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Elektrische Vorrichtung zum Messen von Spannungsunterschieden, bei
der die zu messende Spannung zwischen Gitter und Kathode einer elektrischen Entladungsröhre
angelegt wird M o u 11 i n hat eine Vorrichtung zum Messen von Spannungsunterschieden
gebaut, die auf der Verwendung einer Dreielektrodenröhre beruht. Die zu messende
Spannung wird dabei zwischen Gitter und Kathode der Dreielektrodenröhre angelegt;
.als Maß für diese Spannung wird der Anodenstrom auf einem in den Anodenkreis eingeschalteten
Strommesser abgelesen. Man sorgt dabei gegebenenfalls mittels einer Gitterbatterie
geeigneter Größe dafür, daß die gesamte Gitterspannung derart ist, daß die Röhre
in dem nichtlinearen Teil der Kennlinie arbeitet. Wenn man z. B. den Anodenstrom
der Dreielektrodenröhre als Funktion der Gitterspan-, nung graphisch aufträgt, kann
die Skala des Anodenstrommessers so eingerichtet sein, daß die zu messende Spannung
unmittelbar an ihr abgelesen werden kann.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, an Stelle einer besonderen Batterie
für die Gittervorspannung diese Spannung von einem in Reihe mit der Glühkathode
geschalteten Widerstand abzugreifen. Die Gittervorspannung wird somit von der Heizstrombatterie
für die Kathode geliefert, wobei dieselbe Batterie auch zur Speisung des Anodenkreises
benutzt wird. Bei Meßvorrichtungen mit einer Verstärkerröhre, die getrennte Gitter-,
Anoden- und Heizbatterien besitzen, ist bereits auch vorgeschlagen worden, die Gittervorspannung
und die Anodenspannung mit Hilfe von Potentiometern zu regulieren.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung einer Vorrichtung zum Messen
von Spannungen, bei der die zu messende Spannung zwischen Gitter und Kathode einer
,elektrischen Entladungsröhre angelegt wird. Gemäß der Erfindung wird das Potential
der Kathode in bezug auf Anode und Gitter von einem oder mehreren als Potentiom@eter
geschalteten Widerständen, die parallel zu der die Gittervorspannung und die Anodenspannung
liefernden Stromquelle liegen, derart abgegriffen, daß das Verhältnis des im Gitterkreis
liegenden Teiles des Widerstandes zu dem im Anodenkreis liegenden Teil gleich dem
Wert des Verstärkungsfaktors der Entladungsröhre ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist gegenüber den bisherigen
bekannten Spannungsmessern mit Entladungsröhren den Vorteil auf, daß sich der Anodenstrom
innerhalb des Meßbereichs nahezu geradlinig mit der zu messenden, dem Gitter aufgedrückten
Spannung
ändert, so daß die Spannung an einer linearen Skalenteilung abgelesen werden kann.
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Die Erfindung ist nachstehend .an Hand der Zeichnung erläutert, in
der Fig. i eine Schaltung der Vorrichtung zeigt, die eine Ausführungsform der Erfindung
beispielsweise darstellt.
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Fig.2 zeigt die Skala der bekannten Dreielektrodenröhren-Spannungsmesser
und die Skala des Spannungsmessers gemäß der Erfindung.
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In Fig. i ist mit i eine Dreielektrodenröhre bezeichnet, zwischen
deren Gitter und Kathode die zu messende Spannung e, angelegt wird. Die Gittervorspannung
und die Anodenspannung werden von einer gemeinsamen Batterie geliefert, der ein
Widerstand parallel geschaltet ist. Dieser Widerstand besteht aus zwei Teilen r,
und r2, deren Werte sich zueinander verhalten wie der Verstärkungsfaktor g der Entladungsröhre,
so daß r1 = g # r@. Zwischen diesen beiden Teilen des Widerstandes liegt
eine Anzapfung, die mit der Glühkathode verbunden ist. Diese Anzapfung kann durch
einen Schiebekontakt gebildet werden, wodurch es möglich wird, die Teile des Widerstandes
dem Verstärkungsfaktor der jeweils verwendeten Röhre anzupassen. Zum Messen des
Anodenstromes liegt in der Verbindungsleitung zwischen der Anode und dem Widerstand
ein Galvanometer, dessen Skala in Einheiten.. der zu messenden Spannung geeicht
ist.
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Die beschriebene Vorrichtung bietet gegenüber den bekannten Dreielektrodenröhren-Spannungsmessern
viele Vorteile. Zunächst sei auf die lineare Skala hingewiesen, die in Fig.2 mit
i bezeichnet ist, während 2 eine Abbildung der Skala der bekannten Dreielektrodenröhren-Spannungsmesser
darstellt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat überdies den Vorzug, daß das
Ablesen von kleinen Spannungen genauer erfolgt als bei den bekannten Dreielektrodenröhren-Spannungsmessern.
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Es hat sich überdies herausgestellt, daß der Anodenstrom innerhalb
weiter Grenzen von der Anodenspannung unabhängig ist. Die individuellen Eigenschaften
der benutzten Dreielektrodenröhre haben keinen oder geringen Einfluß auf die Anzeige
des Spannungsmessers, wenn nur das Verhältnis der Widerstände ri und r2 dem Wert
des Verstärkungsfaktors der Dreielektrodenröhre derart angepaßt ist, daß r1
= g # r2 ist.
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Abgesehen von kapazitiver Belastung infolge der inneren Kapazitäten
in der Dreielektrodenröhre und der Schaltung ist der Spannungsmesser gemäß der Erfindung
praktisch nicht belastet, solange Gitterströme nicht auftreten. Die zulässige Spannung
ist jedoch verhältnismäßig viel größer als bei den bestehenden Dreielektrodenröhren-Spannungsmessern,
denn bei größerem e, nimmt der Anodenstrom und folglich der durch den Widerstand
r2 fließende Strom zu; der Spannungsabfall in r2 wird also größer, und es wird daher
die Gitterspannung mehr negativ, so daß auch bei großen, dem Gitter aufgedrückten
Spannungen noch keine Gitterströme fließen. Dieser Umstand erklärt, weshalb, wenn
auch die Dreielektrodenröhre ebenso wie beim Moullin-Spannungsmesser im nichtlinearen
Teil der Kennlinie .arbeitet, der Anodenstrom sich dennoch praktisch geradlinig
mit der dem Gitter aufgedrückten Spannung ändert: je größer diese Spannung ist,
um so größer wird der Spannungsabfall in r2, und desto größer wird die negative
Gitterspannung. Der nichtgeradlinige Teil der Kennlinie wird daher also gleichsam
geradegebogen und nähert sich dem linearen Verlauf.
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Wenn man mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung sehr geringe Spannungen
messen will, d. h. wenn die Skala des Messers im Anodenkreis der Dreielektrodenröhre
zum Messen sehr geringer Spannungen geeicht ist, so ist es vorteilhaft, den Widerstand
r2 sehr groß zu wählen. In diesem Fall wird zweckmäßig eine Dreielektrodenröhre
mit nicht zu großem Verstärkungsfaktor verwendet, da sonst auf Grund des oben angegebenen
Verhältnisses der Widerstandrl .einen anormal großen Wert würde annehmen müssen.
Auch aus anderen Gründen kann die Verwendung einer Dreielektrodenröhre mit kleinem
Verstärkungsfaktor vorteilhaft sein. Es hat sich gezeigt, daß bei einer bestimmten
Vorrichtung die Spannung, die noch gemessen werden kann, ohne daß Gitterströme auftreten,
um so höher ist, je kleiner der Verstärkungsfaktor der benutzten Dreielektrodenröhre
ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur zum Messen
von Gleichspannung, sondern auch von Wechselspannung; doch ist sie zum Messen von
Gleichspannung empfindlicher. Wird zwischen Gitter und Kathode der Dreielektrodenröhre
der Vorrichtung eine Wechselspannung angelegt, so wird das Integral des Anodenstromes
während der Halbperiode gemessen, in der die Röhre Strom durchläßt. Ist die zu messende
Wechselspannung sinusförmig, so kann die Skala der Vorrichtung z. B. auf den Scheitelwert
dieser Spannung geeicht werden.
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Schaltet man, um die Messung der Spannung empfindlicher zu machen,
parallel, zu dem Widerstand r2 einen Kondensator, so wird bei jeder Spannungsänderung
die Ladung des Kondensators bewirlzen, daß der
Widerstand r1 von
einem größeren Strom durchflossen wird als der Widerstand r., wodurch also das Verhältnis
der Spannung an diesen Widerständen dem Verstärkungsfaktor nicht mehr gleich sein
würde. Zweckmäßig wird daher parallel zu jedem der Teile r, und r,# ein Kondensator
geschaltet, wobei die Kapazitäten dieser beiden Kondensatoren so gewählt werden,
daß sie sich umgekehrt wie die Widerstände verhalten, zu denen sie parallel liegen.
Der parallel zu r. geschaltete Kondensator ist also «-mal so groß wie der zu r1
geschaltete Kondensator. Je größer das Produkt aus der Kapazität des parallel zu
r., geschalteten Kondensators und dem Widerstandr@ ist, um so weniger ist die Anzeige
des Meßinstrumentes von der Frequenz der zu messenden Spannung abhängig.