Direkt anzeigende Frequenzmef@vorrichtung.
Die Erfindung betrifft eine direkt anzei gende Frequenzmessvorriehtung, die zur hIes- sung der Frequenz irgendeiner periodisch verlaufenden Spannung dient.
Die meisten der bisher bekannten meus- geräte dieser Art messen nur dann einwandfrei, wenn sowohl der Verlauf als auch die Amplitude der periodischen Spannung gleich dem Verlauf und der Amplitude der bei der Eiehung des Gerätes angewandten Spannung ist. In der Praxis ist es nicht immer möglieh, diese Bedingungen einzuhalten, und zwar mit Rücksicht zum Beispiel auf den Einfluss der Verbindungsleitungen zwischen der Spannungsquelle und dem Messinstrument.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind schematisch in der beiliegenden Zeichnung veranschanlicht.
Fig. 1 stellt ein Grundschema der Schaltung der Einrichtung dar. Die Elektronenröh- ren I und Il der Einrichtung bilden zusammen mit ihren Stromkreisen eine Wippsehal- tung mit zwei stabilen Lagen.
Fig. 2 bis 4 zeigen den zeitlichen Verlauf einiger Spannungs-und Stromgrössen, zwecks Erldiiterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.
Fig. 5 zeigt eine weitere Alsführungsform der Messeinriehtung und
Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung von deren Wirkungsweise.
Bei der Schaltung nach Fig. 1 haben die Elektronenröhren I und II des Ausöseschal ters einen gemeinsamen Kathodenwiderstand P"k-Das Gitter der Elektronenröhre I ist an den Verbindungspunkt der einen Spannungsteiler bildenden Widerstände R1 und R2 an gesehlossen, dessen eine Endklemme mit der Anode der Elektronenröhre II und dessen andere Endklemme mit dem negativen Pol -B der Anodenbatterie verbunden ist. In gleicher Weise ist das Gitter der Elektronenröhre II mit einem gleiehen Spannungsteiler verbunden, der zwischen der Anode der Elektronenröhre I und dem negativen Pol der Anodenbatterie eingeschaltet ist.
Den anode beider Elektronenröhren I und II sind gleieh grosse AN'iderstände Ra vorgesehaltet.
Fliesst ein Strom durch die Elektronenröhre II, so sinkt ihr Anodenpotential um den Wert des Spannungsabfalles am Anodenwiderstand Rar Infolge dieses Spannungsabfalles wird das vom Spannungsteiler Ri, R abgegriffene Gitterpotential der Elektronenröhre I so weit unter das Kathodenpotential herabgesetzt, dal3 die Elektronenröhre I gesperrt wird. Da an ihrem Anodenwiderstand loba kein Spannungsabfall entsteht, wird ihr Anodenpotential gleich + B sein. Umgekehrte Spannungsverhältnisse kommen zustande, falls die Elektronenröhre I den Strom führt und die zweite Elektronenröhre stromlos wird.
Beide Elektronenröhren können also nur ab echselnd leitend sein. Flirt man nun dem Citterstromkreis der gesperrten Röhre I tuber (lie Klemmen V1, V2 zum Beispiel eine Wch selspannung zu (Fig. 2), so steigt zuerst die Spannung am Gitter, bis sie einen dem Punkt a (Fig. 2) der Kurve entsprechenden Wert hat.
In diesem Augenbliek beginnt durch die Röhre I ein Strom zu fliessen, und ihre An odenspannung fallut. Der Abfall dieser Span nung wird mittels des Widerstandes R1 an das Fritter der Elektronenröhre II iibertragen, so dal3 die Anodenspannung derselben grösser wird.
Da die Anode der Röhre II mittels des Widerstandes R1 mit dem Gitter der Elektro- nenröhre I verbunden ist, wird das Gitter der Röhre I ausser durch die eingefiihrte Wechselspannung noch durch die bereits erwähnte Rückwirkung der sieh vergrössernden Span riung der Elektronenröhre II beeinflusst. Zufolge dieses gegenseitigen Anfeinanderwirkens beider Elktronenröhren geht das Offnen der Elektronenröhre I und das Sehliessen der Elektronenröhre II sprungsweise vor sich und erfolgt mit Hilfe der beschleunigenden, parallel zu Rl geschalteten Kondensatoren C, fast augenblieklich.
Nachher bleibt der Zu- stand beider Elektronenröhren unverändert bis zu dem Augenblick, in dem die Weehsel- spannung den dem Punkt b (Fig. 2) entsprechenden Wert annimmt und auf ähnliehe vise wieder die Röhre II geöffnet und die Röhre I gesperrt wird. auf diese Weise erhält man an der Anode der Elektronenröhre II einen rechteckförmigen Spannungsverlauf naeh Fig. 3.
An Stelle der sinusförmigen Wechselspanomg könnte irgendeine periodisch verlaufende Spannung an die Klenmen V1, V2 angelegt werden, beispielsweise die in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellte Impulsspannung, welche den gest. riehelt eingezeichneten Verlan der Anodenspannung der Röhre II (Fig. 3) ergeben würde. Die Frequenz dieser Spannung wird dieselbe sein wie die der den Klemmen V1, V2 zugeführten Spannung. Die Grössenveränderung #e der Anodenspannung hängt nicht von der Amplitude der zugeführten Spannung ab.
Sie ist constant und durch die Schaltelemente deFs Auslöseschalters sowie dureh die Spanm ng der Stromqnelle gegeben. Die WVeehselspan- nung, deren Frequenz gemessen wird, muP jedoch der absoluten Grösse nach höber sein als eine bestimmte Spannung #emin (siehe Fig. 2), welche dem Punkte a bzw. b entspricht.
Diese Beschränkung der Emplindliehkeit gegeniiber kleinen Spannungen ist für das Gerät vorteilhaft, da eventuell vorhandene Störungen, deren Spannug kleiner als emin ist, das Gerät nieht beeinflussen können.
Die auf die besehriebene Weise entste- hende Rechteckspannung an der Anode der Röhre II werden der Elektronenröhre III tuber das differenzierend wirkende Netzwerk C2Rg zugeführt. Die Elektronenröhre III hat eine dureh das Potentiometer P derart eingestellte Vorspannung, dass sie im Ruhezustand keinen Strom durchlässt. Steigt die Anoden spannung der Elektronenröhre II sprungweise (Punkt a, Fig. 3), so wird auch augen blielkliell ein Anodenstrom in der Elektronenröhre III fliessen, da das Potential des Gitters im ersten Moment in gleiehem Masse wie das Anodenpotential von II bis zum Kathodenpotential steigt.
Der durch den Ableit widerstand Rg fliessende Ladestrom des Kondensators C2 klingt jedoch exponentiell mit der Zeitkonstante # = C2 Rg ab, so dal3 die Elektronenröhre etwa nach der Zeit # von neuem gesperrt wird. De. m Gitterspannungs- verlauf entsprieht genau aueh der Verlauf des Anodenstromes naeh Fig. 4.
Ein dem Spannungssprung im Punkt b (Fig. 3) entsprechender negativer Impuls, weleher in Fig. 4 gestriehelt angedeutet ist, kann keinen Anodenstromimpuls bewirken, da derselbe die Gittersperrspannung der Röhre noch erhöht.
Man erhält also eine Reihe von Stromimpulsen, deren Anzahl pro Sekunde der Frequenz der zugeführten Weehsel-bzw. Impuls spannung gleieh ist. Die Amplitude eines Stromimpulses Imax (Fig.4) ist immer dieselbe, xveil sie durch das Nullpotential des Gitt. ers und die konstante Anodenspannung + B ein deutig festgelegt ist. Die Zeitdauer jedes An- odenstromimpulses ist durch das Produit lg. C2 = z bestimmt, so dal3 die durch die Stromkurve begrenzte Flache (in Fig. 4 schraffiert) bei jedem Impuls gleieh gross ist.
I) ies bedeutet also, dal3 die bei jedem Impuls durch die Elektronenröhre fliessende Elektri zitäts1nenge q immer dieselbe ist, denn sie ist zu der genannten Flache proportional.
Bei einer Impulsfrequenz n pro see. fliesst dureh das Galvanometer eine Ladung Q = n. q.
Bei entsprechend gewahlter Tragheit des Gal- vanometers zeigt dieses einen Strom i = n. q an. Da q konstant bleibt, ist der Zeigeraus sehlag des Galvanometers proportional der Frequenz der zugeführten Spannung a N n.
Um Schwingungen bei einer Resonanz des Drehsystems des Galvanometers mit der Frequenz der Impulse zu vermeiden, schaltet man zwisehen die Anode und Kathode der Elek tronenröhre III einen Beruhigungskondensator C3 (Fig. 1).
Um die Empfindichkeit der Einrichtung zu erhohen, besonders falls es sich um das Messen kleinerer Frequenzen handelt, kann das Gerät mit einem weiteren elektronischen Pii-ekkehrauslosesehalter (Kippschalter) er gänzt werden, wie dies in dem Schaltungs sehema der Fig. 5 dargestellt ist. Links von der gestrichelten Linie ist noch ein Teil des differenzierenden Netzwerkes nach Fig. 1 veranschaulicht, jedoch mit der Abänderung, dal3 das Galvanometer G durch einen Widerstand R3 ersetzt worden ist.
Das Potentiometer P dient zur passenden Einstellung des negativen Arbeitspotentia. ls des Gitters der Elektronenröhre III, wobei im Fall von Fig. 5 dieseEinstellung derart ist, dass auch im Ruhezustand ein AnodenSstrom durch diese Rohre flief3t, so dass der Anodenruhespannung sowohl negative wie positive Impulse (entspre ehend den Anodenstromimpulsen a und b von Fig. 4) überlagert sind.
Der iibrige Teil der Fig. 5 rechts von der gestrichelten Linie veranschaulicht die emvahnte spezielle Kippschal ttmg, welehe hier als Rückkehrauslöseschalter bezeichnet wird, da sie nur eine stabile Lage hat nnd daher automatisch in den ursprüng- lichen Ruhezustand zurückkhert, sobald die Wirkung der dem Gitter der Elektronenröhre IV zugeführten Impulse aufhöt. Im Ruhezustand ist die Elektronenröhre IV durch die Spannung blockiert, welche am Widerstand R4 infolge des Anodenstromes der Elektro nenröhre V entsteht und an das Gitter der Elektronenröhre IV iiber den Ableitwiderstand R5 angelegt wird.
Das Gitter der Röhre V wird mit Ruhezustand mittels des Wider standes R6 auf Kathodenpotential gehalten.
Demzufolge ist die Röhre V normalerweise leitend. Die Anode der Elektronenröhre V ist an den positiven Pol der Stromquelle liber einen Widerstand R7 angeschlossen, welcher wesentlich kleiner als der Anodenwiderstand R8 der Elektronenröhre IV ist. Kommt ein Impuls (Punkt, Fig. 4) aus dem Stromkreis des differenzierenden Netzwerkes, so wird der entsprechende positive Anodenspannungsimpuls liber den Kopplungskondensator C4 an das Gitter der Elektronenröhre IV übgertragen.
Dadurch wird diese Elelitronenrohre deblokkiert, und ihre AnodenKspanmmg sinkt unter dem Einfluss des Widerstandes R8. Der Kopp lnngskondensator C5 überträgt diesen Spannungsabfall an das Gitter der Elektronenröhre V, welche dadurch blockiert wird, so dass der Spannungsabfall am''iderstandR kleiner wird, da der Anodenstrom, weleher nun durch die Elektronenröhre IV fliesst, infolge des Widerstandes Rg viel kleiner ist, als der Strom der Elektronenröhre V war.
Die Spamlungssenkung am Widerstand R4 wirkt liber den Widerstand R5 auf das Gitter der Elektronenröhre IV in demselben Sinn wie der zugeführte positive Impuls, so dass das Lösehen der Elektronenröhre V und Deblokkieren der Elektronenröhre IV schlagartig vor çsich geht.
Der Kondensator C5 entlädt sich jedoch sofort und demzufolge auch das Gitter der Elektronenröhre V, und zwar tuber den Widerstand R6 und, sobald die Spannungssenkung einen solchen Wert erreiclit, dass dureh die Elektronenröhre V der Strom zu fliessen beginnt, steigt am Widerstand R4 der Spannungsabfall, welcher wieder mittels des Widerstandes R5 die Elektronenröhre IV schlagartig blockiert. Durch diesen bereits beschriebenen Vorgang wird zwischen der Anode der Elektronenröhre IV und deni negativen Pol der Stromquelle-B ein recht eekiger Spannungsimpuls nach Fig. 6 gebildet, dessen Zeitdauer z'konstant und durch das Produkt C5R6 gegeben ist.
Diese Impulse können auf eine bekannte Weise gemessen werden, wobei das Messgerät an die Klemmen A und B angeschlossen wird.
Dureh Anwendung eines Rüekkehrauslöse- schalters gewinen wir also Impulse mit grö berner elektrischer Ladung pro Impuls (die Fila- che des Rechteckes nach Fig. 6 ist grösser als die Fläche des exponentialen Impulses im Stromkreis des differenzierenden Netzwerltes nach Fig. 4), so dal3 man mit Orteil, besonders beim Messen einer kleinereri Frequenz, ein Messgerät von kleinerer Empfindlichkeit, das heisst von einer kraftigeren und demzufolge auch betriebssicheren Amsfiitixnmg beniitzen kann.
WSie im vorhergehenden angeführt, ist die Anzeige des Galvanometers der Frequenz der gemessenen Impulse proportional, und zwar ohne Riieksicht auf die Form und Grol3e der Impulse. Daraus ergibt sich, dass man die Messeinrichtung vorteilhaft zur direkten Bestimmung der Summe einiger gemessener G#rö Ben anwenden kann, indem man eine der Anzahl der gemessenen Grössen entsprechende Anzahl von Empfängern benützt, wobei ihre Elektronenröhren parallel verbunden sind und gemeinsam auf ein einziges Galvanometer oder ein anderes Messgerät einwirken.
Die Messeinrichtung zeigt dann die Summe der einzelnen Frequenzen nnd infolgedessen anch die Summe der gemessenen Graben an.