DE862800C - Elektrische Messvorrichtung - Google Patents

Elektrische Messvorrichtung

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DE862800C
DE862800C DEB13430A DEB0013430A DE862800C DE 862800 C DE862800 C DE 862800C DE B13430 A DEB13430 A DE B13430A DE B0013430 A DEB0013430 A DE B0013430A DE 862800 C DE862800 C DE 862800C
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Germany
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measuring device
cable
capacitance
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measuring
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DEB13430A
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Carl Von Dr Rer Nat Habi Basel
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2/00Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00
    • H03H2/005Coupling circuits between transmission lines or antennas and transmitters, receivers or amplifiers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/30Structural combination of electric measuring instruments with basic electronic circuits, e.g. with amplifier

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

  • Elektrische Meßvorrichtung Kapazitive Geber, wie z. B. Kondensatormikrophone und Kondensatordruckdosen, werden in der Technik vielfach angewandt. Diese kapazitiven Geber werden mit Hilfe eines ganz kurzen Kabels an den Verstärker angeschlossen oder werden direkt mit der Eingangsröhre eines Verstärkers in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut. Diese Anordnung ist damit begründet daß dde kapazitiven Geber im Durchschnitt nur eine geringe Kapazität, etwa 50 bis 100 pF, haben, während die kapazitätsarmen Kabel eine Mindestkapazität von 50 pE pro Meter haben. Schließt man also einen kapazitiven Geber über ein solches, einige Steter langes Kabel an einen Verstärkereingang. so entstehen beträchtliche Empfindlichkeitsverluste.
  • Ein bedeutend größerer Nachteil besteht darin, daß man kapazitätsarme Kabel auf mechanische Biegung oder Drillung nicht kapazitätskonstant herstellen kann. Die durch die mechanische Beanspruchung des Kabels hervorgerufenen Kapazitätsänderungen überlagern sich mit den Kapazitätsänderungen des Gebers, so daß die Messungen ,gefälsoht werden. Eine Kompensation dieser Kabelkapazitätsänderungen ist technisch nicht möglich.
  • Der vorliegenden Erfindung wiegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Meßvorrichtung zu schaffen, bei welcher Änderungen der Kapazität des zwischen Geber und Verstärker geschalteten Kabels praktisch keine Wirkung auf die Empfindlichkeit des Meßverstärkers ausüben.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe setzt eine elektrische Meßvorrichtung als bekannt voraus, welche eine Wechselstrombrücke enthält. die mit einer Wechselspannungsquelle konstanter Amplitude und Frequenz gespeist ist und aus zwei festen Impedanzen und zwei variablen Impedanzen besteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden festen Impedanzen liegende Diagonalpunkt dieser Wechselstrombrücke geerdet und der gegenüberliegende Diagonalpunkt über ein verschieden langes Kabel mit dem Eingang eines Meßverstärkers verbunden ist.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar. Die Fig. 1, 2 und 3 sind drei verschiedene Darstellungen dieses Ausführungsbeispiels.
  • Die Fig. I zeigt eine Wechselstrombrücke, aus zwei Widerständen I, 2 und zwei I(apazitäten besteht. Diese beiden Kapazitäten sind in zwei benachbarte Brückenzweige geschaltet und bestehen aus zwei durch eine bewegliche Platte 5 getrennten feststehenden Platten 3, 4.
  • Die Klemmen 6 und 7 der Brücke sind m'it einer nicht dargestellten Wechselspannungsquelle verhunden. Der zwischen den Widerständen I und 2 liegende Brückenteil ist mit Ider Erde verbunden, während die bewegliche Platte 5 mit dem Gitter einer Verstärkerröhre ii über ein Kabel 12 (Fig. 2) und einen Kopplungskondensator g verbunden ist.
  • Diese Verstärkerröhre bildet die erste Stufe des nicht vollständig dargestellten Empfangsgerätes.
  • D'ie Arbeitsweise dieser Meßvorrichtung ist folgende: Je nach der Lage der beweglichen Platte 5 ist die Brücke mehr oder weniger aus dem Gleichgewicht gebracht, so daß die an den Klemmen 6, 7 angelegte Wechselspannung durch die Brücke moduliert wird. Vorzugsweise sind die beiden Kapazitäten 3, 4,5 so ausgebildet, daß sie gemäß einer hyperbolischen Funktion in Abhängigkeit von der Lage der Platte 5 so variabel sind, daß einer -zunahme der einen Kapazität eine Abnahme der anderen entspricht. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, daß die beiden Platten 3 und 4 parallel angeordnet sind und daß die bewegliche Platte 5 den Platten 3 und 4 immer parallel bleibt.
  • Da Idie Kapazität eines Kondensators umgekehrt proportional zu dem Abstand seiner Platten ist, sind die obenerwähnten Bedingungen ohne weiteres er füllt. In diesem Fall läßt sich beweisen, daß !die Amplitude der durch die Brücke gelieferten Wechsel spannung sich proportional mit der Bewegung der Platte 5 ändert.
  • Wenn die Werte der Widerstände und der Kondensatoren so gewählt sind, daß das Gleichgewicht der Brücke für die Mittel- und zugleich Ruhelage der Platte 5 vorhanden ist, so liefert sie eine im Takt der Bewegung der Platte 5 moduherte Wechselspannung, welche ungefähr die gleiche Form auf weist, wie die durch einen Ringmodulator modulierte Hochfrequenz. Eine solche moduherte Spannung kann z. b. mit Hilfe eines in der Fernmeldetechnik wohlbekannten Ringmodulators demoduliert werden.
  • Ist die Brücke so dimensioniert, daß für keine ,der möglichen Lagen der Platte 5 das Gleichgewicht eintreten kann, so entsteht zwischen der Erde und der Platte 5 eine modulierte Spannung, welche gleich aussieht wie die bei gewöhnlichen Radio sendern vorhandene amplitudemodulierte Hochfrequenz. Eine solche modulierte Spannung wird zweckmäßig mittels eines Gleichrichters demoduliert.
  • Da die Kabelkapaiität in der Brückendiagonale liegt, hat sie auf die Meßergebniss'e viel weniger Einfluß als bei den gewöhnlichen kapazitiven Gebern, wie es aus ,dem folgenden Zahlenbeispiel hervorgeht: Es sei z. B. ein gewöhnlicher kapazitiver Geber von 100 pF über ein Kabel, dessen Störkapazität gleich soopF ist, mit einer Verstärkerröhre verhunden: Die angenommene Kapazitätsänderung -des Gebers beträgt 20 pF, so daß die nützliche Kapazitätsänderung in bezug auf die gesamte Kapazität gleich 20 pF : 600 pF # 3,3% ist. Tritt nun eine durch eine mechanische Beanspruchung des Kabels hervorgerufene Kabelkapazitätsänderung ein, z. B. eine Zunahme von 50 pF, dann wird die gesamte Kapazitätsänderung gleich 70 pF, also 11,6% des Mittelwertes der Totalkapazität, gebildet durch 8,3% störender Kapazitätsänderung und 3,3% nützlicher Kapazitätsänderung. Wird die obenerwähnte Brückenschaltung über ein gleiches Kabel mit dem Empfangsgerät verbunden, so wird die Brücke eine Spannung abgeben, welche 5% der Brückenspeisespannung beträgt, wenn die Brücke aus zwei 100-k #-Widerständen und zwei variablen Kondensatoren von 100 pF besteht, wobei die Änderung jeder Kapazität gleich 20 pF ist. Der erwähnte Wert von s°/o ist von der Frequenz der Speisespannung praktisch unabhängig. Wenn wieder eine Kabelkapazitätszunahme von 50 pF angenommen wird, dann ändert sich die durch die Brücke gelieferte Spannung von 5 auf 4,5%. Der störende Effekt ist also viel kleiner als bei der als Beispiel obenerwähnten gewöhnlichen Schaltung.
  • Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Serieschaltung der Kabelkapazität 8 und der Kopplungskapazität 9 parallel zum Gitterableitwiderstand 10 geschaltet.
  • Da die durch zwei in Serie geschaltete kondensatoren gebildete Kapazität nur gleich oder kiein- r als diejenige des kleinsten dieser Kondensatoren sein kann, wird zweckmäßig die Kopplungskapazität so gewählt, daß s.ie kleiner ist als diejenige ,des Kabels.
  • So ist die Gesamtkapazität, welche parallel zum Gitterableitwidenstand 10 liegt, immer kleiner als die Kopplungskapazität, und Kabelkapazitätsänderungen haben praktisch keine Wirkung auf die Empfindlichkeit des Empfangsgerätes.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRVCEIE: 1. Elektrische Meßvorrichtung, welche eine Wechselstrombrücke enthält, die mit einer Welchselspannungsquelle konstanter Amplitude und Frequenz gespeist ist und aus zwei festen Impedanzen und zwei variablen Impedanzen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden festen Impedanzen (1, 2) liegende Diagonalpunkt geerdet und der gegenüber- liegende Diagonalpunkt (5) über ein verschieden langes Kabel (I2) mit dem Eingang eines Meßverstärkers (11) verbunden ist.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch I, ,dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter einer d'ie erste Stufe des Meßverstärkers (II) bildenden Röhre über ein Kopplungskapazität (g) mit dem Kabel (12) und über einen Ableitwiderstand (10) mit der Erde verbunden ist.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungskapazität (9) viel kleiner als die schädliche Kapazität des Kabels (12) gegen Erde ist.
  4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei variablen Impedanzen durch zwei Kapazitäten (3, 4) gebildet sind, welche gemäß einer hyperbolilschen Funktion in Abhängigkeit von der Lage eines g.meinsamen Organes (5) so variabel sind, daß einer Zunahme der einen Kapazität eine Abnahme der anderen entspricht.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in Serie geschalteten Kapazitäten aus zwei durch eine bewegliche Platte (5) getrennten feststehenden Platten (3, 4) bestehen und die bewegliche Platte (5) auch während ihrer Hinundizerbewegung stets parallel zu den feststehenden Platten (3, 4) bleibt.
    Angezogene Druckschriften: Dr. J. Krönert, »Meßbrücken und Kompensatoren«, Bd. I, S. 210, Abb. 247, Verlag R. Oldenbourg, 1935.
DEB13430A 1950-06-26 1951-01-19 Elektrische Messvorrichtung Expired DE862800C (de)

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DE (1) DE862800C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1074148B (de) * 1960-01-28 Siemens £x Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München Kapazitiver Wechselrichter für elektrische Meßzwecke
US3012192A (en) * 1961-12-05 Electric system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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None *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1074148B (de) * 1960-01-28 Siemens £x Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München Kapazitiver Wechselrichter für elektrische Meßzwecke
US3012192A (en) * 1961-12-05 Electric system

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