DE887840C

DE887840C - Method for measuring the loss resistance or the loss angle of impedance resistors

Info

Publication number: DE887840C
Application number: DES3218D
Authority: DE
Inventors: Karl Kuehnemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-09-10
Filing date: 1942-09-10
Publication date: 1953-08-27

Description

Verfahren zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen Zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen kann man bekanntlich die Resonanzmethode anwenden. So ist es bekannt, bei der Bestimmung des Verlustwiderstandes von Kondensatoren einen Meßkreis, der aus dem zu messenden Kondensator und einer möglichst verlustarmen Induktivität besteht, von einem lose angekoppelten Sender in Resonanz zu erregen. Der zu messende Kondensator wird dann durch einen verlustarmen Normalkondensator und einen damit in Reihe liegenden Meßwiderstand ersetzt und an diesen auf die gleiche Resonanzspannung eingestellt. Zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Spulen kann man bekanntlich parallel der zu messenden Spule einen verlustfreien Normalkondensator schalten und den Resonanzwiderstand für eine Kreisfrequenz bestimmen und hieraus unmittelbar den Verlustwinkel der Spule gewinnen. Zur Vornahme der Messung bedient man sich dabei vorteilhafterweise einer Brückenschaltung und bildet den Resonanzwiderstand in einem Brückenzweig nach, wendet also ein Nullverfahren an. Ebenso sind Brückenschaltungen unter Anwendung eines gleichartigen Normals bekanntlich auch allgemein zur Verlustwinkelbestimmung anwendbar, ohne daß eine Resonanzabstimmung erforderlich ist.Method for measuring the loss resistance or the loss angle of apparent resistances For measuring the loss resistance or the loss angle It is well known that the resonance method can be used for apparent resistances. So is it is known to use a measuring circuit to determine the loss resistance of capacitors, the one from the capacitor to be measured and an inductance with as little loss as possible consists to excite in resonance from a loosely coupled transmitter. The one to be measured Capacitor is then through a low-loss normal capacitor and one with it Replaced measuring resistor lying in series and to this at the same resonance voltage set. For measuring the loss resistance or the loss angle of coils it is known that a lossless standard capacitor can be installed parallel to the coil to be measured switch and determine the resonance resistance for a circular frequency and from this immediately gain the loss angle of the coil. Used to take the measurement one advantageously uses a bridge circuit and forms the resonance resistance in a bridge branch, so applies a zero method. Bridge circuits are also using a standard of the same type, as is well known, also generally for determining the loss angle applicable without the need for resonance tuning.

Nachteilig bei der bekannten Resonanzmethode ist vor allem, daß es damit nicht möglich ist, den Verlustwiderstand in Abhängigkeit von der Frequenz unmittelbar zu messen bzw. aufzuzeichnen. - Die Messung kann vielmehr immer nur für eine ganz bestimmte durch den Resonanzfall gegebene Frequenz erfolgen. Es wäre zwar an sich möglich, veränderbare Spulen vorzusehen, jedoch ist dieser Weg praktisch nicht anwendbar. Außerdem ist die Resonanzmethode bei sehr tiefen Frequenzen nicht mehr brauchbar. The main disadvantage of the known resonance method is that it thus it is not possible to determine the loss resistance as a function of the frequency right away to measure or record. - Rather, the measurement can only ever be for one whole specific frequency given by the resonance case. It would be in itself possible to provide variable coils, but this approach is not practical. In addition, the resonance method can no longer be used at very low frequencies.

Bei Brückenschaltungen ist allgemein der Nachteil vorhanden, daß Übertrager zur Anwendung kommen müssen, wenn Empfänger und Sender einpolig geerdet werden sollen. Hierdurch wird aber der ausnutzbare Frequenzbereich beschränkt, da dieser in erster Linie durch den begrenzten Bereich der Übertrager gegeben ist. Übertrager für größere Frequenzbereiche müssen einen Kern hohen Nickelgehaltes haben. Außerdem müssen bei einem größeren Frequenzbereich die Übertrager innerhalb des Bereiches gewechselt werden. Bei sehr tiefen Frequenzen kann dabei also die notwendige hohe Querinduktivität nicht erreicht werden. Auch sind Übertrager hoher Windungszahl äußerst störanfällig. In bridge circuits there is generally the disadvantage that Transmitters must be used when the receiver and transmitter are single-pole grounded should be. However, this limits the usable frequency range because this is primarily given by the limited range of the transformers. Transmitters for larger frequency ranges must have a core with a high nickel content. In addition, with a larger frequency range, the transformers must be within the Area can be changed. In the case of very low frequencies, the necessary high transverse inductance cannot be achieved. There are also transformers with a high number of turns extremely prone to failure.

Die Erfindung gibt nun einen Weg an, der die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet und insbesondere ohne Verwendung von Üb ertragern eine einpolige Erdung von Sender und Empfänger gestattet und dabei die Verlustwinkelbestimmung bei veränderbarer Meßfrequenz ermöglicht. The invention now provides a way to overcome the disadvantages of the known Avoids arrangements and in particular a single pole without the use of transformers Earthing of the transmitter and receiver is permitted and the loss angle can be determined at the same time with a variable measuring frequency.

Gemäß der Erfindung wird die Meßspannung an das Meßobjekt unmittelbar und an ein Normal über eine Röhrenanordnung um I80" phasenverschoben angelegt oder umgekehrt und die in einem gemeinsamen Anzeigekreis auftretende Differenzspannung entweder unmittelbar als Maß für den Verlustwinkel verwendet oder durch regelbare Widerstände in einem der Meßkreise auf Null bzw. Minimum geregelt und die Widerstandseinstellung als Maß für den Verlustwiderstand benutzt. Es wird also eine an sich bekannte Kompensationsmethode angewendet. According to the invention, the measurement voltage is applied directly to the device under test and applied to a standard via a tube arrangement 180 "out of phase or vice versa and the differential voltage occurring in a common display circuit either used directly as a measure for the loss angle or through adjustable ones Resistances in one of the measuring circuits regulated to zero or minimum and the resistance setting used as a measure of the loss resistance. So it becomes a known compensation method applied.

Bei tieferen Frequenzen erreicht man damit ohne weiteres eine ausreichende Genauigkeit. Um die Genauigkeit zu steigern und insbesondere das Verfahren zur Messung des Verlustwinkels bei hohen Frequenzen besonders geeignet zu machen, ist besonders vorteilhaft, den Anodenwiderstand der zur Phasendrehung benutzten Röhre in dem anderen Meßkreis nachzubilden. Vorzugsweise wird dabei eine Röhre großer Steilheit verwendet.At lower frequencies, this easily achieves a sufficient one Accuracy. In order to increase the accuracy and in particular the method of measurement Making the loss angle particularly suitable at high frequencies is special advantageous, the anode resistance of the tube used for phase rotation in the other To simulate measuring circle. A tube with a great slope is preferably used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Fig. I und 2 behandelt. Die beiden Figuren behandeln den Fall, daß der Verlustwinkel eines Kondensators bestimmt werden soll. In Fig. I ist das Prinzipschaltbild einer für die Messung geeigneten Schaltungsanordnung dargestellt. Die MeßspannungsquelleG mit dem inneren Widerstand Rj und der Meßspannung U1 wird unmittelbar an den den zu messenden Kondensator Cx und den Widerstand Rl enthaltenden Kreis gelegt und ebenso an das Gitter der Verstärkerröhre V. Im Anodenkreis dieser Röhre steht dann am Widerstand R2 die Spannung U2 zur Verfügung, die die entgegengesetzte Phase wie die Spannung Ul hat und an dem den Normalkondensator CN enthaltenden Kreis liegt. Der Empfangszweig mit dem Anzeigegerät E ist für beide Kreise gemeinsam. Further details of the invention are based on FIGS 2 treated. The two figures deal with the case that the loss angle is one Capacitor is to be determined. In Fig. I the schematic diagram is one for the measurement is shown suitable circuit arrangement. The measuring voltage source G. with the internal resistance Rj and the measurement voltage U1 is applied directly to the to be measured capacitor Cx and the resistor Rl containing circuit and placed likewise to the grid of the amplifier tube V. In the anode circle of this tube then reads at the resistor R2 the voltage U2 is available, which like the opposite phase has the voltage Ul and is connected to the circuit containing the normal capacitor CN. The receiving branch with the display device E is common for both circles.

Für Spannung Null am Anzeigegerät gilt, da die beiden Spannungen U1 und U2 in Reihe liegen, die Beziehung Damit am Empfänger die Spannung Null herrscht, muß sein und Wenn v der Verstärkungsgrad der Röhre V ist, so kann für U gesetzt werden U2 = (UlJ Rd v (4) Setzt man diesen Wert von U2 in die Gleichung (3) ein, so ergibt sich eine neue Beziehung für Ul. Aus den beiden Beziehungen für Ul (Gleichung 2 und umgebildete Gleichung 3) folgt damit Es ist also Rl=Rv2 v und Cx-- = CN Am Empfänger wird für v=I nur dann die Spannung Null vorhanden sein, wenn die Beträge und die Winkel der Kondensatoren Cx und CN einander gleich sind. Zum Abgleich des Verlustwinkels von Cx wird nun dem Kondensator CN ein Widerstand bekannter Größe in Reihe oder parallel geschaltet. Ebenso kann aber auch der Verlustwiderstand des Kondensators Cx durch einen regelbaren Widerstand mit negativem Vorzeichen kompensiert werden, der in an sich bekannter Weise beispielsweise durch eine Sternschaltung aus zwei Kondensatoren und einem Widerstand gebildet ist. Der Verlustwinkel kann unmittelbar an diesen Widerständen abgelesen werden. Es ist dabei möglich, die Meßfrequenz im weiten Bereich zu variieren, also den Verlustwinkel in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen. Außerdem kommen hierbei auch Übertrager in Fortfall, wobei trotzdem eine einpolige Erdung von Sender und Empfänger gegeben ist.For voltage zero on the display device, the relationship applies because the two voltages U1 and U2 are in series So that there is zero voltage at the receiver, it must be and If v is the gain of the tube V, then U2 = (UlJ Rd v (4) can be set for U. If this value of U2 is inserted into equation (3), a new relationship results for Ul. From the two Relationships for Ul (equation 2 and transformed equation 3) thus follow It is therefore Rl = Rv2 v and Cx-- = CN At the receiver for v = I, the voltage zero will only be present if the values and the angles of the capacitors Cx and CN are equal to each other. To adjust the loss angle of Cx, a resistor of known size is now connected in series or in parallel to the capacitor CN. However, the loss resistance of the capacitor Cx can also be compensated for by a controllable resistor with a negative sign, which is formed in a manner known per se, for example by a star connection of two capacitors and a resistor. The loss angle can be read directly from these resistors. It is possible to vary the measuring frequency over a wide range, i.e. to determine the loss angle as a function of the frequency. In addition, transformers are no longer available, although single-pole grounding of the transmitter and receiver is provided.

Die Kapazitäten zwischen Anode und Kathode der Röhre V, die parallel zu R2 wirksam sind, werden vorteilhaft ebenfalls am Widerstand R1 nachgebildet. The capacitances between the anode and cathode of the tube V, which are in parallel are effective for R2, are advantageously also simulated on resistor R1.

Ebenso kann auch die Elektronenlaufzeit der Röhre durch Zuschaltung von Kapazitäten zum Widerstand Rl einfiußlos gemacht werden: Wenn die Größe des Verlustwinkels in Abhängigkeit von der Frequenz bestimmt werden soll, so ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, die Schaltungsanordnung dem Betrage nach durch Änderung der Verstärkung v in Abhängigkeit von der Betragsverstimmung abzugleichen. Zu diesem Zweck kann die Restspannung im Nullzweig gleichgerichtet und dem Gitter der Verstärkerröhre V als Vorspannung zugeführt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 2. Im Nullzweig sei eine Spannung U vorhanden, die gleich ist der geometrischen Summe einer Spannung UB, die von einer Betragsverstimmung herrührt, und einer Spannung Up, die proportional der Winkelverstimmung ist. Da diese beiden Spannungen aufeinander senkrecht stehen, ist es möglich, von beiden Spannungen getrennt Gleichspannungen abzuleiten, beispielsweise dadurch, daß man eine gesteuerte Gleichrichterbrücke Gl verwendet, der die Spannung U nach Verstärkung zugeführt wird. Die gesteuerte Gleichrichteranordnung GI wird von der Meßstromquelle G über einen Phasendreher Ph, der die Phase beispielsweise um go" dreht oder die Phase zwischen U und UB nachbildet, gesteuert. Der Gleichrichteranordnung Gl kann dann je nach der Verstimmungsrichtung eine Gleichspannung a Ug wechselnden Vorzeichens entnommen werden, die proportional der von der Betragsverstimmung herrührenden Spannung UB ist.Likewise, the electron transit time of the tube can also be changed by switching on of capacitances to the resistance Rl can be made uninfluenced: If the size of the If the loss angle is to be determined as a function of the frequency, so it is according to a development of the invention advantageous, the circuit arrangement to the amount after by changing the gain v depending on the amount misunderstanding to match. For this purpose, the residual voltage in the zero branch can be rectified and applied to the grid of the intensifier tube V as a bias voltage. An example FIG. 2 shows this. In the zero branch a voltage U is present which is the same is the geometric sum of a voltage UB caused by a misunderstanding of the amount and a voltage Up, which is proportional to the angular misalignment. There If these two tensions are perpendicular to each other, it is possible for both To derive voltages separately DC voltages, for example by the fact that a controlled rectifier bridge Gl is used, the voltage U after amplification is fed. The controlled rectifier arrangement GI is from the measuring current source G via a phase rotator Ph which, for example, rotates the phase by "go" or the Phase between U and UB simulates, controlled. The rectifier arrangement Gl can then, depending on the detuning direction, a DC voltage a Ug with an alternating sign which is proportional to the voltage resulting from the amount misunderstanding You are.

Diese Gleichspannung wird als Gittervorspannung der Röhre, die vorzugsweise als Regelröhre ausgebildet ist, zugeführt. Statt der einen dargestellten Röhre können z. B. auch drei Röhren verwendet werden, von denen nur eine oder alle drei geregelt werden. Ist beispielsweise das Gleichgewicht der Schaltung dadurch gestört, daß für ein gegebenes Cx die Verstärkung v zu groß ist, so wird durch die entstehende Gleichspannung d Uy eine Vergrößerung der negativen Vorspannung der Röhre hervorgerufen und die Verstärkung v so lange verkleinert, bis das Gleichgewicht herrscht. Bei zu kleiner Verstärkung v ist der Vorgang umgekehrt.This DC voltage is called the grid bias of the tube, which is preferably is designed as a control tube, supplied. Instead of the tube shown, you can z. B. three tubes can be used, of which only one or all three are regulated will. If, for example, the balance of the circuit is disturbed by the fact that for a given Cx the gain v is too large, the resulting DC voltage d Uy caused an increase in the negative bias of the tube and the gain v is reduced until there is equilibrium. at If the gain v is too small, the process is reversed.

Der Verlustwinkel kann am Empfänger E unmittelbar angezeigt werden, es ist jedoch auch möglich, ihn mit bekannten Hilfsmitteln aufzuzeichnen. Besonders vorteilhaft benutzt man dabei ebenfalls eine gesteuerte Gleichrichterbrücke, der man nun eine Steuergröße solcher Phasenlage zuführt, daß die entstehende Gleichspannung proportional der Spannung Up ist. The loss angle can be displayed directly on the receiver E, however, it is also possible to record it with known tools. Particularly a controlled rectifier bridge is also advantageously used, the one now supplies a control variable of such a phase position that the resulting DC voltage is proportional to the voltage Up.

In den beiden Beispielen ist vorausgesetzt worden, daß der Verlustwinkel eines Kondensators bestimmt werden soll. In der gleichen Weise kann aber auch ein beliebiger Scheinwiderstand, z. B. der eines abgeschlossenen Kabels, gewählt werden. Statt CN schaltet man dann zweckmäßig einen Ohmschen Widerstand ein. Der Widerstand R1 wird dabei vorteilhaft klein gegen den zu messenden Scheinwiderstand gewählt. In the two examples it has been assumed that the loss angle of a capacitor is to be determined. In the same way, however, a any impedance, e.g. B. that of a terminated cable can be selected. Instead of CN, it is then expedient to switch on an ohmic resistor. The resistance R1 is advantageously chosen to be small compared to the impedance to be measured.

Vorteilhaft verwendet man also eine Verstärkerröhre großer Steilheit, um einen kleinen Widerstand R1 benutzen zu können. Der Spannungsabfall an dem zu messenden Scheinwiderstand ist dann proportional dem Scheinwiderstandsbetrag Rx. Ein an diesen Widerstand angeschlossenes Anzeigegerät kann demnach in Scheinwiderstandsbeträgen beschriftet werden, während am Anzeigegerät im Nullkreis der Winkel ablesbar ist.It is therefore advantageous to use an amplifier tube with a great slope, to be able to use a small resistor R1. The voltage drop across the too measuring impedance is then proportional to the amount of impedance Rx. A display device connected to this resistor can accordingly measure values of impedance while the angle can be read on the display device in the zero circle.

PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Messung des Verlustwiderstandes bzw. des Verlustwinkels von Scheinwiderständen, insbesondere mit veränderbarer Meßfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung an das Meßobjekt unmittelbar und an ein Normal über eine Röhrenanordnung um 1800 phasenverschoben angelegt wird oder umgekehrt und die in einem gemeinsamen Anzeigekreis auftretende Differenzspannung entweder unmittelbar als Maß für den Verlustwinkel verwendet oder durch regelbare Widerstände in einem der Meßkreise auf Null bzw. Minimum geregelt und die Widerstandseinstellung als Maß für den Verlustwiderstand benutzt wird. PATENT CLAIM: I. Method of Measuring Loss Resistance or the loss angle of apparent resistances, in particular with a variable measuring frequency, characterized in that the measurement voltage is applied directly to and to the device under test a standard is applied out of phase by 1800 via a tube arrangement or vice versa and the differential voltage occurring in a common display circuit either used directly as a measure for the loss angle or through adjustable ones Resistances in one of the measuring circuits regulated to zero or minimum and the resistance setting is used as a measure of the loss resistance.

Claims

2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the load resistance of the tube arrangement (V) is simulated by a series resistance (R1) in the other measuring circuit.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the anode-cathode capacitance of the tube arrangement (V) is also simulated in the other measuring circuit is.

4. Circuit arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that that the influence of the electrode run time of the tube (V) by adding capacities to the simulating resistor (R1) is taken into account.

5. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized characterized in that the standard has an adjustable resistor in parallel or in series is switched.

6. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized characterized in that a controllable resistor with a negative sign corresponds to the test object is switched on.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the resistance with a negative sign by a star connection of two changeable Capacitors and a resistor is formed.

8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that means are provided to prevent the amount from being misunderstood to compensate resulting differential voltage in the common display circuit.

9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that the differential voltage is fed to a rectifier arrangement (Gl) which is connected to a control voltage derived from the measurement voltage source of such phase is controlled, that the resulting DC voltage is a measure of the amount resulting from the misunderstanding Differential voltage is in the display circuit and that this DC voltage is used for this purpose is to compensate for the misunderstanding of the amount, e.g. B. by shifting the grid potential the tube (V) used for phase rotation.

10. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4 and 7 to 9, characterized in that the by an angular misalignment originating Voltage in the common display circuit by one of one of the measuring voltage source derived control voltage of the corresponding phase position controlled rectifier arrangement (Gt) is converted into a direct voltage proportional to the angular misalignment.

II. Circuit arrangement according to Claim 10, characterized in that that the angular misalignment proportional DC voltage as a function of the Frequency is recorded.

12. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized by the use of a tube of great steepness.