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Verfahren zur automatischen Aufzeichnung des Frequenzganges von Spannungen,
Strömen, Leistungen u. dgl. Zur Bestimmung des Übertragungspegels einer Fernleitung
legt man an den Leitungsanfang einen Normalgenerator von 6oo Ohm inneren Widerstand
und i Milliwatt Maximalleistung und vergleicht die an einem bestimmten Punkt auftretende
Spannung mit einer Normalspannung oder mißt die auftretende Spannung mit einem direkt
anzeigenden Gerät (Pegelzeiger). Diese Methode reicht vollkommen aus, wenn man den
Pegel nur für eine Frequenz von z. B. 8oo Hertz messen will; soll aber das Pegeldiagramm
für ein ganzes Frequenzband bestimmt werden, so ist die punktweise Messung umständlich
und zeitraubend, was um so schwerwiegender ist, da die Zeit, während welcher die
Fernleitung wegen Betriebsmessungen dem Nachrichtenverkehr entzogen wird, einen
wirtschaftlichen Verlust bedeutet. Diesem Nachteil kann dadurch abgeholfen werden,
daß der Pegel für das zu- untersuchende Frequenzband automatisch gemessen oder noch
besser, wenn das Pegeldiagramm automatisch aufgezeichnet wird. Zu diesem Zwecke
ist der Normalgenerator so einzurichten, daß er das ganze Frequenzband aussendet,
während das Aufzeichengerät, der Empfänger, die Amplitude jeder ankommenden Frequenz
mit einer Normalamplitude vergleicht. Insbesondere wird der Sender zweckmäßigerweise
so eingerichtet, daß er eine kontinuierlich veränderliche Frequenz konstanter Amplitude
aussendet und der synchron laufende Empfänger die absolute Größe der ankommenden
Amplitude aufzeichnet.
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Als Sender kann z. B. ein Schwebungssummer verwendet werden, dessen
Frequenzkondensator gleichmäßig durchgedreht wird, während der Empfänger ein Röhrenvoltmeter
sein kann, dessen Anzeigewerte die Ordinate (den zu messenden Pegel) bestimmt, während
die dazugehörige Frequenz als Abszisse durch die zeitliche Verschiebung des Koordinatennetzes
gegeben ist.
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Eine Vorrichtung zum automatischen Aufzeichnen des Pegeldiagramms
ist bereits bekannt (M. G r ü t z m a c h e r »Über den Klirrfaktor längerer Fernkabelleitungen«
Telegraphen und Fernsprechtechnik 1929, Bd. 18, Heft 5, S. 1q.3)- Hier sitzt der
Frequenzkondensator des Schwebungssummers mit einer Registriertrommel, die mit einem
lichtempfindlichen Papier belegt ist, auf einer Achse und wird gleichzeitig mit
ihr durchgedreht. Die Empfangsamplitude bewirkt mit Hilfe eines Spiegelgalvanometers
die Ablenkung
eines Lichtstrahls, welcher das Diagramm auf der photographischen
Trommel festhält. Ein wesentliches Merkmal fehlt jedoch bei dieser Anordnung: Sender
und Empfänger können nicht örtlich getrennt aufgestellt werden. Erst wenn die örtliche
Trennung möglich ist und zusätzliche Mittel zum Zwecke des synchronen Betriebes
vorgesehen sind, eignet sich die Anordnung zu Betriebsmessungen an langen Fernleitungen.
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Gemäß der Erfindung besteht das neue Verfahren zur automatischen Aufzeichnung
des Frequenzganges von Spannungen, Strömen, Leistungen u. dgl. (Pegeldiagrammen),
die in einem Übertragungssystem mit örtlich getrenntem Anfang und Ende übermitteltwerden
(Streckenmessung), bei welchem am Anfang des Übertragungssystems ein Generator eingeschaltet
wird, der seine Frequenz selbsttätig mit der Zeit ändert und an das Ende des Übertragungssystems
ein Generator eingeschaltet wird, der seine Frequenz selbsttätig mit der Zeit ändert
und an das Ende des Übertragungssystems ein Empfänger gelegt wird, der die ankommenden
Spannungen, Ströme, Leistungen u. dgl. selbsttätig aufzeichnet, darin, daß Sender
und Empfänger örtlich getrennt an den Enden der zu messenden Strecke aufgestellt
und daß an sich bekannte Mittel vorgesehen werden, einen synchronen Betrieb von
Sender und Empfänger zu ermöglichen. Das Verfahren ist naturgemäß nicht auf Pegelmessungen
mit dem Normalgenerator als Sender beschränkt, sondeni ist ganz allgemein zur Aufzeichnung
des Frequenzganges einer Spannung, eines Stromes oder einer Leistung verwendbar.
Der Sender ist dann entsprechend dem Verwendungszweck auszugestalten. So kann es
z. B. zur Bestimmung des Frequenzganges der Vierpoldämpfung eines Vierpols benutzt
werden, wobei dann der innere Widerstand des Senders gleich dem Kennwiderstand des
Vierpols zu machen ist.
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Eine derartige Anlage, z. B. zur automatischen Aufzeichnung von Pegeldiagrammen,
zeigt beispielsweise die Abb. i. Hierin sind r der Sender, 2 das Übertragungssystem
und 3 der Empfänger mit dem Schreiber q.. Als Generator verwendet man zweckmäßig
einen Röhrensummer. Bei der Verwendung als Pegelschreiber wird dem Generator zweckmäßig
dadurch ein konstanter, reeller und fre quenzunabhängiger Widerstand gegeben, daß
zwischen den Summerausgang und die Klemmen des Generators ein Dämpfungsglied großer
Dämpfung aus rein flhmschen Widerständen geschaltet wird.
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Es ist betriebstechnisch vorteilhafter, an Stelle der photographischen
Aufzeichnung einen Tintenschreiber zu verwenden. Zweckmäßigerweise wird auf dem
Registrierpapier des Schreibers das Koordinatennetz aufgedruckt, so daß man direkt
die entsprechenden Angaben, die Frequenz-, Spannungs-, Strom-oder Leistungswerte
ablesen kann. Die Frequenzskala kann linear oder logarithmisch sein, ebenso die
Spannungs-, Strom-, Leistungs- oder Pegelskala. Um die große Leistung, die zum Betrieb
des Tintenschreibers nötig ist, welcher am besten mit Gleichstrom arbeitet, ohne
Gefährdung der linearen Charakteristik des Empfängers aufzubringen, kann man an
sich bekannte Ventilanordnungen verwenden, die mit sehr großer Annäherung linear
arbeiten, aber nur eine geringe Leistung abgeben können, und diese dann in einem
Gleichstromverstärker verstärken. Es ist dabei empfehlenswert, mit Ruhestromkompensation
zu arbeiten.
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Eine derartige Anordnung ist in Abb. z dargestellt, wobei die Ruhestromkompensation
durch eine Brückenanordnung erreicht wird. Hinter dem Verstärker 5 befindet sich
eine Ventilanordnung, bestehend aus einer Ventilröhre 6 und einem Widerstand 7.
Zwischen die Ventilanordnung und den Gleichstromverstärker ist ein Netzwerk geschaltet,
welches etwa aus den Widerständen 8 und 9 und den Kondensatoren io und ii besteht.
Dieses dient dazu, die Wechselkomponente der gleichgerichteten Spannung von dem
Gleichstromverstärker fernzuhalten. Der Gleichstromverstärker kann bestehen. aus
einer Röhre 12 und den Widerständen 13, i q. und 15. Das Instrument
16 ist in bekannter Weise in die Brückenanordnung eingeschaltet.
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Ein Nachteil der Anordnung nach Abb. 2 ist, daß die Röhre des Gleichstromverstärkers
im Ruhezustand etwa die Gittervorspannung Null hat, so daß ein verhältnismäßig großer
Anodenstrom fließt und die Lebensdauer der Röhre herabsetzt. Verursacht ist dieser
Nachteil durch den Umstand, daß bei der Ventilanordnung am Widerstand 7 nur einnegativer
Spannungsabfall entstehen kann (gerechnet gegen die Kathoden der beiden Röhren),
so daß der Anodenstrom der Gleichstromverstärkerröhre durch die Wechselspannung
nur heruntergesteuert werden kann. Der Nachteil kann vermieden werden, wenn Kathode
und Anode des Ventils vertauscht werden, wobei aber entweder eine isolierte Heizbatterie
für das Ventil erforderlich ist oder aber die Ventilröhre indirekt geheizt werden
muß. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 3 dargestelh. Sie besteht aus dem Verstärker
17,
der indirekt geheizten Ventilröhre 18, dem Widerstand i g, dem Netzwerk
2o, 21, 22 und 23 und der Gitterbatterie 2¢. Der Gleichstromverstärker besteht aus
einer Röhre 25 und den Widerständen 26, 2; und 28. In
die Brückenanordnung
ist in bekannter Weise ein Gleichstrommeßinstrument 29 eingeschaltet. Eine dritte
Möglichkeit ist, statt der Ventilröhre einen Trockengleichrichter zu verwenden.
Eine weitere Anordnung ist in Abb. 4 angegeben. Sie hat den Zweck, die streng lineare
Charakteristik anzunähern. Die letzte Stufe des Verstärkers sowie Ventilanordnung.
Netzwerk und Gleichstromverstärker sind doppelt ausgeführt. Hinter dem Verstärker
3o mit einer Doppelstufe, die aus den Anodenwiderständen 34 32 und den Röhren 33,
34 gebildet wird, befindet sich, über die Kondensatoren 35 und 36 gekoppelt, die
Ventilanordnung, bestehend aus zwei Gleichrichtern 37 und 35 und zwei Widerständen
39 und 4o. Dahinter schließt sich das doppelte Netzwerk an, bestehend aus den Widerständen
44 42, 43 und 44 sowie den Kondensatoren 45, 46, 47, 4s. Entsprechend der Batterie
24 in Abb. 3 ist auch bei dieser Schaltung eine Vorspannbatterie 49 vorhanden. Hinter
dem Netzwerk befindet sich eine Brückenanordnung, bestehend aus den Röhren
50 und 51 und den Widerständen 52 und 53. Das Meßinstrument 54 ist in bekannter
Weise an die Brückenanordnung angeschaltet. Von den beiden Ventilanordnüngen erzeugt
die eine negative, die andere positive Spannung gegen die Kathode. Beide Gleichstromverstärker
arbeiten vom Mittelpunkt ihrer Charakteristik, der eine jedoch nach kleineren, der
andere nach größeren Strömen (Abb.5). Zufolge der Krümmung der Kennlinie ist die
Änderung des Anodenstromes der mit negativer Spannung arbeitenden Röhre kleiner,
derjenige mit positiver Spannung größer, als sie bei geradliniger Kennlinie wären.
Da jedoch diejenigen Komponenten beider Ströme, die durch das Instrument hießen,
in diesem die gleiche Richtung haben, heben sich die Abweichungen vom linearen Verlauf
zum Teil auf, so daß die Charakteristik der ganzen Anordnung geradliniger wird.
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Zum Durchdrehen des Frequenzkondensators sowie zum Bewegen des Diagrammstreifens
kann z. B. ein Uhrwerk oder ein Elektromotor verwendet werden oder beides gleichzeitig,
wobei der Motor die erforderliche Leistung liefert und das Uhrwerk nur zum Regulieren
des Gleichlaufs dient. Das Synchronisieren geschieht am einfachsten nach dem Start-Stop-Prinzip.
Beim Startzeichen setzen sich sowohl Sender wie auch Empfänger in Bewegung und bleiben
erst stehen, wenn das Diagramm fertiggeschrieben ist. Freilich ist für genügend
gleichmäßige Bewegung während des Schreibens Sorge zu tragen. Als Startzeichen kann
z. B. ein Wechselstromimpuls über das System (über die Fernleitung') geschickt «-erden.
bevor mit dem Senden der eigentlichen Meßfrequenz begonnen wird. Damit der Empfänger
bei zufällig über die Fernleitung fließenden Sprach- oder sonstigen Störströmen
nicht anläuft, können an sich bekannte Mittel vorgesehen sein, die bewirken, daß
der Empfänger nur auf das Startzeichen, z. B. auf niederfrequent modulierte Mittelfrequenz
oder reine Mittelfrequenz, anspricht. Zur Kontrolle des Gleichlaufs kann nach beendeter
Übertragung ein Endzeichen gesendet werden. Es ist vorteilhaft, die Anordnung so
einzurichten, daß sie nach dem Stehenbleiben sofort betriebsbereit für das nächste
Diagramm ist und nicht etwa der Frequenzkondensator zurückzudrehen oder das Diagrammpapier
neu einzustellen ist. Das geschriebene Diagramm kann vom unbeschriebenen Papier
automatisch abgetrennt und zur leichteren Identifizierung ebenfalls selbsttätig
mit einem Zeitstempel (Datum- und Uhrstempel) versehen werden. Falls der Frequenzgang
der zu messenden Größe in kurzen Frequenzabständen starke Schwankungen aufweist,
empfiehlt es sich, das Diagramm langsamer zu schreiben, damit die Schwankungen deutlicher
erfaßt werden. Es ist deshalb zweckmäßig, die Zeit, während welcher das Diagramm
geschrieben wird, und ebenso die Grenzen des Frequenzbandes verschieden einstellbar
zu machen.
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Für den praktischen Betrieb ist es von Wichtigkeit, daß der augenblickliche
Betriebszustand, z. B. Steuerzeichen, Meßzeichen, Senden bzw. Empfangen, Pause usw.,
leicht erkennbar ist, was z. B. durch Anwendung optischer Zeichen (Signallampen)
erreicht werden kann. Außerdem ist es angebracht, Vorkehrungen zu treffen, die eine
falsche Bedienung der Vorrichtung verhindern, z. B. zu frühe Inbetriebnahme, bevor
der Sender die richtige Spannung hat, oder zu frühe Außerbetriebnahme, bevor das
Diagramm fertig ist. In der Praxis wird man meist hintereinander in beiden Übertragungsrichtungen
Pegeldiagramme aufnehmen. Es ist deshalb von Vorteil, eine automatische Umschaltvorrichtung
vorzusehen, die derart arbeitet, daß nach dem von einem Ende der Fernleitung gegebenen
Startzeichen zunächst das Diagramm in einer Richtung aufgezeichnet wird, dann selbsttätig
an Stelle des Senders ein Empfänger geschaltet wird, und umgekehrt, wonach ebenfalls
selbsttätig das Startzeichen in der anderen Übertragungsrichtung gegeben wird, so
daß ohne eine nochmalige Betätigung unmittelbar hintereinander die Pegeldiagramme
beider Übertragungsrichtungen geschrieben werden. Es empfiehlt sich auch hier die
Verwendung optischer Zeichen, die die jeweilige Sende- bzw. Empfangsrichtung anzeigen.