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Indiiktivitäts-Meßgerät
Bei gleichstromdurchflossenen Eisenkerndrosseln,
Transformatoren usw. hängt beleanntlich der Wert der Induktivität bzw. des Scheinwiderstandes
stark von der Größe des durchfließenden Gleichstromes ah. Es sind nun verschiedene
Methoden bekannt, mit denen man diesen Wert in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gleichstrom
messen kann. Den meisten dieser hiernach gebauten Geräten haftet jedoch der Nachteil
eines umfangreichen Aufbaues, hedingt durch die dabei notwendigen großen Kapazitäten
und Induktivitäten, und einer umständlichen Bedienung, die insbesondere durch die
Verwendung von Schiebewiderständen begründet ist, an. Außerdem ist nachteilig, daß
die Messung selbst hierbei unter Bedingungen vorgenommen wird, die meist von dem
eigentlichen Betriebszustand abweichen.
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Die Schaltung nach der Erfindung gestattet nun mit einfachen Mitteln
die Messung der Induktivität bzw. des Scheinwiderstandes von Spulen usw. in Abhängigkeit
von der Gleichstrombelastung in einem betriebsähnlichen Meßvorgang. Hierzu wird
erfindungsgemäß der Prüfling als Außenwiderstand in den Anodenkreis einer Pentode
gelegt und der daran entstehende Wechselspannungsabfall gemessen, wobei dem Steuergitter
eine bestimmte konstante Wechselspannung zugeführt wird. wällrend durch Veränderung
der Schirmgitterspannung der durch den Prüfling fließende Strom verschieden einstellbar
ist. Die gemessene Spannung gibt nun ein Maß für den Scheinwiderstand bzw. bei bekannter
Frequenz der Eingangsspannung für die Induktivität des Meßobjektes. An Hand der
Abb. I soll nun die Wirkungsweise des Erfindungsgegen-
stands naher
erklärt werden. Die Röhre Rö I stellt eine Pentode entsprechender Leistung dar.
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Dem Steuergitter wird eine konstante Wechselspannung von einem Generator
G2 -zugeführt; als Generatorspannung kann der Einfachheit halber ein Teil der Heizspannung
benutzt werden. Tm Anodenkreis der Röhre liegt der Prüfling M 3 und in Reihe damit
ein Strommesser J4. Dem Schirmgitter wird über ein Potentiometer P 5 eine in weiten
Grenzen regelbare Spannung zugeführt. Im Kathodenkreis der Röhre liegt in Reihe
mit der üblichen RC-Kombination noch ein regelbarer Widerstand R6. Über den Kondensator
C7 ist ein Spannungsmesser VS angeschlossen. Die Wirkungsweise der Schaltung geht
nun von der Tatsache aus, daß bei einer Pentode beim Regeln der Schirmgitterspannung
praktisch nur eine Parallelverschiebung der Ia-Ug-KennTinien auftritt, d. h. daß
die Steilheit im geradlinigen Teil annähernd konstant bleibt. Bei geeigneter Bemessung
der Steuerwechselspammung wird daher trotz des veränderlichen mittleren Anodenstromes
die an einem konstanten Außenwiderstand gemessene Verstärkung in erster Annäherung
konstant sein, d. h. die Spannung, die mit dem Ausgangsvoltmeter V 8 gemessen wird,
ist innerhalb bestimmter Grenzen lediglich von der Größe des Anodenwiderstandes
abhängig. Der Spannungsmesser V8 kann daher direkt in Ohm geeicht werden und bei
bekannter Frequenz auch in Henry, wenn man voraussetzt, daß der induktive Widerstand
des Meßobjektes groß ist gegenüber seinem Ohmschen Widerstand.
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Hiermit ist aber der gewünschte Verwendungszweck erreicht: Legt man
einen Ohmschen Widerstand Rx an die Meßbuchsen des Gerätes, so wird an dem in Ohm
geeichten Spannungsmesser V8 immer ein und derselbe Wert angezeigt, gleichgültig
welchen mittleren Strom man mit der Röhre einstellt und damit durch den Widerstand
Rx fließen läßt; dasselbe tritt ein, wenn man eine eisenlose Spule in den Meßkreis
legt. Schaltet man dagegen eine Drossel mit Eisenkern in den Meßkreis, so kann man
jetzt den jeweiligen Scheinwiderstandswert in Abhängigkeit von dem durchfließenden
Gleichstrom sofort ablesen.
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Die zunächst getroffene Voraussetzung, daß- die Steilheit der Röhre
beim Regeln der Schirmgitterspannung konstant bleibt, ist jedoch nur in erster Annäherung
erfüllt. Bei einer bestimmten Pentode beispielsweise, mit der Versuchsmessungen
nach dem-hier aufgeführten Prinzip durchgeführt wurden, ergibt sich beim Regeln
des mittleren Anodenstromes von so bis I50 mA ein Unterschied in der Steilheit von
etwa 25 O/o. Mit einem derartig hohen Eigenfehler wäre aber ein solches Gerät nur
als Vergleichsmeßgerät, z. B. für Prüffeldzwecke, brauchbar. Um aber auch absolute
Messungen damit durchführen zu ls:ömlen, muß durch entsprechende weitere Schaltungsmaßnahmen
dafür gesorgt werden, daß die Steilheit der Röhre in weit höherem MaBe von der Regelung
der Schirmgitterspannung unabhängig bleibt. Die einfachste Möglichkeit hierfürbietet
ein regelbarer Widerstand R6, der als regelbarer Gegen;opplungswiderstand im Kathodenkreis
der Röhre liegt. Bei geeigneter Kopplung mit dem Schirmgitterpotentiometer läßt
sich hiermit schon eine völlige Unabhängigkeit der Steilheit erreichen. Nachteilig
bleibt hierbei die notwendige mechanische Kopplung und die damit verbundene Schwierigkeit
der Erzielung eines einwandfreien Gleiohlaufes mit dem Schirmgitterpotentiometer.
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Bei der Schaltung nach Abb. 2 ist die Konstanz der Verstärkung auf
rein elektrischem Wege erreicht. Hierbei wurde eine Reihe von Maßnahmen durchgeführt,
und zwar handelt es sich um eine Gegenkopplung in der Kathode durch den Widerstand
R 1 und eine veränderbare Gegenkopplung im Schirmgitter durch das nicht abgeblockte
Potentiometer- P 5 unter gleichzeitiger Zuführung einer festen Gittervorspannung
über den Widerstand R 2 und einer automatisch mitlaufenden Gittervorspannung über
die Kombination R 3, R 4, Ci. Mit dieser Schaltanordnung wurde mit derselben Röhre,
die oben als Beispiel erwähnt war, in dem Strombereich von etwa 10 bis IoomA ein
Meßfehler von + 1 0/o erreicht.
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Man kann jedoch die Meßgenauigkeit und den Meßbereich noch beträchtlich
steigern, wenn man die Größe der Gegenkopplung durch Verwendung einer zweiten Röhre
noch weiter erhöht. Hierbei ist allerdings das Meßprinzip gegenüber den beiden ersten
Methoden etwas anders. Bei den beiden ersten Ausführungsformen wird eine konstante
Wechselspannung zugeführt und durch geeignete MaBnahmen erreicht, daß trotz veränderlichen
mittleren Anodenstromes auf Punkten gleicher Steilheit gearbeitet wird. Bei der
Meßmethode gemäß Abb. 3 wird die Steilheitsänderung, die beim Regeln des Anodenstromes
auftritt, in Kauf genommen und dafür die Größe der zugeführten Wechseispannung so
variiert, daß die Wechselstromamplitude im Anodenkreis der zweiten Röhre konstant
bleibt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung sei an Hand der Abb. 3 näher erläutert.
Die Röhre Rö 1 stellt wiederum eine Pentode dar, in derem Anodenkreis der Prüfling
M3 in Serie mit dem Strommesser 14 liegt. Durch Regeln des Schirmgitterpotentiometers
P 5 wird der mittlere Anodenstrom der Röhre Rö 1 und damit auch der durch den Prüfling
fließende Strom geändert. Die Höhe des jeweiligen Stromes kann an dem Strommesser
14 abgelesen werden, während der Spannungsmesser V 8 wieder die Größe der am Prüfling
abfallenden Wechselspannung und damit den Wert des Scheinwiderstandes anzeigt. Es
ist weiterhin auch ein Generator G 2 vorhanden, jedoch wird diesmal nicht die eigentliche
Meßröhre Rö 1 direkt, sondern eine Vorröhre Rö 2 mit der Wechselspannung beaufschlagt.
In Reihe mit dem PrüflingM3 im Anodenkreis der Röhre Rö 2 liegt ein Ohmscher Widerstand
R 6; die an diesem entstehende Wechselspannung wird der Kathode der Röhre Rö I als
Gegenkopplung zugeführt. Durch geeignete Bemessung der einzelnen Schaltelemente
ist eine derartig große Gegenkopplung der ge-
samen Anordnung erreicht,
daß die Amplitude des im Anodenkreis der zweiten Röhre auftretenden Wechsel stromes
praktisch unabhängig von den Betriebsspannungen und den Röhrenströmen ist.
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Sie hängt nur von der Größe der Generatorspannung und von den Gegenkopplungswiderständen
R6 und R 7 ab. Da die Generatorspannung konstant ist und die Gegenkopplungswiderstände
feste Werte haben, ist die Größe des Wechselspannungsabfalles am Prüfling nur von
seinem Scheinwiderstand abhängig. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Meßgerät nach
diesem Prinzip der entstehende Fehler bei einer Stromregelung von 4 bis 150 mA unter
Verwendung der obenerwähnten Röhre Rö 2 unter 1010 lag.