DE856334C

DE856334C - Capacitance measuring bridge

Info

Publication number: DE856334C
Application number: DES2370A
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr-Ing Wirk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-03-23
Filing date: 1950-03-23
Publication date: 1952-11-20

Description

Kapazitätsmeßbrücke Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer Kapazitätsmeßbrücke mit unterteilter Drossel und hat eine Verbesserung derselben insofern zum Gegenstand, als mit dieser Brücke auch Verlustwinkel genau gemessen werden können.Capacitance measuring bridge The present invention is concerned with a capacitance measuring bridge with a divided choke and has an improvement of the same to the extent that this bridge is also used to precisely measure the loss angle can be.

Stellt man den üblichen Schaltungsaufbau einer solchen Kapazitätsmeßbrücke schematisch z.B. gemäß der Fig. I dar, so ist nach dem durch Einstellung der einzelnen Abgriffe A1, A2 und A3 erfolgten Abgleich der Brücke bekanntlich der Meßling CX = α1 . CN1 + α2 . CN2 + α3 . CN3, wobei die Faktoren as, a2 und a3 feste, durch die eingestellten Abgriffe A1... A3 gegebene Bruchteile der Gesamtwindungszahl dieser Drosselseite und CN1. . CN3 Normalkapazitäten darstellen. Um nun mit einer solchen Brücke auch den Verlustwinkel von Cx bestimmen zu können, hat man bisher zwischen den Punkten 4 und 5 gemäß der gestrichelten Darstellung einen durch Drehen verstellbaren Widerstand W vorgesehen, und zwar einen Drahtwiderstand, um dieses in wider Gesamtschaltung meistl)enutzte Glied zuverl'ässig eichen zu können. If one puts the usual circuit structure of such a capacitance measuring bridge schematically, for example according to Fig. I, then by setting the individual Taps A1, A2 and A3 were compared to the bridge, as is known, the test piece CX = α1. CN1 + α2. CN2 + α3. CN3, where the factors as, a2 and a3 fixed fractions of the total number of turns given by the set taps A1 ... A3 this throttle side and CN1. . CN3 represent normal capacities. To now with a To be able to determine the loss angle of Cx with such a bridge has so far been possible between points 4 and 5 according to the dashed illustration one by turning adjustable resistor W provided, namely a wire resistor to this to be able to reliably calibrate the most frequently used link in the overall circuit.

Benutzt man hierfür nur einen Drehwiderstand, so ist eine logarithmische Kennlinie erwünscht, die aber bekanntlich bei Drahtwiderständen durch verschiedene Stücke von je geradlinigem Verlauf angenähert werden kann. Nach längerem Gebrauch treten beim Drehen des Widerstandes Kratzgeräusche auf. Weiterhin kann mit diesem Widerstand das Minimum bei der Verlustwinkelmessung nicht abgeglichen werden, wenn der Verlustwinkel des Meßlings Cx kleiner als der der vergleichenden Normalkapazität CN ist. Die Möglichkeit hierzu ist aber besonders bei Differenzmessungen an Kondensatorpaaren erwünscht. Da außerdem die Ohmschen Widerstände der unterteilten Drossel Dr in den Brückenzweigen, welche als Vorwiderstände zu dem Meßling und zu den Normalkapazitäten wirken, nicht klein genug sind, ist der Verlustwinkelmeßbereich nach kleinen Winkeln zu begrenzt.If one uses only one rotational resistance for this, it is a logarithmic one Characteristic curve desired, but it is known that with wirewound resistors it is different Pieces of each rectilinear course can be approximated. After prolonged use scratching noises occur when turning the resistor. Furthermore, with this Resistance is the minimum in the loss angle measurement not matched become when the loss angle of the test specimen Cx is smaller than that of the comparative Normal capacity is CN. The possibility of doing this is particularly useful in the case of differential measurements desirable on capacitor pairs. Since, in addition, the ohmic resistances of the subdivided Throttle Dr in the bridge branches, which act as series resistors to the brass and to the normal capacitances act, are not small enough, is the loss angle measuring range Too limited at small angles.

Erfindungsgemäß wird daher ein anderer Weg heschritten. Maßgebend für iden Verlustwinkel ist das Verhältnis des Spannungsabfalls am Widerstand W zu dem an der Normalkapazität (CN1 + CJv2 + CN3) = CN. Der über die Reihe schaltung von CN und W fließende Strom ist von der Stellung der Abgriffe A1...A3 unabhängig und durch die Summe der Normalkapazitäten CNl. .. CN3 gegeben, da der Spannungsabfall an den Gleichstromwiderständen der im abgeglichenen Zustand feldfreien Drossel Dr um viele Zehnerpotenzen kleiner ist als der Spannungsabfall an den Normalkondensatoren. Wird daher dem Widerstand W (Fig. 2) über einen venänderharen Kondensator CO, der zwischen den Punkten 3 und 5 eingefügt wird, weiterhin Strom geliefert, so steigt allein der Spannungsabfall an dem'Widerstand W, so daß der wirksame Verlustwinkel durch die Einstellung dieses Kondensators CO beeinflußt werden kann, ohne daß der schon vorgenommene Kapazitätsabgleich über die Abgriffe A1. .. A3 gestört wird. Die erstrebte Verbesserung der Kapazitätsmeßbrücke mit unterteilter Drossel wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß außer einem oder mehreren die unterteilte Drossel abgreifenden Normalkondensatoren, welche mit einem phasenbildenden Widerstand in Reihe einen Brückenzweig bilden, noch ein venänderlicher Kondensator vorgesehen ist, welcher mit seiner einen Belegung an einem Pol der Meßspannung oder einem Vielfachen derselben und mit seiner anderen Belegung an einem Punkt zwischen den Normalkondensatoren und dem phasenbildenden Widerstand liegt. According to the invention, a different approach is therefore taken. Authoritative for iden loss angle the ratio of the voltage drop across the resistor W is to that at normal capacity (CN1 + CJv2 + CN3) = CN. The series connection The current flowing from CN and W is independent of the position of the taps A1 ... A3 and by the sum of the normal capacities CNl. .. CN3 given because of the voltage drop at the direct current resistances of the field-free choke Dr is many powers of ten smaller than the voltage drop across the normal capacitors. Therefore, the resistor W (Fig. 2) via a variable capacitor CO, the is inserted between points 3 and 5, current continues to be supplied, so increases only the voltage drop across the resistor W, so that the effective loss angle can be influenced by the setting of this capacitor CO without the Capacity adjustment already carried out via the taps A1. .. A3 is disturbed. The desired improvement of the capacitance measuring bridge with subdivided choke is according to the invention achieved in that, in addition to one or more, the subdivided throttle tapping normal capacitors, which with a phase-forming resistor in Series form a bridge arm, another variable capacitor is provided is, which with its one assignment at a pole of the measuring voltage or a multiple the same and with its other assignment at a point between the normal capacitors and the phase-forming resistor.

Der Widerstand W braucht kein veränderlicher Widerstand mehr zu sein, sondern es kann ein Festwiderstand W in der Meßbrücke Verwendung finden. Der Verlustwinkel kann demnach durch den veränderlichen Kondensator CO, z. B. Drehkondensator, abgeglichen werden, d. h. mit einem Glied, dem bei völlig stetigem Gang ohne mechanische M'ängel jede gewünschte Kennlinie gegeben werden kann. Allerdings müßte der Kondensator CO groß gegen CN sein, z.B. mindestens den zehnfachen Wert der Normalkondensatoren besitzen. The resistance W no longer needs to be a variable resistance, instead, a fixed resistor W can be used in the measuring bridge. The angle of loss can therefore through the variable capacitor CO, z. B. variable capacitor balanced be, d. H. with one link that, with a completely steady gait, has no mechanical defects any desired characteristic can be given. However, the capacitor would have to CO must be large compared to CN, e.g. at least ten times the value of normal capacitors own.

Um mit üblichen Kondensatoren arbeiten zu können, wird nach einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens über einen Kondensator CN, vom Betrag der Summe der abgreifenden Normalkondensatoren CN1...CN3, der an einer gegenphasigen Spannung, z. B. -U, liegt, Strom über den Widerstand W geschickt. Damit ist dann der von der Summe der Normalkapazitäten CNI. . . CN3 und der von dem Kondensator CN, herrührende Strom im Widerstand W zu Null kompensiert. Der Strom im Widerstand W hängt daher nur noch von der Größe des Kondensators C= ab. Allerdings muß das Gleichgewicht zwischen CN, und CN um so genauer erfüllt sein, je größer CN gegen CO ist. Durch einen weiteren Schritt, der auch schon allein, d. h. bohne Anwendung von CN, (S. z. B. Fig. 3), Anwendung finden könnte, wird die oben geschilderte Beschränkung beseitigt. Dieser Schritt besteht darin, den Kondensator CO statt an den Punkt 3 an ein Vielfaches p der Meßspannung U zu legen, so daß p C0 wirkt. In der Fig. 3 ist z.B. p (I U + 9 U) = 10. Um p nicht übermäßig hoch zählen zu müssen, vereinigt man zweckmäßig beide Wege, wie die Fig. 4 zeigt. Hier wird das Iofache der Meßspannung U durch Reihenschaltung der Wicklungen (U und g U) des Transformators erzielt, denn der Bezugsnullpunkt für den Wert der Meßspannung ist der Punkt 4. tMan erkennt aus dieser Figur gleichzeitig. daß CN, an der Spannung -U liegt.In order to be able to work with conventional capacitors, after a Further development of the inventive concept via a capacitor CN, from the amount of Sum of the normal capacitors CN1 ... CN3 tapped off, which is connected to an antiphase Voltage, e.g. B. -U, current is sent through the resistor W. With that then that of the sum of normal capacities CNI. . . CN3 and that of the capacitor CN, the resulting current in the resistor W is compensated to zero. The current in the resistor W therefore only depends on the size of the capacitor C =. However, it must The greater the CN against, the more precisely the equilibrium between CN, and CN can be fulfilled CO is. By taking a further step, which alone, i. H. bean application of CN, (see e.g. FIG. 3), the above restriction becomes applicable eliminated. This step consists in connecting the condenser CO instead of at point 3 to be applied to a multiple p of the measuring voltage U, so that p C0 acts. In Fig. 3 e.g. p (I U + 9 U) = 10. In order not to have to count p excessively high, unite one expediently both ways, as FIG. 4 shows. Here it becomes 10 times the measuring voltage U obtained by connecting the windings (U and g U) of the transformer in series, because the reference zero point for the value of the measuring voltage is point 4. t can be seen from this figure at the same time. that CN, is connected to the voltage -U.

Um nun die Ablesegenauigkeit für den Verlustwinkel zu steigern, unterteilt man den Widerstand IV in z. 13. vier feste Stufen, welche sich wie 1 : 10 : 100 : 1000 verhalten und überstreicht mit dem Kondensator C= nur den stetigen Bereich 1 : 10, wobei die Stufen des Widerstandes W in 10-4, 10-3, 10-2, 10-1 beschriftet werden können. In order to increase the reading accuracy for the loss angle, divided one the resistance IV in z. 13. four fixed levels, which are like 1: 10: 100 : 1000 cautious and sweeps over the continuous range with the capacitor C = only 1: 10, with the levels of resistance W labeled in 10-4, 10-3, 10-2, 10-1 can be.

Diese Meßbrückenanordnung arbeitet dann, wie üblich, so, daß zunächst die abgriffe A1, A2 und A3 so verstellt werden. daß sich ein Minimum ergibt und damit der Kapazitätswert von Cx aus der Summe der einzelnen Normalkondensatoren CN1- CN3 gemäß den eingestellten Abgriffen ermittelt ist. Der Verlustwinkel des Meßlings Cx wird dann durch Einstellung des veränderlichen Kondensators CO und der jeweiligen Widerstandsstufe am Widerstand IV festgestellt. This measuring bridge arrangement then works, as usual, so that initially the taps A1, A2 and A3 can be adjusted in this way. that there is a minimum and thus the capacitance value of Cx from the sum of the individual normal capacitors CN1- CN3 is determined according to the set taps. The loss angle of the Bead Cx is then set by adjusting the variable capacitor CO and the determined resistance level at resistor IV.

Würde der veränderliche Kondensator CO an ein gegenphasiges Vielfaches der Meßspannung, also z. 13. -pU, gelegt, so könnte damit ein Abgleich für einen negativen Verlustwinkel gewonnen werden in den Fällen, in denen der Verlustwinkel der X-Seite kleiner als der an der N-Seite ist, wie er z. 13. bei Differenzmessungen an Kondensatorpaaren auftritt. If the variable capacitor CO would be an anti-phase multiple the measuring voltage, so z. 13. -pU, placed, a comparison for a negative loss angle are obtained in cases where the loss angle the X-side is smaller than that on the N-side, as z. 13. for differential measurements occurs on capacitor pairs.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Capacitance measuring bridge with subdivided Throttle, characterized in that, in addition to one or more, the subdivided throttle tapping normal capacitors, which with a phase-forming resistor in Row form a bridge arm, another variable capacitor is provided is which with its one assignment at a pole of the measuring voltage or a multiple the same and with its other assignment at a point between the normal capacitors and the phase-forming resistor.

2. capacitance measuring bridge according to claim I, characterized in that with the one between the normal capacitors and the phase-forming resistor Point an assignment of another of the sum of the normal capacitors tapped off corresponding capacitor is connected, the other assignment of which is connected to the antiphase Measuring voltage is present.

3. Modifications of the capacitance measuring bridge according to claim I or 2, characterized characterized in that the variable capacitor with its one assignment on one Pole of the multiple anti-phase measuring voltage lies.