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Phasenwinkel-Meßgerät Oszillographen lassen sich für die verschiedensten
Meßzwecke einsetzen. Ein Elektronenstrahloszillograph besitzt zur Darstellung einer
Kurve auf dem Bildschirm Ablenkplatten für die X-Ablenkung und Ablenkplatte für
die Y-Ablenkung. Bei der Aufnahme von periodischen Vorgängen ist es bekannt, in
den Stromzuführungskreis für die X-Ablenkung einen Kippgenerator einzuschalten,
der eine sägezahnförmige Spannung abgibt und so periodisch den Lichtpunkt mit konstanter
Geschwindigkeit waagerecht über den Bildschirm wandern läßt. Bei einer speziellen
Schaltung wird dieser Kippgenerator im Stromkreis für die X-Ablenkung von einer
Trigger-Schaltung angestoßen, die ihrerseits eine von der Netzspannung abgeleitete
und mit Hilfe eines Phasenschiebers in der Phasenlage einstellbare Eingangsspannung
erhält.
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Legt man bei dieser Schaltung an den Eingang für die Y-Ablenkung des
Oszillographen eine Wechselspannung gleicher Frequenz wie die Netzspannung an, so
läßt sich auf dem Bildschirm die Phasenlage dieser am Y-Eingang angelegten Wechselspannung
durch Veränderung des Phasenwinkels zwischen Ein- und Ausgang des Phasenschiebers
einstellen.
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Hierzu ist es bekannt, nacheinander an den Eingang für die Y-Ablenkung
des Oszillographen zwei verschiedene Phasenspannungen anzulegen. Aus einer Einteilung
auf dem Bildschirm des Oszillographen und aus der ;jeweils eingestellten Ablenkzeit,
die
der Kippgenerator im Stromkreis für die X-Ablenkung bestimmt, läßt sich dann ungefähr
die Phasenlage zwischen der ersten und der zweiten Spannung am Eingang abschätzen.
Die Meßgenauigkeit dieser Methode ist jedoch für viele Fälle nicht ausreichend.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine PhasenwizAelmessung
mit großer Genauigkeit nach dem geschilderten bekannten Verfahren möglich zu machen.
Die Erfindung betrifft damit ein Phasenwinkel-Meßgerät für Spannungen fester Frequenz
unter Verwendung eines Oszillographen, dessen X-Ablenkung über eine Phasenschieberstufe
von der Netzspannung abgeleitet und über eine Trigger-Schaltung und einen Kippgenerator
den ELektroden für die X-Ablenkung~zugeführt wird, während die zu messenden Spannungen
nacheinander mit dem Eingang flir die Y-Ablenkung verbunden werden. Das Neue besteht
dabei darin, daß zwischen den Ausgang der Phasenschieberstufe und den Eingang der
Trigger-Schaltung für die -X-Ablenkung eine mit Hilfe eines geeicnten Potentiometers
in Ihrer Verzögerungszeit einstellbare Verzögerungsstufe geschaltet ist.
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Ein Blockschaltbild zur Speisung eines Oszillographen ist in Fig.
1 dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für die
auch in Fig. 1 enthaltene Zusatzeinrichtung. In Fig. 3 sind Diagramme der Spannungen
eingezeichnet, die an verschiedenen Punkten der in Fig. 2 dargestellten Schaltung
beim Anlegen einer sinusförmigen Spannung an den Eingang auftreten.
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Der Oszillograph in Fig. 1 besteht aus einer Elektronenstrahlröhre
1, die von einem nicht näher aufgeschliisselten Hochspannungsteil 2 gespeist wird.
Die Elektroden 3 für die Y-Ablenkung sind an den Ausgang einer Verstärkersolialtung
YV angeschlossen. Der Eingang dieser Verstärkerschaltung XV für die
Y-Ablenkung
liegt am Ausgang eines elektronischen Schalters ES, der seinerseits an die Eingangsklemme
YE für die Y-Ablenkung und an eine Klemme M angeschlossen ist, die ständig Massepotential
führt. Der elektronische Schalter ES schaltet abwechselnd das Potential der Eingangsklemme
YE oder das Potential der Klemme M auf den Eingang des Verstärkers YV.
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Zur Durchführung der Phasenwinkel-Messung dient als Eingang für die
X-Ablexikung der Ausgang des Netzteiles N1. Dieses ist über einen Phasenschieber
Ph, die Impulsformerstufe IF und eine Impulsverzögerungsstufe IV an die Trigger-Schaltung
TS für die X-Ablenkung des Oszillographen angeschlossen. Die Trigger-Schaltung TS
ist ausgangsseitig mit einem Kippgenerator KG und einem Verstärker XV für die X-Ablenkung
verbunden. Der Ausgang es Verstärkers für die X-Ablenkung ist an die Elektroden
4 fiir die X-Ablennkung angeschlossen. HInter das Netzeil 111 ist ein aus Widerständen
und Kondensatoren aufgebauter Phasenschieber Ph geschaltet, so daß die Ausgangsspannung
des netzteils Nl in ihre Phasenlage eingestellt werden kann.
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Dieser Teil der Schaltung mit der nachgeschalteten Impulsformerstufe
IF und der Impulsverzögerungsstufe IV ist 'n Fig. 2 näher dargestellt. Die Eingangsklemme
XE für die X-Ablenkung entspricht in Fig. 2 dem Potentialpu'kt P1O. Dieser ist über
einen Phasenschieber Ph mit dem Potentialpunkt ril verbunden.
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Weiter läuft die Verbindung über eine Grenzwertstufe GS1 (Schmitt-Trigger)
zum Potentialpunkt P12 und von da über eine Impulsformerstufe IF1 mit dem Ausgangspunkt
P13. Dieser ist mit dem Potentialpunkt P14 am Eingang einer Grenzwertstufe GS2 verbunden,
deren Ausgang P15 über einen ntegrator I mit dem Potentialpunkt P16 und über eine
weitere Grenzwertstufe GS3 mit deren Ausgangspunkt P17 verbunden ist. -Der Ausgangspunkt
P16 ist einerseits mit dem Potentialpunkt P14 am Eingang der Grenzwertstufe GS2
und andererseits mit der in-Fig. 1 dargestellten Trigger-Schaltung TS verbunden.
Die Grenzwertstufe
GS) besitzt einen zweiten Eingang zur Einstellung
des Spannungswertes, an dem die Grenzwertstufe GS3 anspricht. Mit diesem Eingang
ist ein mit einer Skala versehenes, geeichtes Potentiometer PO verbunden. Dies ist
in bekannter Weise so geschaltet, daß abhängig von der Stellung des Potentiometerabgriffes
die Ansprechspannung der Grenzwertstufe GS3 eii1gestellt wird.
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In Fig.- 3 sind die Spannungen an den Ausgangs- bzw. Potentialpunkten
P10 bis P17 dargestellt und mit den entsprechenden Ziffern 10 bis 17- bezeichnet.
Dabei beschreibt die Kurve 10 die Sinusspannung, die zur Phasenwinkelmessung mit
dem Oszillographen an der Eingangsklemme XE für die X-Ablenkung liegt.
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Abhängig von der Einstellung des Phasenschiebers Ph ergibt sich phasenverschoben
eine S Inusspannung entsprechend Kurve 11 am Ausgang des Phasenschiebers. Diese
Spannung nach Kurve 11 liegt an Eingang der Grenzstufe GS1. Diese ist auf einen
sehr Kleinen Spannungswert eingestellt, so daß an dem Ausgang dieser Grenzwertstufe
GS1 eine Rechteckspannung anstelle, deren Flanken mit denNulldur-chgängen der Kurve
11 übereinstimmen. In der llpulsformerstufe IF1 ist ein Hichtungs- und Differenzierglied
enthalten, so daß bei Jeder positiven Flanke der Kurve 12 am aus gang ein Ausgangsimpuls
erscheint. Die Kurve 13 zeigt die Spannung, die sich am Ausgang der ImpuLsformerstufe
ergibt, wenn keine Verbindung mit dem Potentialpunkt P17 vorhanden ist. Wie später
noch erläutert wird, treten am Ausgang der Grenzwertstufe GS3 kurze Rechteckimpulse
mit negativer Polarität-auf, die sich am Potentialpunkt P14 mit den Ausgangsimpulsen
der Impulsformerstufe IF1 überlagern.
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Am Eingang der Grenzwertstufe GS2 liegt also eine Spannung an, die
der Kurve 14 in Fig. 3 entspricht Die Grenzwertstufe GS2 ist dabei so eingestellt,
daß sie bei positiver Spannung anspricht und erst bei negativer Spannung wieder
in die Ausgangslage zurückfällt. Sie erzeugt damit am Ausgang die in Kurve 1')
dargestellte
Reachteckkurve, die im InLegrator I integriert wird. Dieser In-tegrator ist so eingestellt,
daß die Integrationszeitkonstante in der einen Richtung groß und in der anderen
wichtung klein ist, so daß sich angenähert eine,sägezahnförmige Kurve am Ausgang
des Integrators I bzw. am Potentialpunkt P16 ergibt. Die Kurve 16 zeigt, daß die
Ausgangsspannung am Integrator I langsam ansteigt, ausgehend von einem von der Impulsformerstufe
IF1 gelieferten Impuls und schnell abfällt, wenn ein Ausgangs impuls an der Grenzwertstufe
GS3 auftritt.
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Die Spannung des Potentialpunktes P16 wirkt nun auf die dritte, vom
Potentiometer PO einstellbare Grenzwertstufe GS3 ein. Der Spitzenwert, den die.Spannungskurve
am Potentialpunkt P16 erreichen kann, ist dabei abhängig von der Stellung dieses
Potentiometers. Wenn die Grenzwertstufe GS3 anspricht, so bildet sich eine negative
Spannung am Potentialpunkt P17 aus, die einerseits an der in Fig. 1 dargestellten
Trigger-Schaltung TS anliegt und dort die X-Ablenkung beginnen läßt und die andererseits
am Eingang der GrenzwertstuSe GS2 wirksam wird und die Integratorstufe I in ihren
Ausgangszustand zurückkippen läßt.
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Die zwischen dem Auftreten eines Impuls es am Ausgang der Impulsformerstufe
I1 bis zum Zurückkippen des Integrators I verstreichende Zeit ist also proportional
der Spannung, die von dem Potentiometer PO an die Grenzwertstufe GS3 abgegeben wird.
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Damit ist es möglich, als Potentiometer PO ein Potentiometer mit linearer
Abhängigkeit zwischen Widerstand und Verstellweg einzusetzen, um zu erreichen, daß
die Zeitverzögerung zwischen dem Ausgangsimpuls der Impulsformerstufe 1F1 und dem
Ausgangimpuls am Ausgangspunkt P17 proportional zur Widerstandsänderung am Abgriff
des Potentiometers PO ist. Mit Hilfe der zwischen dem Eingang XE für die X-Ablenkung
und der Trigger-Schaltung TS des Oszillographen eingeschalteten Verzögerungsschaltung
ist es also möglich, unabhängig von der Phasenschieberstellung den Beginn der X-Ablenkung
um eine definierte Zeit zu verzögern.- Beim Anlegen einer Spannung an den Eingang
YE
für die Y-Ablenkung des,Oszillographex it fester vorgegebener Frequenz ist dabei
die in der Impulsverzögerungsstufe IV verstreichende Zeit bis zur Impulsweitergabe
proportional zu einem bestimmten Phasenwinkel der Eingangsspannung am Eingang YE
für die Y-Ablenkung des Oszillographen.
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Damit kann eine Phasenwinkel-Messung zwischen zwei Spannungen fester
Frequenz folgendermaßen vorgenommen werden: Zunächst wird,die erste Spannung an
den Eingang YE für die Y-Ablenkung angelegt und mit Hilfe des Phasenschiebers Ph
diese auf dem Bildschirm erscheinende Spannungskurve so in der Phase verschoben,
bis der Nulldur.chgang mit einer senkrechten Linie auf dem Bildschirm des Oszillographen
übereinstimmt. Das Potentiometer PO mit der geeichten Anzeigeskala steh- dabei in
der Ausgangsstellung. Anschließena wird die zweite, in der Phasenlage mit der ersten
zu vergleichenden Spannung an den Eingang YE für die Y-Ablenkung des Oszillographen
angelegt und durch Veränderung des Potentiometerabgriffes des Potentiometers PO
der Nulldurchgang dieser zweiten Spannung in die gleiche Lage gebracht, wie sie
der Nulldurchgang der zuerst angelegten Spannung auf dem Bildschirm eingenommen
hatte. Der Verschiebeweg des Potentiometers ist damit ein Maß für den Phasenwinkel
zwischen den beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen, die nacheinander an
den Eingang YE für die Y-Ablenkung des Oszillographen angelegt wurden.
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Eine zusätzliche Erhöhung der Genauigkeit ergibt sich noch durch den
im Stromkreis für die Y-Ablenkung des Oszillographen eingeschalteten elektronischen
Schalter ES (Fig. 1). Dieser wird abhängig von einem Ausgang des Kippgenerators
KG in seine jeweils andere Ausgangslage geschaltet, so daß am Verstärker YV für
die Y-Ablenkung abwechselnd entweder die Spannung, die an den Eingang YE für die
Y-Ablenkung geschaltet ist, oder eine
Spannung mit dem Wert Nüll
anliegt. Dies hat zur Folge, daß auf dem Bildschirm neben dem Spannungsverlauf der
Spannung am Eingang YE auch die Nullinie dieser Spannung zu sehen ist. Eine Verschiebung-der
Nullinie während der Messung kann daher nicht zu Pehlern bei der Phasenwinkel-Messung
führen. Der an einem Ausgang des Kippgenerators KG angeschlossene Austastnultivibrator
AM, der die Elektroden 5 ansteuert, bewirkt eine Verdunkelung des Elektronenstrahls
während des Rücklaufs auf dem Bildschirm.
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In den Schaltbildern nach Fig. 1 und,2 fehlen alle Kontakte, die zum
Anlegen von weiteren internen oder externen-Spannungen an die Eingänge YE oder XE
vorhanden sind, außerdem ist zur Vereinfaciiung ein in der Praxis immer vorhandener
Schalter zur Abschaltung des elektronischen Schalters ES nicht dargestellt.
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3 Patentansprüche 3 Figuren