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Messgerät zur Bestimmung der Phasenlage zweier gleichfrequenter elektrischer Grössen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät zur Bestimmung der Phasenlage zweier gleichfrequenter elektrischer Grössen mittels einer Braunschen Röhre, an deren beiden Ablenkplattenpaaren zwei gleichfrequente, um 900 phasenverschobene Spannungen ein Drehfeld erzeugen, so dass der Elektronenstrahl auf dem Bildschirm einen Kreis beschreibt, wobei der jeweilige Nulldurchgang der periodisch verlaufenden
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wird. Da es bei der Phasenwinkelmessung auf die Grösse der zu vergleichenden Ströme bzw.
Spannungen nicht ankommt, sondern allein die Lage dieser Werte relativ zueinander interessiert, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, den Eingang des Messgerätes, dem die wechselnde Messgrösse zugeführt wird, derart auszubilden, dass die Anzeige des Messgerätes von der Grösse des Stromes bzw. der Spannung praktisch unabhängig ist, was vor allem eine Vereinfachung der Bedienung des Gerätes und gleichzeitig einen Schutz für das Gerät bei eventueller unsachgemässer Bedienung darstellt.
Gemäss der Erfindung gelingt die Lösung dieser Aufgabe nun dadurch, dass dem zur Erzeugung der Rechteckwelle dienenden Verstärker ein vorzugsweise aus Glühlämpchen bestehender Kaltleiterwiderstand in Serie mit zwei gegenparallelgeschalteten, eine ausgeprägte Kniespannung aufweisenden Dioden vorgeschaltet ist und das Gitter bzw. die Basis der ersten Verstärkerstufe unter Zwischenschaltung eines Kondensators zwischen Kaltleiterwiderstand und Dioden liegt.
Ohne Widerstände oder Spannungsteiler vorsehen zu müssen, können daher an den Messeingang des Gerätes Spannungswerte zwischen 0, 3-600 V gelegt werden, also Werte in einem Messbereichvon 1 : 2000. Dieser weite Messbereich, der eine mögliche Überlastung des Gerätes praktisch ausschliesst, wird durch die Hintereinanderschaltung des Kaltleiterwiderstandes und der Dioden erzielt, die eine niedere Kniespannung besitzen, so dass am Gitter bzw. an der Basis der ersten Verstärkerstufe nur Spannungswerte
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liegen.
Die Glühlampen, die als Kaltleiterwiderstand dienen, haben einen ohmschen Widerstand mit ausgeprägten positiven Temperaturkoeffizienten. Der Begriff der Kniespannung ist in der Transistortechnik allgemein üblich. Transistoren werden genau so wie Röhren durch Kennlinien charakterisiert. Eine Diode mit einer ausgeprägten Kniespannung liegt dann vor, wenn die Abhängigkeit des Stromes von dem an der Diode auftretenden Spannungsabfall einen starken Knick aufweist, d. h. dass in einem bestimmten Betriebsbereich der Spannungsabfall an der Diode praktisch von der Grösse des sie durchfliessenden Stromes unabhängig ist.
Da die Phasenverschiebung nicht nur zwischen Spannung gemessen werden soll und muss, sondern auch zwischen Strömen bzw. zwischen Spannungen und Strömen, ist gemäss einem weiteren erfindungsgemässen Merkmal der Verstärkereingang parallel zu mindestens zwei gegenparallelgeschalteten, eine ausgeprägte Kniespannung aufweisenden Starkstromdioden schaltbar. Die Starkstromdioden besitzen ebenfalls eine ausgeprägte Kniespannung, so dass im Bereich zwischen 10 mA und 10 A (1 : 1000) die Spannung an den Dioden sich nur im Bereich von 0. 3 bis zirka 0, 5 V ändert. Die Verwendung von Dioden bringt den weiteren Vorteil, dass ihr rein ohmscher Charakter dafür sorgt, dass keine Phasenverschiebung zwischen dem
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durch sie fliessenden Strom und der Kniespannung entsteht.
An Hand der Zeichnungen wird ein Phasenwinkelmessgerät grundsätzlich dargestellt, ohne die gezeigte Schaltung dadurch einzuschränken. Es zeigen : Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Phasenwinkelmessgerätes, Fig. 2 ein Schaltbild der Begrenzer- und Differenzierstufe und Fig. 3 die vom Elektronenstrahl geschriebene Kreislinie.
Über die Anschlüsse 1 wird das Phasenwinkelmessgerät an Spannung gelegt und der Transformator 2 speist die einzelnen Blöcke. Im Block 3 liegt der Gleichrichter für die Bildröhre 4. Der Phasenschieber 5 dient zur Drehfelderzeugung und der Block 6 zeigt schematisch den Begrenzungsund Differenzierverstärker, dessen Ausgang über dem Transformator 8 mit der Kathode und dem Gitter der Bildröhre 4 verbunden ist. Der Block 7 beinhaltet den Umschalter der Eingänge der in ihrer gegenseitigen Phasenlage zu vergleichenden Ströme und Spannungen.
Das prinzipielle Schaltbild des Blockes 6 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die jeweils erzeugten Kurvenformen unter der Schaltung vermerkt sind. Der Verstärkereingang ist durch den Kaltleiterwiderstand 9 und durch die beiden gegenparallelgeschalteten Dioden 10 gebildet. AlsKaltleiterwider- stand dienen Glühlämpchen für 110 V und einer Stromaufnahme von 20 mA. In den beiden ersten Verstärkerstufen 11 und 12 wird die annähernd sinusförmige Messwelle in eine gleichfrequente Rechteckwelle 13 umgewandelt. Die Eingangswelle 14 ist bezüglich ihrer Amplitude bereits beschnitten, da alle Spannungen, die grösser als zirka 0, 2 V sind, infolge der ausgeprägten Kniespannung der Dioden 10 auf diese Grösse begrenzt werden.
Der Verstärkerstufe 12 folgt ein aus einem Widerstand 15 und einem Kondensator 16 bestehendes Differenzierglied, dem ein Leistungsverstärker 17 angeschlossen ist. In Fig. 2 ist der Umschalter 18 auf den Spannungseingang gestellt.
Soll die Phasenlage des Stromes gemessen werden, so wird der Umschalter auf die strichlierte Stellung gebracht. Der Strom des Verbrauchers (10 mA - 10 A) fliesst in der Pfeilrichtung und an den Hochstromdioden 19 entsteht infolge deren ausgeprägter Kniespannung ein fast konstanter Spannungsabfall (zirka 0, 3-0, 5 V), der dem Verstärkereingang zugeführt wird. Dadurch wird ein Messbereich für Strommessungen von zirka 1 : 1000 erzielt. Zum Schutz der Dioden 19 ist diesen eine Sicherung 20 nachgeschaltet.
Auf der Bildröhre 21 schreibt der Elektronenstrahl die Kreislinie 22, die infolge der Auslenkung eine scharfe Spitze 23 besitzt. Der Skalenring 24 mit einer Gradeinteilung von 3600 ist drehbar gelagert (Fig. 3).
Die Schaltung des Gerätes ist so gewählt, dass als Bezugsphase die Netzfrequenz des speisenden Netzes verwendet werden kann, doch kann auch jede andere von der Netzspannung unabhängige Spannung als Bezugsphase herangezogen werden. Dies gilt auch für die zu messenden bzw. vergleichenden Ströme.
Selbstverständlich ist es durchaus möglich, die erfindungsgemässe Schaltung auch für solche Messgeräte zur Phasenbestimmung zu verwenden, bei der die Anzeige auf der Braunschen Röhre in einer andern als der beschriebenen Weise erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Messgerät zur Bestimmung der Phasenlage zweier gleichfrequenter elektrischer Grössen mittels einer Braunschen Röhre, an deren beiden Ablenkplattenpaaren zwei gleichfrequente, um 900 phasenverschobene Spannungen ein Drehfeld erzeugen, so dass der Elektronenstrahl auf dem Bildschirm einen Kreis beschreibt, wobei der jeweilige Nulldurchgang der periodisch verlaufenden Messspannung nach ihrer Umwandlung in eine Rechteckwelle gleicher Frequenz in einen nadelförmigen Impuls umgeformt und dieser
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ausgeprägte Kniespannung aufweisenden Dioden (10) vorgeschaltet ist und das Gitter bzw. die Basis der ersten Verstärkerstufe (11) unter Zwischenschaltung eines Kondensators zwischen Kaltleiterwiderstand und Dioden liegt.