DE871029C - Differentialmessbruecke fuer Scheinwiderstandsmessungen mit kurzen Wellen - Google Patents

Differentialmessbruecke fuer Scheinwiderstandsmessungen mit kurzen Wellen

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DE871029C
DE871029C DES11362D DES0011362D DE871029C DE 871029 C DE871029 C DE 871029C DE S11362 D DES11362 D DE S11362D DE S0011362 D DES0011362 D DE S0011362D DE 871029 C DE871029 C DE 871029C
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measuring bridge
capacitor
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DES11362D
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English (en)
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Andreas Dr-Ing Jaumann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • 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.
  • Die Differentialmeßbrücke gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialübertra ger zusammen mit den als Normale benutzten Kapazitäten als Topfkreis (Toroidkreis) ausgebildet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Für die Wahl der Widerstandsgrenze sind folgende Gesichtspunkte maßgebend. Die Reihenschaltung läßt sich nur bei sehr kleinen Widerstandswerten des Meßobjektes ohne weiteres einwandfrei verwirklichen.
  • 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.
  • 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.
  • Der Meßempfänger ist zwischen die Mitte der Sekundärwicklung des Übertragers und den anderen Diagonalpunkt der Brücke, der vorzugsweise geerdet ist, angeschlossen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der kapazitive Transformator ist so aufzubauen und die Abmessungen sind derart zu wählen, daß Fehler durch Induktivitäten und Kapazitäten der Leitungsführung weitgehend vermieden sind.
  • 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.
  • 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.
  • Durch die äußere Induktivität L,, das ist die Induktivität des ringförmigen Spaltes zwischen I5 und I7, ist ein weiterer Frequenzfehler der Anordnung bedingt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der Fig. 6 ist ebenfalls die Ausbildung für den Anschluß des Empfängers E der Fig. 4 zu ersehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (20)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Differentialmeßbrückefür Scheinwiderstandsmessungen mit kurzen Wellen, insbesondere mit Dezimetérwellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentia.liibertrager zusammen mit den als Normale benutzten Kapazitäten als Topfkreis (Toroidkreis) ausgebildet ist.
  2. 2. -Meßbrücke nach Anspruch' I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Topfkreises auf zwei im wesentlichen gleiche Meßkondensatoren (CN1, CN2) aufgeteilt ist, die symmetrisch zu beiden Seiten des Topfes (Fig. 5) angeordnet und mit der Topfkreisinduktivität elektrisch in Reihe geschaltet sind, und daß parallel zu dem einen Meßkondensator (CN1) das Meßobjekt und parallel zu dem anderen (CN2) ein veränderbarer Meßwiderstand (GN, Fig. 4) angeschlossen ist
  3. 3. Meßbrücke nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß Meßkondensator (Cw), Meßwiderstand (Rx) und Meßobjekt (M) elektrisch in Reihe geschaltet sind (Fig. 11).
  4. 4. Meßbrücke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Der änderbare Meßwiderstand nach dem Prinzip der kapazitiven Transformation aufgebaut ist (Fig. 7a, 7b, 8, 9 und 13, IS, I6).
  5. 5. Meßbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Meßwiderstand durch- einen Spannungsteiler aus wenigstens zwei veränderbaren Kapazitäten und wenigstens einem parallel zu einer dieser Kapazitäten liegenden Festwiderstand gebildet ist (Fig. 7a). a).
  6. 6. Meßbrücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kapazitäten so gekuppelt sind, daß die Summe ihrer reziproken Werte bei Änderung der einzelnen Kapazitäten konstant bleibt.
  7. 7. Meßbrücke nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kapazitäten durch Teilkapazitäten einer zwischen zwei festen Platten senkrecht zu ihnen beweglichen Platte gebildet werden (Fig. 8).
  8. 8. Meßbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Meßwiderstand, durch wenigstens zwei parallel geschaltete veränderbare Kapazitäten und wenigstens einen in Reihe mit einer der Kapazitäten liegenden Festwiderstand gebildet ist (Fig. 13 a).
  9. 9. Meßbrücke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kapazitäten so gekuppelt sind, daß ihre Summe bei Änderung der Einzelkapazitäten konstant bleibt.
  10. 10. Meßbrücke nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kapazitäten durch Teilkapazitäten einer im wesentlichen parallel zu zwei festen Platten beweglichen Platte gebildet werden (Fig. 15).
  11. 11. Meßbrücke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Platte (I6 in Fig. g) als Ring mit doppelkegelförmigen Außenflächen ausgebildet ist.
  12. I2. Meßbrücke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringöffnung durch eine dünne leitende Membran (I8) überspannt und zwischen Membranmitte und der einen festen Platte ein Festwiderstand (19) angeordnet ist, während zwischen Membranmitte und der anderen festen Platte ein gut isolierender Abstandhalter (20) angeordnet ist (Fig. 9).
  13. 13. Meßbrücke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Platten durch Becher (59, 60) gebildet sind, die ihre Öffnungen einander zukehren und den Festwiderstand (6I) zwischen sich tragen und daß die bewegliche Platte (58) ringförmig um den Becher angeordnet und in der Achsrichtung der Becher in bezug auf die Becher verschiebbar ist (Fig. I6).
  14. 4. Meßbrücke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalkondensator als Plattenkondensator insbesondere ringförmig ausgebildet ist (Cx1, Cx2 in Fig. 5).
  15. Ij. Meßbrücke nach einem der Ansprüche I bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalkondensator als Zylinderkondensator, insbesondere als Mehrfachzylinderkondensator, ausgebildet ist (Fig. 14).
  16. I6. Meßbrücke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfkreis durch den oder die Meßkondensatoren auf die Meßfrequenz abgestimmt ist.
  17. 17. Meßbrücke nach Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich der imaginären Komponente des Meßobjekts der auf der Meßobjektseite liegende Normalkondensator benutzt ist.
  18. 18. Meßbrücke nach einem der Ansprüche I bis I6, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfkreis mit Hilfe eines besonderen Abstimmkondensators (C<') abgestimmt ist (Fig. 11).
  19. 19. Meßbrücke nach Anspruch I8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenzweige (Rx, Cx) in die durchbohrten Platten des Abstimmkondensators (Ca) eingebaut sind (Fig. II, I2).
  20. 20. Meßbrücke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der insbesondere einpolig geerdete Sender über eine symmetrisch abgestimmte Koppelschleife (3I) an den Topfkreis angekoppelt ist (Fig. 6).
    2I. Meßbrücke nach einem der Ansprüche I bis I9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des Senders über eine Kapazität (45', 62) erfolgt, die mit der Abstimmkapazität (45', 47') gleichartig im gleichen Verhältnis geändert wird (Fig. 12).
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