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Instrument-zum Messen von Augenblickswerten von Spannungen wechselnder
Größe mit Hilfe einer Glimmlampe und eines.Voltmeters Die Erfindung betrifft ein
Instrument zum Messen von Augenblickswerten von Spannungen wechselnder Größe mit
Hilfe einer Glimmlampe und eines Voltmeters, beispielsweise zur Bestimmung der Scheitelwerte
von Hoch- und Niederfrequenz-Wechselstromspannungen.
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Zur Erreichung dieses Zweckes verwendete man bisher ein Röhrenvoltmeter,
das im nachstehenden an. Hand der Abb. x bis q. der Zeichnung beschrieben werden
wird, damit die Vorteile eines Meßinstrumentes gemäß der Erfindung klar hervortreten.
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Bei dem in Abb. x dargestellten Röhrenvoltmeter wird die zu messende
Wechselspannung an den Klemmen z und 2 (Abb. z der Zeichnung) angeschlossen.
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Es ist für die Messung erforderlich, daß die Gittervorspannung der
Röhre bei gegebener Anodenspannung keine Elektronen zur Anode durchläßt. Zu diesem
Zweck werden r und 2 zeitweilig kurzgeschlossen, und die Gittervorspannung wird
dermaßen negativ gemacht, daß der Arbeitspunkt 3 mit dem Nullpunkt (Abb. 2) zusammenfällt.
Der Wert dieser negativen Vorspannung wird auf einem Voltmeter 5 abgelesen. Ein
im Anodenkreis eingeschaltetes Miniamperemeter 6 wird dann nicht ausschlagen.
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Wird nun der Kurzschlüß zwischen z und 2 aufgehoben, und schließt
man die zu messende Wechselspannung an, so wird das Milliamperemeter 6 wegen der
auftretenden Anodengleichrichtung (Abb. 3) einen mittleren Anodenstrom
anzeigen. Um diesen Anodenstrom auf Null herabzusetzen, maß die negative
Gittervorspannung um einen Wert, der dem Scheitelwert der angelegten Wechselspannung
entspricht, erhöht werden. Indem man von der ermittelten Gittervorspannung den Wert
-der Nullpunktvorspannung in Abzug bringt, ermittelt man den Scheitelwert der angelegten
Wechselspannung.
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Dieses allgemein bekannte Röhrenvoltmeter hat verschiedene Nachteile.
Zuerst ist man ge= zwangen, aus .einer Reihe von Röhren eine auszuwählen, welche
für den beabsichtigten Spezialzweck unbedingt gut geeignet ist. Weiter braucht man
wenigstens zwei gute Drehspulvoltmeter q. und 5 und ein äußerst empfindliches Milliamperemeter
6 mit geringem Meßbereich und ein genau anzeigendes Amperemeter 7 sowie auch eine
Heizbatterie, die sehr konstant sein maß, eine konstante Gitterspannungs.-quelle
mit darüber geschaltetem Spannungsteiler sowie eine sehr konstante Anodenstromquelle.
Der Heizstrom maß mit einem Amperemeter 7 kontrolliert werden, während die Anodenspannung
mit einem Voltmeter q. kontrolliert wird.
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Zwecks Erhaltung eines guten Meßresultates maß man die Röhre von vornherein
einige Zeit in Betrieb setzen, so daß sie möglichst konstant arbeitet.
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Ändert sich der Wert der zu messenden Wechselspannung, so ändert sich
auch der mittlere Wert des Anodenstromes und meistens ebenfalls der Wert der Anodengleichspannung,
so
daß der Nullpunkt. sich verschiebt und fortwährend Korrekturen
erforderlich sind: Bei jeder neueu_lJessung.sinddie Konstanten genau zu beobachten,
weil sonst grobe Fehlergemacht werden können. Eine Gefahr besteht .auch darin, daß,
sobald die Röhre eine abweichende Wirkung zeigt, der Nullpunkt sich auf einen anderen
Wert der negativen Gitterspannung, einstellt.
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Das Röhrenvoltmeter hat' sich. daher ausschließlich für Fachleute
im Laboratorium u.. dgl. Prüfungsanstalten als brauchbar erwiesen. Auch dem hohen
Gesamtpreis der Anlage steht eineallgemeine Anwendung im Wege.
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Es sei schließlich noch auf .die engen Anwendungsgrenzen hingewiesen.
Für den Transport ist die Anlage praktisch vollkommen un-= geeignet. Die Gitterbatterie
-soll so groß sein; wie es der größten- zu messenden Scheitelspannung zusammen mit
der.. Spannung .zur Erreichung des Nullpunktes entspricht; kurz anhaltende Stromstöße,
z. B. wie rechts in Abb. q. dargestellt sind, können wegen der Trägheit des Miniamperemeters
gar nicht gemessen werden. Das Ganze beansprucht viel Raum.
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Die obenerwä.hnten Nachteile werden nun bei dem Instrument gemäß der
Erfindung vermieden unter gleichzeitiger Erzielung weiterer Vorteile.
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Das neue Instrument ist-- durch eine Glimmlampe und ein Voltmeter
-gekennzeichnet, welche miteinander in Reihe geschaltet sind für,Parallelanschluß
an die zu messende Wechselspannung, während das Voltmeter für Parallelanschluß an
eine Gleichspannungsquelle geschlossen ist, derart, daß im Betrieb die zu messende
Spannung sowie die Glimmlampe und die Gleichspannung in Reihe geschaltet Smid..
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Mit Hilfe einer derartigen Meßvorrichtung ist es möglich,- z. B: den
Scheitelwert von Wechselspannungen niedriger und höherer Frequenz zu messen, ungeachtet
ob diese sinusförmig sind oder nicht, und weiter von pulsierenden Gleichstromspannungen
sowie von einem Gleichstrom überlagerten Wechselspannungen und pulsierenden Gleichstromspannungen.
Weiter kann man mit Hilfe der neuen Meßvorrichtungen die Modulationstiefe von Rundfunksendern
messen. Auch kann man damit kontrollieren, ob eine Wechselspannung sinusförmig bzw.
sauber ist- oder nicht.
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Vorzugsweise ist erfindungsgemäß die Glimmlampe in der Nähe der Skala
des Voltmeters aufgestellt, um die Genauigkeit der Beobachtung zu erhöhen.. In diesem
Falle kann man nämlich die Voltmeterskala im Auge behalten und gleichzeitig das
Aufleuchten der Glimmlampe klar erkennen. - Man kann,-auch die Skala des Voltmeters
auf der Glimmlampe selbst oder oberhalb derselben anordnen.
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Um eine direkte Ablesung der gemessenen maximalen Spannungswerte zu
ermöglichen, kann erfindungsgemäß das Instrument mit einer `'Skala versehen sein,
welche entgegengesetzt zur Gleichspännungsanzeige eingerichtet ist. Besonders vorteilhaft
ist es, die Reihenschaltung der Glimmlampe und der Quelle der zu messenden
wechselnden Spannung beim Abschließen - der- wechselnden Spannung selbsttätig aufzuheben
und durch eine Parallelschaltung- von Glimmlampe :zum Voltmeter zu ersetzen.
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Vorzugsweise ist erfindungsgemäß das Instrument mit einer Vorrichtung
zum Regeln, der am- Voltmeter angelegten Gleichspannung versehen. -- Weiter kann
für Universalverwendung das Instrument ebenfalls, zum unmittelbaren oder mittelbaren
Ablesen von " Gleichspannungen, Stromstärken und/öder Widerstandswerten eingerichtet,
. sein.. - _ Man kann- das- neue- Instrument- auch in der Weise benutzen, daß man
jene Spannung abliest, bei welcher die Glimmlampe erlischt, also nicht mehr aufleuchtet.
Diese Spannung liegt immer niedriger als die Zünd= oder Aufleuchtspannung, -An Hand
der Zeichnung soll nun die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden.
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Abb. 5 ist ein Schema eines Meßinstrumentes nach der Erfindung, wobei
das Gehäuse mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
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Abb.6 ist eine Vorderansicht eines Meßinstrumentes nach der Erfindung,
wobei die Glimmlampe in der in Abb.7 dargestellten Weise angeordnet ist.
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Abb. 7 ist .eine besondere Ausführungsform des neuen Meßinstrumentes.
-Abb. 8 erläutert, in welcher Weise das neue Meßinstrument verwendet wird: Abb.
g stellt ein abgeändertes Schaltschema eines Meßinstrümentes nach der Erfindung
dar. Abb. io, ii-und i2 zeigen noch einige wichtige Einzelheiten.
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In Abb. 5 ist das Gehäuse des Instrumentes mit g angedeutet. In diesem
Gehäuse- ist eine Batterie ioa vorgesehen, welche, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines Schalters und eines hochohmigen - Regelwiderstandes, an ein. Voltmeter ii
angeschlossen ist: Ein Punkt der. Batterie ist weiter an einer Anschlußklemme 12
und ein anderer Punkt der Batterie über eine Glimmlampe =3. an einer Anschlußklemme
14 angeschlossen. An den Klemmen z2 und i¢ wird die zu messendeWechselspännung angelegt.
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Wenn nun die. Zündspannung der Glimmlampe 13 z. B. i5oVolt beträgt,
wird diese Lampe bei dieser Spannung aufleuchten, sobald man die Klemmen x2 und
1q. kurzschließt. Stellt man die. Spannung an den Klemmen des Voltmeters auf z.
B.._=30 Volt ein, so wird, .falls die Wechsel
spannurig an den Klemmen
12 und 14 geringer als 15o -13o = 2o Volt ist, die Glimmlampe nicht aufleuchten.
Sobald aber diese Spannung den Scheitelwert von 2o Volt auch nur einen Augenblick
erreicht, leuchtet die Glimmlampe 13 auf. Falls man also eine unbekannte Scheitelspannung
zu messen wünscht, steigert man die Spannung des Voltmeters von einem gewissen Wert
an so weit, bis das Aufleuchten gerade stattfindet. Dann ergibt die abgelesene Spannung,
in diesem Beispiel von 150 Volt in Abzug gebracht, die Scheitelspannung.
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Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung das Voltmeter derart eingerichtet,
daß der Zeiger, wenn das Voltmeter spannungslos ist, einen höheren Wert anzeigt
wie bei angeschlossener Batterie. Wünscht man also bei einer Glimmlampe 13 mit einer
Zündspannung von 15o Volt den vollen Meßbereich auszunützen, so steht das Voltmeter
in unbelastetem Zustande auf 150 und in vollbelastetem Zustand auf Null.
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Dies hat den Vorzug, daß die Scheitelspannung ohne weiteres sofort
beim Aufleuchten der Glimmlampe 13 abgelesen werden kann, also ohne irgendeine Berechnung.
Ein derartiges Instrument eignet sich sogar für Laien.
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Gemäß der Erfindung wird die Glimmlampe 13. vorzugsweise in der unmittelbaren
Nähe der Skala aufgestellt, z. B. in der in Abb. 6. dargestellten Weise.
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Dabei ist der im Magneten des Voltmeters vorhandene Raum gewöhnlich
genügend groß, um die Glimmlampe 13 darin anordnen zu können (s. auch Abb. 7). Man
kann nach der Erfindung die Glimmlampe auch klein ausbilden und auf dem Zeiger anordnen
(Abb. 12) bzw. den Zeiger als Glimmlampe ausführen. Auch kann man nach der Erfindung
die Skala auf der Glimmlampe 13 selber anbringen (s. Abb. 1o) bzw. die Glimmlampe
unterhalb einer mattierten oder durchscheinenden Skala anordnen und für Tageslicht
unempfindlich machen. Es sind also im Rahmen der Erfindung verschiedene Ausführungen
möglich.
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Man kann das Meßinstrument anstatt mit einer eingebauten Batterie
mit Anschlußklemmen ro versehen, damit es mit einer beliebigen äußeren Gleichspannungsquelle
verbunden werden kann.
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Eine sehr praktische Ausführungsform ist in Abb.7 dargestellt. Dabei
sind die Anschlußklemmen 1o von einem Spannungsteiler 14 überbrückt, der eine sehr
regelmäßige Spannungsänderung gewährleistet; die Klemmen sind am Voltmeter il und
an der anderen Seite der Glimmlampe 13 angeschlossen. Die andere Seite der Glimmlampe
ist mit der Anschlußbüchse 14 verbunden. Auf dem Innenende der anderen Anschlußbüchse
12 ruht ein Isolierstück 15 einer Kontaktfeder 16, welche in der dargestellten Stellung
auf einem -Kontakt 17 der Büchse 12 ruht und die. letztere also mit der anderen
Anschlußbüchse 14 für die zu messende Wechselspannung durchverbindet. Bei Einstecken
eines Steckers wird der Kurzschluß zwischen 12 und 14 aufgehoben, so daß die Messung
der Wechselspannung stattfinden kann.
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Diese Einrichtung des neuen Meßinstrumentes hat den Vorteil, daß man
bei Anschluß der Klemmen. 1o an eine unbekannte Gleichspannungsquelle ohne weiteres
unmittelbar die erforderliche Voltmeterspannung einstellen und darauf sofort durch
das Einstecken der Steckerstifte in die Hülsen 12 und 14 die Wechselspannung messen
kann.
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Der Wert der zu messenden Augenblicksspannung kann jede beliebige
Größe haben. Sehr große Spannungen werden gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines H. F.- bzw. L. F.-Transformators mit bekannter Übersetzung zuerst heruntertransformiert.
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Der Stromverbrauch der Glimmlampe spielt als Belastung der zu messenden
Wechselspannungsquelle keine Rolle, da diese Belastung erst beim Aufleuchten oder
Zünden der Glimmlampe auftritt, in welchem Augenblick die Scheitelspannung bereits
abgelesen ist.
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Der Vorteil des neuen Meßinstrumentes kommt insbesondere beim Herausfinden
von Übersteuerungserscheinungen bei Rundfunksendeanlagen und Radiozentralen zum
Ausdruck sowie beim Wählen einer Elektronenröhre mit einem Gitterraum, der für die
Größe der herankommenden Wechselspannungen geeignet ist. Es ist weiter mit Hilfe
des neuen Instrumentes auch möglich, die maximale Modulationstiefe von Rundfunksendern
zu bestimmen. Dies ist in Abb. 8 näher erläutert.
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Zuerst wird die Amplitude der erhaltenen Wechselspannung (bei 18)
in einem Zeitpunkt gemessen, in welchem ein Sender nur die Trägerwelle 1g aussendet.
Angenommen, man findet (nach Verstärkung) .dabei einen Scheitelwert von z. B. 2o
Volt, so wird, sobald die Trägerwelle moduliert (2o) wird, eine größere Scheitelspannung
im Voltmeter erscheinen, und dadurch nun, daß die Batteriespannung herabgesetzt
wird, bis die Glimmlampe 13 nur ab und zu aufleuchtet oder zündet, kann man die
Größe der Amplitude in diesem Augenblick wieder ablesen. Wenn diese Amplitude nun
z. B. 25 Volt beträgt, so ist die Modulationstiefe 2 X (25 - 2o) Volt = 1o Volt.
Die maximale Modulationstiefe ist also 5o %. Bei 21 ist angedeutet, wie man augenblicklich
auftretende ScheitelspannungeninNiederfrequenzverstärkern messen kann. Rechts in
Abb. 8 ist angegeben, wie auch die Ämplitude von sehr kurz anhaltenden Spannungsstößen
gemessen werden kann.
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Es empfiehlt sich, das beschriebene Meßinstrument, das ein Voltmeter
besitzt, mit
mehreren Mel3bereichen zu versehen, entweder dadurch,
daß eine oder mehrere andere Glimmlampen mit einer anderen Zünd- oder Anschlagspannung
ein- oder abschaltbar gemacht werden, oder dadurch= daß Transformatoren, Widerstände
o. dgl. verwendet werden. Für. sehr geringe Spannungen, z. B. von einigen Millivolt,
kann eine Verstärkungsvorrichtung vorgeschaltet oder eingebaut werden.
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Wie aus Abb. g ersichtlich ist, kann das neue Meßinstrument auch dazu
eingerichtet sein, in gewöhnlicher Weise - Gleichstromspannungen, Stromstärken und
Widerstände zu messen. Das Voltmeter ist vorzugsweise ein' Drehspulinstrument, kann
aber z. B. auch ein Dreheiseninstrument sein. -Die Elektroden der Glimmlampe 13
sind vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, daß die Durchschlagsspannung
sehr konstant und von der Frequenz unabhängig- ist. In der Praxis hat es sich herausgestellt,
daß die gewöhnliche kleine Philips-Glimmlampe für 127 Volt Wechselspannung (effektiver
Wert) bereits sehr gute Meßresultate ergibt.
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In Reihe mit der Glimmlampe kann man auch einen Kristall- oder anderen
Gleichrichter schalten, was unter Umständen vorteilhaft ist.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, ein Gleichspannungsvoltmeter zu
verwenden. In vielen Fällen wird auch schon ein einfaches Weicheisenvoltmeter ausreichen.
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