Messanordnnng mit Verstärkersehaltung, insbesondere für die Zwecke der Fernmessung. Es liegt häufig die Aufgabe vor, kleine Ströme oder Spannungen mit Hilfe von Ge räten anzuzeigen, die einen verhältnismässig hohen Verbrauch. besitzen. Diese Aufgabe liegt beispielsweise bei der Registrierung von Temperaturen vor, die durch Thermo- elemente gemessen werden.
Die gleiche Auf gabe ergibt sich bei der Fernmessung sowohl in dem Falle, dass. ein der zu messenden Grösse entsprechender Strom über eine län gere Iteitung geführt wird, wie zum Beispiel beim Tachometerverfahren, als auch bei Im pulsverfahren, bei welchen mitunter am Empfangsort nur verhältnismässig geringe Energien zur Verfügung stehen.
Zur Mes sung kleiner Ströme und .Spannungen hat man bereits vorgeschlagen, Kompensations verfahren zu verwenden. Bei diesen Verfah ren werden aber entweder zur ,Steuerung des Kompensationsstromes Kontakte verwendet oder es wird das Anzeige- oder Registrier- gerät nicht unmittelbar vom Messstrom, son dern unter Zuhilfenahme mechanischer Zwi schenglieder eingestellt.
Die Erfindung betrifft eine Messanord- nung mit Verstärkerschaltung, bei der diese Nachteile vermieden sind und bei der der verstärkte Strom, der im folgenden als Se kundärstrom bezeichnet wird, von einer Ent- ladungsröhre, vorzugsweise einer Hochva- kuumröhre, erzeugt wird.
Erfindungsgemäss wird dem Gitter dieser Röhre (die im fol genden als Steuerröhre bezeichnet wird), eine von einer Hilfsstromquelle gelieferte Steuer spannung zugeführt, deren Grösse stetig von einem Messgerät (Kompensationsgerät) be einflusst wird, auf welches die Differenz zwischen dem zu verstärkenden Strom (Pri märstrom) und einem Bruchteil des verstärk ten Stromes (Sekundärstromes) einwirkt. Die Hilfsspannungsquelle kann für eine oder mehrere Verstärkerschaltungen gemeinsam sein.
Um den Energiebedarf der zur stetigen Veränderung der Steuerspannung notwendi gen Mittel herabzusetzen und damit die Emp findlichkeit der Anordnung zu steuern, emp fiehlt es sich, verhältnismässig hohe Frequen zen der Hilfsspannung, zweckmässig über dem hörbaren Gebiet, zu benutzen. Man wird deshalb zweckmässig die Hilfsspannung mit Hilfe von Röhrengeneratoren erzeugen. Für niedrigere Frequenzen in der Grössenordnung von 1000 Hertz kann man auch Stimmgabel- oder Mikrophonsummer benutzen. Man kann die Hilfsspannung auch einem Netz, wenn nötig, mit Hilfe von Frequenzumformern (ruhende Frequenzverdoppler) entnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt. Soweit die Abbildungen übereinstimmen, sind die glei chen Bezugszeichen gewählt.
Mit 1 ist ein Glühkathodenrohr bezeich net, das den Sekundärstrom liefern soll. Im Anodenkreis dieses Rohres liegt der Wider stand 2, das Anzeige-, Registrier- oder Regel gerät 3 und die Anodenspannungsquelle (Batterie oder Netzanschlussgerät) 4. Mit 5 ist die von dem zu messenden Strom durch flossene Spule des Kompensationsgerätes be zeichnet. Diese Spule besitzt bei allen dar gestellten Ausführungsbeispielen nur eine Wicklung, durch die sowohl der zu messende Strom (Primärstrom), als auch ein vom Se kundärstrom abgezweigter Bruchteil hin durchgeleitet wird. Dieser Bruchteil kann durch den Widerstand 6 verändert werden.
Die Grösse des Bruchteils wird durch das Verhältnis der Widerstände 2, und 6 be stimmt. Anstatt auf die beschriebene Art auf elektrischem Wege die Differenz zwi schen Primärstrom und einem Bruchteil des Sekundärstromes zu bilden, kann man dies auch auf mechanischem Wege tun, wenn man dem Kompensationsgerät mehrere Messsysteme gibt, auf welche je einer dieser Ströme ein wirkt, oder wenn die Spule 5 getrennte Wicklungen hat. In den beiden letzteren Fällen bestimmt der Widerstand der zweiten Wicklung zusammen mit dem Widerstand 6 und dem Widerstand 2 den wirksamen Bruchteil des Sekundärstromes. Das Magnet feld, in welchem sich die Spule 5 bewegt, ist der Übersichtlichkeit halber in sämtlichen Figuren weggelassen.
Dadurch soll auch zum Ausdruck gebracht -,verden, dass für die Erfindung die Art des Messsystems belang los ist. Der zu messende Strom oder die zu mes sende Spannung wird dem Kompensations gerät an den Punkten 7 und 8 zugeführt. Bei der Einrichtung nach Abb. 1 ist die ,Spule 5 mit einer weiteren drehbaren Spule 9 gekuppelt. Diese Spule liegt in dem vom Hilfsgenerator 10 und der Spule 11 erzeug ten Wechselfelde 0. Je nach der Stellung dieser Spule gegenüber dem Felde 0 wird dem Gitter der Röhre 1 eine grössere oder kleinere Spannung zugeführt.
Da der Röhre durch die Gitterbatterie 12 oder durch Vor schalten eines Kondensators (Audionschal- tung) eine gleichrichtende Wirkung erteilt ist, ist der Mittelwert des Anodenstromes stetig abhängig von der Stellung der Spule 9 in bezug zum Wechselfeld 0.
Die Einrichtung wirkt in folgender Weise. Es sei angenommen, dass an den Punkten 7 und 8 ein bestimmter Strom zu geführt wird. Durch diesen Strom wird ein Drehmoment auf die Spule 5 ausgeübt, so dass sich diese Spule bewegt und dabei die Spule 9 mitnimmt. Dadurch wird je nach der Drehrichtung der Spule die der Röhre 1 zugeführte Steuerspannung verkleinert oder vergrössert, und dadurch wird der Mittelwert des Anodenstromes beeinflusst, und zwar so lange, bis der über den Widerstand 6 flie ssende Bruchteil des Sekundärstromes dem Primärstrom gleich geworden ist;
dann ver schwinden die auf die Spule 5 einwirkenden Kräfte, und das Messsystem, auf welches möglichst geringe Richtkräfte einwirken, bleibt in Ruhe. Es hat sich also selbsttätig ein ,Sekundärstrom eingestellt, der ein be stimmtes Vielfaches des Primärstromes ist. Die auf die Spule einwirkende Richtkraft (Zuführungsfedern) lassen sich so weit ver ringern, dass ein störender Einfluss auf die Messgenauigkeit nicht ausgeübt wird. Die Einrichtung arbeitet auch, wenn Richtkräfte vorhanden sind.
Dann ist es allerdings er forderlich, dass die Röhre und auch die Hilfs- und Anodenstromquelle genügend konstant ist, während bei richtkraftlosen Systemen sich Änderungen der Spannung dieser Stromquellen nicht störend bemerkbar machen.
Je nachdem, ob die Steuerspannungsquelle 10 hohe oder tiefe Frequenzen erzeugt, wird man die .Spule 9 in einem mit Eisen verse lienen oder eisenlosen von der Hilfsspan nungsquelle 10 erregten Magnetkreise an ordnen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 wird die Steuerspannung mit Hilfe einer Fahne 13 beeinflusst, die von der Spule hewegt wird. Diese aus Kupfer oder Alu- ininium oder dergleichen hergestellte Fahne liegt zwischen einer vom Hilfsgenerator 10 erregten Spule 14 und einer zwischen Git ter und Kathode liegenden Spule 15. 16 ist ein Kondensator, 47 der zugehörige Ableite widerstand. Je nach der Stellung der Fahne 13 wird das von der Spule 14 erzeugte Feld gegenüber der Spule 15 mehr oder weniger abgeschirmt und dadurch die Steuerspannung verändert.
Der Nessstrom wird bei dem Aus führungsbeispiel nach Abb. 2 von einer Fern- messempfangsschaltung geliefert. 17 ist die Fernleitung, durch die dem Empfangsrelais 18 die Fernmessimpulse zugeführt werden, deren Häufigkeit der Messgrösse entspricht.. Durch diese Impulse wird der Kondensator 19 über die Batterie 20 und die Spule umgeladen, so dass der Mittelwert des Lade stromes der Messgrösse entspricht. Die An ordnung gemäss Abb. 2 erzeugt einen dem Mittelwert dieses Stromes proportionalen Sekundärstrom.
Um kleine Pulsationen vom Messgerät 3 fernzuhalten, kann zum #Llessin- strument 3 ein Kondensator grosser Kapazi tät 21 parallel geschaltet werden. Auch der Spule 5 kann ein Kondensator parallel ge schaltet sein.
Bei Messsystemen ohne wesentliche Richt- kraft können die auf die Fahne 13 einwir kenden elektrodynamischen Kräfte störend wirken. Diese Kräfte lassen sich beseitigen, wenn man gemäss Abb. 3 der Spule 14 eine längliche Form gibt und sie derart ausbil det, dass ihre Längsabmessung gross gegen über der Breite der Fahne 13 ist. Die Ab messungen der Spule 15 müssen dann etwa den Abmessungen der Fahne 13 entsprechen, damit diese Spule von der Fahne abgedeckt werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 wird die Steuerspannung der Röhre auf ka- pazitivem Wege beeinflusst. Die Steuerspan nung wird über den aus,den Platten 22 und 23 bestehenden Kondensator zugeführt. Zwischen den Platten dieses Kondensators ist die von der Spule 5 bewegte Fahne 24 angeordnet, die mit der Kathode der Röhre 1 verbunden ist. Je nach der Stellung dieser Fahne ist die wirksame Kapazität zwischen 22 und 23 grösser oder kleiner.
Wegen des Ableitewiderstandes 47 bezw. der Gitter-, und Anodenkapazität wird die Grösse der Steuerspannung von der wirksamen Kapazi tät zwischen 22 und 23 bestimmt. Die Steuer spannung ist also abhängig von der Stellung der Fahne 24. Die Wirkungsweise nach Abb. 4 stimmt im übrigen mit der Wir kungsweise nach den Abb. 1 und 2 überein.
Bei der Einrichtung nach Abb. 4 ist an genommen, dass der Primärstrom von einer Fernmessanordnung geliefert wird, die nach dem Tachometerprinzip arbeitet. Mit 25 ist der Fernmesssender bezeichnet, 26 ist die Fernleitung. Bei der Anordnung nach Abb. 5 ist das Gitter der Röhre 1 an einen Schwingungs kreis angeschlossen, der aus der Kapazität 27 und der Induktivität 28 besteht. Die In duktivität 28 ist mit der von der Hilfs- spannungsquelle gespeisten Spule 29 ge koppelt.
Parallel zur Kapazität 27 ist die veränderliche Kapazität 30 geschaltet, deren bewegliche Platte 31 von der Spule 5 ver dreht werden kann. Die Abstimmung des Schwingungskreises 27, 2-8, 30 wird so ge wählt, dass bei einer mittleren Überdeckung der Platten des Kondensators 30 die Fre- quenz der Hilfsstromquelle 10 etwa in der Mitte des auf- oder absteigenden Astes der Resonanzkurve liegt. Eine Verstellung des Kondensators 30 ruft dann je nach der Drehrichtung eine Steigerung oder Verringe rung der Gitterspannung und damit des Anodenstromes hervor.
Bei der Einrichtung nach Abb. 5 ist angenommen, dass die Punkte 7 und 8 an ein Thermoelement 32 angeschlos sen sind. Die Fernleitung kann entweder zwischen Thermoelement und den Punkten 7 und 8 -liegen, sie kann aber auch zwischen das Messgerät 3 und die Kompensationsan ordnung gelegt werden, wie in Abb. 5 durch punktierte Linien angedeutet ist. Auch bei den übrigen dargestellten Ausführungsbei spielen kann zwischen Messgerät und Kom pensationsgerät eine Fernleitung liegen.
Allen dargestellten Ausführungsbeispie len ist gemeinsam, dass sich die Änderungs richtung der Steuerspannung nach dem Überschreiten einer bestimmten Stellung des Steuerorganes umkehrt. Es empfiehlt sich daher, die Bewegungsfreiheit des Steuer- organes durch Anschläge auf einen solchen Bereich (Spule 9, Abb. 1, Fahne 13, Abb. 2, Fahne 24, Abb. 4, Kondensator 3:1, Abb. 5) festzulegen, in welchem die Änderungsrich tung der,Steuerspannung eindeutig festliegt.
Bei der Einrichtung nach Abb. 1 beträgt dieser Bereich<B>90',</B> bei den übrigen Ausfüh rungsbeispielen ist er entsprechend der gerin geren -Überdeckung des Steuerorganes und der an die - Steuerröhre angeschlossenen Schaltelemente geringer.
Sämtliche der beschriebenen Einrichtun gen sind auch brauchbar, wenn auf die Achse, welche die Spule 5 trägt, eine Kraft ausgeübt wird, die einem zu übertragenden Messwert, zum Beispiel der elektrischen Lei stung, entspricht. Man kann beispielsweise bei der Einrichtung nach Abb. 2 den Kon densator 19, das Relais 18 und die Batterie 20 weglassen und auf die Achse der Spule 5 einen Ferraristrieb setzen.
Dieser Fer- raristrieb ist gestrichelt angedeutet und mit 33 bezeichnet. , Wenn man gleichzeitig auch der Spule 5 einen Messstrom zuführt, dann kann man auf die Einflüsse, welche von dem Ferraristrieb 33 oder einem andern Mess- system ausgeübt werden, mit dem Einfluss summieren, den der an den Punkten 7 und 8 zugeführte Strom hervorruft. Auch kann man mehrere von verschiedenen Messgrössen beeinflusste Systeme auf eine gemeinsame Achse setzen.
Auf diese Weise erhält man eine einfache Summierung mehrerer Messgrö- ssen. Je nach der Richtung der von diesen Systemen ausgeübten Kräfte kann man wahl weise die Differenz oder die Summe bilden.
Bei den dargestellten Schaltungen ist es schwer, den durch das Mess;gerät 3, fliessen den Strom bis auf den Wert Null zu brin gen. Dies lässt sich aber durch eine Ande- rung der .Schaltung erreichen. Solche Schal tungen sind in Abb. 6 und 7 dargestellt. Die mit den übrigen Abbildungen übereinstim menden Teile tragen die gleichen Bezugs zeichen.
Bei der Schaltung gemäss Abb. 6 liegt das Messgerät 3, der Widerstand 2, 6 und die Spule 5 im Diagonalzweig einer Wheat- stoneschen Brücke. In dem einen Zweige liegt die Steuerröhre 1 und in dem andern Zweige die Hilfswiderstände 34, 35,<B>3</B>6. Der Einfluss der Spule 5 auf die Röhre ist sche matisch durch den Pfeil 37 angedeutet.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist leicht zu übersehen. Sie stimmt im wesentlichen mit der Wirkungsweise nach den Abb. 1, ?, 4 und 5 überein, lediglich mit dem Unter schied, dass wegen der Brückenanordnung der Strom im Brückenzweige seine Richtung ändert und auch Null werden kann, obwohl durch die Röhre 1 Strom stets in der glei chen Richtung fliesst.
Ein anderer Weg, auch die Messgrösse Null oder positive und negative Messgrössen anzuzeigen, besteht darin, dass man dem An zeige-, Mess- oder Regelgerät und dem Kom pensationsgerät zwei Wicklungshälften gibt, die einander zugeordnet sind und die im ent gegengesetzten Sinne vom Strom durchflos sen werden. Die Schaltung wird so getrof fen, dass die eine Wicklungshälfte des Mess- gerätes und die eine Wicklungshälfte des Kompensationsgerätes mit der Steuerröhre in Reihe liegen.
Dabei kann, wie in den schon beschriebenen Ausführungsbeispielen, der durch die eine Wicklungshälfte des Kompensationsgerätes fliessende Strom durch Parallelschallen eines Widerstandes auf einett 1)estimmten Bruchteil des durch die zuge ordnete Wicklungshälfte des Anzeigegerätes fliessenden Stromes gebracht werden. Die zweite Hälfte der Wicklung des Anzeige gerätes und die zweite Hälfte der Wicklunb des Kompensationsgerätes werden in der Bleiehen Weise geschaltet, nur mit dem Un terschied, dass an Stelle der Steuerröhre eilt Widerstand tritt.
Man könnte auch ein zwei tes Steuerrohr verwenden, das im entgegen gesetzten Sinne wie das erste Steuerrohr be- einflusst wird (Gegentaktschaltung).
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb. 7 dargestellt. Die mit den vorherge henden Abbildungen übereinstimmenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Die Wicklungshälften des Anzeigegerätes sind finit :;' und 3", die des Kompensationsgerätes finit 5' und 5" bezeichnet; 38 ist ein Wider stand, der den durch die Wicklungshälfte 3" fliessenden Strom bestimmt. Die Wicklungs hälften 3' und 3" und die Wicklungshälfte des Kompensationsgerätes 5 sind so geschal tet, dass sie im entgegengesetzten Sinne wir ken.
Die Vorschaltwiderstände 39' und 39" dienen zusammen mit den Widerständen' '-)' und 2" zur Einstellung des über das Kom pensationsgerät fliessenden Bruchteils des Sekundärstromes.