DE2254571A1

DE2254571A1 - PROBE

Info

Publication number: DE2254571A1
Application number: DE19722254571
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Muellauer
Original assignee: Goerz Electro GmbH
Current assignee: ABB Goerz AG
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1973-05-17
Also published as: AT319398B

Description

Tastkopf Die Erfindung betrifft einen Tastkopf mit eingebauten Gleichrichtern zur-Messung von Wechselspannungen niederer bis sehr hoher Frequenzen. Zur Anzeige des Meßwertes dient die linear geteilte Skala eines Gleichspannungs-Voltmeters mit hohem Eingangswiderstand, welches Voltmeter über eigene Meßleitungen mit dem Tastkopf verbunden wird. Probe head The invention relates to a probe head with built-in rectifiers for measuring alternating voltages of low to very high frequencies. See full ad the linearly divided scale of a DC voltmeter is used for the measured value high input resistance, which voltmeter has its own measuring lines with the probe is connected.

Bekannt ist, daß zur Messung von HF-Spannungen im Zusammenhang mit Gleichspannungsvoltmetern NXanßistorvoltmeter, Röhrenvoltmeter) Tastköpfe verwendet werden, bei denen die von Haltleiterdioden gelieferte Richtspannung entweder unmittelbar- odernach Linearisierung mittels in Flußrichtung betriebener Halbleiterdioden den Gleichspannungavoltmetern zugefUhrt werden. It is known that for measuring RF voltages in connection with DC voltage voltmeters, NX, transistor voltmeters, tube voltmeters) probes are used in which the directional voltage supplied by semiconductor diodes is either directly or after linearization by means of semiconductor diodes operated in the direction of flow DC voltage voltmeters are supplied.

Die bekannten Tastköpfe haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, die auf die verwendeten Gleichrichterdioden, auf die (so vorhanden) Linearisierungsdioden oder auf die für einen extrem weiten Frequenzbereich konstruktiv nicht optimal ausgelegten Tastspitzen zurUckzuSühren sind. einerseits können, unter der Voraussetzung,- daß am Anzeigegerät die Linearskala und nicht eine auf dies Linearskala bezogene Eichkurve benützt wird, üblicherweise erst HF-Spannungen ab 300 m V eff angezeigt werden. Anderseits ist bei bekannten HF-Tastköpfen der Frequenzbereich entweder nach unten auf etwa 100 kHz oder nach oben auf maximal 500 MHz begrenzt. Ferner ist gerade bei Tastköpfen, die bei sehr hohen Frequenzen verwendet werden können, der Maximalwert der zulässigen HF-Spannung auf Werte C 16 V eff begrenzt. However, the known probes have a number of disadvantages on the rectifier diodes used, on the linearization diodes (if present) or those that are structurally not optimally designed for an extremely wide frequency range Probe tips are to be returned. on the one hand, provided that - that the linear scale on the display device and not one related to this linear scale Calibration curve is used, usually only HF voltages from 300 m V eff are displayed. On the other hand, the frequency range is either down in known HF probes limited to around 100 kHz or up to a maximum of 500 MHz. Furthermore is straight for probes that can be used at very high frequencies, the maximum value the permissible HF voltage is limited to values of C 16 V eff.

Wegen des nichtlinearen Zusamienhanges zwischen der am Gleichrichter anliegenden HF-Spannung und der auftretenden Richtspannung ist es notwendig, die Richtspannung zu ljnearisieren. Erst kann dann die Linearskala eines Gleichspannungsvoltmeters mit hinreichend hohem Eingangswiderstand unmittelbar zur Anzeige der am Tastkopf anliegenden HF-Spannung benützt werden. Because of the non-linear relationship between the at the rectifier applied HF voltage and the occurring directional voltage, it is necessary to use the Linearize directional voltage. Only then can the linear scale of a DC voltmeter with a sufficiently high input resistance directly to display the on the probe head applied HF voltage can be used.

FUr die Linearisierung der von der (oder den) Gleichrichterdiode(n) erzeugten Richtspannung werden üblicherweise Si-Flächendioden verwendet. Diese werden mit einem Widerstand in Serie liegend, in Flußrichtung betrieben. Diese Serienschaltung wird dem Gleichrichter parallel geschaltet. For the linearization of the rectifier diode (s) Generated directional voltage are usually used Si flat diodes. These will with a resistor in series, operated in the direction of flow. This series connection is connected in parallel to the rectifier.

Da Si-Dioden Schwellspannungen in der Höhe von 400 - 600 m V besitzen, kann, bezogen auf die Skala des Anzeigegerätes, eine Linearisierung bei dieser Bauart erst ab 400 m V wirksam werden. Since Si diodes have threshold voltages of 400 - 600 m V, can, based on the scale of the display device, a linearization with this design only take effect from 400 m V.

Wegen der Temperaturabhängigkeit der Schwellspannungen der Gleichrichterdioden und der Linearisierungadiode kann es aber gerade im Bereich kleiner Spannungen zu einem zusätzlichen temperaturunabhängigen Meßfehler kommen.-Zur Behebung dieser Nachteile wird yorgeschlagen, bei einem Tastkopf der eingangs angeführten Art gemäß der Erfindung als GleXchrichter inÜurchlaßrichtung vorgespannte "hot-carrier" - Dioden vorzusehen und diesen eine ebenfalls in Durchlaßrichtung vorgespannte Haltleiterdiode-mitWiderstandsnetzwerk zum Linearisieren der von den Gleichrichtern gelieferten Richtspannung nachzuschalten. Because of the temperature dependence of the threshold voltages of the rectifier diodes and the linearization diode can, however, just be smaller in the range Tensions lead to an additional temperature-independent measurement error. - To rectify this Disadvantages are suggested in the case of a probe head of the type mentioned at the beginning the invention as a GleXchrichter in the passage direction prestressed "hot carrier" - Provide diodes and these a semiconductor diode with a resistance network which is also biased in the forward direction to linearize the rectified voltage supplied by the rectifiers.

Weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tastkopfes darstellt. Hiebei zeigt Fig. 1 das Schaltbild des Tastkopfes und die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Schaltbilder von drei verschiedenen Tastspitzen. Further features of the invention are described below with reference to the drawing explained, which represents an embodiment of the probe head according to the invention. 1 shows the circuit diagram of the probe head and FIGS. 2, 3 and 4 show the circuit diagrams of three different probe tips.

Gemäß Fig. 1 sind zwei in Serie geschaltete Gleichrichterdioden D1 und D2 vorgesehen. Diese Dioden sind sogenannte "hot-carrier"-Dioden und bilden mit dem ROndensator Cl eine Spannungsverdoppler-Schaltung. According to FIG. 1, two series-connected rectifier diodes D1 and D2 provided. These diodes are so-called "hot-carrier" diodes and form with the Rndensator C1 a voltage doubler circuit.

Die Diode D1 liegt einerends an der gemeinsamen Bezugsleitung L1, an welche auch der eine Eingangskontakt KI und eine Schraubbuchse 31 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Dioden D1 und D2 ist an den zweiten Eingangskontakt K2 gelegt. Der Kondensator C1 ist vorteilhafterweise als DurchfUhrungskondensator ausgeführt. Der Widerstand RIist von der Diode D2 an den einen Anschluß der Batterie B geführt.One end of the diode D1 is connected to the common reference line L1, to which the one input contact KI and a screw socket 31 are also connected are. The connection point between the two diodes D1 and D2 is on the second Input contact K2 placed. The capacitor C1 is advantageously used as a feed-through capacitor executed. Resistor RI is from diode D2 to one terminal of the battery B led.

Parallel zur Batterie B liegt ein Spannungsteiler, der aus einem von außen bedienbaren Einstellwiderstand Pl, drei weiteren Spannungsteiler-Widerständen R2 bis K4 und einem Widerstand NTK mit negativen Temperaturkoeffizienten besteht. Parallel to the battery B is a voltage divider, which consists of a externally operable setting resistor Pl, three more voltage divider resistors R2 to K4 and a resistor NTK with negative temperature coefficients.

Vom Verbindungspunkt zwischen der Diode D2 und dem Widerstand R1 führt ein Netzwerkast zum Abgriff, der von der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und R3 gebildet ist. Dieser Ast besteht aus der Linearisierungsdiode D3, zwei Strombegrenzer-Widerständen R5 und K6, einem Einstellwiderstand P2, der im Gegensatz zum Einstellwiderstand P1 nur nach Abnahme eines Gehäuseteiles zugänglich ist, und einem Widerstand PTC mit positivem Temperaturkoeffizienten. Dieser Widerstand PTC hat die Aufgabe, den Temperaturfehler der Diode D3 (Linearisierungsdiode) zu kompensieren. From the connection point between the diode D2 and the resistor R1 leads a network branch to the tap, that of the connection point between the resistors R2 and R3 is formed. This branch consists of the linearization diode D3, two Current limiter resistors R5 and K6, a setting resistor P2, in contrast to the setting resistor P1 is only accessible after removing a housing part, and a PTC resistor with a positive temperature coefficient. This resistance PTC has the task of compensating the temperature error of diode D3 (linearization diode).

Zum Widerstandsnetzwerk gehört des weiteren ein mehrpoliger Umschalter, dessen beide Kontaktsätze mit U1 und U2 bezeichnet sind. Mit diesem Umschalter wird es möglich gemacht, mit immer dem gleichen Meßbereich des Meßgerätes Wechselspannungen verschiedener Höhe messen zu können und überdies die Batterie auf ihren Zustand zu prüfen. Der Kontaktsatz U1 besteht aus einem Kontaktstück S1, das unmittelbar mit dem Schleifer des Einstellwiderstandes P2 verbunden ist und dessen Länge zwei Schalterstellungen entspricht; weiters Kontaktstücken S2, S3 und S4, die mittels des Schleifer SS1 über einen Widerstand R7 mit dem Schleifer des Binstellwiderstandes P2 bzw. über Rs, R9 mit dem von der Verbindungsstelle zwischen den Widerstcjflden R3 und R4 des Spannungsteilers gebildeten Abgriff verbunden sind. Diesen Kontaktstücken S1 bis S4 liegen die Kontaktstücke S5 und S6 gegenüber. Hiebei entspricht die Länge des Kontaktstückes S5 einer Schaltstellung, u.zw. jener für die BatterieprUfung. Das Kontaktstück S6 ist mit dem Kontaktstück S2 verbunden. Die Länge des Kontaktstückes S6 entspricht vier Schaltstellungen. The resistor network also includes a multi-pole changeover switch, whose two sets of contacts are labeled U1 and U2. This switch is used made it possible to always use the same measuring range of the measuring device alternating voltages to be able to measure different heights and also the condition of the battery to consider. The contact set U1 consists of a contact piece S1, which is directly is connected to the wiper of the setting resistor P2 and its length is two Switch positions corresponds to; further contact pieces S2, S3 and S4, which by means of of the wiper SS1 via a resistor R7 with the wiper of the setting resistor P2 or via Rs, R9 with that of the connection point between the resistors R3 and R4 of the voltage divider formed tap are connected. These contact pieces S1 to S4 lie the contact pieces S5 and S6 opposite. This corresponds to the length of the contact piece S5 of a switching position, u.zw. that for the battery test. The contact piece S6 is connected to the contact piece S2. The length of the contact piece S6 corresponds to four switch positions.

Das Kontaktstück S5 ist ebenfalls mit dem zwischen R3 und R4 gelegenen Abgriff verbunden und außerdem an die Abschirmung A des Meßkabels M angeschlossen. Vom Kontaktstück S6 geht die Meßleitungsseele S aus. Abschirmung A und Seele S sind an ihren Enden mit je einem Stecker versehen, um die Verbindung mit dem eigentlichen Meßgerät herstellen zu können.The contact piece S5 is also with the one between R3 and R4 Tap connected and also connected to the shield A of the measuring cable M. The measuring line core S extends from the contact piece S6. Shield A and soul S are Provided with a connector at each end for the connection with the actual To be able to manufacture measuring device.

Der zweite Kontaktsatz U2 weist einerseits ein durchgehendes, allen Stellungen des Schalters entsprechendes Kontaktstück SIO auf, das mit einem Batteriepol verbunden ist, ein Kontaktstück SIl, das den vier Betriebs-Schaltstellungen entspricht und zur Leitung L1 führt, und weiters ein KOntaktstUck S12, das über einen Widerstand RIO mit dem KontaktstückS6 des ersten Kontaktsatzes verbunden ist. Die Schleifer SS1 und SS2 der beiden Kontaktsätze sind, wie in Fig. 1 angedeutet ist, mechanisch miteinander verbunden. The second contact set U2 has, on the one hand, a continuous, allen Positions of the switch on the corresponding contact piece SIO, which is connected to a battery pole is connected, a contact piece SIl, which corresponds to the four operating switch positions and leads to line L1, and also a contact piece S12, which is via a resistor RIO is connected to the contact piece S6 of the first contact set. The grinder SS1 and SS2 of the two sets of contacts are, as indicated in FIG. 1, mechanical connected with each other.

Durch entsprechende Wahl der Widerstände R5 bis R9 kann erreicht werden, daß die Meßbereiche in Stufen von 1 zu t10 gelegt sind; d,h. die sehr vorteilhafte Meßbereichsstufung von beispielsweise 1 V, 3 , 10 V und 30 V ist ohne Schwierigkeiten zu erzie)en, Die Tastspitzen, die wahlweise je nach erforderlichem Frequenzbereich mit dem Tastkopf verbindbar sind, weisen einen Trennkondensator CT1, CT2 bzw. An appropriate choice of the resistors R5 to R9 can be achieved be that the measuring ranges are placed in steps from 1 to t10; d, h. the very advantageous Measuring range graduation of, for example, 1 V, 3, 10 V and 30 V is easy to educate, the probe tips, which can be selected depending on the frequency range required can be connected to the probe, have an isolating capacitor CT1, CT2 or

CTi auf (vgl. Fig. 2,3,4). Je nach Frequenzbereich hat dieser Kondensator verschiedene Kapazität. Die für höchste Frequenzen bestimmte Tastspitze, deren Schaltung in Fig. 2 gezeigt ist, hat weiters einen Dämpfungswiderstand Rsl geringen Widerstandswertes eingebaut; in ähnlicher Weise ist bei der fitrmittlere Frequenzen bestimmten Tastspitze nach Fig. 3 ein Widerstand Rs2 höheren Wertes vorgesehen. Bei der Tastspitze nach Fig. 4 ist kein Widerstand erforderlich, da diese nur für niedrige Frequenzen bestimmt ist. Weiters besitzt die Tastspitze nach Fig. 2 einen starren, messerartigen Kontakt, der mit der Bezugsleitung L1 verbindbar ist.CTi on (cf. Figs. 2,3,4). Depending on the frequency range, this capacitor has different capacity. The probe tip intended for the highest frequencies, its circuit shown in Fig. 2, further has a damping resistor Rsl low resistance value built-in; in a similar way is at the medium frequencies certain probe tip 3, a resistor Rs2 of higher value is provided. After the stylus tip Fig. 4 does not require a resistor as this is only intended for low frequencies is. Furthermore, the probe tip according to Fig. 2 has a rigid, knife-like contact, which can be connected to the reference line L1.

Die andern Tastspitzen weisen keinen derartigen Kontakt auf; vielmehr wird bei Verwendung dieser Tastspitzen ein eigenes Kabel Km verwendet, dessen eines Ende eine Anschlußklemme trägt ("Krokodilklemme") und dessen anderes Ende mit einem Gewindebolzen versehen ist, der in die Buchse B1 eingeschraubt werden kann, Durch geeignete Wahl der Gleichrichterdioden DI, 92, der Batteriespannung und der Spannungsteilerwiderstände wird erreicht, daß die der Gleichrichtung dienenden Dioden D1 und D2 ("hot-carrier"-Dioden ) von einem in Flußrichtung der Dioden fließenden Gleichstrom sehr geringer Höhe (Größenordnung etwa 100 nÄ) durchflossen werden und daher im Kennlinienknick arbeiten. Damit können HF-Spannungen schon ab 100 m V eff auf der Skala des MeS5gerätes angezeigt werden. Weiters ist die Linearisierungsdiode D3 im Netzwerkast von der Batterie derart vorgespannt, daß die linearisierende Wirkung dieser Diode ebenfalls schon, wenn etwa 100m Vetf am Eingang des Tastkopfes liegen, beginnt, Durch die Anordnung des Widerstandes NTK im Spannungsteiler (als Spannungsteiler-Widerstand) wird erreicht, daß die temperaturbedingten Änderungen der Schwellspannung der Dioden D1 und D2 ausgeglichen werden. Dieser Widerstand dient somit zur Kompensation-des Temperaturfehlers der Dioden D1 und D2. Durch entsprechende Wahl der Tastspitzen wird erreicht, daß für den jeweils gewünschten Frequenzbereich die bestmöglichen Meßbedingungen vorliegen. Durch die Anordnung des Umschalters kann immer mit dem gleichen Meßbereich des Meßgerätes gearbeitet werden.The other probe tips have no such contact; much more When using these probe tips, a separate Km cable is used, one of which is End carries a connector ("crocodile clip") and the other end with a Threaded bolt is provided, which can be screwed into the socket B1, through suitable selection of the rectifier diodes DI, 92, the battery voltage and the voltage divider resistors it is achieved that the rectifying diodes D1 and D2 ("hot-carrier" diodes ) of a very low direct current flowing in the direction of flow of the diodes (Order of magnitude about 100 nÄ) and therefore work in the curve kink. This means that HF voltages from 100 m V eff on the scale of the MeS5 device can be displayed will. Furthermore, the linearization diode D3 is in the network branch from the battery biased in such a way that the linearizing effect of this diode if about 100m Vetf at the entrance of the probe head begins, through the arrangement of the resistor NTK in the voltage divider (as a voltage divider resistor) it is achieved that the temperature-related changes in the threshold voltage of the diodes D1 and D2 are balanced. This resistance thus serves to compensate for the Temperature error of diodes D1 and D2. By selecting the probe tips accordingly it is achieved that the best possible for the frequency range desired in each case Measurement conditions exist. The arrangement of the switch means that the the same measuring range of the measuring device can be used.

Zur Verwendung des Tastkopfes wird das Meßkabel 11 mit den Eingangsklemmen eines hochohmigen Gleichspannungsmeßgerätes verbunden und an diesem Gerät wird ein niedriger Meßbereich (vorzugsweise 1 V Endausschlag) eingestellt. Der Innenwiderstand des Meßgerätes soll 1 MOhm oder mehr betragen. Zur Kontrolle der Batteriespannung wird der Umschalter in jene Stellung verbracht in welcher die beiden Schleifer SSI und SS2 ganz links stehen (Fig. 1). Die Batteriespannung (bzw. ein Maß für diese, da einige Widerstände zwischen Batterie und Meßgerät liegen) kann nunmehr am Meßgerät abgelesen werden. Sodann ist der Umschalter auf die erste Stellung zu verbringen (in Fig. 1 mit "1" bezeichnet); hiebei geht der Zeiger des Meßgerätes gegen den Nullpunkt der Skala zurück. Durch Drehen an dem von außen zugänglichen Einstellrädchen des Einstellwiderstandes P1 wird der Zeiger des Meßgerätes auf den Nullpunkt der Skala gebracht. Nunmehr wird die für den erwarteten Frequenzbereich geeignete Tastspitze auf den Tastkopf aufgeschraubt und, falls erforderlich, das Kabel Km mit dem Tastkopf verbunden. To use the probe, the measuring cable 11 is connected to the input terminals connected to a high-resistance DC voltmeter and a low measuring range (preferably 1 V full scale) set. The internal resistance of the measuring device should be 1 MOhm or more. To check the battery voltage the switch is brought into the position in which the two sliders SSI and SS2 are on the far left (Fig. 1). The battery voltage (or a measure for this, as there are some resistances between the battery and the measuring device) you can now use the measuring device can be read. Then the switch is to be placed in the first position (labeled "1" in FIG. 1); the pointer of the measuring device goes against the The zero point of the scale. By turning the adjustment wheel accessible from the outside of the setting resistor P1 becomes the pointer of the measuring device on the Brought the zero point of the scale. This is now used for the expected frequency range suitable probe tip screwed onto the probe head and, if necessary, the Cable Km connected to the probe.

Nach Verstellen des Umschalters können auch höhere F-Spannungen gemessen werden.After adjusting the switch, higher F-voltages can also be measured will.

Claims

Patent claims:

Probe with built-in rectifiers for measuring AC voltages, characterized in that "hot-carrier" diodes are forward-biased as rectifiers are provided and that these are also forward-biased semiconductor diode with resistor network to linearize the ones supplied by the rectifiers Directional voltage is connected downstream.

2. Probe according to claim 1, characterized in that the resistor network a resistor with a negative temperature coefficient is provided for compensation the temperature dependence of the threshold voltage of the rectifier diodes.

3. Probe head according to claim 1 and optionally claim 2, characterized characterized in that a resistor with a positive temperature coefficient in the resistor network provided - is to compensate for the temperature error of the linearization diode.

4. Probe according to claim 1, characterized in that the resistor network also series and / or shunt resistors in connection with a changeover switch for setting the measuring range includes.

5, probe head according to claim 4, characterized in that david der.Umschalter has four positions, the measuring ranges in a ratio of 1 - \ lÖ10 are.

6. Probe head according to one or more of claims 1 to 4, thereby characterized in that for the best possible adaptation to the frequency range required in each case Corresponding capacitors and resistors are provided, which can be optionally connected are.

7. Probe according to one or more of claims 1 to 6, characterized characterized in that the resistor network consists of one of several resistors formed voltage divider, which is placed in parallel with the battery, wherein the two series rectifier diodes, which are connected to a capacitor Form voltage doubler circuit, with a resistor in series and this whole series circuit is placed in parallel to the entire voltage divider that the Connection point of the two diodes to a suitable one for connecting a probe tip Connection is made, and that the connection point between one diode and the Resistance via another network branch to a tap on the voltage divider is led.

8. Probe head according to claim 7, characterized in that the voltage divider a resistor with a negative temperature coefficient is provided.

9. probe head according to claim 7, characterized in that in the further Network branch a resistor with a positive temperature coefficient is provided.

10. Probe according to claim 7, characterized in that the voltage divider an externally operable setting resistor is located.

II. Probe head according to claim 7, characterized in that further Network branch is a linearization diode and current limiting resistors.

12. load head according to claim 7, characterized in that the network branch there is an adjustment resistor.

13. Probe according to claim 7, characterized in that the resistor network a changeover switch is assigned whose contacts via resistors on the one hand with the Slider of the setting resistor in the further network or with a tap Voltage divider and on the other hand are connected to the output to FIeßgerbt.

1. load head according to claim 13, characterized in that the changeover switch has another set of contacts whose contacts on the one hand directly with the slider of the setting resistor in the further network branch and on the other hand with are connected to another tap of the voltage divider, - which tap is connected to is connected to the second output to the measuring device, or to the battery on the one hand and via a resistor to the first output leading to the measuring device on the other hand.

L e r s e i t e