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Null indikator Die Erfindung betrifft einen Null indikator mit oszillografischer
Anzeige zum Abgleich von Wechselstrombrücken bzw.
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-kompensatoren.
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Als Hilfsmittel zum Abgleich von Wechselstrombrücken bzw.
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-kompensatoren, die nach zwei Komponenten abgeglichen werden sollen,
sind Nullindikatoren bekannt, die den Abgleichzustand für beide Komponenten getrennt
darstellen. Bekannt sind Geräte mit zwei Zeigerinstrumenten und zwei phasenempfindlichen
Gleichrichtern, denen um 90° phasenverschobene Steuerspannungen zugeführt werden.
Diese Geräte zeigen bei richtiger Grundeinstellung der Bezugsphase die beiden orthogonalen
Komponenten der komplexen Brückenausgangsspannung auf Je einem Instrument vorzeichenrichtig
an. Statt der Zeigerinstrumente sind auch als Zeigerersatz "Magisches Auge" oder
"Magisches Band" genannte Röhren oder eine Braunsche Röhre mit statisch abgelenktem
Leuchtpunkt verwendbar. Sie
alle dienen dazu, die beiden in den
gesteuerten Gleichrichtern gewonnenen Gleichspannungen sinnfällig darzustellen.
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Weiter sind oszillografische Nullindikatoren bekannt, die den Abgleichzustand
durch eine Lissajous'ache Figur erster Ordnung, eine Ellipse, darstellen. Wenn der
Strahl einer Elektronenstrahlröhre in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch
zwei sinusförmige Wechselspannungen gleicher Frequenz abgelenkt wird, so wird auf
dem Schirm eine Ellipse geschrieben. Diese kann zu einer schrägen Geraden entarten,
wenn beide Spannungen in Phase miteinander oder um genau 1800 phasenverschoben sind.
Das Vorzeichen bei einer Verschiebung um 0° oder 1800 erkennt man an der Neigungsrichtung.
Wenn die Gerade nach rechts ansteigt, so beträgt die Verschiebung 00, fällt die
Gerade nach rechts, so beträgt die Verschiebung 1800. Wenn beide Spannungen genau
um.900 phasenverschoben sind, ergibt sich eine Ellipse mit waagerechter bzw. senkrechter
Hauptachse; sind die Auslenkungen waagerecht und senkrecht gleich groß, so ergibt
sich ein Kreis. Eine Entscheidung, ob die Phasenverschiebung +90° oder -90° beträgt,
ist dabei Jedoch nicht möglich.
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Erklärt man eine der beiden Spannungen, z. B. die waagerecht auslenkende
zur Bezugsspannung, die einer festen Quelle entnommen wird, und verwendet man zur
senkrechten Auslenkung die an den Nullecken der abzugleichenden Brücke anstehende
Spannung, so kann man wohl von der Komponente, die mit der Bezugsspannung in Phase
ist, das Vorzeichen bestimmen, um daraus die Richtung für das weitere Verstellen
der Brückenglieder
abzuleiten, für die 90° -Komponente ist das
Jedoch nicht möglich.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Lissajous-Figur mit zwei
verschieden hellen Teilen darzustellen. Diese Unterschiede in der Helligkeit finden
Jedoch ihre Grenzen einmal dadurch, daß bei zu großer Helligkeit das Bild unscharf
wird und andererseits das Bild erkennbar bleiben muß.
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Die Aufgabe besteht daher darin, einen Nullindikator mit oszillografischer
Anzeige zu schaffen, bei dem in jedem Falle das Vorzeichen der um 90° phasenverschobenen
Komponente der Nullspannung bestimmt werden kann. Die Aufgabe wird nach der Erfindung
dadurch gelöst, daß zur Bestimmung des Vorzeichens der um 90° phasenverschobenen
Komponente der Nullspannung der Abgleichzustand als Lissajous-Figur erster Ordnung
mit einem gegen die vertikale Achse der Oszillografenröhre verschiebbaren hellgesteuerten
Punkt in der einen Hälfte und einem gegen die vertikale Achse der Oszillografenröhre
verschiebbaren dunkelgesteuerten Punkt in der anderen Hälfte der Lissajous-Figur
dargestellt ist.
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Dies kann durch um 900 gegen die Bezugsspannung verschobene, der Hellsteuerspannung
überlagerte Impulse bewirkt werden. Zur Erzeugung der Impulse wird die Bezugsspannung
zweckmäßigerweise in ein Rechtecksignal umgewandelt. Aus dem Rechtecksignal werden,
z. B. durch Differentiation in
einem Übertrager, positive und negative
Impulse gewonnen.
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Grundsätzlich könnte die Differenzierung und die Ankopplung der Impulse
auch kapazitiv erfolgen, jedoch ist die Anordnung dann sehr empfindlich gegen Brummspannungen
und erfordert hohen Siebungsaufwand.
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Die Hellsteuerung der Oszillografenr5hre bewirkt nun, daß, wenn die
90°-Komponente des Vertikalsignals während des Rechtslaufs des Elektronenstrahls
positiv ist, in der oberen Hälfte der Ellipse ein Punkt hellgesteuert wird, während
in der unteren Hälfte der Ellipse ein Punkt dunkelgesteuert wird, und daß in der
oberen Hälfte der Ellipse ein Punkt dunkelgesteuert wird, während in der unteren
Hälfte der Ellipse ein Punkt hellgesteuert wird, wenn die 90°-Komponente des Vertikalsignals
während des Rechtslaufs negativ ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand
einer Zeichnung näher erläutert.
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Eine nicht dargestellte Scheringbrücke wird aus einem regelbaren Transformator
1 gespeist. Dieser wirkt auf den Verstärker 2, dessen Spannung den Vertikalablenkplatten
einer Oszillografenröhre 4 zugeführt wird. Den Horizontalablenkplatten 5 wird eine
Wechselspannung mit der gleichen Frequenz über einen aus den Widerständen 6, 7 und
dem Kondensator 8 gebildeten Phasenschieber von einem weiteren Transformator 9 zugeführt.
Der Verstärker 2 liegt in bekannter Weise an den Nullecken der Scheringbrücke. Wird
das eine Abgleichglied
der Scheringbrücke verstellt, so ändert sich
an den Nullecken die Spannung, welche mit der vom Transformator 1 gelieferten Spannung
phasengleich ist. Beim Betätigen des zweiten Abgleichgliedes der Scheringbrücke
entsteht eine Spannung, die um 900 zu der Speisespannung phasenverschoben ist.
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Die für die Messung nötige Bezugsspannung, die in fester Phasenverschiebung
zur Speisespannung für die Scheringbrükke steht, wird von dem Transformator 9 geliefert.
Die für den Betrieb der Oszillografenröhre 4 nötigen Elektrodenspannungen werden
an einem Spannungsteiler, der aus den Widerständen 10, 11, 12 besteht, abgegriffen.
Um die gewünschte Hell- Dunkelsteuerung je eines Punktes der Lissajous-Figur zu
erzielen, ist das Hellsteuergitter 13, das den von der Kathode 14 ausgehenden Strom
steuert, über den Widerstand 15 mit dem Abgriff des für die Helligkeitgrundeinstellung
vorgesehenen verstellbaren Widerstandes 10 mit dem negativen Pol 21 der zum Betrieb
der Röhre nötigen Spannungsquelle verbunden.
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Die sinusförmige Bezugsspannung wird in eine rechteckige umgewandelt.
Die Rechteckflanken liegen an den Nulldurchgängen der Bezugs spannung. Die positive
Halbwelle liefert ein positives Rechtecksignal, die negative Halbwelle ein negatives
Rechtecksignal (oder umgekehrt). Wird mit diesen Rechtecksignalen ein Ubertrager
17 beaufschlagt, so entstehen auf der Sekundärseite des Ubertragers positive und
negative Nadelimpulse, deren Breite durch die Spannungs-
Zeit-Fläche
des Übertragers gegeben sind. Die Sekundär-Seite des Übertragers liegt zwischen
dem Widerstand 15 und dem Hellsteuergitter 13 der Oszillografenröhre 4.
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Die Umwandlung der Bezugsspannung in eine Rechteckspannung erfolgt
in einem übersteuerten Operationsverstärker 16.
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Diese Anordnung stellt den Nulldurchgang fest. Die Hell-bzw. Dunkelsteuerung
beginnt jeweils im Nulldurchgang der Bezugsspannung und hat die Dauer, die sich
aus der Spannungs-Zeit-Fläche des Übertragers ergibt. Der Übertrager 17 dient dabei
gleichzeitig der Potentialtrennung zwischen den Verstärkerkreisen und dem auf hohem
Potential liegenden Hellsteuergitter.
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Auf dem Bildschirm der Oszillografenröhre entsteht an den Stellen,
an denen die Impulse die Hellsteuerspannung der Oszillografenröhre überlagern, Punkte,
von denen der eine heller und der andere dunkler als die Lissajous-Figur ist.
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Der helle Punkt ist zwar unscharf, doch stört dies wegen der geringen
Ausdehnung des Punktes nicht.
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Bei steigenden Frequenzen dehnen sich die Punkte aus. Dies kann dadurch
verhindert werden, daß die Speisespannung des Übertragers 17 mit der Frequenz erhöht
wird. Das Verhältnis von Punktdauer zu Periodendauer kann damit konstant gehalten
werden. Hierzu dient ein Frequenzspannungswandler 20, der eine Leistungsstufe 22
beaufschlagt, die zwischen den Operations-Verstärker 16 und den Ubertrager 17 eingeschaltet
wird.
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Die Punkte liegen seitlich zum Nulldurchgang. Um sie mittig zu legen,
kann ein RC-Netzwerk 18 vorgesehen werden, das die Spannung, aus der die Rechtecke
gewonnen werden, gegenüber der Bezugsspannung um die halbe Zeit, die sich aus der
Spannungs-Zeit-Fläche des Übertragers ergibt, voreilen läßt.
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Sollen die Punkte in der Mitte der Oszillografenröhre erscheinen,
da aufgrund von Fertigungstoleranzen der Oszillografenröhre der Strahl für Ablenkspannung
Null meist nicht mittig steht, so wird eine zusätzliche Spannung benötigt, die an
einem Potentiometer 19 abgegriffen wird. Der Schaltpunkt für die Rechteckspannung
wird damit so eingestellt, daß die Hell- und Dunkelpunkte in der Mitte der Oszillografenröhre
liegen.
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7 Seiten Beschreibung 7 Patent ansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 1
Fig.