Messgerät für die Messung der Zeitkonstanten elektrischer Kreise
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät zur Messung der Zeitkonstanten elektrischer Kreise.
Beim Unterhalt komplizierter elektronischer Einrichtungen ist es erwünscht, defekte Elemente oder falsch arbeitende Organe mit einer kleinstmöglichen Störung des Stromkreises zu lokalisieren. Im Idealfall sollten die fehlerhaften Elemente oder Organe im Stromkreis lokalisiert werden können, ohne dass irgendeines der Elemente entfernt oder abgeschaltet werden muss, da fehlerfreie Elemente infolge Hitze oder mechanischer Einwirkung beim Entfernen aus oder beim Wiedereinsetzen in den Stromkreis beschädigt werden können. Das Prüfen der Widerstände und Spannungen an verschiedenen Stellen des Kreises und das Prüfen von Transistoren innerhalb des Kreises, wie es in der schweizerischen Patentschrift Nr. 384 710 beschrieben ist, kann in manchen Fällen beim Lokalisieren von Fehlern helfen; leider können jedoch nicht alle Fehler durch diese Prüfung ermittelt werden.
Weitere Werte über den Zustand der verschiedenen Organe der Kreise können durch Ermittlung der effektiven Zeitkonstante des Kreises an bestimmten Stellen innerhalb des Kreises festgestellt werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät zu schaffen, mit welchem die Zeitkonstante passiver Stromkreiselemente gemessen werden kann.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Messgerätes, mit welchem die Zeitkonstanten zwischen verschiedenen Stellen einer elektronischen Anlage gemessen werden können.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Messgerätes für die Messung der Zeitkonstante, welches im wesentlichen den Einwirkungen von belasteten aktiven Elementen während der Prüfung eines Kreises nicht unterliegt.
Das erfindungsgemässe Messgerät ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von sich wiederholenden Impulsfolgen, wobei die zeitliche Breite der Impulse, verglichen mit deren Wiederholdauer, klein ist, durch mit der Impulserzeugungsvorrichtung verbundene Steuervorrichtungen zum Steuern der Breite der erzeugten Impulse, durch mit den Steuervorrichtungen verbundene Anzeigevorrichtungen zur Anzeige der zeitlichen Breite der erzeugten Impulse, durch Eingang-Ausgang-Schaltungen zum Zuführen der erzeugten Impulse zu ausgewählten Stellen in einem zu prüfenden Kreis und zur Abnahme der Signale, welche aus der Zuführung solcher Impulse zum geprüften Kreis herrühren, durch Mittel zum Koppeln der impuls erzeugenden Vorrichtungen mit der genannten Eingang-Ausgang-Schaltung und durch einen mit der Ausgangs schaltung verbundenen Messkreis,
der eine Anzeige der Spitzenamplitude der Signale liefert, welche den zu prüfenden Kreis durchlaufen haben, so dass aus dem Wert der Spitzenamplitude die Zeitkonstante des geprüften Kreises bestimmt werden kann.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild dieser Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt ein Schema des Impulsgeberteiles des Kreises der Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Schema des Messteiles des Kreises der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung der an verschiedenen Punkten des Kreises der Fig. 1 vorhandenen Signale.
Fig. 5-8 zeigen vereinfachte Schemas teilweise in Form von Blockschaltbildern zur Veranschaulichung der Kreis darstellungen zur Messung der Zeitkonstanten verschiedener Kreistypen, und
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Schaltpultes für ein praktisches Ausführungsbeispiel des Kreises der Fig. 1.
Der in Fig. 2 dargestellte selbständig kippende Multivibrator 12 liefert die Impulsfolgefrequenz für den Prüfkreis. Die Präzision der Messung hängt nicht von der Folgefrequenz des Multivibrators 12 ab, so dass jeder beliebige geeignete selbständig kippende Multivibrator Anwendung finden kann. Da die grösste zur Messung in Frage kommende Zeitkonstante etwa 105mal grösser ist als die kürzeste Zeitkonstante, ist es erwünscht, dass die Impulsfolge dauer des Multivibrators 21 schrittweise regelbar ist. Fünf Zehnerschritte überstreichen den oben erwähnten Bereich. Dies kann dadurch erzielt werden, dass mittels eines vielpoligen Drehschalters eines entsprechenden Organs zeitbestimmende Kondensatoren verschiedener Kapazitätswerte in den Multivibrator eingeschaltet werden können.
Die Mittel zur Stete rung der Frequenz des Multivibrators 12 sind in Fig. 1 durch den Bereichwähler 14 dargestellt.
Der Ausgang des Multivibrators 12 ist über ein festes Verzögerungsglied 16 mit dem Synchronisierungs-Signaleingang eines veränderlichen Auftast Generators (ATM) 18 verbunden. Das Verzögerungsglied 16 kann ein monostabiler Multivibrator sein, der durch das Ausgangssignal des - Multivibrators 12 getriggert wird. Alternativ kann es eine Verzöge- rungsleitung oder eine andere Form eines Verzöge- rungskreises aufweisen. Der Auftast-Generator 18 kann als zweiter monostabiler Multivibrator ausgebildet sein, der durch das vom Verzögerungsglied 16 gelieferte Signal synchronisiert wird. Der Auftast-Generator 18 stellt eine Torschaltung dar, deren Impulsbreite grösser ist als l/lo, jedoch kleiner als ein ganzer Folgenzyklus des Signals, das vom Multivibrator 12 geliefert wird.
Vorzugsweise beträgt die Breite der durch den Auftast-Generator 18 erzeugten Impulse zwischen l/lo und 4/10 des Impulsfolgezyklus des Signals, das durch den Multivibrator 12 erzeugt wird. Da die Impulsfolgedauer des Multivibrators 12 schrittweise durch den Bereichwähler 14 veränderlich ist, muss der Auftast-Generator 18 Mittel einschlie ssen, um die dabei erzeugten Impulse in ihrer Breite zu verändern. Dies kann wiederum durch einen vielpoligen Drehschalter erzielt werden, welcher, vom Bereichregler 14 gesteuert, Kondensatoren oder Widerstände verschiedener Werte in den Zeitkreis des Auftast-Generators 18 schaltet Die Kopplung zwischen dem Bereichwähler 14 und den verschiedenen Organen des Kreises der Fig. 1 ist schematisch durch die unterbrochene Linie 22 dargestellt.
Der Ausgang des Auftast-Generators 18 wird einem Eingang einer Koinzidenz-Torschaltung 24 zugeführt. Solche Schaltungen sind in der Fachsprache allgemein als Und -Schaltungen bekannt.
Der Ausgang des Multivibrators 12 wird ebenfalls dem Eingang eines Impulsgenerators 26 variabler Breite zugeführt. Dieser Generator 26 kann ähnlich dem Auftast-Generator 18 ausgebildet sein, nur dass er Mittel aufweist, die mit dem Bereichwähler 14 in Verbindung stehen, um die Breite der Ausgangsimpulse schrittweise zu ändern, sowie auf eine Feineinstellung 28 ansprechende Mittel, um die Breite der Ausgangsimpulse differentiell zu ändern. Der Stufenregler des Impulsgebers 26 kann so ausgebildet sein, dass er mittels eines vielpoligen Drehschalters oder einer ähnlichen Vorrichtung verschiedene Kondensatoren in dem Impulsgeneratorkreis einschalten kann. Die Feineinstellung 28 kann auch dadurch erhalten werden, dass ein kontinuierlich einstellbarer Widerstand oder Kondensator in den Stromkreis des genannten Impulsgebers eingeschaltet wird.
Der Ausgang des Impulsgebers 26 wird einem zweiten Eingang des Koinzidenztores 24 zugeführt.
Letzteres liefert ein Ausgangssignal nur, wenn seinen beiden Eingängen Signale zugeleitet werden. Demzufolge ist der Ausgang des Koinzidenztores 24 durch einen Impuls gegeben, dessen Breite abhängig ist von der Überlappung der Auftastbreite am Generator 18 und des Impulses, welcher durch den Generator 26 geliefert wird. Vorzugsweise variiert die Breite der am Ausgang des Koinzidenztores 24 erscheinenden Impulse zwischen 0 und etwa 1/5 der Pulsfolgedauer des Multivibrators 12.
Der Ausgang der Torschaltung 24 wird einem Pufferkreis 32 zugeleitet, der zwei Ausgänge 34 und 36 aufweist. Der Pufferkreis 32 liefert am Ausgang 34 Impulse, deren vorbestimmte Amplitude und zeitliche Dauer gleich der Dauer des Signals ist, das durch die Torschaltung 24 geliefert wird. Der Pufferkreis 32 liefert ferner am Ausgang 36 einen Impuls, dessen Amplitude und Dauer mit umgekehrter Polarität gleich dem Impuls am Ausgang 34 ist. Ein Schalter 38 dient zum Zuschalten des einen oder anderen Ausganges 34 und 36 zum Eingang eines Puffer- oder Trennverstärkers 42.
Der Ausgang des Verstärkers 42 wird einem Eingang-Ausgang-Wählkreis 44 zugeleitet, der Ausgangsimpulse vorbestimmter Polarität und Dauer über den Ausgang 46 dem zu prüfenden Kreis zuleitet. Der Wählkreis 44 ist mit einem zweiten Anschluss 48 versehen, durch welchen er eine integrierte Form des Ausgangs-Impulssignals aus dem zu prüfenden Kreis erhält. Eine Erdverbindung 47 ist den Eingangs- und Ausgangskreisen gemeinsam. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Eingang-Ausgang-Wahlkreises ist im Detail mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
Das über den Eingang 48 erhaltene Signal wird einem zweiten Pufferkreis 52 zugeleitet, der im wesentlichen gleich ausgebildet ist wie der Pufferkreis 42. Der Pufferkreis 52 liefert zwei gleiche Signale umgekehrter Polarität an Ausgänge 54 bzw. 56. Ein Schalter 58 wählt eines der beiden Ausgangssignale aus und leitet das derart ausgewählte Ausgangssignal zum Eingang eines Verstärkers 60. Die Schalter 38 und 58 sind, wie durch unterbrochene Linien 62 an gedeutet, mechanisch gekoppelt. Diese beiden Schalter sind weiter so angeordnet, dass die dem Eingang des Verstärkers 60 gelieferten Impulse stets gleicher Polarität sind. Der Verstärker 60 ist mit einer Verstärkungsregelung 64 versehen. Die Arbeitsweise dieser Regelung 64 soll ausführlich bei der Beschreibung der Fig. 3 eriäutert werden.
Der Ausgang des Verstärkers 60 wird über eine Trennstufe 66 dem Eingang eines Impulsdehnungskreises 68 zugeführt. Letzterer gewährleistet ein konstantes Ausgangspotential, das proportional ist zu der Spitzen-Amplitude der durch den Puffer 66 gelieferten Signale. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Impulsdehnungsvorrichtung ist im Detail aus Fig. 3 ersichtlich. Da das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden vom Pufferkreis gelieferten Impulsen je nach der Einstellung des Bereichreglers 14 um einen Faktor bis 104 variieren kann, ist es erwünscht, die Zeitkonstante der Impulsdehnungsvorrichtung 68 zu ändern, wenn der Bereichwähler 14 verstellt wird.
Dies kann ebenfalls durch mechanische Verbindung über einen vielpoligen Drehschalter oder eine ähnliche Vorrichtung der Impulsdehnungsvorrichtung 68 mit dem Bereichwähler 14 erzielt werden, wie dies mit der unterbrochenen Linie 22 angedeutet ist.
Ein Messgerät 72 ist mit dem Ausgang der Impulsstreckvorrichtung 68 verbunden, um die Amplitude der Gleichspannung, welche von der Impulsstreckvorrichtung geliefert wird, anzuzeigen. Am Ausgang des Pufferkreises 66 ist eine Verbindung 74 angeordnet, über welche vom Eingang 48 abgeleitete Impulssignale einem Kathodenstrahloszilloskop oder dergleichen zugeführt werden können. Die Form der dem Eingang 48 zugeführten Impulse wie auch deren Amplitude hilft mit bei der Bestimmung der Betriebsbedingungen im zu prüfenden Kreis.
Die Kreise der Fig. 2 und 3 sollen im folgenden im Detail erläutert werden, damit ihre Wirkungsweise besser verständlich ist. Die Schaltungen der Fig. 2 und 3, welche den Blocks in Fig. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Multivibrator 12 von üblicher Konstruktion ist, mit der Ausnahme, dass er einen vielpoligen Drehschalter oder ein ähnliches Organ besitzt, um in den Kreis verschiedene frequenzbestimmende Kondensatoren 90 einschalten zu können. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Kondensatoren 90, wie dies aus den Abstimmvorrichtungen von Fernsehempfängern bekannt ist, auf einem drehbaren Zylinder angeordnet werden. Alternativ ist es auch möglich, Plattenschalter oder ähnliche Vorrichtungen zu verwenden, um andere oder zusätzliche Kondensatoren beim Drehen des Schalters in den Multivibratorkreis zu schalten.
Die Plattenschalter können derart mechanisch gekoppelt sein, dass sie synchron mit dem Bereichwähler 14 betätigt werden. Die Wiederholungsdauer des Multivibrators 12 sollte ungefähr 10mal grösser sein als die grösste auf einer gegebenen Skala zu messende Zeitkonstante.
Wenn daher der Kreis Zeitkonstanten innerhalb des Bereiches zwischen 1 und 10 Mikrosekunden für eine bestimmte Einstellung des Bereichreglers 14 messen soll, muss die Wiederholungsdauer des Multivibrators 12 für diese Einstellung mindestens 100 Mikrosekunden betragen.
Die Widerstand-Kondensatorschaltung 92 der Fig. 2 differenziert den Ausgang des Multivibrators 12 derart, dass dem Verzögerungsmultivibrator 16 und dem Generator 26 bei jedem Zyklus des Multivibrators 12 ein kurzer, scharfer Synchronisationsimpuls zugeführt wird. Der Multivibrator 16 det Fig. 2 ist ein üblicher, unistabiler Multivibrator und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung. In einem typischen Kreis besitzt der Multivibrator 16 eine Impulsbreite von etwa 1 Mikrosekunde.
Das Ausgangssignal des Multivibrators 16 wird durch einen Umkehrkreis 94 und einen differenzierenden Kopplungskreis 96 dem Eingang eines Generators 18 mit variabler Breite zugeleitet. Der Kreis 94 ist hierbei so zugeschaltet, dass der Generator 18 durch die Hinterflanke des durch den Kreis 16 gelieferten Impulsen getriggert wird. Wie ersichtlich, ist der Generator 18 der Fig. 2 ein üblicher, unistabiler Multivibrator mit Mitteln 98, um einen ausgewählten Kondensator aus einer Reihe von Kondensatoren 99 in den Breitensteuerungskreis des Generators 18 einzuschalten. Der Ausgang des Generators 18 wird einem Eingang 102 des Koinzidenzkreises 24 zugeleitet. Der Kreis 24 entspricht im Aufbau den unter der Bezeichnung Und -Schaltelement bekannten Kreisen mit zwei Eingängen und einem Ausgang.
Die bevorzugte Ausführungsform des Generators 26 in Fig. 2 ist ähnlich der bevorzugten Ausführungsform des Generators 18 mit der Ausnahme, dass beim Generator 26 zwei Drehschalter vorgesehen sind.
Der eine Drehschalter schaltet Kondensatoren 101 und der andere Drehschalter schaltet variable Widerstände 28a in den Kreis. In der nachfolgenden Beschreibung ist angenommen, dass die Länge der Impulse vom Generator 26 durch den Bereichregler 14 in Zehnerschritten gesteuert wird. Selbstverständlich können gegebenenfalls auch andere Differentiale gewählt werden. Die Widerstände 28a bilden die Feineinstellung für die Breite der vom Generator 26 gelieferten Impulse. Meist wird es vorteilhaft sein, für jeden Bereich der Impulsbreiten einen anderen Kondensator 101 anzuordnen, es ist jedoch möglich, den gleichen Widerstand 28a in mehr als einem Bereich zu verwenden. Der ausgewählte Widerstand 28a sollte in der Lage sein, die Breite der Ausgangsimpulse über einen Bereich zu verändern, der dem schrittweisen Wechsel in der Breite infolge Wechsel der Kondensatoren 101 entspricht.
Der Ausgang des Generators 26 ist mit dem zweiten Eingang der Und -Schaltung 24 verbunden.
Wie oben beschrieben, enthält der in Fig. 2 dargestellte Kreis Mittel zur Erzeugung von Impulsen veränderlicher, doch genau bekannter Dauer. Die Wirkungsweise des - Messkreises der Fig. 3 hängt je doch nicht davon ab, wie die Impulse veränderlicher Breite erzeugt werden. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung nicht auf den in Blockschaltbild in Fig. 1 und schematisch in Fig. 2 dargestellten Kreis beschränkt.
Gemäss Fig. 3 schliesst der Pufferkreis 32 eine Transistorstufe ein, die sowohl eine Emitterbelastungsimpedanz als auch eine Kollektorbelastungsimpedanz umfasst. Der Pufferkreis 52 ist zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellt. Dieser Kreis kann dem Pufferkreis 32 identisch ausgebildet sein. Der Pufferkreis 42 ist in Fig. 3 ebenfalls in Blockschaltform dargestellt, da er im wesentlichen aus hintereinandergeschalteten Emitterfolgern besteht, um eine niedrige Impedanzsteue- rung für den Ausgangskreis zu vermitteln.
Der Eingang-Ausgang-Wähler der Fig. 3 weist einen Vierfachschalter mit fünf Stellungen 112 auf, dessen Stufen mit 1 12a bis 1 12d bezeichnet sind.
Der Rotor der Stufe 1 12b ist mit dem Ausgang des Pufferkreises 42 verbunden. Die Stellungen I, II und IV der Stufe 11 2b sind direkt mit dem Ausgang 46 verbunden. Die Stellung III der Stufe 1 12b ist mit dem Ausgang 46 über einen variablen Widerstand 114, den Rotor der Stufe 11 2a und die Stellung III der Stufe 1 12a verbunden. Die Stellung V des Schalters 112 ist eine Probestellung. Diese Stellung ist nicht unbedingt erforderlich und kann ohne Einschränkung der Verwendungsmöglichkeit der Anlage weggelassen werden. In dieser Stellung ist der Rotor der Stufe 1 12b mit den Widerstandsklemmen eines Widerstand-Kondensator-Prüfkreises 116-118 verbunden.
Die Stufe 1 12c erdet die Klemme des Widerstandes 114, welche mit der Stellung III der Stufe 1 12b verbunden ist, wenn der Schalter 112 auf Stellung IV gedreht ist. Die Stellungen I-IV der Stufe 1 12d verbinden den Eingangsanschluss 48 mit dem Eingang des Pufferkreises 52. Die Stellung V der Stufe 11 2d verbindet den Anschluss 48 mit der Verbindung des Widerstandes 16 und des Kondensators 118.
Gemäss Fig. 3 besitzt der Kreiswähler 45 der Fig. 1 mechanische Steuermittel, beispielsweise einen Handgriff zur Betätigung der Stufen 1 12a bis 112d.
Wiederum wurde der Vierfach-Drehschalter mit fünf Stellungen nur beispielsweise dargestellt. Andere bekannte Schaltvorrichtungen, welche die gleichen Schaltverbindungen herstellen können, sind ebenso gut anwendbar.
Der Ausgang des Pufferkreises 53 ist mit dem Eingang eines variablen Verstärkers 60 über einen Schalter 58 verbunden. Die Verstärkungsregelung des Verstärkers 60, welche der Regelung 64 der Fig. 1 entspricht, schliesst einen Schalter 122 mit fünf Stellungen ein, welcher in mechanischer Kopplung mit dem Schalter 112 im Eingang-Ausgang Wählkreis angeordnet ist. Die Stellungen I, IV und V des Schalters 122 schalten den Widerstand 124 in den Kollektorkreis des Transistors 126. Demzufolge hat der Verstärker 60 die gleiche Verstärkungswirkung auf den Stellungen I, IV und V. In der Stellung II des Schalters 122 wird der variable Widerstand 128 im Kollektorkreis des Transistors 126 eingeschaltet. Dieser variable Widerstand 128 ist mit einem Griff 64a versehen, der seine Regelung erleichtert.
Vorzugsweise besitzt der Widerstand 128 einen Maximalwert der mindestens das Zehnfache des Wertes des Widerstandes 124 beträgt. In der Stellung III des Schalters 122 ist der Widerstand 132 in den Emitterkreis des Transistors 126 geschaltet.
Vorzugsweise hat der Widerstand 132 etwa einen zehnmal grösseren Widerstandswert als Widerstand 124.
Im Pufferkreis 66 der Fig. 3 ist ein Emitter Folgekreis vorgesehen. Der Stromkreis der Fig. 3 schliesst weiter eine Stufe der Impulsstreckschaltung 68a ein, welche den Ausgangsklemmen 74 vorgeschaltet ist. Die zweite Stufe 68b der Impulsstreckschaltung umfasst einen Transistor 140 mit einer Drehvorrichtung ein, mittels welcher Kondensatoren 142 in seinem Emitterkreis eingeschaltet werden können. Die Einschaltung dieser Kondensatoren 142 erfolgt über den Bereichregler 14 der Fig. 1. Die Werte der Kondensatoren 142 sind unter sich vorzugsweise in Zehnerschritten verschieden, wenngleich es für bestimmte Zwecke wünschenswert sein mag, die grösseren Kondensatoren etwas kleiner als die angegebenen Zehnerschritte zu machen.
Die Impulsstreckschaltungen 68a und 68b strecken zusammen die Eingangsimpulse auf einen Wert, der mindestens das Zehnfache und in den meisten Fällen etwa das Hundertfache der längsten Zeitkonstanten beträgt, die für den gegebenen Bereich gemessen werden muss. Der Messkreis 72 umfasst einen Emitterfolger 144, der der Messvorrichtung 146 über einen Eichwiderstand 148 Gleichstrom zuführt. Der Widerstand 148 ist zur Erleichterung periodischer Eichungen des Messkreises regelbar. Während des Betriebes vvird der Messkreis nicht verstellt. Der unveränderliche Widerstand 150 bildet zusammen mit dem regelbaren Widerstand 152 ein Potentiometer, das die Vorspannung an der Basis des Transistors in der Schaltung 68a steuert.
Der Widerstand 150 kann mit einem Steuerknopf versehen sein, der auf der Schalttafel des Prüfgerätes angebracht ist. Da die Kreise zwischen dem Messgerät 146 und der Schaltung 68a miteinander direkt verbunden sind, bewirkt eine Einstellung des Wertes des Widerstandes 152 auch die Einstellung der Nullstellung des Messgerätes 146.
Die Fig. 9 veranschaulicht eine typische Anordnung der Steuerung für die Kreise der Fig. 1-3. Der Netzwählschalter 45 in der oberen linken Ecke steuert die vier Stufen des Schalters 112 und die einzige Stufe des Schalters 122. Der Schalter 38-58 in der unteren rechten Ecke ist ein zweipoliger Doppelumschalter, mit welchem die Polarität des Eingangssignals zum Pufferkreis 42 sowie die Polarität des Ausgangssignals des Pufferkreises 42 ausgewählt werden kann. Der Multiplizier -Schalter in der oberen rechten Ecke entspricht dem Bereichregler 14 der Fig. 1 und er wählt die Wiederholungsdauer der Impulse des Multivibrators 12, die Breite der vom Kreis 18 gelieferten Signale, den Breitenbereich der vom Kreis 26 erzeugten Impulse und den Strekkungsgrad der Impulse, welcher durch den Kreis 68 erzielt wird.
Der Schalter 28 Zeitkonstante in der unteren rechten Ecke des Prüfgerätes der Fig. 9 entspricht der Vernier-Steuerung 28 der Fig. 1 und er steuert die einstellbaren Widerstände 28a der Fig. 2. Die Schalter 14 und 28 steuern zusammen die Breite der Impulse am Ausgangsanschluss 46. Zwei Erdklemmen 47 sind in Fig. 9 gezeigt. Es soll nun gezeigt werden, dass die Breite der Impulse direkt mit der Zeitkonstante, welche gemessen werden soll, zusammenhängt. Die Schalter 14 und 28 können daher direkt in Sekunden, Mikrosekunden, Millisekunden geeicht werden.
Der Nullsteller 1 52a in Fig. 9 entspricht der gleichbezifferten Steuerung in Fig. 3 und dient zur Einstellung des Messgerätes 146 in die Nullage, wenn das Prüfgerät eingeschaltet ist, jedoch den Eingangsklemmen 48 keine Signale geliefert werden. Der Betätigungsknopf 1 14a steuert den Wert des Widerstandes 114, der mit dem Ausgangsanschluss 46 in Serie ist, wenn der Netzwählschalter die Stellung II einnimmt. In dieser Stellung steuert es die Ablesung des Messgerätes 146. Daher erhält dieser Knopf 1 14a die Bezeichnung Messeinstel lung . Die Verstärkungssteuerung 64a steuert den Wert des Widerstandes 128 in Fig. 3, welcher seinerseits die Verstärkung des Verstärkers 60 steuert.
Diese Steuerung ist nur wirksam, wenn der Netzwählschalter 45 sich in Stellung II befindet, d. h. in der Widerstand-Induktorstellung.
Es ist selbstverständlich, dass, um dieses Prüfgerät wirkam zu verwenden, die allgemeine Natur des zu prüfenden Kreises bekannt sein muss, d. h. ob der bestimmte Teil des zu prüfenden Kreises die Charakteristiken von in Serie oder von parallel geschalteten Widerständen und Kondensatoren besitzt usw. In ähnlicher Weise sollte die normale Zeitkonstante des zu prüfenden Kreises bekannt sein, damit allfällige Abweichungen davon festgestellt werden können.
Die Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Schaltung des Prüfgerätes nach den Fig. 1-3 mit dem Netzwählschalter 45 in Stellung I. Der zu prüfende Kreis ist schematisch durch einen Widerstand 108 und einen Kondensator 182 in Serie geschaltet dargestellt. Die Impulsquelle 184 in Fig. 5 stellt den Teil des Kreises bis und mit der Torschaltung 24 dar. Der Messkreis 186 stellt den Teil des Kreises dar, welcher auf den Eingang-Ausgang-Wählkreis 44 folgt. Das Messgerät 146 wird durch den Widerstand 148 so geeicht, dass es einen gewählten Bezugswert angibt, beispielsweise Sollwert, wenn der Eingang 48 mit Impulsen beliefert wird, deren Amplitude gleich der Spitzenamplitude ist, die von der Quelle 184 geliefert werden kann. Diese Einstellung ist sehr stabil und unabhängig von der Natur des zu prüfenden Kreises.
Aus diesem Grund ist kein Betätigungsorgan für den Widerstand 148 am Schaltbrett des Prüfgerätes angeordnet. Die Eichung des Messgerätes 146 kann jedoch jederzeit geprüft und der Widerstand 148 verstellt werden, und zwar durch Verstellung des Bereichreglers 14 und der Zeitkontrollsteuerung 28 in der Weise, dass die von der Quelle 184 gelieferten Impulse eine Dauer aufweisen, die das Mehrfache der Zeitkonstante des zu prüfenden Kreises beträgt.
Unter diesen Bedingungen hat der Kondensator 182 genügend Zeit, sich bis zur vollen Amplitude der von der Quelle 184 gelieferten Impulse aufzuladen und das Messgerät 146 sollte den vorbestimmten Bezugswert angeben.
Sobald die Eichung des Messgerätes 146 geprüft ist, kann die Zeitkonstante des zu prüfenden Kreises durch Betätigung des Bereichreglers 14 und der Steuerung 28 für die Zeitkonstante in der Weise ermittelt werden, dass die Dauer der von der Quelle 184 gelieferten Impulse so weit reduziert wird, dass das Messgerät 146 einen vorbestimmten Bruchteil des Bezugswertes anzeigt. Diese Stelle kann auf der Skala des Messgerätes 146 in geeigneter Weise markiert werden. Da das Laden und Entladen der Widerstand-Blindkreise eine bekannte Exponentialkurve bildet, ist der Bruchteil des Blezugswertes, welcher ausgewählt wird, unerheblich.
So ist es beispielsweise bekannt, dass ein Kondensator in einem in Serie geschalteten Widerstand-Kondensatorkreis bis zu 63,2 % des Spitzenwertes des zugeführten Impulses aufladet, wenn der letztere eine Dauer aufweist, die gleich ist der Zeitkonstante des Seriekreises oder aber bis zu 50A des Spitzenwertes aufladet, wenn die Impulsdauer etwa 0,65 der Zeitkonstante des Kreises beträgt. In den folgenden Beispielen wird angenommen, dass die zwei ausgewählten Bezugspunkte sich am Skalenende und bei 63, 2 % dieser ersten Stellung befinden. Die dann in den Kreisen der Fig. 1 bis 3 vorhandenen Bedingungen sind durch die Wellenformen der Fig. 4 dargestellt.
Die Wellenform 190 der Fig. 4 veranschaulicht das Signal, welches durch den Multivibrator 12 der Fig. 1 geliefert wird. Die Periode der Wellenform 190 beträgt vorzugsweise das Zehnfache der grössten auf einer gegebenen Skala zu messenden Zeitkonstante. Wenn daher der Schalter 14 der Fig. 9 so eingestellt ist, dass er Zeitkonstanten im Bereich von 1-10 Mikrosekunden misst, sollte die Wiederholperiode der Wellenform 190 mindestens 100 Mikrosekunden betragen. Diese Periode wird durch die Grösse der Kondensatoren 90 der Fig. 2 bestimmt.
Die Wellenform 192 der Fig. 4 veranschaulicht das Ausgangssignal des Multivibrators 16. Es ist zu bemerken, dass die Wellenform 192 durch die Hinterflanke der positiven Impulse der Wellenform 190 synchronisiert ist. Beim Messen von Zeitkonstanten im Bereich von 0,1-104 Mikrosekunden kann die Verzögerung durch den Multivibrator 16 bei etwa 1 Mikrosekunde eingestellt bleiben.
Die Wellenform 194, welche den Ausgang des Generators 18 darstellt, wird durch die Hinterflanke des positiven Teiles der Wellenform 192 synchronisiert. Der negative Teil der Wellenform 194 muss eine Dauer haben, welche die längste Zeitkonstante, die in einem gegebenen Bereich gemessen werden muss, übersteigt. Wiederum, wenn der Schalter 14 auf den Bereich von 1-10 Mikrosekunden eingestellt ist, kann der negative Teil der Wellenform 194 eine Dauer von ungefähr 50 Mikrosekunden haben.
Die Wellenform 196 veranschaulicht den Ausgang des Generators 26. Der negative Teil dieser Wellenform muss einen Minimalwert aufweisen, der etwas kleiner ist als die kleinste in einem Bereich zu messende Zeitkonstante vermehrt um die Verzögerung infolge des Multivibrators 16. Demzufolge muss im Bereich von 1 bis 10 Mikrosekunden der negative Teil der Wellenform 196 eine minimale Dauer von weniger als 2 Mikro sekunden aufweisen. Die maximale Dauer des negativen Impulses in der Wellenform 196 muss gleich sein der längsten Zeitkonstanten, welche in einem gegebenen Bereich gemessen werden soll, vermehrt um den positiven Teil der Wellenform 192. Entsprechend muss im Bereich von 1-10 Mikrosekunden die maximale Dauer des negativen Teiles der Wellenform 196 11 Mikrosekunden übersteigen.
Die Dauer des negativen Teiles der Wellenform 196 wird durch die Steuerung 28 in Fig. 1 gesteuert, indem diese den Wert des ausgewählten Widerstandes 28a im Impulsgenerator 26 ändert.
Die Wellenform 198 stellt die Impulse dar, welche am Ausgang der Koinzidenz-Torschaltung 32 erscheinen. Die am Ausgangsanschluss 46 erscheinenden Impulse besitzen entweder die Wellenform 198 der Fig. 4 oder sie sind von entgegengesetzter Polarität bezüglich der Wellenform 198, je nach der Stellung des Schalters 38.
Die Wellenform 200 zeigt die allgemeine Form des Signals am : Eingangsanschluss 48. Während des Teils 200a der Wellenform 200 beginnt der zu prüfende Kreis sich gegen einen Wert hin aufzuladen, welcher gleich ist der Amplitude des n der am Ausgang 46 vorhandenen Ausgangsimpulse.
Ohne diese Korrektur könnten fehlerhafte Ablesungen der Zeitkonstante des Kreises auftreten. Die Wirkung der resistiven Komponente der Induktanz wird durch Vergrösserung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 60 der Fig. 1 erreicht, bis das Messgerät 146 die volle Skala anzeigt, wenn die Ausgangsimpulse verglichen mit der Zeitkonstante des zu prüfenden Kreises eine lange Dauer besitzen.
Sobald einmal die Steuerung 64a so eingestellt wurde, dass die Messvorrichtung den vollen Skalenwert anzeigt und die Steuerungen 14 und 28 so eingestellt sind, dass sie relativ lange Ausgangsimpulse liefern, können die Steuerungen 14 und 28 neu eingestellt werden, bis die Messvorrichtung 146 63,2 % der vollen Skala anzeigt. Die Zeitkonstante des zu prüfenden Kreises kann nun direkt von den Skalen abgelesen werden, die den Steuerungen 14 und 28 zugeordnet sind.
Der Netzwähler 45 wird auf die Stellung III gesetzt, um die Zeitkonstante eines Kreises zu messen, welcher die Charakteristiken von parallel geschalteten Widerständen und Kondensatoren aufweist. Der äquivalente Kreis für diese Bedingungen ist in Fig. 7 dargestellt. Der Messkreis 226 der Fig. 7 entspricht dem Block 186 in Fig. 5 mit der Ausnahme, dass der Verstärkungsgrad des Verstärkers 60 ein Mehrfaches des Verstärkungsgrades beträgt, der mit dem Wähler 45 in Stellung I erhalten werden kann, und dass er den gesamten Kreis, welcher auf den Eingangsanschluss 48 der Fig. 3 folgt, einschliesst. Im besonderen umfasst dieser Kreis den Puffer 52, den Verstärker 60, den Puffer 66, die Impulsstreckschaltung 68 und den Messkreis 72 der Fig. 1. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der unveränderliche Widerstand 132 in den Kollektorkreis des Transistors 126 geschaltet ist.
Der Knopf 64a zur Steuerung des Verstärkungsgrades ist in der Stellung III des Wählers 45 unwirksam. Die Impulsquelle 220 der Fig. 7 umfasst einen Kreis der Fig. 2 sowie den Teil der Fig. 3 bis zum Rotor der Stufe 1 12b des Schalters 112, der veränderliche Widerstand 114 der Fig. 7 entspricht der gleichbezeichneten Komponente der Fig. 3. Aus letzterer ist ersichtlich, dass der Widerstand 114 zwischen dem Ausgang des Puffers 42 und der Ausgangsklemme 46 geschaltet ist, und zwar mittels der dritten Stellung der Stufe 1 12b und der dritten Stellung der Stufe 112a. Der Widerstand 222 und der Kondensator 223 veranschaulichen schematisch den zu prüfenden Kreis.
Die Impulsquelle 220 ist über den Serie-Kreis mit dem Widerstand 114, dem Widerstand 222 und dem Kondensator 223 parallel geschaltet und der Messkreis 186 ist über den Kondensator 223 geschaltet.
Die an der Eingangsklemme 48 erscheinende Maximalspannung für sehr lange Ausgangsimpulse ist gleich der maximalen Amplitude der Ausgangsimpulse geteilt durch das Verhältnis der Widerstände 114 und 223. Da der Verstärkungsgrad des Verstärkers 60 im Messkreis um einen bestimmten Faktor, beispielsweise 10 vergrössert wurde, zeigt das Messgerät 146 den vollen Skalenwert an, wenn der Widerstand 114 auf ungefähr das Neunfache des Wertes des Widerstandes 222 eingestellt ist, wodurch der Teiler bestehend aus den Widerständen 114 und 222 ein Verhältnis von 10:1 aufweist. Wird nun die Breite der Ausgangsimpulse reduziert, bis das Messgerät 146, 63,2% des vollen Skalenwertes anzeigt, so kann die Zeitkonstante des Kreises 114-223 an den Skalen 14 und 28 abgelesen werden.
Da jedoch das Verhältnis zwischen den Widerständen 114 und 222 bekannt ist, kann die Zeitkonstante des Kreises 222-223 errechnet werden. Es kann gezeigt werden, dass die Aufladungs-Zeitkonstante für den Kreis 1 1222-223 sehr angenähert gleich ist der Zeitkonstante des Kreises 222-223 vorausgesetzt, dass der Wert des Widerstandes 114 mindestens das Zehnfache desjenigen des Widerstandes 222 beträgt.
Die Stellung IV des Netzwählers 45 wird verwendet, um die Zeitkonstante von Kreisen zu messen, welche die Eigenschaften von parallel geschalteten Induktanzen und Widerständen aufweisen. Der äquivalente Kreis für diese Bedingungen ist in Fig. 8 dargestellt. Aus letzterer ist ersichtlich, dass dieser Kreis das Widerstand-Induktoranalogon zum Widerstand Kondensatorkreis der Fig. 7 ist.
Die Stellung V des Netzwählers 45 verbindet das Prüfgerät in der Ausbildung der Fig. 5 mit dem Widerstand 116 und mit dem Kondensator 118, welcher anstelle der durch den Widerstand 180 und dem Kondensator 182 der Fig. 2 dargestellten äusseren Kreiswiderständen und Kondensatoren tritt.
Da die Zeitkonstante des Seriekreises, welcher den Widerstand 116 und den Kondensator 118 vergleicht, bekannt ist, kann die Genauigkeit der den Steuerungen 14 und 28 zugeordneten Skalen ermittelt werden. Gegebenenfalls kann der innere Prüfkreis weggelassen und das gleiche Resultat erzielt werden, indem ein bekannter Wert von Widerstand und Kondensator mit den Eingangs- bzw. mit den Ausgangsklemmen 46 und 48 verbunden wird und hierauf die Zeitkonstante rnit dem Netzwähler 45 in Stellung I abgelesen wird.
Das Prüfgerät der Fig. 1-3 kann verwendet werden, um Widerstand, Kapazität oder Induktivität eines Kreiselementes zu bestimmen, indem das zu bestimmende Element in Serie mit einem zweiten Element bekannten Wertes geschaltet wird, um entweder einen Induktor-Widerstand-Seriekreis oder einen Widerstand-Kapazität-Seriekreis zu bilden. Der unbekannte Wert kann dann aus dem bekannten Wert des anderen Elementes und der gemessenen Zeitkonstante errechnet werden.