philips: PM6302; RCL Bridge

Im Gegensatz zur GM 4144 Brücke sind die beiden Brückenzweige beim PM 6302 komplex, d.h. mit Wirk- und Blindwiderständen aufgebaut. Das hat sofort 3 große Unterschiede zur Folge.

1. Der Messbereich von 1:100 wird auf etwa 1:10 eingeengt, sodass man 8 Bereiche braucht im Gegensatz zu nur 4 Bereichen beim GM 4144. Dies könnte als Nachteil aufgefasst werden. Der Referenzzweig der Brücke besteht ja nicht mehr nur aus einem Potentiometer, sondern aus Potentiometer und Kondensator.

2. Die Skala hat eine lineare Teilung, ein Vorteil denke ich.

3. Der Brückenabgleich findet damit in der komplexen Ebene statt

Nebenbei gibt er nur noch 2 Buchsen für den Bauteil, egal welcher Natur und nicht 3 wie beim GM 4144 für R's und C's getrennt. Beim GM 4144 konnten Induktivitäten nur verglichen werden, was nun beim PM 6302 Bestandteil der Spezifikation ist. In weiterer Folge gehe ich nicht auf die Messung von Wirkwiderständen ein, was ident mit  einer Wheatstonebrücke ist.

Die Prinzipschaltbilder:

               C-Messung                                                                          L-Messung

       C-Messung verlustbehafteter Kondensator       PM 6302 vereinfacht dargestellt

 

       

gewähltes Beispiel für ein mögliches Vektordiagramm, Werte für Bauteile siehe Bild unterhalb.

Für besseres Verständnis ist R2 = R4 gewählt (es ist dann kein Faktor k im Bild nötig)

Im linken Brückenzweig ist der Strom i für alle Bauteile, incl. dem Verlustwiderstand des Kondensators, gleich. Wie einfach zu erkennen ist kann man den Punkt A', weil intern im Kondensator nicht erreichen, sondern nur die vektorielle Summe aus Cx und Verlustwiderstand Rvx. Deshalb liegt, wie im Bild oberhalb zu sehen, der erreichbare Punkt A nicht mehr am Thaleskreis1. Schon Thales von Milet hat ja ca. 600 BC erkannt, dass alle Dreiecke im Halbkreis rechtwinkelig sind. Der Beweis ist übrigens höchst einfach.

Für Brückenabgleich muss also der Punkt B im rechten Brückenzweig im Vektordiagramm ident mit Punkt A werden. Das wird mittels des abstimmbaren Widerstandes Rd bewerkstelligt und ergibt die Güte, bzw. Dämpfung des Bauteiles Cx.

Ein sehr interessantes Detail: Den rechten Brückenzweig kann man umzeichnen wie gezeigt und man erhält dann den Thaleskreis2, wo der Parallelwiderstand aus Rd und R2 wieder am Thaleskreis2 liegt. Die Brückenspeisung hat dann einen anderen Wert. Durch Konstruktion im Bild zu ermitteln was das bemerkenswerte ist.

Wählte man im rechten Brückenzweig auch einen Serienverlustwiderstand Rd, dann ist für den gezeichneten Fall Cx = C3. Dies ist im PM 6302 übrigens aus diesem Grund wählbar!

Konklusion: Selbst bei einer Brücke muss man darauf sorgfältig achten inwieweit die Ergebisse bei hohen Dämpfungen der Bauteile noch richtig sind. Ab einer Dämpfung von < 0,1... 0,05, was meist der Fall ist, darf man das vernachlässigen. Dies ist übrigens leicht verständlich auch dem Vektordiabramm zu entnehmen.

Der Winkel zwischen1 /wCx und Zx wird dann ja sehr klein und hat auf unterschiedliche Länge der Vektoren keinen Einfluss mehr. Ich habe immer die Zusammenhänge zeigenden Bilder lieber als Formeln. Ableiten kann man alles, aber das Verständnis wird, so glaube ich, einfacher.

Na ja. Brücken sind ja nicht mehr "state of the art". Sie sind, die Grundlagen beachtend, höchst genau. Das Messprinzip von PM 6304 und folgend, ist die direkte Messung des Real- und Imaginärteils des Bauteiles mit einem Synchrondemodulator für die = 0°und 90° Phasenlage.  Ein 0-Ableich ist nicht mehr nötig.

Eigentlich ist dieser Artikel ein Ausflug in die Frühzeit der Messtechnik und also historisch zu sehen.

Aber ohne die Grundlagen zu kennen, ist man fehleranfällig. Das ist, modern ausgedrückt, die Message dieses Beitrages.

 

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.