DE860829C

DE860829C - HF impedance measuring bridge

Info

Publication number: DE860829C
Application number: DEM1667A
Authority: DE
Inventors: Albrecht W Dr-Ing Meinholt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-01-28
Filing date: 1950-01-28
Publication date: 1952-12-22

Description

HF-Scheinwiderstandsmeßbrücke Es sind Anordnungen bekannt, die gestatten, in der Hochfrequenztechnik übliche Widerstände, Netzwerke, Zwei- und Vierpole nach Wirk- und Blindkomponenten zu messen. Man unterscheidet drei Gruppen von Verfahren: I. die Strom-Spannungsmeßyerfahren, 2. die Resonanzmeßverfahren, 3. die Brückenmeßverfahren.HF impedance bridge Arrangements are known which allow Resistors, networks, two- and four-pole connections that are common in high-frequency technology Measure active and reactive components. There are three groups of procedures: I. the current-voltage measuring method, 2. the resonance measuring method, 3. the bridge measuring method.

Im Fall 1 wird eine definierte Spannung an das Meßobjekt gelegt und der sich einstellende Strom gemessen oder ein definierter Strom durch das Meßobjekt geschickt und der sich bildende Spannungsabfall gemessen. Der Scheinwiderstand ergibt sich als Quotient von Spannung und Strom, der Scheinleitwert als das Reziproke. Die Messung von Wirk-und Blindanteil erfordert noch die Feststellung des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom. Eine direkte Ablesung der gemessenen Widerstandswerte ist hierbei nur unter Zuhilfenahme umfangreicher Nebenapparaturen möglich. In case 1, a defined voltage is applied to the test object and the resulting current measured or a defined current through the device under test cleverly and the voltage drop that forms is measured. The impedance results as the quotient of voltage and current, the admittance as the reciprocal. The measurement of active and reactive components also requires the phase angle to be determined between voltage and current. A direct reading of the measured resistance values is only possible with the help of extensive ancillary equipment.

Im Fall 2 wird das Meßobjekt als Serien- oder Parallelwiderstand in einen in seiner Resonanzfrequenz erregten Schwingungskreis gelegt und dessen Resonanzspannung oder eine daraus abgeleitete Größe für die Messung verwertet, wobei im wesentlichen zwei Methoden angewendet werden: a) die Verstimmungsmethode (d C- oder d F-Methode), b) die Resonanz-Spannungs- oder Stromverhältnismethode. In case 2, the device under test is used as a series or parallel resistor placed in an oscillating circuit excited in its resonance frequency and its Resonance voltage or a quantity derived therefrom is used for the measurement, with essentially two methods are used: a) the detuning method (d C- or d F method), b) the resonance voltage or current ratio method.

Beide Methoden ergeben die Dämpfung oder Güte und damit Aufschluß über die Größe des Meßobjektes auf dem Umweg der Rechnung. Auch ist es nur möglich, Blind- und Wirkanteile etwa durch Substitution nach erfolgter Verstimmung, durch das Einschalten des Meßobjektes erfolgend, festzustellen und zu messen.Both methods give the attenuation or quality and thus information on the size of the measurement object by way of the calculation. Also it is only possible Reactive and active components, for example through substitution after the detuning has taken place the Switching on the device under test taking place, to determine and to measure up.

Im Fall 3 wird das Meßobjekt mit geeichten Normalen in einer Brückenanordnung verglichen und entweder durch feinstufig veränderbare Normale oder durch feste Normale und veränderbares Brückenverhältnis bestimmt. Hierbei sind genaue Messungen möglich, insbesondere mittels der Differentialmeßbrücke, deren Verhältnis stets 1 : 1 ist, wobei die Empfindlichkeit ihr Maximum hat. Ein direktes Ablesen ist bei geeichten Normalen möglich, sowohl nach Wirk- wie nach Blindanteil. Jedoch ist der Aufwand bei den bis heute bekannten Brücken schon durch . die Vielzahl der notwendigen Normale unverhältnismäßig hoch und für ein praktisches billiges Meßgerät untragbar. In case 3, the test object is placed in a bridge arrangement with calibrated normals compared and either through finely variable standards or through fixed standards and changeable bridge ratio determined. Accurate measurements are possible here, in particular by means of the differential measuring bridge, the ratio of which is always 1: 1, where the sensitivity is at its maximum. A direct reading is with calibrated Normals possible, both according to active and reactive component. However, the effort is with the bridges known to this day. the multitude of necessary standards disproportionately high and prohibitive for a practical inexpensive meter.

Die hier beschriebene Erfindung vereint in sich die Vorzüge der Messung im Resonanzkreis mit denen der Brücke und gestattet durch entsprechende Konstruktion das Einspeisungskondensators C" welcher als Hohlleiter, dessen Durchgangskapazität durch Längenveränderung in weiten Grenzen veränderbar gemacht werden kann, z. B. im Bereich I I I0-4 pF, eine direkte Ablesung der Widerstands-bzw. Leitwerte auf logarithmischer Skala. The invention described here combines the advantages of measurement in the resonance circuit with those of the bridge and permitted by appropriate construction the feed capacitor C "which as a waveguide, its through capacitance can be made changeable within wide limits by changing the length, e.g. B. in the range I I I0-4 pF, a direct reading of the resistance or. Guide values on logarithmic scale.

Erfindungsgemäß wird ein mit dem zu messenden Widerstand direkt oder mittels transformatorischer Übersetzung bedämpfter Resonanzkreis in einem Zweig einer Brückenanordnung über einen im benachbarten Brückenzweig liegenden, als Hohlleiter ausgebildeten, in Widerstands- oder Leitwertgraden geeichten, in großem Kapazitätsbereich veränderbaren Kondensator gespeist und gegen einen Festkondensator und Festwiderstand in den anderen Zweigen der Brücke durch direktes Ablesen nach einer Differenzmethode gemessen. According to the invention, a with the resistance to be measured is directly or resonance circuit in one branch dampened by means of a transformer translation a bridge arrangement over an adjacent bridge branch as a waveguide trained, calibrated in resistance or conductance degrees, in a large capacity range variable capacitor fed and against a fixed capacitor and fixed resistor in the other branches of the bridge by direct reading by a differential method measured.

Falls dieser Hohlleiter in zylindrischer, gestreckter Form aufgebaut ist, ergibt sich seine Durchgangskapazität und damit Eichung als Funktion seiner Längeneinstellung. Bildet man diesen Hohlleiter als Teil eines Hohlwulstes oder Hohlrings aus, so kann diese (elektrische) Längeneinstellung durch geeignete Wahl des Durchmessers des Hohlrings in eine Winkeleinstellung umgeformt werden; z. B. wie die Kolbenbewegung eines Drehspulmeßwerks mit Luftdämpfung. If this waveguide is constructed in a cylindrical, elongated shape is, its throughput and thus calibration results as a function of its Length adjustment. If this waveguide is formed as part of a hollow bead or Hollow ring, this (electrical) length adjustment can be made by a suitable choice the diameter of the hollow ring can be converted into an angular setting; z. B. like the piston movement of a moving coil measuring mechanism with air damping.

Der Fortschritt der Anordnung besteht somit in erster Linie in der Möglichkeit, alle Arten von Widerstände oder passive Vierpole der Hochfrequenz und Fernmeldetechnik in kürzester Zeit ohne Rechnung direkt nach Wirk- und Blindanteilen zu messen mit einer Genauigkeit, die für praktische Messungen hinreichend ist, und die noch gesteigert werden kann bis an die Grenze der Ablesegenauigkeit empfindlicher elektrischer Meßinstrumente. Durch Verstärkung der Anzeigespannung kann man die Einstellschärfe noch weitertreiben. The progress of the arrangement thus consists primarily in the Possibility of all kinds of resistors or passive quadrupole of high frequency and Telecommunication technology in the shortest possible time without invoicing directly according to active and reactive components to measure with an accuracy sufficient for practical measurements, and which can be increased to the limit of the reading accuracy more sensitive electrical measuring instruments. By amplifying the display voltage, the Drive focus even further.

Das Schaltbild Abb. I zeigt: L und C bilden den Resonanzkreis, dem das Meßobjekt R2 parallel geschaltet wird. HF-G ist der speisende Hochfrequenzgenerator. Durch Verstellen des in Kapazitätswerten geeichten Kondensators C läßt sich die Blindkomponente herausstimmen und messen, Durch Verstellen des Einkoppelkondensators Ce läßt sich die Spannungseinkopplung so wählen, daß die am inzwischen reell gemachten Kreiswiderstand, der sich aus R, und dem Resonanzparallelwiderstand des Kreises zusammensetzt, auftretende Spannung gleich der am Normalwiderstand Rn auftretenden Spannung ist. Das Anzeigeinstrument I zeigt dann Null (Nullpunkt in der Mitte). Vor und nach diesem Abgleich zeigt das Instrument die Einstellung des Resonanzkreises auf Resonanzmitte an. Die beim Abgleichen durch Verändern der Kapazität des Einspeisungskondensators Ce auftretende Verstimmung des Meßkreises bleibt wegen der kleinen wirksamen Absolutkapazität dieses Einspeisungskondensators innerhalb der Genauigkeitstoleranzen der Anordnung. Die maximal auftretende Verstimmungskapazität beträgt bei Werten des resultierenden. Parallelresonanzwiderstands des Meßkreises zwischen 100 und 20 Ohm noch weniger als I pF, was auf die Einstellung des hierbei so stark gedämpften Meßkreises keinen Einfluß mehr hat. Da die Skala von Ce in Leitwerten bzw. Widerstandswerten geeicht werden kann, ist somit der Wirkleitwert bzw. Widerstand des Meßobjektes als Differenz des Wertes der Grunddämpfung des Kreises (Leerlaufwert) und des Dämpfungswerts bei angeschaltetem Meßobjekt (Meßwert) ablesbar, wie folgende Beziehungen zeigen Brückengleichung der Leitwerte bei Abgleich: # Cn #Ce Gn = Gx (I) Gn Gx = Ce . ; (2a) Cn Rx = Rn . . (2b) Ce In Gleichung 2 a sind Gn und Cn konstant, somit ist G, in Graden von Ce eichbar. The circuit diagram Fig. I shows: L and C form the resonance circuit, the the DUT R2 is connected in parallel. HF-G is the feeding high frequency generator. By adjusting the calibrated capacitor C in terms of capacitance values, the Tune out and measure reactive components by adjusting the coupling capacitor Ce the voltage coupling can be chosen so that the am meanwhile made real Circular resistance, which is made up of R, and the parallel resonance resistance of the circuit composed, occurring voltage equal to that occurring at the normal resistor Rn Tension is. The display instrument I then shows zero (zero point in the middle). Before and after this adjustment, the instrument shows the setting of the resonance circuit at mid-resonance. When adjusting by changing the capacitance of the feed capacitor Ce occurring detuning of the measuring circuit remains because of the small effective absolute capacitance this feed capacitor within the accuracy tolerances of the arrangement. The maximum possible detuning capacity for values of the resulting. Parallel resonance resistance of the measuring circuit between 100 and 20 ohms even less than I pF, which has no effect on the setting of the measuring circuit, which is here so strongly damped Has more influence. Since the Ce scale is calibrated in conductance or resistance values can be, is thus the conductance or resistance of the test object as a difference the value of the basic attenuation of the circuit (idle value) and the attenuation value at connected DUT (measured value) can be read, as the following relationships show the bridge equation the master values during calibration: # Cn #Ce Gn = Gx (I) Gn Gx = Ce. ; (2a) Cn Rx = Rn . . (2b) Ce In equation 2a, Gn and Cn are constant, so G, is in degrees of Ce calibratable.

In Gleichung zb ist Rn konstant, somit Rx in Graden des Verhältnisses von Cn eichbar. In equation, for example, Rn is constant, hence Rx in degrees of the ratio Can be calibrated by Cn.

Ge Sehr niedrige Meßwiderstände, für die die Bedämpfung des Meßkreises so groß wird, daß eine Resonanzeinstellung nicht mehr erkennbar ist, können durch transformatorische Widerstandsübersetzer bekannter Bauart an den Meßkreis geschaltet werden, zweckmäßig z. B. so, daß das Übersetzungsverhältnis 10 : 1 oder 100 : 1 gewählt wird, d. h. daß Widerstände mit dem I0- bzw. Ioofachen ihres Betrages als Dämpfung eingehen, damit die abgelesenen Werte auf der Skala als Dezimalwerte verwendet werden können. Für die Blindkomponenten gelten bei der Ubersetzung mittels Transformatoren ähnliche Überlegungen. Ge Very low measuring resistances, for the damping of the measuring circuit becomes so large that a resonance setting can no longer be recognized transformer resistance translator of known design connected to the measuring circuit be appropriate z. B. so that the gear ratio 10: 1 or 100: 1 is chosen, d. H. that resistances with the 10 or 10 times their amount as Enter attenuation so that the readings are used as decimal values on the scale can be. The following applies to the reactive components when using transformers similar considerations.

Anstatt mittels eines Normalkondensators Cn und eines veränderbaren Einspeisekondensators Ce kann das Brückenverhältnis auch durch einen Differentialkondensator ablesbar und in Widerstands- bzw. Leitwerten eichbar gemacht werden, was insbesondere bei Meßanordnungen mit kleinerem Widerstandsmeßbereich zweckmäßig ist, wodurch u. a. auch der verstimmende Einfluß von C", der bei diesen niedrigen Widerstandswerten (s. oben) eingehen kann, noch mehr reduziert werden kann bzw. größere Kapazitätswerte bei gleichbleibendem Fehler (Verstimmungseinfluß) gewählt werden können. Instead of using a normal capacitor Cn and a changeable one Feed capacitor Ce can also bridge the ratio by means of a differential capacitor readable and calibrated in resistance or conductance values, which in particular for measuring arrangements with a smaller resistance measuring range is useful, whereby u. a. also the detuning influence of C "at these low resistance values (see above), even more can be reduced or larger Capacitance values can be selected if the error remains the same (influence of detuning) can.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Circuit arrangement for measuring active and Reactive component of an impedance or conductance with high frequency, characterized in that that one with the resistance to be measured (Rx) directly or by means of a transformer Translation of damped resonance circuit (L, C) in a branch of a bridge arrangement via a waveguide in the adjacent branch of the bridge, Calibrated in resistance or conductance degrees, changeable in a large capacity range Capacitor (Ce) fed and against a fixed capacitor (cm,) and fixed resistor (Rn) in the other branches of the bridge by direct reading by a difference method is measured.

2. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that instead of the normal fixed capacitor Cn and the variable capacitor Ce Differential capacitor with a capacitance ratio calibrated in resistance values is used.

3. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that one for the calibratable supply of a measuring circuit changeable in its length Waveguide or hollow ring with its longitudinal capacitance change at constant Generator voltage a calibration of the damping that can be read off in a logarithmic ratio of the measuring circuit or, if the voltage on the circuit is kept constant, the resonance curve enables.