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Differentialmeßbrücke für Scheinwiderstandsmessungen mit kurzen Wellen
Die
Erfindung betrifft eine Differentialmeßbrücke für Scheinwiderstandsmessungen mit
kurzen Wellen, insbesondere mit nezimeterwellen, wobei als Meßnormale veränderbare
Kondensatoren und ein veränderbarer Widerstand dienen.
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Die Differentialmeßbrücke gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Differentialübertra ger zusammen mit den als Normale benutzten Kapazitäten
als Topfkreis (Toroidkreis) ausgebildet ist.
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Ein als Topfkreis ausgebildeter Schwingungskreis kann bekanntlich
beispielsweise aus einem geschlitzten, ringförmigen Hohlteil I mit den Ringschlitz
verbindenden ebenen Platten II bestehen, wie es beispielsweise das Schema der Fig.
I zeigt. Der Ringteil bildet dabei die flächenförmige Spule, während die Platten,
die an allen Begrenzungskanten über die flächenförmige Spule verbunden sind, die
Kondensatorbelegungen sind.
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Die Brückenzweige der Differentialmeßbrücke bestehen aus veränderbaren
Meßkondensatoren (Normalkondensatoren), denen auf der einen Seite das Meßobjekt,
auf der anderen Seite das Widerstandsnormal parallel oder in Reihe liegt. Der Topfkreis
nach Fig. I ist demnach, je nachdem, ob es sich um eine Parallel- oder eine Reihenschaltung
handelt, entsprechend umzubilden.
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Das der Parallelschaltung entsprechende Schema des umgebildeten Topfkreises
zeigt die Fig. 2. Der im Innern der Spule I liegende Kondensator ist dabei auf
zwei
Kondensatoren II, -undII,, die Normalkonden satoren, aufgeteilt. Die Kondensatorflächen
sind vorzugsweise ringförmig ausgebildet, und der eine Belegung von beiden Kondensatoren
bildende Zentralkörper III durch die RingöffnungenXherausgeführt bzw. zugänglich
gemacht, derart, daß ein konzentrischwer Anschluß IV bzw. V des z. B. parallel zum
Kondensator 11a zu schaltenden Meßobjektes und des parallel z. B. zum Kondensator
11b zuSschaltenden Widerstandsnormals erfolgen kann.
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Bei der Reihen schaltung ergibt sich das Schema der Fig. 3. Hierbei
ist es beispielsweise lediglich erforderlich, die Verbindung der Kondensatorplatten
II mit der Spule I aufzuheben und Meßobjekt und Widerstandsnormal bei IV bzw. V
konzentrisch einzuschleifen.
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Um eine hohe Empfindlichkeit der Brücke zu erreichen, ist es günstig,
den Topfkreis mit Hilfe der Meßkondensatoren auf die jeweilige Meßfrequenz abzustimmen.
Bei einer auf die Meßfrequenz abgestimmten Brücke ändert sich bekanntlich bei Verstimmung
die Spannung am Anzeigeinstrument besonders stark, da dann gleichzeitig die Resonanz
verlorengeht. Es werden zwei veränderbare Meßkondensatoren erforderlich, einer im
Normalzweig und einer im Meßobjektzweig, um die verschiedenen Bedingungen für die
Nulleinstellung erfüllen zu- können, Schaltet man zur abgeglichenen und abgestimmten
Brücke das Meßobj ekt zu, so ist es für den Abgleich der Brücke notwendig, daß die
Widerstände im Normalzweig und im Meßobjektzweig gleich sind, andererseits muß aber
auch die Summe der im Resonanzkreis liegenden kapazitiven Widerstände dabei konstant
bleiben, urp die Abstimmung aufrechtzuerhalten. Es muß also sowohl' der Meßkondensator
im Meßobjektzweig als auch der Meßkondensator im Normalzweig veränderbar sein. Alles
in allem genommen ergibt sich ein einfacher Aufbau, jedoch erhält man für jede Frequenz
eine andere Nulleinstellung der Meßkondensatoren; auch kann die Brtickenabstimmung
bei Anschluß eines kapazitiven Meßobjektes verlorengehen.
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Da bei Abstimmung des Topfkreises auf die jeweilige Meßfrequenz mit
Hilfe der Meßkondensatoren die Brücke auch nur in einem relativ kleinen Frequenzbereich
abgestimmt werden kann, kann es vorteilhaft sein, die Abstimmung des Topfkreises
durch einen besonderen Brückenabstimmkondensator vorzunehmen.
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Hierdurch wird der Aufbau der Meßbrücke zwar umfangreicher, jedoch
braucht dann nur einer der Meßkondensatoren veränderbar zu sein, zweckmäßig jener
auf der Meßobjektseite der Brücke.
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Ebenso wie bei den bekannten Differentialbrücken für lange Wellen
ist es auch bei der Meßbrücke gemäß der Erfindung zweckmäßig, den gesamten Widerstandsbereich
auf zwei Geräte aufzuteilen, also ein Gerät für hohe und für niedrige Widerstände
vorzusehen. Diese beiden Geräte unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß
bei der Brücke für hohe Widerstände Meßkondensator und Meßwiderstand bzw. Meßkondensator
und Meßobjekt parallel geschaltet sind, während bei der Brücke für niedrige Widerstände
die Normale in Reihe geschaltet sind. Die Normale stellen dann bei der Parallelschaltung
die Komponenten eines Scheinleitwertes, bei der Reihenschaltung die Komponenten
eines Scheinwiderstandes dar. Beide Darstellungen sind völlig gleichwertig, doch
erhält man gewohnheitsmäßig das Meßergebnis, z. B. den Scheinwiderstand eines Kabels,
lieber als Widerstand als als Leitwert. Deshalb möchte man mit der Reihenschaltung
bis zu möglichst hohen Widerstandswerten messen, ehe man zur Parallelschaltung übergeht.
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Für die Wahl der Widerstandsgrenze sind folgende Gesichtspunkte maßgebend.
Die Reihenschaltung läßt sich nur bei sehr kleinen Widerstandswerten des Meßobjektes
ohne weiteres einwandfrei verwirklichen.
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An der oberen Grenze des Meßbereiches tritt ein Fehler durch die unvermeidliche
Parallelkapazität zum Meßobjekt auf. Diesem Fehler analog ist bei der Parallelschaltung
die Reiheninduktivität vom Meßobjekt zum Meßkondensator. Man kann nun aber die Induktivität.
einer z. B.konzentrischen Zuleitung gegebener Länge beliebig klein halten bei durchaus
endlichen Abmessungen von Innen- und Außenleiter. Die Kapazität einer solchen Zuleitung
kann man dagegen nicht beliebig klein machen, ohne daß der Innenleiter beliebig
dünn wird. Hier ist also aus konstruktiven Gründen eine Grenze gegeben. Diese Grenze
bestimmt bei welchem Widerstandswert man den Übergang von Reihen- zur Parallelschaltung
der Normale vorzunehmen hat. Es zeigt sich als vorteilhaft, daß man die Reihenschaltung
der Normale bei reellen Widerstandskomponenten bis etwa 20 Ohren benutzt, darüber
hinaus die Parallelschaltung der Normale.
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Das grundsätzliche Schaltbild einer Scheinwiderstandsmefleinrichtung
für hohe Widerstände ist in Fig. 4 gezeigt. Die Eingangsschaltung K1, K2, Ka, Ü
zeigt, wie man beispielsweise die unsymmetrische Spannung des einseitig geerdeten
Senders symmetrieren kann. Der Sender S ist über einen kleinen Koppel kondensator
Kj an den einen Pol eines symmetrischen Abstimmkreises angeschlossen, der aus der
Roppelschleife Ü und dem symmetrischen Kondensator K, besteht; der Kondensator K2
dient zur Symmetrierung gegen Erde. Die Sekundärwicklung des Übertragers wird durch
den Topfkreis selbst gebildet, während die Brückenzweige einmal aus der Parallelschaltung
des Seheinleitwertnormals GN und des Meßkondensators CN2, die beide veränderbar
sind, und das andere Mal aus dem veränderbaren Meßkondensators Cx, und dem dazu
parallel liegenden Meßobjekt M bestehen.
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Der Meßempfänger ist zwischen die Mitte der Sekundärwicklung des Übertragers
und den anderen Diagonalpunkt der Brücke, der vorzugsweise geerdet ist, angeschlossen.
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Ein Beispiel für die konstruktive Ausführungsform ist maßstäblich
in den Fig. 5 und 6 dargestellt, und zwar zeigt die Fig. 5 einen senkrechten Schnitt
durch die Scheinwiderstandsmeßeinrichtung und die Fig. 6 einen teilweisen Schnitt
in der dazu senkrechten Ebene.
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Das Toroid I, das beispielsweise zwischen den Montageplatten 2 angeordnet
sein kann, enthält die Meßkondensatoren, die gleichzeitig zur Abstimmung auf die
Meßfrequenz dienen, und den Meßwiderstand. Die Elemente sind in einer inneren Bohrung
des Topfkreises angeordnet. Der Meßkondensator Cr1 wird durch die ringförmige Platte
3 des Toroids und die. ringförmige Platte 4 eines verschiebbaren muffen-
förmigen
Teiles 5 gebildet. Die Muffe 5 gleitet auf dem inneren Kern 6 und kann z. B. über
eine durch in Schlitzen des Körpers 6 gleitende Stifte od. dgl. mit ihr in Verbindung
stehende Platte 7 verschoben werden.
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Die Einstellung des Kondensators Cx erfolgt beispielsweise über die
Welle 8, die an ihrem Ende eine exzentrische Scheibe 9 trägt, die sich wider eine
nockenförmige Erhöhung 10 der Scheibe 7 legt. Die Einstellmittel können beispielsweise
aus keramischen Materialien bestehen. Die Scheibe 7 wird durch die Feder 11 wider
die exzentrische Scheibe gesperrt. Die Antriebswelle 8 wird beispielsweise über
eine Trommel I2 betätigt, die mit einer Skala versehen sein kann. In einem Fenster
I3 der Montageplatte 2 kann dann die Einstellung des Kondensators C1 unmittelbar
abgelesen werden. Das Meßobjekt wird zwischen dem inneren Kern 6 und dem äußeren
kreisförmigen Rand 14 des Topfes angeschaltet, liegt also parallel zur veränderbaren
Normalkapazität CN1.
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Der Normalkondensator Cx ist in der gleichen Weise wie der Normalkondensator
Cxi aufgebaut. Die Bezeichnungen sind daher entsprechend gewählt. Die Kapazität
C2 wird demnach durch Belegungen3' und 4' gebildet. Die Muffe 5' wird unter Zuhilfenahme
der Antriebswelle 8' über die exzentrische Scheibe 9' und die durch die Feder 11'
vorgespannte Platte 7' auf dem Kern 6 verschoben und so der Kondensator Cx2 eingestellt.
Die Ablesung der Einstellung erfolgt an einer Skala der Trommel I2' im Fenster 13'.
Zweckmäßig ist es dabei, den Antrieb der beiden Kondensatoren Q1 und Cx2 von entgegengesetzten
Seiten aus vorzunehmen, wie es die Figur zeigt. Parallel zum Meßkondensator Cx2
ist das Widerstandsnormal angeordnet.
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Das Widerstandsnormal ist, da sich Schiebewiderstände für hohe Frequenzen
nicht eignen, nach dem bekannten Prinzip der kapazitiven Transformation aufgebaut,
das an Hand der Fig. 7a, 7b, 8 und 9 noch näher erläutert werden soll. Auf diese
Weise erreicht man einen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz frequenzunabhängigen
und definiert einstellbaren Widerstand. Die Fig. 9 zeigt dabei das in dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 5 und 6 benutzte Leitwertnormal im vergrößerten Maßstab herausgezeichnet.
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Benutzt man, wie es die Fig. 7a zeigt, einen kapazitiven Spannungsteiler
aus den beiden veränderbaren Kapazitäten C und K und legt man z. B. dem veränderbaren
Kondensator K einen festen Widerstand R parallel, so kann der komplexe Leitwert
einer solchen Schaltung als Parallelschaltung eines wirksamen Widerstandes Rw und
einer wirksamen Kapazität Cw aufgefaßt werden, wie es die Fig. 7b zeigt. Der feste
Widerstandswert R wird im Verhältnis
übersetzt und ist oberhalb einer Grenzfrequenz, für die die Bedingung R2#2(C + K)2#1
gilt, frequenzunabhängig.
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Wenn man die Kapazitäten C und K verändert, überstreicht R»>,
kontinuierlich einen großen Widerstandsbereich. Dabei liegt dem meßbar veränderlichen
wirksamen Widerstand die wirksame Kapazität Cw parallel. Der Wert Cw soll nun im
ganzen Meßbereich möglichst konstant bleiben, er vergrößert dann nur die Anfangskapazität
des parallel liegenden Konden -satornormals und fällt wie diese beim Differenzmeßverfahren
heraus. Einen konstanten Wert von C» erhält man durch Einschaltung der Bedingung
1/C + 1/K = C + K Diese Bedingung kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden,
daß man zwischen zwei festen Platten I5 und I7 eine Platte I6 auf und ab bewegt,
wie es die Fig. 8 zeigt. Die Kapazitäten zwischen 15 und r6 bzw. I6 und I7 bilden
somit die Werte C und ' des Spannungsteilers. Die Reihenschaltung Ç + 1/K: ist damit
konstant und der Wert Cw oberhalb einer Grenzfrequenz nicht nur frequenzunabhängig,
sondern auch unabhängig vom Ubersetzungsverhältnis. Eine Verschiebung der Platte
16 zwischen den beiden Grenzstellungen entspricht einer kontinuierlichen Veränderung
des wirksamen Leitwertes 1/Rw von 0 bis 1/R, wobei die wirksame Kapazität im wesentlichen
konstant bleibt.
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Der kapazitive Transformator ist so aufzubauen und die Abmessungen
sind derart zu wählen, daß Fehler durch Induktivitäten und Kapazitäten der Leitungsführung
weitgehend vermieden sind.
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Damit die wirksame Kapazität unabhängig von dem jeweiligen'Abstandsverhältnis
gut konstant bleibt, ist es vorteilhaft, Teilkapazitäten zwischen der beweglichen
und den festen Platten, die nicht umgekehrt proportional dem Abstand abnehmen, sondern
annähernd konstant bleiben, zu vermeiden oder möglichst klein zu halten. Eine Teilkapazität
zwischen den festen Platten ist weniger störend, da sie nur den Wert von Cw erhöht.
Besonders vorteilhaft bildet man daher die bewegliche Platte als Ring mit doppelkegelförmigen
Außenflächen aus, wie es die Fig. g zeigt und wie es auch bei dem in der Fig. 5
benutzten Leitwertnormal der Fall ist. Die Öffnung des Ringes ist durch eine dünne
leitende Membran I8 überspannt und zwischen Membranmitte und die feste Platte I7
ein kurzer Stabwiderstand 19 eingebaut, während zwischen Membranmitte und die andere
feste Platte ein gut isolierender Abstandhalter 20 angeordnet ist. Durch diese Anordnung
ist erreicht, daß die verteilte Kapazität des Widerstandes 19 sehr klein ist, weil
das elektrische Feld in seiner Umgebung nahezu parallel zur Oberfläche des Widerstandes
verläuft. Weiterhin ist die konstante (von der Stellung der beweglichen Platte unabhängige)
Teilkapazität zwischen 15 und I6 auf die Teilkapazität des zylindrischen Innenraumes
beschränkt, da Außenflächen vermieden sind. Die konstante Teilkapazität zwischen
15 und I6 ist ebenfalls sehr klein gehalten.
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Um zu beurteilen, bis zu welcher oberen Frequenzgrenze ein Leitwertnormal
nach Fig. g brauchbar ist, müssen die Induktivitäten des Aufbaues berücksichtigt
werden. Dabei ergibt sich ein Ersatzschaltbild, wie es die Fig. 10 zeigt. Die innere
Induktivität Li ist die Induktivität des zylindrischen Innenraumes. Die innere Induktivität
kompensiert einen Teil der inneren
Kapazität Cj, die parallel zu
dem Widerstandskörper liegt. Die wirksame innere Kapazität ist daher kleiner als
die eigentliche innere Kapazität. Die unveränderliche Kapazität des oberen Hohlraumes
CO ist etwas größer, jedoch noch so klein, daß die durch die festen Zusatzkapazitäten
bewirkte Schwankung der wirksamen Kapazität C2 noch in zulässigen Grenzen bleibt.
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Durch die äußere Induktivität L,, das ist die Induktivität des ringförmigen
Spaltes zwischen I5 und I7, ist ein weiterer Frequenzfehler der Anordnung bedingt.
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Wenn die Spannung an der Reihenschaltung CK durch die Wirkung der
äußeren Induktivität steigt, ergibt sich ein Frequenzfehler des Widerstandes. Von
diesem ist jedoch der Fehler, der sich durch die innere Induktivität ergibt, abzuziehen,
da er das umgekehrte Vorzeichen hat. Man erhält also für den genannten Fre--quenzfehler
durch innere und äußere Induktivität einen äußerst kleinen Wert, der unabhängig
vom Üb ersetzungsverhältuis und in allen Stellungen gleich groß ist. Der resultierende
Fehler der Induktivitäten hat das umgekehrte Vorzeichen wie der durch die endliche
Größe der Kapazitäten C und K bewirkte Frequenzfehler des Widerstandes. Bei mittleren
Frequenzen heben sich also die Fehler teilweise auf.
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Die Induktivitäten bewirken natürlich auch einen Frequenzgang der
wirksamen Kapazität. Da dieser Frequenzfehler aber unabhängig von der Stellung der
beweglichen Platte ist, fällt er beim Differenzmeßverfahren heraus. Aus dem gleichen
Grunde brauchen auch die Fehler durch die inneren Induktivitäten der Kondensatoren
C und K nicht berücksichtigt zu werden, da sie ebenfalls nur einen Frequenzgang
der wirksamen Kapazität Cf bewirken, der innerhalb geringer Grenzen nicht stört,
während das Kapazitätsverhältnis und damit das Übersetzungsverhältnis und der wirksame
Widerstand nicht beeinflußt werden, weil die Induktivitäten bei der Verstellung
der Mittelplatte immer proportional dem zugehörigen Wert von c bzw. bleiben.
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Das in Fig. g gezeigte Normal wird, wie es die Fig. 5 - zeigt, dem
Normalkondensator CN,2 parallel geschaltet, und zwar steht die feste Platte 15 über
den inneren Kern 6 mit der Belegung 4' des Kondensators C2 in Verbindung, wohingegen
die feste Platte I7 mit der Belegung 3' in Verbindung steht. Das Widerstandsnormal
und mit ihm das Kondensatornormal sind in dem Topfkreis isoliert gehaltert, beispielsweise
durch isolierende Zapfen od. dgl.,'die bei 21 gestrichelt angedeutet sind.
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Mit der Platte I7 ist eine Kappe 22 fest verbunden, in die ein Stift
23, der zweckmäßig zentrisch in einer Überwurfkappe 24 angeordnet ist, eingeschraubt
werden kann. Beim Schrauben des Stiftes 23 wird nun über die Platte 25, die Manschette
26 und drei Stifte 27 (im Schnitt nur einer sichtbar) die bewegliche Platte I6 verstellt.
Eine Feder 28 sorgt dabei für die notwendige Spielfreiheit.
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Die in der Fig. 4 schematisch gezeichnete Art der Senderankopplung
ist in ihrer konstruktiven Ausbildung aus der Fig. 6 zu ersehen. Der nicht dargestellte
Sender ist über eine symmetrisch abgestimmte Koppelschleife an den Topfkreis I angekoppelt.
Die Anschaltung des Senders erfolgt z. B. über eine nicht dargestellte konzentrische
Leitung oder unmittelbar an den Stellen 29 und 30, wobei 30 die geerdete Klemme
des Senders ist. Der Innenleiter 29 ist an die Koppelschleife 3I bei 32 kapazitiv
angekoppelt. Das andere Ende der Koppelschleife ist bei 33 wieder kapazitiv mit
Masse verbunden. Die Enden der Koppelschleife34 und 35, die vorzugsweise plattenförmig
ausgebildet sind, tragen zwischen sich eine verschiebbare Platte 36, die über die
Welle 37 verschwenkt werden kann, um so seine Eingangsabstimmung zu erhalten.
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Aus der Fig. 6 ist ebenfalls die Ausbildung für den Anschluß des
Empfängers E der Fig. 4 zu ersehen.
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Zum Anschluß des Empfängers ist eine konzentrische Anschlußbuchse
vorgesehen, deren äußere Klemme 38 mit dem Topfkreis verbunden ist, während der
Innenleiter 39 mit dem zentralen Kern 6 verbunden ist, der Träger der Kondensatornormale
und des Widerstandsnormals ist.
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In der Fig. II ist das Prinzipschaltbild einer Scheinwiderstandsmeßeinrichtung
für kleine Widerstände gezeigt. Während bei dem Prinzipschaltbild der Fig. 4 die
Parallelschaltung der Normale benutzt wurde, wird hierbei eine Reihenschaltung der
Normale angewandt.
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Meßkondensator Cx, Meßwiderstand Rx und Meßobjekt M sind also elektrisch
in Reihe geschaltet. Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Schema der Fig. 4 besteht
noch darin, daß der Topfkreis nicht mit Hilfe der Meßkondensatoren sondern durch
einen besonderen Brückenabstimmkondensator Ca abstimmbar ist. Die Brückenabstimmung
durch einen besonderen Brückenabstimmkondensator könnte im übrigen aber auch bei
der Parallelschaltung der Normale angewandt werden. Durch die Verwendung eines besonderen
Brückenabstimmkondensators kommt man mit einem veränderlichen Normalkondensator
CN aus, der auf die Meßobjektseite der Knicke in Reihe mit dem Meßobjekt M gelegt
ist. Auf der Seite des Widerstandsnormals genügt eine feste Kapazität, die aber
bereits als wirksame Kapazität C,,- des Widerstandsnormals vorhanden ist. Damit
die Kapazität von Cx meßbar bleibt, muß die wirksame Kapazität Cw kleiner als der
Betrag der zu messenden'Kapazitäten innerhalb des Meßbereiches der Brücke sein.
Die Brücke wird hierbei durch Anschluß des Meßobjektes nur so lange verstimmt, als
sie noch nicht abgeglichen ist. Mit dem Brückenabgleich kehrt auch die im Kurzschluß
eingestellte Abstimmung der Brücke zurück.
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Der Abstimmkapazität Ca liegt eine feste Kapazität parallel, die
aus der Reihenschaltung der Zuleitungskapazitäten Cx, der wirksamen Kapazität CD
des Widerstandsnormals sowie der gleich großen wirksamen Kapazität der Reihenschaltung
aus Meßobjekt und Kondensatornormal gebildet wird. Die Zuleitungskapazität Cg besteht
aus der Kapazität des konzentrischen Kanals und aus der Kapazität des die Normale
enthaltenden Raumes. Ebenso tntt noch eine Induktivität Lx der Zuleitungen auf.
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Für die Ankopplung des einpolig geerdeten Senders ist hier beispielsweise
eine kapazitive Ankopplung gewählt, die sich ebenfalls so ausbilden läßt, daß die
Symmetrie der Brücke nicht gestört wird. Es ist dabei vorteilhaft, die Kondensatoren
Ka und Ca gleichartig
zu verändern, derart, daß Ka immer ein bestimmter
Bruchteil von Ca ist.
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Ein Beispiel für die konstruktive Ausbildung einer Scheinwiderstandsmeßeinrichtung
nach dem Schaltschema der Fig. II zeigt maßstäblich die Fig. 12. Der abstimmbare
Topfkreis ist hier beispielsweise durch Zusammenbau mehrerer Elemente gebildet,
und zwar sind zwischen einem Ring 40 und ringförmigen Platten 41 und 42 dünne Bleche
43 und 4+ befestigt. Das Blech 43 ist auf der Innenseite des Topfes zwischen einem
inneren Ring 45 und einer Ringscheibe 46 befestigt, während die bewegliche Platte
44 auf der Innenseite zwischen einem ringförmigen Teil 47 und einer Ringscheibe
48 befestigt ist. Die Abstimmkapazität wird durch den Abstand der Flächen +5' und
47' der Ringteile 45 und 47 gebildet. Der Ringteil 47 ist dabei gemeinsam mit dem
Ringteil 48 verschiebbar ausgebildet zur Einstellung der erforderlichen Abstimmkapazität.
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In der inneren Ausbohrung der Abstimmplatten des Topfkreises sind
die Brückenzweige eingebaut. Das Kondensatornormal ist iii dem Ring 45 durch Isolierzapfen
od. dgl., wie bei 49 gestrichelt angedeutet, fest gehaltert und entsprechend das
Widerstandsnormal durch isolierende Verzapfungen, die durch die Strichelungen 50
angedeutet sind, im Ringteil 47. Der Normalkondensator ist insbesondere als Zylinderkondensator,
und zwar vorzugsweise als Mehrfachzylinderkondensator ausgebildet, um in einem kleinen
Raum die erforderliche Kapazität unterzubringen. Die eine Belegung 5I ist dabei
in einem Isolierteil 52 gehaltert, der mit der Buchse 53, die mit dem Ring 45 isoliert
verzapft ist, fest verbunden ist. Die Gegenelektrode 54 ist in der Buchse 53 verschiebbar,
z. B. verschraubbar, gelagert, so daß sie mehr oder weniger in 51 eintauchen kann.
Die Mehrfachausbildung des Zylinderkondensators ist in vergrößertem Maßstab in der
Fig. 14 der besseren Übersicht halber herausgezeichnet worden.
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Zur Verschiebung des Gegenbelages 54 sind in der den Ringteil 47 abschließenden
Kappe 55 Durchbrechungen 56 vorgesehen, durch die z. B. über nicht dargestellte
Isolierstäbe od. dgl. der Teil 54 verschoben werden kann. Über diese Isolierstäbe
kann dann eine Skala angeordnet sein, die die Einstellung des Normalkondensators
abzulesen gestattet. Das Meßobjekt wird in Reihe mit dem Normalkondensator geschaltet,
und zwar erfolgt der Anschluß konzentrisch unmittelbar an die eine Elektrode 5I
und an den Ring 45.
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Die Elektrode 54, die z. B. in dem Buchsenteil 53 verschiebbar ist,
steht über den metallischen Ring 57 mit einer verschiebbar in diesem Ring gelagerten
Buchse 58 in Verbindung, die mit dem Ringteil 47 isoliert verzapft ist. Die Buchse
58 ist Träger des Widerstandsnormals.
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Das Widerstandsnormal ist ebenso wie bei der in den Fig. 4 bis 7
gezeigten Scheinwiderstandsmeßeinrichtung nach dem Prinzip der kapazitiven Transformation
aufgebaut, und zwar wurde hierbei die widerstandsreziproke Schaltung benutzt, die
in der Fig. I3 a dargestellt ist. Der veränderbare Meßwiderstand wird durch zwei
parallel geschaltete veränderbare EÇapazitäten C und K gebildet, wobei in Reihe
mit der einen Kapazität ein Festwiderstand R angeordnet ist. Der komplexe Widerstand
dieser Schaltung kann als die Reihenschaltung eines wirksamen Widerstandes Rw und
einer wirksamen Kapazität Cw aufgefaßt werden, wie sie die Fig. I3 b zeigt. Der
wirksame Widerstand Rw ist dann in weiten Grenzen veränderbar, während die wirksame
liapazität Cw konstant gehalten werden kann. Der Widerstand R wird im Alerhältnis
übersetzt, und zwar unterhalb einer Grenzfrequenz, für die Bedingung gilt R2 o>2
Cr2 < I frequenzunabhängig. Dabei ist 1 Cw = 1/C + 1/K Der Wert des wirksamen
Widerstandes hängt nur vom Kapazitätsverhältnis ab.
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Damit die wirksame Kapazität unabhängig vom Übersetzungsverhältnis
konstant bleibt, muß die Summe der Kapazitäten C und K konstant sein. Dies wird
dadurch erreicht, daß die beiden Kapazitäten durch Teilkapazitäten einer im wesentlichen
parallel zu zwei festen Platten beweglichen Platte gebildet werden. Das entsprechende
Schema zeigt die Fig. 15.
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Über zwei feste Platten 59 und 60, von denen die erstere über den
Widerstand R und die andere unmittelbar an die Anschlußklemme geführt bzw. geerdet
ist, wird eine bewegliche Platte 58 verschoben. Dann ist die Sumrne der Kapazitäten
konstant, und zwar gilt mit den Bezeichnungen der Fig. 15 y-x C = Cw y und K = Cw
x/y Der wirksame Widerstand Rw ist hierbei proportional dem Quadrat der relativen
Verschiebung x/y. Es ist also
Der Frequenzfehler des Widerstandes ist hierbei sehr gering.
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Ein vorteilhafter Aufbau des Widerstandsnormals ist in der Fig. I6
schematisch dargestellt. Der gleiche Aufbau ist auch bei der Scheinwiderstandsmeßeinrichtung
der Fig. 12 benutzt. Die Kapazitäten C und K sind hier als Zylinderkondensatoren
ausgebildet, und zwar ist der Becher 59 die feste Platte von IC, der Becher 60 die
feste Platte von C und 58 die bewegliche Platte, die auf und ab bewegt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 ist diese Platte fest und die beiden Platten
59 und 60 werden gemeinsam in Richtung ihrer Achse verschoben, ohne daß ihr gegenseitiger
Abstand verändert wird. Der Widerstand 61 ist fest zwischen diesen beiden Platten
eingebaut. Das
elöktrische Ersatzbild des Widerstandsnormals zeigt
die Fig-. 17. Die äußere Induktivität La stört nicht, weil sie annähernd konstant
bleibt. Die Abmessungen sind nun so zu wählen, daß sich die innere Induktivität
Lj und die innere Kapazität Ci in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben. Damit der
Betragsfehler dabei genügend klein bleibt, muß die Bedingung R2- Lj Cl eingehalten
werden und o Li # o,I R sowie 1 > 10 R a) Cl sein. Die wirksame Kapazität Ci
besteht aus der vert'eilten Kapazität der Zylinderfläche gegen den Widerstand, die
wegen der symmetrischen Anordnung des Schlitzes nur mit 1112 des statischen Wertes
wirksam ist, der' Kapazität der Innenzylinder gegeneinander und der Kapazität im
Widerstandskörper. Eine geringe Veränderung zum Abgleich von L,. ist durch Änderung
des Abstandes der Ränder der Becher 59 und 60 möglich.
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Zur Einstellung des Widerstandsnormals bei der Einrichtung nach Fig.
12 kann der Teil 6o in der Kappe 55 verschiebbar, z. B. verschraubbar, gelagert
sein. An einer entsprechend angebrachten Skala kann dann unmittelbar der Wert des
mirksamen Widerstandes abgelesen werden. Die Buchse 58 muß entsprechende Aussparungen
58' aufweisen, durch die die zur ATerstellung des Normalkondensators erforderlichen
Isolierstäbe od. dgl. hindurchragen können.
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Die Ankopplung des Senders erfolgt entsprechend dem Schema' der Fig.
11 durch einen konzentrischen Anschluß an den Stellen 62 und 63. Der Innenleiter
62 ist dabei an seinem Ende gegenüber der Belegung 45' des Ringes 45 verbreitert
und stellt die eine Belegung des Kondensators Ka der Fig. II dar. Mit der Verschiebung
des Ringteiles 47 werden die Kapazitäten Ca und kr im gleichen Sinne geändert, wobei
Ka immer ein bestimmter Bruchteil von Ca bleibt. Der Anschluß des Empfängers erfolgt
ebenfalls konzentrisch an den Stellen 64 und 65, wobei der Innenleiter 65 mit dem
Ring 57 in leitender Verbindung steht.