenfrequenzmesser,
sondern kann ganz allgemein auf Meß- und Regelgeräte mit schwingenden Zungen angewandt
werden, beispielsweise auch auf Frequenzrelais. Man ist so z. B. in der Lage, ein
Frequenzrelais für 3 Hz zu bauen, was bisher technisch unmöglich war.