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Frequenz

Auszüge des Handbüchleins "Elektrische und wärmetechnische Messungen" der Firma Hartmann & Braun AG Frankfurt/Main, 2. Auflage, 1941 (H&B Druckschrift 481a / 20.000 / 6.41). Entsprechend UrhG §66 ist die Schutzfrist inzwischen abgelaufen (Stand von 2012), der Inhalt ist daher gemeinfrei. Das gescannte Büchlein findet sich im Abschnitt Schrifttum als PDF Datei.

Einheit: Hertz (Hz); IO3 Hz = 1 kHz (Kilohertz).
Die Frequenz in Wechselstromanlagen beträgt: f = n / 60 * p, wenn n die Umdrehungszahl in der Minute und p die Polpaarzahl eines Stromerzeugers oder Synchronmotors ist.

Zungen-Frequenzmesser

Diese werden wegen ihrer hohen, stets gleichbleibenden Meßgenauigkeit und ihrer robusten Bauart am meisten für die Frequenzmessung (zwischen etwa 7 und 1500 Hz) verwendet. Mit besonderen Hilfsmitteln ist es möglich, Frequenzen bis herab zu 1 Hz zu messen.

Bild 24 zeigt das Meßwerk nach Hart- mann-Kempf. Dieses besitzt eine Anzahl abgestimmter Stahlzungen, die in Reihe vor einem Elektromagneten angeordnet sind. Fließt Wechselstrom durch die Magnetspule, so wird diejenige Zunge in Schwingung versetzt, deren Eigenschwingungszahl gleich der Polwechselzahl, d.h. der doppelten Frequenz des Wechselstromes ist. Wird der Elektromagnet durch Überlagerung eines Gleichfeldes, das mindestens so groß ist wie der Scheitelwert des Wechselfeldes, vormagnetisiert, so wird die Zunge nicht mehr bei jedem Polwechsel, sondern nur von jeder positiven Halbwelle angezogen.
Die Eigenfrequenz der Zunge stimmt dann mit der Frequenz des Wechselstromes überein. Dieser Kunstgriff wird allgemein bei mittleren und höheren Frequenzen angewendet, weil auf diese Weise längere Zungen mit größerer Schwingungsweite verwendet werden können und der Eigenverbrauch des Gerätes kleiner wird.

Die Ablesung eines Zungenfrequenzmessers wird durch Bild 25 erläutert. Im rechten Bild ist die Frequenz des Wechselstromes genau 50 Hz; die beiden benachbarten Zungen schwingen nur wenig mit und zwar mit gleicher Amplitude. Im linken Bild schwingen die beiden Zungen 49,5 und 50 mit gleicher Schwingungsweite; der gesuchte Wert liegt also genau in der Mitte bei 49,75. Durch entsprechende Überlegung lassen sich alle Zwischenwerte gut schätzen.
Das Intervall von Zunge zu Zunge darf nicht zu eng gewählt werden, da sich sonst die Zungen gegenseitig beeinflussen. Am günstigsten ist ein Abstand von etwa 1%.
Spannungsänderungen um ± 10% haben keinen Einfluß auf die Frequenz- Anzeige. — Die Fehlergrenze der Zungenfrequenzmesser liegt bei den unteren und mittleren Meßbereichen bei 0,3%, bei den höheren bei 0,5%.
In Verbindung mit einem kleinen Wechselstrom-Induktor können Zungenfrequenzmesser auch für Drehzahl-Fernmessung benutzt werden (siehe Der Zungenfrequenzmesser).
Werden die abgestimmten Stahlzungen ohne den Elektromagneten an den feststehenden Teil einer umlaufenden Maschine gelegt, so wird die durch die umlaufende Welle erzeugte Erschütterung auf die Stahlzungen übertragen; es gerät dann diejenige Zunge in Schwingung, deren Eigenschwingungszahl mit der Drehzahl der Welle übereinstimmt (Vibrationstachometer).

Zeiger-Frequenzmesser

Für Niederfrequenzmessungen wird ein Gerät verwendet, das grundsätzlich die Resonanzeigenschaften eines elektrischen Schwingungskreises benutzt. In der praktischen Ausführung dient zur Anzeige ein Elektrodynamometer besonderer Bauart. Die Anzeige des Gerätes ist von Spannungsschwankungen um ± 10% unabhängig. Nach diesem Prinzip wird z. B. ein Frequenzschreiber von besonders hoher Meßgenauigkeit gebaut, dessen Meßbereich zwischen ± 1 Hz (z. B. 49 ... 51 Hz) und + 5 Hz (z. B. 45 ... 55 Hz) liegt. Die nutzbare Papierstreifenbreite beträgt 120 mm. Die Fehlergrenze liegt bei ± 0,1%. Das Gerät ist weitgehend spannungs- und temperaturunabhängig.

In Bild 26 ist das Grundprinzip dar gestellt, nach dem ein Gerät für Frequenzen bis etwa 100 kHz arbeitet. An die Wechselstromquelle, deren Frequenz gemessen werden soll, wird der Gegentakt-Transformator T angeschlossen. Die Spannungen der beiden Sekundärwicklungen sind an die negativ vorgespannten Gitter zweier Laderöhren I und II gelegt. Da Wicklung 2 in umgekehrter Polung wie I angeschlossen ist, wird z. B. in einem Augenblick an Gitter I durch die obere Halbwelle des Wechselstromes eine positive und an Gitter II eine negative Vorspannung sein;
Röhre I wird leitend, der Kondensator C erhält von der Batterie eine positive Ladung. Bei der nächsten Halbwelle wird Röhre II leitend und lädt den Kondensator auf eine negative Spannung um. So wird C in jeder Periode einmal umgeladen. Das Drehspul-Anzeigegerät Hz bildet den zeitlichen Mittelwert der Ladestromstöße von Röhre I, der der Frequenz des Wechselstromes verhältnisgleich ist.
Die für die praktischen Anforderungen umgeänderte Schaltung dieses Frequenzzeigers ergibt für die Frequenzen bis etwa 10 kHz einen Meßfehler von ± 0,5% und für Frequenzen von 10 ... 60 kHz einen solchen von ± 1%.
Noch höhere Frequenzen werden mit dem sog. Wellenmesser gemessen, der im wesentlichen aus einem abgestimmten Schwingungskreis besteht.