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Phasenmeßvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Phasenmeßvorrichtung,
mittels der zwei periodische Impulsreihen gleicher Impulswiederholungsfrequenz auf
Abweichungen ihres Phasenunterschieds gegenüber der Dauer der Halbperiode geprüft
werden können. Eine solche Vorrichtung besitzt ein bistabiles Element, welches durch
Impulse der einen Reihe in einen stabilen Zustand und durch Impulse der anderen
Reihe in den anderen stabilen Zustand gebracht werden kann, wobei das bistabile
Element in diesen Zuständen elektrische Signale entgegengesetzten Vorzeichens einem
Meßgerät zum Messen des während eines Zeitintervalls mittleren Wertes der Signale
zuführen kann.
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Solche Meßvorrichtungen finden unter anderem Anwendung in Kombination
mit magnetischen Modulatoren zum Messen kleiner Gleichströme.
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Bei den Vorrichtungen der erwähnten Art tritt ein Problem auf. Das
bistabile Element wird von Impulsen von einem in den anderen Zustand übergeführt
und umgekehrt. Die Empfindlichkeit des bistabilen Elementes für einen Triggerimpuls,
der das Element von einem in den anderen Zustand führt, kann ungleich der Empfindlichkeit
für einen Triggerimpuls sein, der eine Zustandsänderung in umgekehrtem Sinne herbeiführt.
Diese Empfindlichkeiten können sich mit der Zeit ändern. Weiterhin können die Amplituden
der vom Element gelieferten Spannuneen in den beiden Zuständen verschieden sein
und sich auf verschiedene Weise mit der Zeit ändern. Aus diesen Gründen verschiebt
sich der Nullpunkt des Meßgerätes. Für empfindliche Messungen ist es aber wichtig.
daß sich der Nullpunkt nicht ändert. Die Erfindung begegnet dem erwähnten Nachteil.
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Die Phasenmeßvorrichtung nach der Erfindung weist das Kennzeichen
auf. daß zum Hintanhalten einer Verschiebung des Nullpunktes des Meßgeräts infolge
von Ungleichheit zwischen den beiden Zustinden des bistabilen Elementes das Ausgangssignal
des bistabilen Elementes, bevor es dem Meßgerät zugeführt wird, periodisch sein
Vorzeichen wechselt und gleichzeitig die Wirkung der beiden Impulsreihen auf das
bistabile Element umgetauscht wird.
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Auf diese Weise ist eine Unsymmetrie des bistabilen Elementes ebenso
lange in der einen Richtung wie in der entgegengesetzten Richtung wirksam.
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Diese Unsymmetrie ist dann durchschnittlich zeitgemäß unwirksam.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels
näher erläutert.
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Fig. I zeigt ein Blockschema eines Ausffihrungsbeispiels;
Fig. 2 zeigt
eine detaillierte Auswirkung des Blockschemas nach Fig. 1.
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Das bistabile Element F in Fig. 1 besteht aus zwei Teilen F1 und
F2. Die beiden Impulsreihen R I und R2, deren gegenseitige Phase bestimmt werden
soll, werden über die Klemme K und den Schalter S 1L dem Teil F1 zugeführt. Die
Reihe R 1 besteht aus positiven und die Reihe R 2 aus negativen Impulsen. Der Schalter
S1 kann ein mechanischer Schalter sein, ist aber vorzugsweise ein magnetischer oder
elektronischer Schalter.
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Ein negativer Impuls bringt den Teil F1 in den leitenden Zustand.
Die Kopplung zwischen den beiden Teilen F1 und F2 ist derart, daß der Teil F2 in
den nichtleitenden Zustand übergeht, wenn der Teil F 1 leitend wird, und umgekehrt.
Der Teil F 1 liefert im leitenden Zustand eine niedrige Spannung an einer Klemme
des Meßgeräts M über einen Schaltarm des Schalters S 2. Der Schalter S2, der synchron
mit dem Schalter S 1 schaltet, besitzt einen zweiten Schaltarm für den Teil F2.
Dieser Teil liefert im nichtleitenden Zustand eine hohe Spannung an der anderen
Klemme des Meßgeräts M.
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Ein nächster positiver Impuls bringt den Teil f i in den nichtleitenden
und den Teil F2 in den leitenden Zustand. Es ändert sich das Vorzeichen und gegebenenfalls
auch die Größe der Spannung zwischen den Eingangsklemmen des Meßgeräts.
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Das Meßgerät M zeigt den Mittelwert der Spannung zwischen seinen
Eingangsklemmen an. Wenn
die Periode einer Impulsreihe auf 360 gesetzt
wird und der Phaserninterschied zwischen den Impuls reihen R 1 und R 2 1800 beträgt,
soll das Meßgerät M keinen Ausschlag geben. Eine größere oder kleinere Phasenverschiebung
als 1800 ergibt einen Ausschlag des Meßgeräts M in der einen oder anderen Richtung.
Ohne Steuerung der Schalter S1 und S2 würde eine Änderung der Ausgangsspannung des
Teiles F 1 ohne gleichzeitige Änderung gleicher Größe und Richtung der Ausgangsspannung
des Teiles F 2 und umgekehrt zur Folge haben, daß sich der Mittelwert der Spannung
zwischen den Eingangsklemmen des Meßgeräts M ändert. Eine andere Ursache dieser
Nullpunktverschiebung wäre, daß die Empfindlichkeit des bistabilen Elementes für
positive und negative Triggerimpulse verschieden ist, denn hierdurch ändert sich
die Zeitdauer, in der ein Teil des bistabilen Elementes sich in einem bestimmten
Zustand befindet, und ändert sich der Mittelwert der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen.
Die Nullpunktverschiebung ändert sich mit der Zeit z. B. dadurch, daß die Röhren
nicht auf gleiche Weise altern, so daß ein Ausgleich mit einer konstanten Gegenspannung
nicht den gewünschten Effekt hat.
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Die Schalter S 1 und S 2 werden von demselben Schaltspannungsgenerator
SG gesteuert. Unter Steuerung dieses Generators werden die Schaltarme der SchalterS1
und S2 periodisch und gleichzeitig umgelegt.
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In der nicht dargestellten Lage der Schaltarme werden die Impulse
der Reihen R 1 und R 2 dem Teil F2 zugeführt. Ein negativer Impuls bringt den Teil
F2, und ein positiver Impuls bringt den Teil F 1 in den leitenden Zustand. Der Schalter
S2 vertauscht die Anschlüsse des Meßgeräts M mit dem Element F.
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Hierdurch ändert sich das Vorzeichen der dem Meßgerät M zugeführten
Spannung. Der zwischen einem Impuls der Reihen R 1 und R 2 und dem Vorzeichen der
dem Meßgerät M zugeführten Spannung bestehende Zusammenhang bleibt dabei bestehen.
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Eine von den Impulsreihen unabhängige Änderung des Mittelwertes der
Ausgangsspannung des Elementes F ist während aufeinanderfolgender Perioden des Generators
SG gegensinnig auf das Meßgerät M wirksam. Das Meßgerät mißt den Mittelwert der
Eingangsspannung, so daß diese Spannungsänderungen durchschnittlich zeitgemäß unwirksam
sind.
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In Fig. 2 werden Impulsreihen R1 und R2 den Klemmen K 1 einer Kathodenfolgeverstärkerstufe
mit der Röhre V 1 und einem Kathodenwiderstand RK zugeführt. Dieser Stufe ist ein
Schalter S 1 nachgeschaltet, der einen Transformator T 1 und ein Diodennetzwerks1
bis D4 umfaßt. Die Kathode der Röhre V1 ist über einen Trennkondensator an die Mittelanzapfung
einer Primärwicklung angeschlossen, wobei die Enden dieser Wicklung über die Dioden
D 1 und D2 an das Gitter der Röhre V3 und über die Dioden D 3 und D 4 an das Gitter
der Röhre V 2 geführt sind. An der Sekundärwicklung des Transformators T1 liegt
ein Steuerspannungsgenerator SG, der eine dachförmige Spannung liefert. Diese Spannung
wechselt ihre Vorzeichen in jeder halben Periode, so daß die Spannung über der Primärwicklung
in der einen Halbperiode positiv und in der nächsten Halbperiode negativ ist. Hierdurch
werden die DiodenD1 und D 2 in der einen Halbperiode und die Dioden D 3 und D 4
in der nächsten Halbperiode leitend gemacht, so daß die Kathode der
Röhre V1 über
beide Hälften der Primärwicklung und die jeweils leitenden Dioden abwechselnd mit
dem Gitter der Röhre V2 und dem Gitter der Röhre V3 verbunden wird. Der Stromkreis
für den von der Kathode der Röhre V1 herrührenden Signalstrom wird dadurch geschlossen.
daß die Fußpunkte der Gitterwiderstände der Röhren V2 und V3 und des Kathodenwiderstandes
RK an einem gemeinsamen Erdungspunkt angeschlossen sind. Der Signalstrom durchfließt
die beiden Hälften derPrimärwicklung in entgegengesetzter Richtung in bezug auf
die Wicklungsrichtung, so daß die magnetische Wirkung des Signalstroms im Idealfall
Null, in der Praxis jedoch vernachlässigbar klein ist. Die Schaltspannung fällt
ab über den jeweils leitenden Dioden, so daß der Signalstrom nicht beeinflußt wird.
Die Frequenz des Generators SG ist ungleich der Impulswiederholungsfrequenz und
liegt vorzugsweise viel niedriger.
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Während der positiven Halbperiode des Generators SG werden die beiden
Teile des Signals über die Dioden D1 und D 2 dem Gitter der Röhre V3 3 zugeführt.
Während der negativen Halbperiode wird dasSignal über dieDiodenD3 und D4 derRöhre
V2 zugeführt. Das verstärkte Impulssignal wird an die bistabile TriggerschaltungF
gelegt. Diese Schaltung besteht in bekannter Weise aus zwei Teilen F 1 und F2 mit
den Röhren V4 und V5, wobei das Gitter einer Röhre über einen Widerstand mit der
Anode der anderen Röhre verbunden ist. Eine der beiden Röhren befindet sich in stromleitendem
Zustand. Die andere Röhre ist dann gesperrt.
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Ein positiver Impuls am Gitter der Röhre V3 bewirkt einen negativen
Impuls an der Anode. Dieser negative Impuls bringt die Röhre V4 in den nichtleitenden
Zustand und die Röhre V5 in den leitenden Zustand. Die Spannung an der Anode der
Röhre V4 ist dann höher als die Spannung an der Anode der Röhre V5. Ein negativer
Impuls am Gitter der Röhre 173 bewirkt eine Zustandsänderung der Röhren V4 und V5.
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Während der negativen Halbperiode des Generators SG wird das Impulssignal
von der Röhre V2 verstärkt. Hierdurch wird die Wirkung der positiven und negativen
Impulse des Impulssignals auf die Triggerschaltung F umgetauscht.
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Die Röhren V4 und V5 haben einen gemeinsamen Anodenwiderstand RA
an den der SchalterS 2 angeschlossen ist. Der Schalter S2 besteht aus zwei Teilen
S21 und S22. wobei jeder Teil grundsätzlich ähnlich dem SchalterS 1 ist. Während
der positiven Halbperiode des 'Generators SG werden über den Transformator T2 die
Dicden El und E2 und über den Transformator T3 die Dioden G 1 und G 2 stromleitend
gemacht. Während der negativen Halbperiode sind die Dioden E3, E4 und G3. G4 stromleitend.
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Die Mittelanzapfungen der Wicklungen der Transformatoren T2 und T3
entsprechen den Anschlüssen an den Schaltarmen des Schalters S2 der Fig. 1. Diese
Anzapfungen sind über ein Tiefpaßfilter, das aus den Widerständen RB 1, RB 2 und
dem Kondensator C mit dem Widerstand RL besteht. mit den Klemmen K2 verbunden. Diese
Klemmen können an einen nicht dargestellten Gleichspannungsmesser angeschlossen
sein.
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Der Signalstrom durch den SchalterS2 kann in einfacher Weise geprüft
werden, z. B. für den Fall, daß die Röhre V5 während der positiven Halbperiode des
Generators SG stromleitend ist. Der
Signalstrom fließt von der Anode
der Röhre V4 über die Dioden G 1, G2 zur Mittelanzapfung der Primärwicklung des
Transformators T3, dann durch den Widerstand Rß 2, die Parallelschaltung des Kondensators
C und eines Widerstandes RL, über den Widerstand RB 1 zur Mittelanzapfung des Transformators
T2 und über die Dioden £1, £2 zur Anode der Röhre 175. Während der negativen Halbperiode
des Generators SC fließt der Signalstrom in entgegengesetztem Sinne durch das Tiefpaßfilter.
Die Richtung des Signalstromes kehrt um, wenn die Röhre V4 stromleitend wird.
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Das Tiefpaßfilter RB1, C, RB2 ist vorzugsweise derart bemessen, daß
Signale mit der Frequenz des Schaltspannungsgenerators an den Klemmen K 2 gering
sind gegenüber der Signalspannung.