DE645382C

DE645382C - Calibration arrangement for devices for displaying and regulating a frequency

Info

Publication number: DE645382C
Application number: DEA69033D
Authority: DE
Inventors: Theodor Fecker
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-03-21
Filing date: 1933-03-21
Publication date: 1937-05-27

Description

Es ist bereits bekannt, Stimmgabeln als Frequenznormal zu benutzen. Dabei ist es erforderlich, der Stimmgabel dauernd eine Antriebsenergie zuzuführen. Insbesondere hat man bereits Frequenznormale hergestellt, bei denen die durch die Schwingungen einer Stimmgabel auftretenden Luftspaltänderungen gegenüber einem Magneten dessen Feld ändern, und man hat dabei die Spannung, die bei den Feldänderungen auftritt, dem Gitter einer Röhre zugeführt, deren Anodenstrom wiederum die antreibende Kraft für die Stimmgabel liefert. Läßt man, wie es bei den bekannten Anordnungen der Fall war, das magnetische Feld der Antriebs wicklung während der ganzen Schwingungsdauer auf die Stimmgabel wirken, so wird die Schwingungsdauer nur dann konstant bleiben, wenn das Feld konstant ist. Ändert dagegen das Feld seine Intensität durch die Gittersteuerung mehr oder weniger, so wird auch, die Schwingungsdauer verändert. Da bei der bekannten Anordnung infolge der Schwankungen der Stimmgabelschwingungsamplitude die Größe der Gittersteuerspannung und damit die Größe des Anodenstromes geändert wird, ändert sich auch die antreibende Kraft, und eine genaue Einstellung des Frequenznormals ist nur unter Verwendung teurer Zusatzapparate möglich.It is already known to use tuning forks as a frequency standard. It is necessary to to continuously supply drive energy to the tuning fork. In particular, has one already established frequency standards, in which the vibrations of a Tuning fork occurring air gap changes compared to a magnet's field change, and you have the tension that occurs with the field changes, the grid fed to a tube, the anode current of which in turn supplies the driving force for the tuning fork. Leaving as it is with the known arrangements was the case, the magnetic field of the drive winding during act on the tuning fork for the entire period of oscillation, the period of oscillation will only remain constant if that Field is constant. If, on the other hand, the field changes its intensity due to the grid control more or less, the period of oscillation is also changed. As with the well-known Arrangement due to the fluctuations in the tuning fork oscillation amplitude, the size of the grid control voltage and thus the size of the anode current is changed, the driving force also changes, and an exact one The frequency standard can only be set using expensive additional equipment.

Wegen dieser Schwierigkeiten ist es nicht ohne weiteres möglich, Stimmgabeln als Frequenznormale bei Einrichtungen ziir Anzeige und Regelung einer Frequenz zu verwenden. 'Because of these difficulties, it is not readily possible to use tuning forks as To use frequency standards in devices for displaying and regulating a frequency. '

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Eichanordnung für solche Einrichtungen zur Anzeige und Regelung einer Frequenz, bei denen die Ladung eines Kondensators durch gittergesteuerte Entladungsröhren gesteuert und dabei auftretende kurzzeitige Entladungs-Stromstöße zur Messung benutzt werden. Als Frequenznormal wird hierbei ein mit Eigenfrequenz schwingendes mechanisches System benutzt. Erfindungsgemäß wird dieses System derart mit der Frequenzmeßeinrichtung verbunden, daß in einer Spule von dem schwingenden System Spannungen erzeugt werden, die dem Eingangskreis der Meßeinrichtung durch Umlegen eines Schalters o.dgl. zugeführt werden, und daß die durch das Anzeige-Instrument der Meßeinrichtung fließenden Spannungsstöße die Energie für den Antrieb des schwingenden Systems liefern. Vorzugsweise wird für solche Einrichtungen als Frequenznormal eine Stimmgabel benutzt, die in an sich bekannter Weise periodisch den Luftspalt einer Drosselspule verändert und gleichzeitig den Anker eines von den periodischen Spannungsstößen gespeisten Elektromagneten bildet.The invention now relates to a calibration arrangement for such devices Display and control of a frequency at which the charge of a capacitor occurs Grid-controlled discharge tubes controlled and thereby occurring short-term discharge current surges can be used for measurement. A with natural frequency is used as the frequency standard vibrating mechanical system used. According to the invention, this system is connected to the frequency measuring device in such a way that that in a coil of the oscillating system voltages are generated which the input circuit of the measuring device by flipping a switch or the like. are supplied, and that by the display instrument the measuring device flowing voltage surges supply the energy for the drive of the oscillating system. Preferably a tuning fork is used as the frequency standard for such facilities, which is specified in In a manner known per se, the air gap of a choke coil is periodically changed and at the same time forms the armature of an electromagnet fed by the periodic voltage surges.

*) Von dem Patetitsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patetite seeker stated as the inventor:

Theodor Fecker in Stuttgart.Theodor Fecker in Stuttgart.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird durch die zugeführte Energie die natürliche Schwingung der Stimmgabel nicht beeinträchtigt. Die Energie wird nur in einem im Verhältnis zur Dauer einer Schwingung kleinen Intervall zugeführt, da die Antriebsenergie von kurzzeitigen Spannungsstößen geliefert wird. Zur Erzeugung dieser Spannungsstöße dient der Kondensator der zu ίο eichenden Meßeinrichtung, der periodisch über gittergesteuerte Röhren geladen und entladen wird und dessen Ladezeit kleiner ist als die Schwingungsdauer. Die bei der Kondensatorladung und -entladung entstehenden periodischen Spannungsstöße werden dabei einem Elektromagneten zugeführt, dessen Anker durch die Stimmgabel gebildet ist. Diese wiederum verändert periodisch den Luftspalt einer Drosselspule.
In der Zeichnung ist in Abb. 1 eine Eichanordnung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Messiing einer Frequenz dargestellt, bei der die Ladung des Kondensators 10 durch gittergesteuerte Röhren 1 bis 5 gesteuert wird und die dabei auftretenden kurzzeitigen Entladungsstromstöße zur Messung benutzt werden. Die Abb. 2 stellt ein Zeitdiagramm dar. Die Spannung der zu messenden Frequenz wird bei geschlossenem Schalter« dem Gitter der Röhre 5 zugeführt. Durch den Anodenstrom dieser Röhre bzw. durch den Spannungsabfall des Anodenstromes an dem Widerstand 23 werden nach Art eines Widerstandsverstärbers die Röhren 1 und 3 gesperrt bzw. leitend gemacht. Sind die Röhren 1 und 3 leitend, so erfolgt die Aufladung des Kondensators 10 über die Röhre 1, während die Röhre 2 durch den Spannungsabfall am Widerstand 19 gesperrt ist. Sind die Röhren 1 und 3 gesperrt, so wird der Kondensator über Röhre 2 aufgeladen, da jetzt der Spannungsabfall an dem Widerstand 19 Null ist. Die Aufladung erfolgt dabei also über Röhre 2 und das Instrument 16, wenn die Gitterspannung an der Röhre 5 positiv ist. Während der negativen Halbwelle der Steuerspannung ist die Röhre 5 gesperrt, und die Röhren 1 und 3 sind leitend. Der Kondensator 10 wird dann, wie bereits erwähnt, über die Röhre 1 aufgeladen. Die Ladehöhe des Kondensators wird für jede Halbwelle der zu messenden Frequenz durch die Schaltung selbst eindeutig begrenzt. Die Ladehöhe ist dabei durch die Gleichspannung der Strecken 6, 7, 8 und 9 gegeben, die durch die Serienschaltung von Widerständen 20, 2i, 22 und die Ausbildung der Strecken 6, 7, und 9 als Glimmstrecken praktisch unabhängig von Spannungsschwankungen gemacht sind. Der Einfluß der Heizung kann in an sich bekannter Weise ausgeschaltet werden.In the arrangement according to the invention, the natural oscillation of the tuning fork is not impaired by the energy supplied. The energy is only supplied in a small interval in relation to the duration of an oscillation, since the drive energy is supplied by short-term voltage surges. To generate these voltage surges, the capacitor of the measuring device to be calibrated is used, which is periodically charged and discharged via grid-controlled tubes and whose charging time is shorter than the period of oscillation. The periodic voltage surges that occur when the capacitor is charged and discharged are fed to an electromagnet, the armature of which is formed by the tuning fork. This in turn periodically changes the air gap of a choke coil.
In the drawing, Fig. 1 shows a calibration arrangement according to the invention in connection with a device for measuring a frequency, at which the charge of the capacitor 10 is controlled by grid-controlled tubes 1 to 5 and the short-term discharge current surges that occur are used for the measurement. Fig. 2 shows a time diagram. The voltage of the frequency to be measured is fed to the grid of the tube 5 when the switch is closed. As a result of the anode current of this tube or the voltage drop of the anode current at the resistor 23, the tubes 1 and 3 are blocked or made conductive in the manner of a resistance amplifier. If the tubes 1 and 3 are conductive, the capacitor 10 is charged via the tube 1, while the tube 2 is blocked by the voltage drop across the resistor 19. If tubes 1 and 3 are blocked, the capacitor is charged via tube 2, since the voltage drop across resistor 19 is now zero. The charging takes place via tube 2 and the instrument 16 when the grid voltage on tube 5 is positive. During the negative half cycle of the control voltage, the tube 5 is blocked and the tubes 1 and 3 are conductive. As already mentioned, the capacitor 10 is then charged via the tube 1. The charging level of the capacitor is clearly limited by the circuit itself for each half-wave of the frequency to be measured. The charging level is given by the DC voltage of the lines 6, 7, 8 and 9, which are made practically independent of voltage fluctuations by the series connection of resistors 20, 2i, 22 and the formation of the lines 6, 7 and 9 as glow lines. The influence of the heating can be switched off in a manner known per se.

Zur Einstellung der Gitterspannung für die Röhre 2 ist ein einstellbarer Widerstand 17 vorgesehen. Da der Lade- oder Entladestrom des Kondensators bei der beschriebenen An-Ordnung konstant ist und die Ladung bzw. ' Entladung bereits in einer zum Verhältnis der Periodendauer kurzen Zeit beendet ist, kann der Lade- oder Entladestrom unmittelbar zur Lieferung der Antriebsenergie für die 7«· Stimmgabel A verwendet werden. In der Stimmgabel >1 sind zwei Spulen mit Eisenkernen I und II so angebracht, daß ein kleiner Luftspalt α ein freies · Schwingen der Gabel ermöglicht. Die Spule I mit verhältnismäßig wenig Windungen liegt im Stromkreis der Röhre 2. Die Spule II mit viel Windungen liegt über den Schalterkontakt b an dem Gitter der Röhre 5. Wenn die Gabel schwingt, dann ändert sich der Luftspalt für beide Spulen annähernd sinusförmig und damit auch die Stärke des Magnetfeldes der Spule I (Fig. 2). Die Änderung des Magnetfeldes gibt eine um 90⁰ nacheilende Spannung Zf/,^, die das Gitter der Röhre 5 steuert. Ist diese Steuerspannung positiv, so wird der Kondensator 10 über Röhre 2 aufgeladen. Der Ladestrom gibt gleichzeitig der Stimmgabel einen Kraftimpuls von bestimmter Stärke und Zeitdauer, die vollständig unabhängig von irgendwelchen Zufälligkeiten im Schwingungsverlauf der Stimmgabel sind. Die einzige Bedingung ist nur die, daß diese induzierte Spannung einebestimmte Mindestgröße überschreitet, die in diesem Falle etwa 5 Volt im Maximum beträgt. In der Fig. 2 zeigt Kurve 1 die Änderung des Luftspaltes α der Stimmgabel in Abhängigkeit von der Zeit und annähernd demnach Kurve 2 auch den Verlauf des magnetischen Feldes der Spule II. Hierbei ist eine Konstante außer acht gelassen, die hier keine Rolle spielt. Die in Spule II induzierte Spannung eilt um 90⁰ dem Flusse -Θ" nach. Sobald diese Spannung einen bestimmten * positiven Betrag erreicht hat (z. B. zur Zeit ^₁), setzt der Ladestrom über Röhre 2 ein (Kurve4),. Dieser Stromstoß beginnt, wenn die Stimmgabel, von größtem Luftspalt zu kleinerem zurückschwingend, eine entsprechende Geschwindigkeit erreicht hat, also bevor sie auf halbem Wege angelangt ist. Er ist beendet, wie Fig. 2 zeigt, bevor die Stimmgabel den Umkehrpunkt bei kleinstem Luftspalt erreicht, da die Ladung des Kondensators 10 mit Rücksicht auf die Meßgenauigkeit in einer Zeit beendet wird, die kleiner ist als die Zeit der Halbperiode τ. Die Stimmgabel erhält also jedesmal, wenn sie zurückschwingt, einen Kraftimpuls von bestimmter Stärke und Zeitdauer. Die hierbei zugeführte Energie muß iao so groß sein, daß die Verluste, die bei der Schwingung entstehen, eben ausgeglichen wer-To set the grid voltage for the tube 2, an adjustable resistor 17 is provided. Since the charging or discharging current of the capacitor is constant in the described arrangement and the charging or discharging is already completed in a short time in relation to the ratio of the period, the charging or discharging current can be used directly to supply the drive energy for the 7 « · Tuning fork A can be used. In the tuning fork> 1, two coils with iron cores I and II are attached in such a way that a small air gap α enables the fork to vibrate freely. The coil I with relatively few turns is in the circuit of the tube 2. The coil II with a lot of turns lies over the switch contact b on the grid of the tube 5. When the fork vibrates, the air gap for both coils changes approximately sinusoidally and thus also the strength of the magnetic field of the coil I (Fig. 2). The change in the magnetic field gives a ^{voltage Zf /, ^ lagging by 90 0} , which controls the grid of the tube 5. If this control voltage is positive, the capacitor 10 is charged via tube 2. At the same time, the charging current gives the tuning fork a force impulse of a certain strength and duration, which is completely independent of any randomness in the oscillation curve of the tuning fork. The only condition is that this induced voltage exceeds a certain minimum value, which in this case is about 5 volts at the maximum. In FIG. 2, curve 1 shows the change in the air gap α of the tuning fork as a function of time and, approximately accordingly, curve 2 also shows the course of the magnetic field of coil II. Here, one constant is disregarded, which does not play a role here. The voltage induced in coil voltage leads II 90 ⁰ the stream -Θ "after. As soon as this voltage has reached a certain amount * positive (z. B. currently ^ _1), the charging current starts (Kurve4) via tube 2 ,. This current surge begins when the tuning fork, swinging back from the largest air gap to the smaller one, has reached a corresponding speed, i.e. before it has reached halfway. It is ended, as FIG. 2 shows, before the tuning fork reaches the turning point at the smallest air gap. since the charging of the capacitor 10 is terminated with regard to the measurement accuracy in a time which is less than the time of the half period τ iao be so great that the losses that occur during the oscillation are evened out

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den. Dann schwingt die Stimmgabel mit ihrer Eigenfrequenz weiter und kann hier als Frequenznormal zur Einstellung des Ausschlages an dem Meßinstrument verwandt werden.
Ein Kondensator 24, der auf Eigenfrequenz; mit der Spule II abgestimmt ist, erhöht die abgegebene induzierte Spannung und glättet gleichzeitig die durch den Antriebsstrom in Spule I auf Spule II übertragene induzierte Spannungsspitze.the. The tuning fork then continues to vibrate at its natural frequency and can be used here as a frequency standard for setting the deflection on the measuring instrument.
A capacitor 24 which operates on natural frequency; is matched with coil II, increases the induced voltage output and at the same time smooths the induced voltage peak transmitted to coil II by the drive current in coil I.

Claims

Patent claims:

i. Calibration arrangement for devices for displaying and regulating a frequency, at which the charge of a capacitor is controlled by grid-controlled discharge tubes and short-term occurring in the process Discharge current surges can be used for measurement, characterized by a frequency standard with a natural frequency vibrating mechanical system, preferably a tuning fork, connected in this way to the measuring device is that voltages are generated in a coil by the oscillating system, which the input circuit of the measuring device by flipping a switch or the like. Are supplied, and that the flowing through the display instrument short-term voltage surges provide the energy to drive the oscillating system deliver.

2. calibration arrangement according to claim 1, characterized in that a tuning fork, which periodically changes the air gap of a choke coil, in a manner known per se, at the same time the armature forms an electromagnet fed by the periodic voltage surges. 4 "

1 sheet of drawings