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Meßanordnung zur Vergleichung von Kapazitäten, Seibstinduktionen oder
komplexen Widerständen
Gegenstand der Erfindung ist eine Meßeinrichtung für Kapazitäten,
Seibstinduktionen oder kornplexe Widerstände, bei welcher zwei dieser Elemente in
bekannter Weise in einer Brückenschaltung verglichen werden, die Anzeigeeinrichtung
aber so gestaltet ist, daß ein Gleichstromnullinstrument benutzt wird, das nicht
nur den ab soluten Betrag der Differenz zwischen der Normalen und dem Prüfling,
sondern auch anzeigt, ob der Prüfling, bezogen auf die Normale, zu groß oder zu
klein ist.
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Erfindungsgemäß wird eine an einen Nullstrom-Zeiger geschaltete Elktrnnenröbre
verwendet, der außer dem Meßstrorn ein Hilfswechsefstrom zugeführt wird.
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In der Zeichnung ist eine Brücke gemäß der Erwindung an dem Beispiel
einer Kapazitätsmeßbrücke im Schaltbild dargestellt. Der Generator, der hier beispielsweise
aus einem Wechselstromnetz über ein Gleichrichteraggregat betrieben wird, besteht
aus einer Triode in Rückkopplungsschaltung mit abgestimmtem Anodenkreis. Mit dem
Anodenkreis des Generators ist die eigentliche Brücke gekoppelt.
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Die Brückenschaltung besteht in bekannter Weise aus vier Kondensatoren
C, Cx, C3 nnd C4. Die Schaltanordnnng wird vorteilhaft so gewählt, daß der Normalkondensator
Cn und der Prüfling Cx mit einer Belegung gemeinsam an Erde liegen. Um die angestrebte
Wirkung einer Anzeige durch ein Nullinstrument mit Rechts- und Linksausschlag zu
erzielen,
das also anzeigt, ob der Prüfling, bezogen auf die Normale, zu groß oder zu klein
ist, wird folgende Anordnung getroffen: An das dritte Gitter G3 einer Mischröhre
wird von der Gitterspule des Senders eine WecEselspannung von der Sendefrequenz
gelegt. Die Anode A und das Gitter G2 sind über die WiJderstände R1 und R2 an die
von dem Gleichrichter über einen Stabilisator gelieferte Anodenspannung gelegt.
Das Schutzgitter G4 ist mit der Anode zusammengeschaltet. Zwischen. der Anode A
und dem Gitter G2 ist ein Galvanometer J als Nullstromzeiger eingeschaltet. Die
widerstnde R1, R2, R3, R4 und der Regelwiderstand P werden so gewählt, daß an der
Anode und dem Gitter G2 bei Anlegung der Hilfswechselspannung an das Gitter G3 das
gleiche Potential herrscht. In diesem Zustand wird der Nullstromzeiger J keinen
Strom zeigen.
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Durch den Regelwiderstand P, über den das Gitter G3 eine negative
Vorspannung erhält, kann bei der Betätigung des Schalters wider Nullpunkt des Instruments
J und damit der Betriebszustand der Mischröhre eingestellt werden. An das gitter
G1 der Mischröhre wird die Brückenspannung gelegt. Die Brückenspannung an den Punkten
B, E setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, die in der Phase um 1 8o elektrische
Grade verschoben sind. Sind die Spannungskomponenten gleich groß, so ist die Brücke
im Gleichgewicht, d. h. die Spannungskomponenten heben sich auf, so daß die Spannung
zwischen den Punkten B, E Null ist.
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Dieser Zustand tritt bekanntlich bei der Brückenschaltung ein, wenn
die Gleichung erfüllt ist: Cn+C6 S C3+C5 Cx + Co C4 Macht man C3 + C5 = Q und C6
= C0@ wobei C0 die Kapazität der Anschaltvorrichtung des Prüflings Cx bedeutet,
so ist die Spannung zwischen denPunkten B und E Null, wenn Cx = ist. In diesem Fall
wird an dem Betriebszustand der Mischröhre nichts geändert, und der Nullstromzeiger
beharrt in der Nullage. Sinus die Kondensatoren Cn und Cx verschieden, so tritt
an den Punkten B und E eine Wechselspannung au. Ist der Normalkondensator Cn größer
als der Prüfling Cx, so wird eine resultierende Wechseispannung zwischen den Punkten
B und E auftreten, die mit der Hilfswechselspannung am Gitter G3 in Phase ist. Ist
dagegen der Prüfling Cx größer als der Normalkondensator Cn, so wird zwischen den
Punkten B und E eine Wechselspannung auftreten, die gegen die Hilfswechselspannung
am Gitter G3 um 1 8o elektrische Grade verdreht ist. Die Meßspannung zwischen B
und E wird an das Steuergitter G1 der Mischröhre gelegt. Der Anodenstrom dieser
Röhre enthält entsprechend den bekannten Vorgängen bei der multiplikativen Mischung
unter anderem die Differenzfrequenz und die Summenfrequenz der zugeführten Spannungen
Da die Frequenz dieser Spannungen gleich ist, entsteht als Differenzfrequenz Null,
d. h. ein Gleichstrom, der sich dem Ruhestrom der Röhre überlagert. Die Größe dieses
Gleichstroms ist dem Produkt der beiden zugeführten Wechselspannungen proportional.
Bei konstant bleibender Wechselspannung am Gitter G3 wirkt die Anordnung also als
empfindliches Röhrenvoltmeter mit vom Anfang an gradliniger Kennlinie. Die Zunahme
des Anoden stroms entspricht einer Abnahme des Stroms des Gitters G2, da ja der
Gesamtstrom unverändert bleibt, solangeauf geradlinigen Kennlinienteilen der Mischröhre
gearbeitet wird. Die beschriebene Anordnung des Meßinstruments zwischen dem Gitter
G2 und der Anode arbeitet daher besonders vorteilhaft. Die Richtung des zusätzlich
entstehenden Gleichstroms hängt von der gegenseitigen Phasenlage der beiden zugeführten
Wechselspannungen ab, und zwar nimmt der Anodenstrom zu, wenn die Wechselspannungen
in Phase sind, und nimmt ab bei Gegenphasigkeit. Da die gegenseitige Phasenlage
der beiden Wechselspannungen von der Größe des Prüflings Cx, bezogen auf die Normale
Cn, abhängt, zeigt das als Nullinstrument ausgebildete Galvanometer J je nach der
Richtung des Ausschlags an, ob der Prüfling Cx zu groß oder zu klein ist. Da die
Meßanordnung linear arbeitet und auch die Spannung im Brückenzweig den Abweichungen
des Prüflings Cx vom Normalkondensator Cn proportional ist, solange diese Abweichungen
klein sind, kann das Galvanometer direkt in Prozentfehlern geeicht werden.
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Wenn auch kleine Kapazitäten gemessen werden sollen, bei denen die
Brücke durch die Kapazität der Meßröhre und ihre Zuleitungen bereits merklich belastet
wäre, kann man diese schädlichen Kapazitäten für die Betriebsfrequenz durch eine
parallel geschaltete Induktivität Dr fast ganz kornpensieren.
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Der Meßbereich der Brücke ist nach oben durch die Resonanz im Brückentkreis,
die bei einer bestimmten Größe der Kondensatoren C,, und Cx eintritt, begrenzt.
Der veränderbare Kondensator C5 dient zum Abgleich der Brücke und der veränderbare
Kondensator C6 zum Ausgleich der Kapazität verschiedener Anschaltevorrichtungen,
mit denen der Prüfling an die Meßeinrichtung angeschlossen wird.
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Die Meßeinrichtung, die in dem vorstehenden Beispiel für den Vergleich
von Kondensatoren beschrieben ist, kann natürlich auch zum Vergleich von Selhetinduktionen
oder komplexen Widerständen, die aus Selbstinduktion, Kapazität und reellem Widerstand
bestehen, sinngemäß angewendet werde.