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Einrichtung zum Messen von Phasenwinkeln
Zum Messen des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz wird häufig am Schirm eines Oszillographen eine sogenannte Lissajous-Figur aufgezeichnet, indem die eine Spannung an das Horizontalablenksystem und die andere Spannung an das Vertikalablenksystem des Oszillographen angelegt wird. Auf diese Weise wird eine Ellipse erhalten (Fig. 1), aus deren Parametern der Wert des
Phasenwinkels zwischen den beiden Spannungen ermittelt werden kann.
Dieses Verfahren ist insofern mangelhaft, als zur Ermittlung des Phasenwinkels die Länge der Projek- tion der Ellipse auf eine der Koordinatenachsen und der Abstand zwischen den Schnittpunkten der Ellipse mit dieser Koordinatenachse bestimmt werden müssen (in Fig. 2 die Strecken P und Q). Das Bestimmen dieser Strecken am Oszillogramm ist nun aber sehr schwierig, weil die Koordinatenachsen nicht sichtbar sind.
Die Erfindung betrifft eine oszillographische Einrichtung zum Messen von Phasenwinkeln, bei deren Verwendung am Schirm des Oszillographen nicht nur die Ellipse selbst, sondern auch Abschnitte der Koor- dinatenachsen sichtbar sind, deren Länge den Projektionen der Ellipse auf die Koordinatenachsen entspricht (vgl. Fig. 3). Es sind sodann die in Fig. 2 eingezeichneten Strecken P und Q am Qszillogramm ge- nau ablesbar.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Einrichtung zum Messen des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz mit Hilfe eines Oszillographen, vorzugsweise Kathodenstrahloszil- lographen, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei eingangsseitig mit je einer der Wechselspannungen beaufschlagte Torschaltungen und einen Impulsgenerator enthält, wobei die Ausgänge der beiden Torschaltungen an das Horizontal- bzw.
Vertikalablenksystem des Oszillographen angeschlossen sind und der Impulsgenerator zwecks gleichzeitig wahrnehmbarer Aufzeichnung der Lissajous-Figur und der Koordinatenachsen den Schalleingängen d r beiden Torschallungen zwei zeitlich etwas gegeneinander verschobene, aber einander teilweise überlappende Schaltimpulse zuführt und zwecks Helltastung des Oszillogrammes an das Intensitätssteuerorgan des Oszillographen einen dritten Schaltimpuls liefert, dessen Zeitdauer gleich der Gesamtzeitdauer der ersterwähnten beiden Schaltimpulse ist.
Das Oszillogramm gemäss Fig. 3 wird also erfindungsgemäss in der Weise erhalten, dass die beiden phasenmässig zu vergleichenden sinusförmigen Wechselspannungen mittels gleicher Torschaltungen, gegebenenfalls nach Verstärkung, den beiden Ablenksystemen des Oszillographen zugeführt werden und die Torschaltungen durch zwei Schaltimpulse geöffnet werden, die zeitlich etwas gegeneinander verschoben sind und einander teilweise überlappen (s. die beiden Impulsverläufe a und b in Fig. 4). Dadurch wird die Ellipse vom Oszillographenstrahl lediglich im Zeitabschnitt B gemäss Fig. 4 aufgezeichnet, in dem beide Torschaltungen gleichzeitig geöffnet sind.
Im Zeitabschnitt A erfolgt die Aufzeichnung der Projektion der Ellipse auf die eine Koordinatenachse, während im Zeitabschnitt C die Projektion der Ellipse auf die andere Koordinatenachse aufgezeichnet wird, weil im Zeitabschnitt A nur die eine und im Zeitabschnitt C nur die andere Torschaltung geöffnet und somit jeweils nur eine der beiden Wechselspannungen am Oszillographen wirksam ist. Im überwiegenden Teil der Zeit sind beide Torschaltungen geschlossen (ZeitabschnittD in Fig. 4), so dass der Oszillographenstrahl im Nullpunkt des Koordinatensystems steht.
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Um zu vermeiden, dass der Strahl in Nullpunktlage einen zu hellen Fleck am Schirm erzeugt, wird auch das Intensitätssteuerorgan des Oszillographen mittels eines Schaltimpulses gesteuert, wobei dieser
Schaltimpuls über den Zeitabschnitt A-B-C andauert, wie dies aus dem Impulsverlauf c in Fig. 4 hervor- geht, so dass im Zeitabschnitt D die Strahlstärke gleich Null ist.
Durch Anwendung der Erfindung werden, verglichen mit oszillographischen Einrichtungen, bei denen nur die Ellipse aufgezeichnet wird, zwei wesentliche Vorteile erzielt :
Zunächst können infolge der Aufzeichnung der Koordinatenachsen die zur Ermittlung des Phasenwin- kels erforderlichenAchsenschnitte der Ellipse und auch die Projektionen der Ellipse auf die Achsen bequem und genau abgelesen werden. Da ferner die Torschaltungen nur während kurzer Zeitabschnitte geöffnet sind, kann die momentane Belastung der verwendeten Verstärkerröhren den Nennwert erheblich überschrei- ten. Hiedurch wird ermöglicht, an einer niedrigen Ausgangsimpedanz mittels Röhren geringer Stromstärke eine verhältnismässig hohe Ausgangsspannung und somit eine grosse I. issajous-Figur zu erzeugen.
Eine niedrige Ausgangsimpedanz ist dann erforderlich, wenn der Phasenwinkel zwischen Wechselspannungen hoher Frequenz (in der Grössenordnung von MHz) mittels einer Kathodenstrahlröhre mit elektrostatischer Strahlablenkung gemessen werden soll, weil dann bei hoher Impedanz das Messergebnis durch die über die Streukapazität zwischen den Horizontal-und Vertikalablenkplatten auftretende Spannung verfälscht werden würde.
Das Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Einrichtung zum Messen von Phasenwinkeln ist in Fig. 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Phasenwinkelmesser zwei Torschaltungen Al und A enthält, die durch Schaltimpulse eines Impulsgenerators K geöffnet werden können. An die Eingänge b und b2 der beiden Torschaltungen Al und A2 werden die beiden phasenmässig zu vergleichenden Wechselspannungen angelegt. Die Ausgänge X und Y der beiden Torschaltungen sind an die Horizontal-bzw. Vertikalverstär- ker eines Oszillographen angeschlossen. Der Impulsgenerator K liefert Impulse mit den in Fig. 4 dargestellten Impulsverläufen.
Der Impuls mit dem Verlauf a (Fig. 4), wirkt dabei auf den Schalteingang a der Torschaltung A, der Impuls mit dem Verlauf b auf den Schalteingang b der Torschaltung A und der Impuls mit dem Verlauf c auf das Intensitätssteuerorgan des Oszillographen. Mittels dieser Einrichtung wird am Schirm des Oszillographen das Oszillogramm nach Fig. 3 erhalten.