DE656802C - Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung von durch elektromagnetische Mittel selbsterregten Stimmgabeln - Google Patents

Description

Unter den verschiedenen Faktoren, die die Stabilität der Frequenz von durch Elektronenröhren in Schwingung gehaltenen Stimmgabeln bestimmen, ist die Temperatur der wesentlichste.

Bei gewöhnlichen Stahlstimmgabeln nimmt die Frequenz mit der Erhöhung der Temperatur zu. Dies beruht hauptsächlich auf der Veränderung des Elastizitätskoeffizienten des Stahls, und zwar ist diese Veränderung von der Größenordnung von + l.io~⁴ je Grad in absolutem Wert. Die Verwendung von Fe-Ni-Cr-Legierungeii gestattet, diesen Koeffizienten auf den Wert von —i.io~⁵ zu vermindern (er ändert das Vorzeichen). Bei diesen Legierungen kann der Elastizitätskoeffizient als unveränderlich angesehen werden. Dagegen ändert sich die magnetische Permeabilität des Metalls in Abhängigkeit von der Temperatur, indem sie mit der Erhöhung derselben abnimmt.

Zur Aufrechterhaltung der Schwingungen der Stimmgabeln verwendet man elektromagnetische Vorrichtungen, insbesondere Spulen, von denen die ejne mit dem Gitter einer Röhre und die andere mit der Anode verbunden ist. Diese Spulen besitzen Kerne entweder aus magnetisiertem Stahl oder aus geblättertem Weicheisen mit Zwischenlagerung eines Magneten oder aus Weicheisen mit einer zusätzlichen Wicklung, um einen permanenten magnetischen Fluß zu erzeugen. Wenn ,sich die Permeabilität des Metalls in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, so übt diese Änderung auf die Frequenz eine doppelte Wirkung aus. Betrachtet man einerseits nur den magnetischen Fluß, so hat die Verminderung der Permeabilität der Stimmgabeln eine Verminderung der Dämpfung zur Folge, woraus sich eine Erhöhung der Frequenz ergibt. Andererseits bewirkt die Verminderung der Permeabilität eine Verminderung der induzierten Spannung an den Klemmen der mit dem Gitter der Röhre verbundenen Spule. Dieser Umstand wirkt sich auf die Frequenz im Sinne einer Erhöhung aus (infolge der Verminderung der Verstärkung). Zu diesen beiden Faktoren kommt noch die Verminderung der magnetischen Momente der Magnete mit der Vergrößerung der Temperatur hinzu, was sich auf die Frequenz in der gleichen Weise auswirkt. Diese dritte Wirkung addiert sich also zu den vorstehend erwähnten.

Gegenstand der Erfindung* ist nun eine Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung von durch elektromagnetische Mittel selbsterregten Stimmgabeln, bei welcher gemäß der Er-

findung der Einfluß von Temperaturänderungen auf die- Frequenz dadurch beseitigt ist, daß je nachdem; ob der Temperaturkoeffizient der Stimmgabel positiv oder negsc-, tiv ist, entweder ein aus Metall mit b|?i wachsender Temperatur absinkender Perme\ abilität gebildeter magnetischer Nebenschluß parallel zum permanenten Magneten oder zum Elektromagneten oder zu den Polmassen ίο der Antriebsspulen vorgesehen ist oder in den magnetischen Kreis der elektromagnetischen Antriebsvorrichtungen Metallteile in Reihe eingeschaltet sind, deren Permeabilität mit der Erhöhung der Temperatur abfällt. Zweckmäßig wird dabei die Wirkung des Nebenschlusses bzw. der in Reihe eingeschalteten Metallteile regelbar gemacht. In Abänderung einer Vorrichtung der genannten Art kann auch gemäß der Erfindung die Frequenzstabilisierung dadurch erreicht werden, daß in den Antriebsstromkreis der Stimmgabeln Induktanzen mit einem Kern aus einem Metall mit bei ,steigender Temperatur abfallender Permeabilität eingeschaltet «5 und die Konstanten des elektrischen Stromkreises so bemessen sind, daß die Resonanz bei der gewählten Grenztemperatur eintritt und eine Temperaturänderung eine entsprechende Änderung der auf die Stimmgabel wirkenden Antriebsenergie und dadurch einen Ausgleich ihres Temperaturkoeffizienten zur Folge hat.

Die Verwendung von magnetischen Metallen mit temperaturabhängiger Permeabilitat ist zwar für verschiedene Zwecke bekannt. So sind derartige Metalle z. B.' vorgesehen worden, um den Magnetfluß eines eine Resonanzzunge erregenden, mit Wechselstrom gespeisten Elektromagneten konstant zu halten. Neu ist hingegen der Gedanke, derartige Metalle in der beschriebenen Weise zur Frequenzstabilisierung von selbsterregten Stimmgabeln zu benutzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Abbildungen beschrieben. In Abb. ι ist α die Stimmgabel, & die Anordnung der mit der Anode der Röhre verbundenen Spulen und c die Anordnung der mit dem Gitter der Röhre verbundenen Spulen, d und e sind die permanenten Magnete und f und /' die festen Teile der metallischen magnetischen Nebenschlüsse mit mit der Temperatur veränderlicher Permeabilität, g und g' sind schließlich die bewegliehen Teile der Nebenschlüsse. Durch Näherung oder Entfernung der beweglichen Teile g und g' an die bzw. von den festen Teilen / und f' kann man den wirksamen, durch die Stimmgabel hindurchgehenden Fluß· regeln. Die Nebenschlüsse können auch, wie Abb. 2 zeigt, zwischen den Spulen und der Stimmgabel angeordnet sein. In diesem letzteren Falle ist nicht nur der permanente'Fluß, sondern auch der Wechselfluß nebengeschlossen, ^pdurch die Kompensationswirkung noch er-, &$fj|t wird. Die Bezugszeichen sind in Abb. 2 ,d«; gleichen wie in Abb. 1.

Verwendet man an Stelle von permanenten Magneten Elektromagnete, so sind die Anordnung wie auch die Wirkung den oben beschriebenen entsprechend.

Die Kompensation vollzieht sich folgendermaßen (Fall gemäß Abb. 1):

Der magnetische Fluß des Magneten c teilt sich in zwei Flüsse egfc und ehjic. Wenn die Permeabilität des Zweigweges gf in Abhängigkeit von einer Erhöhung der Temperatur schneller abfällt als die Permeabilität des Zweigweges hji, so wächst die Reluktanz von gf -schneller als die von hji, und das Verhältnis zwischen dem ■ Fluß in dem Zweigweg hji und dem Fluß in dem Zweigweg gf steigt an. Die Veränderung der Reluktanz des Nebenschlusses gestattet also die Veränderungen der Permeabilität von hji zu kompensieren, indem der Durchgang des Flusses auf diesem letzten Zweigweg begünstigt wird.

In gleicher Weise erfolgt die Kompensation in Stimmgabeln mit negativem Temperaturkoeffizienten. In diesem Falle verwendet man das Metall,'dessen Permeabilität sich mit einer Erhöhung der Temperatur vermindert, nicht im Nebenschluß, sondern man macht die Massen der Pole und der Kerne der Spulen aus diesem Metall, so daß es sich in dem magnetischen Kreis in Reihe und nicht in Abzweigung befindet.

Im allgemeinen schaltet man das Metall mit bei wachsender Temperatur sich verringerader Permeabilität im Nebenschluß oder in Reihe ein, je nach de-m Sinne der Wirkung, die man kompensieren will.

Bei Schaltungen mit abgestimmten Kreisen zur Aufrechterhaltung der Schwingungen von Stimmgabeln kann die. Kompensation be-; wirkt werden, indem man auf die Phase oder Amplitude des Stromes einwirkt, der die die Schwingungen aufrechterhaltende Spule in folgender Weise durchfließt:

Man ordnet, wie dies Abb. 3 zeigt, in Reihe mit der die Schwingungen aufrechterhaltenden Spule eine Kapazität c und eine Induktanz (L veränderlich) mit einem Kern aus einem Metall mit veränderlicher, von der 115. Temperatur, abhängiger Permeabilität an. Wenn der Temperaturkoeffizient der Stimmgabel positiv ist, d. h. wenn die Frequenz mit der'Erhöhung der Temperatur wächst, so berechnet man die Konstanten des Kreises der- art, daß Resonanz bei der höchsten Temperatur eintritt, bei der die Kompensation wir-

ken soll. Mit der Verminderung der Temperatur vermindert sich dje Induktanz (L ver-, änderlich), die Antriebsenergie nimmt ab und die Frequenz steigt an.

Man kann auch einen Kreis gemäß Abb. 4 benutzen, der eine Induktanz (L veränderlich) mit einem Kern aus Metall von in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlicher Permeabilität und einer parallel geschalteten Kapazität c enthält, wobei das Ganze zwischen die Antriebsspule und die Anodenkapazität c' eingeschaltet ist. Man sorgt dafür, daß der Kreis bei der unteren Grenztemperatur den größten Widerstand aufweist. Bei wachsender Temperatur vermindert sich die Impedanz des Systems, und die Frequenz fällt ab. Bei Anwendung von Stimmgabeln mit negativem Temperaturkoeffizienten benutzt man die gleichen Kreise, jedoch unter Umkehrung der Grenzen der Temperaturen bezüglich den Abstimmungen der Kreise.

Zur Kompensation von Stimmgabeln mit negativen Temperaturkoeffizienten kann man Kreise gemäß Abb. 5 benutzen. Die Induktanz (L veränderlich) mit einem Kern aus Metall, dessen Permeabilität bei Erhöhung der _ Temperatur abfällt, ist gegenüber der Antriebsspule im Nebenschluß angeordnet. Die Impedanz fällt mit der Temperatur ab, was sich auf die Frequenz im Sinne einer Vergrößerung auswirkt.

Schließlich kann man zur Kompensation dieser letzteren Stimmgabeln das Schaltschema nach Abb. 6 benutzen. Die Induktanz (L veränderlich) mit einem Kern aus Metall, dessen Permeabilität sich bei wachsender Temperatur vermindert, ist mit der Anode der Röhre in Reihe geschaltet. Das Ende der Induktanz auf der Anodenseite ist über eine Kapazität von geeignetem Wert mit" einem der Enden der Antriebsspule verbunden. Das andere Ende liegt an der Erde oder an dem negativen Pol der Anodenbatterie. Auch die Antriebsenergie wird eine Funktion der Induktanz sein, und ■ die Antriebsenergie wird sich mit Erhöhung der Temperatur vermindern, so daß also dabei die Frequenz wächst.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung von durch elektromagnetische Mittel selbsterregten Stimmgabeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß von Temperaturänderungen auf die Frequenz dadurch beseitigt ist, daß je nachdem, ob der Temperaturkoeffizient der Stimmgabel positiv oder negativ ist, entweder ein aus Metall mit bei wachsender Temperatur absinkender Permeabilität gebildeter magnetischer Nebenschluß parallel zum permanenten Magneten oder zum Elektromagneten oder zu den Polmassen der Antriebsspulen vorgesehen ist oder in den magnetischen Kreis der elektromagnetisehen Antriebsvorrichtungen Metallteile in Reihe eingeschaltet sind, deren Permeabilität mit der Erhöhung der Temperatur abfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Nebenschlusses bzw. der in Reihe eingeschalteten Metallteile regelbar ist.

3. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Antriebsstromkreis der, Stimmgabeln Induktarizen mit einem Kern aus einem Metall mit bei steigender Temperatur abfallender Permeabilität eingeschaltet und die Konstanten des elekirischen Stromkreises so bemessen sind, daß die Resonanz bei der gewählten Grenztemperatur eintritt und eine Temperaturänderung eine entsprechende Änderung der auf die Stimmgabel wirkenden Antriebsenergie und dadurch einen Ausgleich ihres Temperaturkoeffizienten zur Folge hat.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen