Anordnung zur Messung von Wechselstromgrössen mittelst einer mit Gleichrichtern versehenen Brücke. Bei den Wechselstrommessungen, insbe sondere der Schwachstromteebnik, bedient man sich vielfach des Telephons als Anzeige vorrichtung, mag es sich um Vergleichs- oder um Nullmethoden hafideln. Bekanntlich hat der<B>G</B>ebrauch des Telephons mancherlei Nach teile, die im wesentlichen auf subjektiven Einflüssen beruhen.
Man hat daher schon vielfach das Telephon durch Zeigerinstru mente ersetzt, gegebenenfalls in Verbindung mit Verstärkern und Gleichrichtern verschie dener Art. Allen diesen Methoden haftet der Nachteil an, dass sie nur den Betrag des Messstromes anzeigen. Man kann also bei spielsweise bei einer Brückeumessung nicht ohne weiteres erkennen, in welchem Sinne das Brückengleichgewicht gestört wird. Ganz besonders schwierig wird dies., wenn es sich um die Messung komplexer Scheinwider stände mit annähernd gleich grossen Korn- ponenten handelt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur Messung von Wechsel- stroingrössen mittelst einer mit Gleichriehtern versehenen Brücke, die alle erwähnten Nach teile vermeidet.
Die Anordnung gemäss der Erfindung weist in der Brücke Gleichrichter auf, die die Eigenschaft der Trockengleichrichter be sitzen, nämlich mit einer Kennlinie wirksam zu sein, deren krummliniger Teil vernach- lässigbar klein gegenüber dem geradlinigen Teil ist, wobei die Gleichrichter dieser Brücke von einer Hilfsspannung und einer gegen die Hilfsspannung kleinen Messspan- nung gespeist werden und die Hilfsspannung so gross gewählt ist, dass der von ihr über strichene Kennlinienbereich als geradlinig anzusehen ist,
so dass die von der Gleich- riebteranordnung gelieferte Gleichspannung in weiten Grenzen unabhängig von der Ampli tude der Hilfsspannung wirkt. Vorzugsweise wird die Hilfsspannung der gleichen oder zu ihr synchronen Stromquelle entnommen, -wie beispielsweise die einer Messanordnung zuge;- führte Spannung, deren Messspannung unter sucht wird.
Fig. <B>1</B> zeigt als erstes Beispiel eine An ordnung, bei der die Gleichrichterbrücke mit einer Wechselstrommessbrücke kombiniert ist.
Der eine Zweig der Gleichrichterbrücke Gl wird gebildet durch den GleichrichterD1 und den Widerstand<B>R.,1,</B> der zweite durch den Gleichrichter<B>D2</B> und den Widerstand Sind R.-L und Rj, unveränderlich, so kann durch den Widerstand )- der Abgleich der Brückenanordnung in sich herbeigeführt wer den.
In geeigneter Weise, in der Fig. <B>1</B> bei spielsweise durch einen Übertrager<B>U,</B> wird in beide Gleichrichterzweige <B>je</B> eine gleich grosse, aber'in bezug auf die Durchlassrich- tung der Gleichrichter gegenpliasige Hilfs spannung eh induziert.
Die zum Beispiel infolge Verstimmung der Messbrücke M <B>,</B> vor handene, etwa durch einen Übertrager zu geführte Messspannung sei'eb. Im Zweig<B>1</B> der Gleichrichterbrücke wirkt somit die Span nung <B>(1)</B> (91 <B>==</B> Egb <B>+</B> eh Im -Zweig 2 wirkt die Spannung (2) (92 == eb <B>-</B> (gh In Fig. 4 ist das Vektordiagramm der Gleichung<B>(1)</B> und (2)
für eine beliebige Phasenverschiebung 99 zwischen ei,<B>Und</B> eb gezeigt. Für die an den Widerstand R.,i und R.,2 wirkenden Gleichspannungen gelten die Proportionalitäten e.i e2 l(921 E2 Für den Ausschlag a des Gleichstrominstru- mentes gilt dann bei ausgeglicbenen Zweig widerständen:
a<B><I>- (Ei -</I></B> E#). Danach und nach Abb. 2 und 4 ist zu er kennen, dass für<I>5o</I> # <B>0</B> der Ausschlag des Anzeigoinstrumentes der Anzeigespannung der Messbrücke <B>Z</B> nach Grösse Lind Vorzeichen proportional ist. Für #o == <B>90 0</B> aber ist der Ausschlag unabhängig von der Spannung Eb. Das gilt mit um so grösserer Genauigkeit, je grösser<B>Eh</B> gegenüber Eb gewählt ist.
Die Wahl einer grossen Hilfsspannung<B>Eh</B> hat ferner den Vorteil, dass dadurch die Gleich richter Di und<B>D2</B> im linearen Teil ihrer Kennliiiien betrieben werden können, und zwar derart, dass trotz der Schwankungen von Eb der Arbeitspunkt im geradlinigen Teil der Kennlinie verbleibt.
Es sei zunächst angenommen, dass die Wechselstroinmessbrücke mit den Wider- stän4en <B>B, B, B</B> und R" durch Vergrösserung vo-n B. verstimmt sei, und dass infolgedessen im Diagonalzweig eine Spannung<B>Eh</B> erit- stehe, die in Phase mit<B>Ei,</B> sein möge.
Wie Fig. 2 anhand einer idealisierten Gleich- richterkennlinie zeigt, bewirkt das Auftreten von<B>Eh</B> eine Vergrösserung der Gleichstrom komponente im Zweige Di, R"i und eine Verkleinerung im Zweige D2. Rj. Ein im Diagonalzweig der Brückenanordnung etwa eingeschaltetes Gleichstrominstrument<B><I>G</I></B> zeigt dann einen positiven Ausschlag. Wird um gekehrt- die Brücke durch Verkleinerung von <B> & </B> verstimmt, so kehrt<B>Eh</B> seine Phase um und die Gleichstromkomponente im Zweig 2 nimmt zu, während die im Zweig<B>1</B> sinkt.
Das Galvanometer<B>G</B> zeigt dann einen nega tiven Ausschlag.
Bei WechseIstrommessungen wird die Mess- spannung Eb im allgemeinen aus zwei uni <B>90 0</B> phasenverschobenen Komponegiten be stehen, entsprechend dem reellen und imagi nären Teil des zu inessenden Scheinwider standes. Fig. <B>3</B> erläutert den Einfluss, den die Phasenverschiebung zwischen Hilfsspan nung Eh und Messspannung Eb mit sich bringt.
Hier ist beispielsweise eine Phasen verschiebung zwischen<B>EI,</B> und<B>Eh</B> von<B>90 0</B> angenommen. Man erkennt, dass in beiden Zweigen<B>1</B> und 2 die Gleichstromkomponen ten durch Änderung der Messspannung Eb in gleicher Weise beeinflusst werden, so dass der Galvanometerausschlag unverändert bleibt.
Durch geeignete Phasendrehung der Hilfs- sp <B>-</B> annung gemäss einer weiteren Ausführungs form der Erfindung hat man es in der Hand, wahlweise die reelle oder die imaginäre Komponente des zu messenden Scheinwider standes unabhängig voneinander zu bestim men. Hierzu genügt es bisweilen auch, zwei feste, gegeneinander uni<B>90</B> 11 verschobene Phasenlagen vorzusehen.
An Stelle der Übertrager, die die Hilfs spannung und Messspannung zuführen, können auch ohmsche. Widerstände oder andere Kopplungselemente vorgesehen werden. Die Gxleichrichterbrücke ist in derselben früher beschriebenen Weise wirk,-am, wenn Hilfs spannung und Messspannung vertauscht wer den.
Dagegen ist es von grundlegender Wichtigkeit für den Erfindungsgegenstand, dass die Hilfsspannung selbst gross gegenüber der Messspannung ist. und die verwendeten Gleichrichter mit einer Kennlinie wirksam sind, deren krummliniger Teil vernachlässig- bar klein gegenüber dem linearen Teil ist in Art der in Fig. 2 und<B>3</B> dargestellten Kennlinie. Solche Eigenschaften kommen be sonders den Trockengleichrichtern zu, die darüber hinaus gegenüber Röhrengleichrich tern den Vorteil der Unabhängigkeit von Spannungsschwankungen der Hilfsbatterien haben.
Unter diesen Bedingungen ist der ent stehende Gleichstrom bezw. Ausschlag des Anzeigeinstrumentes eine lineare Funktion der Messspannung und darstellbar durch die Gleichung: a=IC.z cosg, wobei<B>Ä</B> die zugeführte Messspannung, <B>9</B> der Winkel zwischen Messspannung und Hilfs spannung und<B>k</B> eine Grösse ist, die selbst bei Änderung der Hilfsspannung um ein Mehrfaches eine Konstante ist. Im Gegen satz dazu ist bei bereits bekannten Anord nungen, die mit quadratischen Kennlinien, beispielsweise von Röhren, arbeiten, der Aus schlag des Instrumentes auch der Hilfsspan nung<B>Eh</B> proportional.
Für die praktische Verwendung der An ordnung k#ann es von besonderem Vorteil sein, statt des Orleiehstrominstrumentes ein Relais oder dergleichen vorzusehen. So kann zurn Beispiel bei Verbindung der Gleich- richterbrücke mit einer Wechselstrommess- brücke das Relais dazu dienen, eine Vor richtung zum automatischen Abgleich der Messbrücke zu steuern.
Ein derartiger Ab- gleich erfolgt in der Regel durch Änderung eines oder mehrerer in der Brücke vorhan dener Messgrössen. Es ist natürlich auch mög lich, den zu messenden Wechselstromwider- stand durch die Steuerwirkung des Relais so zu verändern, dass die Messbrücke abge- gliclien wird.
Dies ist besonders dort von Vorteil, wo das Messobjekt einen bestimmten Wechselstrornwiderstand erhalten soll und kann auch durch inittelbare Beeinflussung des Messobjektes geschehen. Als Beispiel sei die Aufgabe erwähnt, in einer Lösung eine bestimmte Säurekonzentration dauernd auf recht zu ei-halten. Das Relais kann in diesem Falle dazu benutzt werden, den Säure- oder Wasserzufluss durch geeignete Ventile zu regeln.
Zur Ausführung von Brückenmessungen ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Messbrücke M von Hand oder automatisch ausgeglichen wird. Da die Messspannung für kleine Verstimmungen eine lineare Funktion der Verstimmung ist, kann durch den Aus schlag des Zeigerinstrumentes der Gleich- richteranordnung oder durch die Aufzeich nung eines Registrierinstrumentes die Ver stimmung der Messbrücke LU nach Grösse und Phase unmittelbar gemessen werden.
Im folgenden wird 'eine Anordnung mit Messbrücke beschrieben zur Messung oder Kontrolle von Werkstücken mit ganz oder teilweise abweichender Dielektrizitätskon- stante bezw. Verhistgrösse in Platten-, Band- oder Fadenform, insbesondere zur Fabrika tionskontrolle von Gummibändern odergum mierten Cordbahnen, sowie Papier, Zellstoff, Textilien, Linoleum und dergleichen. Dabei wird das zu prüfende Werkstück in bekann ter Weise zwischen zwei Belegungen eines Kondensators eingelegt oder laufend durch gezogen.
Der Kondensator befindet sich in einer Weehselstrommessbrücke, deren Anzeige- sparinun <B>- g</B> zusammen mit einer Hilfsspannung der Gleichrichterbrücke zugeführt wird. Die Hilfsspannung ist<B>-</B> wie früher beschrieben <B>-</B> grösser als die Anzeigespannung der Mess- brücke und so gross gewählt, dass der Arbeits bereich irr den geradlinigen Teil der Gleich- richterkennlinie fällt.
Dadurch wird erreicht, -dass die Anzeige von der Grösse der Hilfs. spannung unabhängig wird. Die Hilfsspan nung wird vorteilhaft mit einer veränder lichen einstellbaren Phase der Gleichrichter- brücke zugeführt.
Fig. <B>5</B> gibt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Prüfung von Gummibalineii wieder. Aus dieser Abbildung kann das Zu- sammenwirken der Messbrücke mit dem ein gebauten Prüfkondensator und der Gleich- richterbrücke klar erkannt werden.
Ein Suin- wer 8, beispielsweise für<B>800</B> Hz, ist über einen Übertrager Ui an eine Siebkette sb angeschlossen. Von dort wird die Spannung einerseits als Hilfsspannung<B>Ei,</B> der Gleich- richterbrücke <B>G,</B> zugeführt, anderseits über den Übertrager Us an die Messbrücke 31 an gelegt. Der Kondensator C, der Messbrücke ist der Prüfkondensator, mit dessen Hilfe die Werkstücke kontrolliert werden.
Der Kondensator C3 und der Widerstand R, die nen zum Ausgleichen der Brücke. C,9 kann als Drebkondetisator ausgebildet sein, um auf eine bestimmte Gummisorte einstellen zu können oder Änderungen des Prüfkonden- sators, z. B. durch Abnutzen, Temperatur schwankungen, ausgleichen zu können. Der verschiebbare Widerstand Bi dient zur Aii- passung an die Verlustverhältnisse des iin Kondensator C" befindlichen Gummis.
In den beiden andern Brückenzweigen liegen ohmsche Widerstände, denen zur Symmetrie- rung der Brücke Kondensatoren parallel ge schaltet sind. Während die Messspannung an den Diagonalpunkten <B>1</B> und 2 angelegt ist, wird die die Verstimmung anzeigende Span nung von den Diagonalpunkten <B>3</B> und 4 dem Verstärker<B>F</B> zugeführt, von dein aus sie verstärkt (Eb) an die Gleichrichterbrücke ab gegeben wird.
Der Kondensator Cl, dient zurn Blockieren der Ladeströme, welche leicht durch den den Kondensator C <B>,</B> durchlaufen- den Gummi influenziert werden können.
Die Hilfsspannung<B>Ei,</B> wird der Gleichrichter- brücke über einer) Spannungsteiler zugeführt, der dazu bestimmt ist, eine derartige Phasen drehung zu bewirken, dass für eine rein kapa- zitive Verstimmung der Brücke Gleichphasig- keit ei-reicht ist und das Instrument für kapa- zitive Änderungen volle Empfindlichkeit ent hält. Eine Veränderung der Wirkkomporiente, z. B. infolge Änderung des Verlustwinkels, bleibt darin wirkungslos.
Es wäre natürlich ohne weiteres möglich, die Untersuchungen gerade auf den Verhistwinkel zu richten, was durch entsprechende Phasendrehung der Hilfsspannung bewirkt werden kann.
Wie Versuche ergeben haben, ist die Phasenlage von<B>Eh</B> und Eb stark abhängig von den Übertragungsmitteln,<B>z.</B> B. vom Scheinwiderstand der Verstärker-. Durch Ver wendung eines Stimmers konstanter Frequenz und eines Widerstandsverstärkers kann jedoch die nötige Konstanz leicht erzielt werden. Eine gute Konstanz der Detektoren kann durch Verwendung von Kupferoxydulgleich- richtern bei entsprechender Bemessung der Widerstände Rj und R.,2 und bei geeigneter Wahl der Spannungsverhältnisse erreicht werden.
Fig. <B>6</B> zeigt eine Ausführung des Prüf- kondensators, wie er als<B>C,</B> in der oben be schriebenen Anordnung, insbesondere zur Kon trolle vor) Gummibalinen bezw. gummierten Cordbahnen zur Verwendung kommen kann. Eine Platte<B>1</B> ist an vier Porzellanisolatoren 2 befestigt. Die obere,<B>3,</B> die vorzugsweise irn Betriebe geerdet wird, ist mit Hilfe von vier Bolzen<B>5,</B> die durch das hufeisenförmige Trägergestell t gleiten, mit Hilfe eines Hebels <B>6</B> zu heben und zu senken.
Um die obere Platte mit der nötigen Genauigkeit in die bestimmte Lage zu bringen, sind an den Bolzen Anschläge<B>7</B> vorgesehen. Währen die obere Platte bei der Messung geerdet ist, ist die untere Platte mit der Messbrücke (vergl. C, Punkt 2, Fig. <B>5)</B> verbunden. Bei Einbau des Prüfkondensators zur Kontrolle einer laufenden Bahn sorgen geeignete angebrachte Rollen zur sicheren Führung der Bahn zwi schen den Kondensatorplatten.
Nach der Anzeige im Messinstrument der Gleichrichterbrücke können vom Bedienungs personal die Betriebsgrössen in der Richtung verringerten Aussehlages des Instrumentes abgeändeit werden. Zeigt zum Beispiel bei der Fabrikation von gummierten Cordbahnen das Kontrollinstrument eine zu dicke CTummi- auflage an, so können die Beti#ipbQgi#össeii, z. B. Walzenabstand oder Druck, beim Press- vorgang so lange abgeändert werden, bis sich im Instrument der Normalausschlag ergibt.
Statt oder neben dem direkt ablesbaren Mess- instrument kan n im Diagonalzweig der Gleich- richterbrücke eine Relaisanordnung vorge sehen werden, die, durch -die Brückenströme gesteuert, selbst derartige Änderungen der Betriebsverhältnisse, insbesondere der die Banddicke beeinflussenden Betriebsgrösse i. beispielsweise mit Hilfe von Steuerimpulsen, veranlasst. Neben dem direkt anzeigenden Kontrollinstrument kann auch ein ergänzen des Instrument vorgesehen werden, welches die Abweichungswerte der geprüften Strecken aufzeichnet.
Bei der Kontrolle von Fäden anstatt der Bänder können die Fäden innerhalb eines Kondensator"; zwischen Rollen öfters hin- und, hergezogen werden, um im Messkonden- gator grössere Änderungen als bei einfachem Durchgang durch den Kondensator zu er zielen.
Sollen Werkstücke mit profilierter Ober fläche, wie zum Beispiel Laufstreifen für Autoreifen, kontrolliert werden, so können die KondensatorplatLen auch profiliert bezw. in Profilen gebogen sein.
Nicht nur schlecht oder nichtleitende Sub stanzen können nach Material und Form geprüft werden. Durch den Messkonden-sator können zum Beispiel auch Met.allbänder oder Streifen und dergleichen gezogen werden, wodurch die geometrischen AusmesSUngen kontrolliert werden können.
Die Anordnung gemäss der Erfindung kann auch zur Frequenzanalyse dienen, in- dem als Messspannung die zu untersuchende Spannung und als Hilfsspaunung eine in der Frequenz stetig veränderbare Suchspannung der BrÜcke zugeführt wird.
Zur Ermittlung der Frequenz und Ampli tude der Teilschwingungen eines Frequenz- gemisches bediente man sich bisher neben den umständlichen Resonanzmethoden vor zugsweise der Analyse mittelst Suchton. Hierbei wird der zu analysierenden Weehsel- spannung bezw. der in eine ensprechende Wechselspannung umgeformten andersartigen Schwingung, eine zweite Spannung von kon tinuierlich veränderbarer Frequenz überlagert.
Die ans der Frequenz des Suchtories und der einer Teilschwingung des Gemisches ent stehende Schwebung wird in verschiedener Weise zur Ermittlung der gesuchten Grössen verwendet.
Weil hier eine Produktbildung aus Such- ton und Teilton zugrunde liegt, haftet jedoch allen diesen Methoden der Nachteil an, dass die Anzeige nicht nur der Amplitude des Teiltones, sondern auch der des Suchtones proportional ist, die also, um Rechnungen zu vermeiden, über das ganze Frequenzbereich sorgfältig konstant gehalten werden muss. So ist zum Beispiel eine Gegentaktmodula- tions- und Gleichrichterschaltung bekannt ge worden, die durch Arbeiten im quadratischen Kennlinienbereich den genannten Nachteil ebenfalls aufweist.
Ausserdem sind durchweg komplizierte Apparaturen, Filter oder der gleichen, oder teure und sehr empfindliche Instrumente, wie Saitenelektrometer etc., er forderlich.
Die folgende Ausführungsform der Erfin dung vermeidet die genannten Mängel. Ge mäss derselben werden die beiden auf die Gleichrichteranordnungwirkenden Spannungen <B>Ei,</B> und Eb, jedoch von zwei völlig getrenn ten 'Stromquellen entnommen, von denen<B>EI,</B> die Suchspannung, Eb die zu analysierende Spannung ist oder umgekehrt. Durch Arbei ten im linearen Teil der Gleichrichterkenn- liiiie, vorzugsweise von Trockengleichrichtern erfolgt die Amplitudenanzeige unabhängig von der Grösse der Suchspannung. Nachdem die Wirkungsweise der Gleich.
richteranordnung früber erläutert worden ist, sei zunächst angenommen, dass <B>EI,</B> und Eb Spannungen gleicher Frequenz seien, die mit einander den Phasenwinkel #o einschliessen mögen.
(4) eb <B>=</B> Eb <B><I>-</I></B> ejwt <B>(5)</B> eh<B>=</B><I>Eh</I> ej(.t+P) Aus dem Vektordiagramm Fig. 4 geht mit Rücksicht auf Gleichung<B>(1)</B> hervor, dass der Zeiger des Anzeigeinstrumentes einen vollen Zyklus zwischen einem positiven und negativen Maximalausschlag durchläuft, wenn sich d# stetig um<B>360</B> ändert.
Der Maximal ausschlag, der bei ur <B>0</B> eintritt, ist dabei proportional Eb und unabhängig von<B>Ei,.</B> Je schneller der Vektor Igb um die Spitze von <B>+</B> el" bezw. <B>-</B> eh rotiert, um so schneller geht der Zeiger des Instrumentes hin und her, bis er schliesslich nicht mehr; folgen kann.
Da eine kontinuierliche Änderung von<B>9</B> einer Frequenzänderung gleichkommt, geht aus dem Gesagten das Verhalten der Gleich- richteranordnung für den Fall, dass <B>EI,</B> und Eb nicht die gleiche Frequenz haben, ohne wei teres hervor.
Ist<B>P</B> der Frequenzunterschied zwischen (911 und eb, so ändert sich e linear mit der Zeit nach der Gleichung <B><I>(6)</I> 9</B> # Q <I>t</I> und man erhält aus Einsetzen der Gleichung <B>(6)</B> in<B>(5)</B> <B>(7)</B> ei, == <B>Eh</B> ei (w + <B><I>a)</I></B><I> t</I> Ist<B>Ei,</B> die Spannung des Suchtones, <B>Et,</B> die des Frequenzgemisches, so wird der In- strumentzeiger mit der Frequenz Q schwingen,
sobald er zu folgen vermag. Ist<B>2</B> infolge weiterer Annäherung der Suchfrequenz an die Teilfrequenz genügend klein -geworden, so ist die Amplitude des Teiltones dem betreffenden Maximalausschlag proportional (siehe Gleichung<B>1).</B> Durch die Trägheit der zweckmässig zu verwendenden Drebspulen- instrumente werden ohne Verwendung eines Filters Schwingungen höherer Frequenz, z. B. die Schwebungen des Suchtones mit einem andern Teilton, unwirksam gemacht.
Die Frequenzanalyse geschieht also in der Weise, dass die Suchfrequenz stetig geändert wird, bis der Zeiger des Instrumentes mit Q immer langsamer werdende Bewegungen ausführt. Die Amplitude der Teilfrequenz kann aus dem maximalen Zeigerausschlag abgelesen werdet), sobald Q klein genug gegenüber der Einstelldauer des Instrumentes geworden ist. Bei Zeigerstillstand stimmt die bekannte Suclifrequenz mit der Teilfrequenz überein.
Lässt man durch geeignete Regulierung die Amplitude eines Teiltories Vollausschlag erzielen, so kann bei geeigneter Skalenein teilung die Amplitude jedes andern Teiltones in Prozenten der ersteren abgelesen werden.
In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, einen Zweig der Gleichrichteranordnung abschaltbar oder eine bestimmte Unsymmetrie einschaltbar zu machen, um ein Mass für die Grösse von<B>Eh</B> und Eib allein zu gewinnen oder uin zum Beispiel das Intensitätsverhält nis einer in beschriebener Weise festgestell ten Teilfrequenz zum ganzen Gemisch fest zustellen. Es ist dadurch möglich, einen Schluss auf die nichtlineare Verzerrung oder den Klirrfaktor eines Systems zu ziehen, ohne die genaue Analyse durchführen zu müssen.
<B>Ei</B> in weiteres Anwendungsgebiet der er findungsgemässen Anordnung bildet der Phasen vergleich zweier Netzwerke, z. B. Vierpole, wobei die Eingangsseiten der Netzwerke von einer gemeinsamen Stromquelle gespeist wer den, während von den Ausgängen die beiden Spannungen zur Speisung der Gleichrichter- brücke entnommen -werden, so dass der Aus schlag des Anzeigeinstrumentes ein Mass für den Unterschieä des Phasenwinkels der beiden Netzwerke bildet.
Zur Bestimmung des Phasenwinkels eines Netzwerkes, z. B. eines Zwei- oder Vierpoles, sind bereits zahlreiche Methoden bekannt, wie Brückenmessungen, Kompensationsmes sungen usw. Diese Methoden geben jedoch den Phasenwinkel entweder überhaupt nicht unmittelbar an oder erfordern do3li eine Ab- gleichung der Amplitude. Zumindest gilt dies dort, wo es sich um Messungen bei Mittel- und Hochfrequenzen- handelt.
Diese Eigen schaft ist störend, wenn nur der Phasen winkel interessiert, -wie zum Beispiel bei Netzwerken zur Phasenentzerrung der Fern kabel, oder zur Bestimmung des Leistungs faktors eines als Verbraucher wirkenden Zweipoles.
Die Erfindung vermeidet den genannten Nachteil.
Auf Grund der dargelegten Wirkungs weise der<B>Brücke</B> ist der Ausschlag des An zeigeinstrumentes proportional der Differenz der Beträge von ei und e? a # <B><I>k</I></B><I> (Ei</I><B>- E2),</B> wo<B>k</B> ein Proportionalitätsfaktor ist, In Fig. 4 sind die Spannungsdiagramme für die Kreise<B>1</B> und 2 gezeichnet.
Für Eli <B> E b</B> gilt sehr nahe <B>(9)<I>EI =</I> Eh + Eh</B> COS <B>-</B> #O <B>(10) E2</B> # <B><I>Ei,</I> -</B> Eh c.os cp und mit Gleichung (3.) <B>(11)</B><I>a</I> = 2<B>k -</B> Eb cos <I>c</I> Die Näherung für Gleichung<B>(11)</B> ist wesentlich besser als die für Gleichung<B>(9)</B> und<B>(10),</B> da die Fehler sich durch die Dif ferenzbildung nach Gleichung<B>(8)</B> zum, gröss ten Teil aufheben.
Die Beziehung nach' der Gleichung<B>(11)</B> kann auf verschiedene Weise zur Bestini- mung des Phasenwinkels von Netzwerken herangezogen werden, wie an folgenden Bei spielen erläutert wird.
In Fig. <B>7</B> sei P, ein Vierpol, dessen Pha.senwinkel zu bestimmen ist, P" ein sol cher mit bekanntem Phasenmass. Die Ein- gangsklemmen al, bi bezw. a2,<B>b2</B> werden von einer Stromquelle<B>8</B> mit konstanter be kannter Spannung gespeist.
An der Aus gangsklemme von P.,. wird die Spannung (91, entnommen, und der Gleichrichterbrücke zu geführt, an- der Ausgangsklemme von P#, wird in gleicher Weise eb entnommen. Da P" in diesem Falle als unveränderlich an genommen ist, so ist für eine bestimmte Klemmenspannung der Stroniquelle <B>S</B> der Ausschla- a des Instrumentes lediglich ab hängig von dem Phasenwinkel von P, " da e-b mit P,1 und der Messspannung konstant ist.
Das Instrument kann dann in Werten des Phasenwinkels geeicht werden. Bei der Mes sung wird entweder die Spannung auf diesen Wert gebracht oder der Wert der Spannung bei der Ablesung berücksicbtigt.
Will man bei der Messung von df <I>r</I><B>G</B> rösse der Spannung Liriabliäiigig sein, so l#ann eine Anordnung gewählt werden, für die Fig. <B>8</B> ein Ausfübrungsbeispiel gibt.
P,1 ist hier ein Vierpol mit einstellbarem Phasenwinkel. lii dieser Figur ist eine der zahlreichen Aus führungsformen für einen solchen Vierpol angedeutet. Ändert man zum Beispiel inittelst des Drehkondensators<B>C</B> in P# die Phase dieses Vierpols so lange, bis a ein Maximum gleich ist, so ist der Phasenwinkel von P,<B>1</B> dem bekannten Phasenwinkel. von _P". Stellt man dagegen<B>C</B> so ein, dass a # <B>0</B> ist, so ist der Phasenwinkel von P" (im<B>90 0</B> von dem bekannten Winkel von P" verschieden.
Wo es die Voraussetzungen gestatten, kann die Änderung des Phasenwinkels von P., anstatt durch Verändern einer oder meh rerer Widerstandsgrössen des Vierpoles auch durch Variieren der Frequenz der gemein samen Stromquelle erreicht werden. In diesem Falle muss der Phasenwinkel, von P. in dem erforderlichen Bereich eindeutig von der Fre quenz der angelegten Spannung abhängen. Bei Null- oder Vollausgleich ergibt sieh dann für diese Frequenz der Pliasenwinkel von P, aus dem bekannten von P".
Fig. <B>9</B> zeigt als weiteres Beispiel die Messung des Leistungsfaktors für einen Strom verbraucher V, der von einer, Stromquelle<B>S</B> mit konstanter Spannung gespeist wird. Die Spannung eb wird der Stromquelle über ge eignete Übertragungsmittel oder, wie in der Figur gezeichnet, direkt entnommen, während <B>Eh</B> an einem im Stromkreis liegenden Wider stand<B>B</B> abgenommen wird, dem durch den Verbraucher lessenden Strom<B>J</B> nach Grösse und Phase somit proportional ist.
Da eb mit der Klemmenspannung der Stromquelle kon stant ist und die Anzeige von der Spannung E], sowieso unabhängig ist, so gibt das An zeigeinstrument direkt den Leistungsfaktor des Verbrauchers an.
Entnimmt man aber entgegen den Be zeichnungen der Fig. <B>9</B> (91, an den Klemmen <B>ei,</B> di und eb an c2,<B>d2,</B> so ist der Aus schlag proportional I<B>-</B> cos #r. Bei konstanter Spannung stellt diese Anordnung ein Watt meter hoher Empfindlichkeit für einen sehr grossen Frequenzbereich dar. Ist die Span nung nicht konstant, so ist es zweckmässig, die Anordnung selbst zur Messung dieser Spannung zu benutzen unter Abschaltung der andern normalerweise wirkenden Span nung, indem man die Brücke züi diesem Zweck vorübergehend ganz oder teilweise unsymmetrisch macht., z.
B. durch Kurz schliessung oder Abschalten des Detektors Di.
Eine spezielle Anwendung findet die An ordnung dort, wo der Phasenwinkel eines Netzwerkes die Kenntnis einer andern Grösse vermittelt, insbesondere bei Bestimmung der Frequenz einer Wechselspannung.
Fig. <B>10</B> stellt eine Ausführungsforin einer entsprechenden Anordnung dar. Die beiden Vierpole sind hier zu Zweipolen degeneriert, wobei der eine aus einer Kapazität<B>C</B> und einer Selbstinduktion L besteht, der andere in diesem Beispiel aus dem frequenzunab- hängigen Widerstand<B>B.</B> Die Spannungen für die Gleichrichterbrücke werden den Zwei polen, wie in der Figur gezeichnet, entrioni- men. Soll die Frequenz der Stroniquelle <B>8</B> ermittelt werden, so wird zum Beispiel<B>0</B> so lange verändert, bis das Instrument Maximal ausschlag zeigt.
Die Phasenwinkel der beiden Zweipole stimmen darin überein und aus der Stellung des Drehkondensators<B>C,</B> der zweck mässig im Frequenzmass geeicht wird, kann die Frequenz ermittelt werden. Statt der in Fig. <B>10</B> verwendeten Zweipole können auch Vierpole, wie zum Beispiel in Fig. <B>8</B> dar gestellt, verwendet werden. Es wird meist günstiger sein, mit Nullausschlag zu arbeitet), da dann die Messgenauigkeit grösser ist.