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Scheinwiderstandsmeßbrücke
Ein Nachteil der Differentialbrücke wie
überhaupt aller symmetrisch aufgebauten, für Meßzwecke verwendeten Brückenanordnungen
ist das unbeeinflußbare Brückenverhältnis I : I. Die Normale müssen bei einer solchen
Brücke den gesamten Meßbereich überstreichen. Da dies insbesondere im Hochfrequenzgebiet
nur innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen möglich ist, wird dadurch der Meßbereich
der Brücke wesentlich eingeschränkt. Es ist nun bereits bekannt, ein Differenzverfahren
anzuwenden, bei dem der Scheinwiderstand nicht unmittelbar, sondern als Differenz
zweier Meßwerte gefunden wird. Beim Differenzverfahren ist die Meßbrücke vorbelastet.
Sie wird zunächst ohne das Meßobjekt abgeglichen. Nach Zuschaltung des Meßobjektes
erfolgt wiederum ein Abgleich. Die Differenz der beiden so erhaltenen Meßwerte ist
dann ein Maß für den zu messenden Scheinwiderstand. Das Differenzverfahren gestattet,
Leitwerte (bei Parallelschaltung der Normale) bzw. Widerstände (bei Reihenschaltung)
bis zum Wert Null herunter mit guter Genauigkeit zu messen, ohne daß das Normal
tatsächlich bis zum Wert Null veränderbar sein muß. Dagegen ist es bei einer nach
dem Differenzverfahren arbeitenden Schaltung nicht möglich, Leitwerte bzw. Widerstände
zu messen, die größer sind, als es dem Höchstwert des Normals entspricht.
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Durch die Scheinwiderstandsmeßbrücke gemäß der Erfindung wird die
dem Differenzverfahren eigentümliche Einschränkung behoben. Es wird damit möglich,
aus einer symmetrisch aufgebauten Brücke praktisch
eine Meßbrücke
mit beliebigem Übersetzungsverhälinis zu machen.
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Gemäß der Erfindung sind das Meßobjekt und das Normal je über einen
aus einem oder mehreren halben Kettengliedern bestehenden, in Längs- und Querzweigen
gleichartige Leitwerte enthaltenden Vierpol an die Brücke angeschaltet, wobei die
Anschaltung des dem Meßobjekt zugeordneten Vierpols jedoch mit umgekehrter Polung
wie die des anderen Vierpols erfolgt. Als gleichartige Leitwerte kann man beispielsweise
Widerstände oder Induktivitäten verwenden, besonders zweckmäßig verwendet man jedoch
Kapazitäten.
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Bekanntlich ist der in Fig. in dargestellte; aus einem halben Kettenglied
aufgebaute Vierpol äquivalent dem in Fig. ob dargestellten, ebenfalls ein halbes
Kettenglied enthaltenden Vierpol, wenn man T als idealen Übertrager vom Übersetzungsverhältnis
u voraussetzt. Für das Übersetzungsverhältnis gilt dabei G1 GI u = 1 + = 1 + G2
GII und für die Leitwerte G1 = GGI und G2 = uGII.
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Wenn für G1 und G2 bzw. G1 und G11 gleichartige Leitwerte benutzt
sind, wird das Übersetzungsverhältnis frequenzunabhängig.
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Diese Tatsache ist bei der Scheinwiderstandsmeßbrücke der Erfindung
ausgenutzt. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Scheinwiderstandsmeßbrücke ist
schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Brücke enthält einen Differentialübertrager
Ü, dem die Meßspannung vom Meßsender S symmetrisch zugeführt wird und an dessen
Sekundärwicklung der Meßempfänger E, z. B. ein Überlagerungsempfänger oder ein Meßhörer,
angeschaltet ist. Das Meßobjekt (LeitwertGz bzw.
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Widerstand Rx) wird über den Vierpol N1 an die Brücke angeschaltet
und das Normal bzw. RN über den Vierpol N2. Beide Vierpole bestehen beispielsweise
je aus einem halben Kettenglied mit den Elementen G1 und G2 bzw. GI und GII. Die
Polung der beiden Netzwerke ist entgegengesetzt. Man kann damit also das Übersetzungsverhältnis
der Brücke beliebig umformen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist vorausgesetzt,
daß GN größer ist als GX.
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(Übersetzungsverhältnis u>1). Im umgekehrten Fall kann GX mit GN
vertauscht werden.
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Die Abgleichbedingung der Brücke lautet GX = GN/u² bzw . RX = u²#RN.
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Es ist hieraus zu ersehen, daß man es durch die Einführung des Übersetzungsverhältnisses
mit Hilfe der Vierpole N1 und N2 in der Hand hat, den Meßbereich beliebig zu variieren,
dadurch, daß man entweder die Vierpole umschaltet oder diese aus mehreren halben
Kettengliedern aufbaut und die Teilvierpole wahlweise zum und abschaltet.
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Die Einschaltung der Vierpole zwischen Brücke und Meßobjekt bzw.
Normal bringt eine Verminderung der Empfindlichkeit der Brücke mit sich entsprechend
der Dämpfung dieser Vierpole. Diese Empffndlich keitsverminderung, die im übrigen
auch beim*Differenzverfahren auftritt, ist jedoch bei richtiger Dimensionierung
für die Messung ohne Bedeutung, insbesondere dann, wenn man die Leitwerte G1, G2
bzw. G1, GII zweckmäßigerweise als Kondensatoren ausführt, und die gesamte Brückenanordnung
im Kurzschluß bzw. Leerlauf auf die Betriebsfrequenz ab stimmt, wodurch die Dämpfung
der Vierpole aufgehoben und an sich eine größenordnungsmäßige Steigerung der Empfindlichkeit
erzielt wird.
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Obwohl die Dämpfung der Anpassungsvierpole bei Abstimmung der Brücke
nicht kritisch ist, wird man die Vierpole zweckmäßig so dimensionieren, daß sie
bei Abschluß mit dem mittleren Wert des Meßobjektes kleinste Dämpfung aufweisen.
Dies ist der Fall, wenn der Wellenwiderstand des Vierpols mit dem Abschluß-1 1 widerstand,
also dem mittleren Wert von G bzw. GN übereinstimmt.
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Es folgt demgemäß
G1 Da die Werte GX und u = 1 + als gegeben be-G2 trachtet werden können, erhält
man folgende Dimensionierung:
Die Scheinwiderstandsmeßbrücke der Erfindung ist von besonderem Vorteil für ultrakurze
und Dezimeterwellen. In diesem Frequenzbereich sind die Kapazitäten sehr klein und
lassen sich so in den Zug der flächenhaften Leitung legen, daß sie konstruktiv nicht
als zusätzliche Elemente in Erscheinung treten.
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PATENTANSPROCHE: I. Scheinwiderstandsmeßbrücke, insbesondere für
ultrakurze und Dezimeterwellen, dadurch gekennzeichnet, daß Meßobjekt und Normal
je über einen aus einem oder mehreren halben Kettengliedern bestehenden, in Längs-
und Querzweigen gleichartige Leitwerte enthaltenden Vierpol an die Brücke angeschaltet
sind, wobei die Anschaltung des dem Meßobjekt zugeordneten Vierpols jedoch mit umgekehrter
Polung wie die des anderen Vierpols erfolgt.
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2. Scheinwiderstandsmeßbrücke nach Ansprucht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vierpole aus Kondensatoren aufgebaut sind.