-
Röhrenvoltmeter ohne Eingangsübertrager zur Messung kleiner Wechselspannungen
nach dem Vergleichsverfahren Die Erfindung bezieht sich auf Röhrenvoltmeter ohne
Eingangsübertrager zur Messung kleiner Wechselspannungen, und zwar solcher Spannungen,
für die es direkt anzeigende Instrumente nicht gibt, für die somit die Anwendung
einer Verstärkungsanordnung erforderlich ist. Der Verstärkeranordnung werden allgemein
Gleichrichteranordnungen zugefügt, wobei dann die hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit
von Gleichstrommeßinstrumenten ausgenutzt wird.
-
Ein solches Röhrenvoltmeter muß, wenn es die in der Praxis auftretenden
Meßfälle erfassen soll, in vielen Fällen folgende Bedingungen erfüllen: einen hochohmigen,
möglichst frequenzunabhängigen Eingangsscheinwiderstand und hohe Konstanz der Verstärkung,
dabei aber einen gegen Erde symmetrischen Eingang besitzen. Bei der praktischen
Verwirklichung derartiger Röhrenvoltmeter haben sich bisher stets große Schwierigkeiten
ergeben, so daß immer nur ein Teil der Bedingungen-erfüllt werden konnte. Dieser
Mangel wird durch die vorliegende Erfindung behoben.
-
Das erfindungsgemäße, ohne Eingangsübertrager arbeitende Röhrenvoltmeter
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang durch eine zusätzliche Ausgleichskapazität
zwischen einem der beiden Eingangspole und einer geerdeten Abschirmung bei nicht
geerdetem Kathodenpunkt und nicht geerdeter Batterie erdsymmetrisch gemacht ist.
Die bekanntgewordenen Röhrenvoltmeterkonstruktionen erfüllen, wie oben bereits gesagt,
nur einen Teil der gestellten Bedingungen. So ist es bekanntgeworden, die Hochohmigkeit
des Einganges durch einen offenen Eingang zu erzielen und insbesondere direkt auf
den Gitterkreis des ersten Rohres zu gehen. Eine derartige Anordnung hat aber für
viele Anwendungsgebiete den großen Nachteil der Unsymmetrie wegen der Notwendigkeit,
die Kathode oder Batterie zu erden. Diese Geräte waren daher bei z. B. nicht einseitig
geerdeten Meßobjekten nicht anwendbar. Ein Verzicht auf die Batterieerdung ist mit
Rücksicht auf die Verstärkeranordnung zur Vermeidung von Rückkopplungen und sonstigen
Erscheinungen- nicht möglich. Es ist weiter auch bekanntgeworden, zur Abwendung
der Unsymmetrie symmetrische, insbesondere geschützte Übertrager zu verwenden. Diese
können jedoch nur bis zu einer bestimmten Grenze hochohmig gestaltet werden, wodurch
wieder Nachteile bedingt sind; so ist es nicht möglich, die Anordnung von den Stromquellen,
an die sie angeschlossen wird, unabhängig zu machen. Dies ist aber für ein Röhrenvoltmeter
von ausschlaggebender Bedeutung, außerdem zeigt der Eingangsscheinwiderstand eine
starke Frequenzabhängigkeit besonders infolge Wicklungs- und Windungskapazitäten.
Auch durch die Maßnahme der Schirmung, die für Meßgeräte an sich bekannt ist, oder
durch
die Anwendung eines Symmetrierdifferentialkondensators konnte
allein keine Abhilfe geschaffen werden.
-
So ist bisher ein hochohmiger Eingange
| widerstand bei gleichzeitiger kapazitiver E@' |
symmetrie nicht erzielt worden. Erst durctx; die erfindungsgemäße Kombination verschie-#'#
dener schaltungstechnischer Maßnahmen in der oben angegebenen Weise wurde ein praktisch
alle Forderungen erfüllendes Röhrenvoltmeter geschaffen.
-
Die elektrische Konstanz der Verstärkeranordnung ist nur bis zu einem
gewissen Grade erreichbar. Man nimmt deshalb die fraglichen Messungen meist nach
dein sogenannten Vergleichsverfahren vor, das darin besteht, daß die zu messende
Spannung mit einer größeren Hilfsspannung, deren Konstanthaltung und Messung einfacher
ist, verglichen wird. Sind Röhrenvoltmeter als direkt anzeigende Geräte in Gebrauch,
so muß eine ständige Überwachung und Eichung erfolgen.
-
Besonders für die Messung von Verstärkungen und Dämpfungen werden
Vergleichsverfahren (Z-r-Methoide, Z/2-lllethode) benutzt, die darin bestehen, daß
meistens. die Vergleichsspannung durch künstliche Dämpfungen auf den Wert der zu
messenden Spannung gebracht und die Gleichheit der Spannungen durch ein Röhrenvoltmeter
festgestellt wird. Diese Verfahren leiden unter dt-n verschiedenen aufgezeigten
Schwierigkeiten, wobei die Z-r-Methode noch einen sehr hohen Strombedarf besitzt.
Auch hiergegen schafft die erfindungsgemäße Anordnung Abhilfe.
-
Vorzugsweise wird bei dem Röhrenvoltmeter gemäß der Erfindung hinter
der ersten Röhrenanordnung eine Vergleichseichleitung eingeschaltet, die auch aus
entsprechend bemessenen und geeichten logarithmischen oder linearen Spannungsteilern
bestehen kann. Die Symmetrierung der Anordnung gegen Erde wird, wie bereits beschrieben,
unter Ausnutzung des hohen Gitterwiderstandes einer Röhre dadurch erreicht, daß
eine Erdung der Batterien oder eines Kathodenpunktes nicht stattfindet, sondern
deren Kapazitäten gegen Erde durch Abschirmung der gesamten Anordnung einschl. der
Batterien bestimmt definiert werden, wobei die Kapazitäten durch entsprechende Anordnung
der Schirmungen (genügender Abstand der Schirene von den Einzelteilen) klein gehalten
werden können und durch eine veränderbare Kapazität an einem Eingangspol ausgeglichen
werden, so daß beide Eingangspole symmetrisch zur Erde liegen. Durch Umschaltung
der Eichleitung oder des Abgriffs am Spannungsteiler lassen sich dann die zu messende
Spannung und die Vergleichsspannung miteinander vergleichen, ohne daß Anpassungs-,
Symmetrierungs- oder sonstige Meßschwierigkeiten entstehen. Die Anordnung ist in
weitem Maße =fx-equenzunabhängig und außerdem ohne Fiilsi4iung an verschieden hohe
lineare oder komplexe Widerstände anschaltbar. Die Anordiiung kann gleichermaßen
für Verstärkungs-und Dämpfungsmessungen bis zu hohen Werten sowie bei entsprechender
Eichung zur Absolutmessung von Wechselspannungen unter Verwendung einer feststehenden
größeren Hilfsspannung verwendet werden.
-
Die Erfindung soll an dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i und 2 gezeigt
werden. R1 stellt eine Verstärkerröhrenanordnung dar, die aus einer oder mehreren
Stufen bestehen kann. Dem Eingang ist ein liochohmiger Spannungsteiler W1 zugeordnet,
um bei verschiedenen Spannupsgrößen mit gleicher Empfindlichkeit irn Bereich des
Anzeigeinstruments I bleiben zu können. Der Eingangswiderstand der Anordnung kann
bei negativ vorgespannter Röhre sehr hochgetrieben werden und ist lediglich durch
die Schalt- und Röhrenkapazitäten begrenzt. Ihnen vorgeschaltet sind die Umschalter
U1 zum Wechseln der Spannungen und U, zur Feststellung der Erdsymmetrie. Die gesamte
Anordnung einschließlich der Batterien oder der sonstigen Stromversorgungsanordnungen
ist mit einer geerdeten Abschirmung S umgeben, durch welche die Erdkapazitäten der
Anordnung definiert sind. Stromversorgungsanordnung und eigentliches Röhrenvoltmeter
können auch in getrennten Abschirmungen untergebracht werden, wenn die Verbindungsleitungen
ebenfalls geschirmt sind. Die Erdkapazitäten der beiden Eingangspole, von denen
der zur Kathode meistens die größere Kapazität haben wird, werden durch den veränderbaren
Kondensator C" auf gleichen Wert gebracht. Mit dem Kondensator C" kann, wenn erforderlich,
noch ein veränderbarer Widerstand in Reihe oder mit C, parallel geschaltet lverden.
-
R. ist eine Verstärkeranordnung, R3 eine Gleichrichteranordnung üblicher
Art. Die Widerstände W2 . . . 1'V11, die auch durch Drosseln ersetzt werden können,
die Kondensatoren Cl . . . Ch stellen in üblicher Weise Kopplungs- und Beruhigungselemente
dar. GB, AB und HB sind Batterien für Gittervorspannung,=Anodenspannung und
Heizung. b ist die veränderbare Eichleitung mit beliebigem Kennwiderstand, die z.
B. aus drei einzelnen Eichleitungen mit je zehn oder mehr Stufen zu i, o,i und o,oi
Neper in T-Schaltung bestehen kann. r ist der Abschlußwiderstand für b und entspricht
in seinem Widerstandswert dem Kennwiderstand von b. Durch Ui kann die Eichleitung
ausgeschaltet
werden, so daß dann eine direkte Verbindung von Vorröhrenschaltung und Verstärkerschaltung
hergestellt ist, wo, bei die Belastung der Vorröhrenschaltung durch y die gleiche
ist wie vorher durch b, eine Fälschung irgendwelcher Meßwerte also nicht eintritt.
Durch 17. wird die Symmetrie der Anordnung festgestellt. Ist, wie im Beispiel angenommen,
die Vergleichsspannung A kleiner als die zu messende Spannung B, soll also eine
Verstärkungsmessung vorgenommen werden, so wird zunächst A in Stellung Vergleichsspannung
von Ui gemessen (in Abb. i nach oben) und der Ausschlag an I festgestellt. Darauf
wird B durch Umlegen von t", (nach unten) an die Anordnung geschaltet und durch
b so weit gedämpft, bis der gleiche Ausschlag an J erzielt ist wie bei A. b gibt
dann die Verstärkung unmittelbar in Neper an. Bei Dämpfungsmessungen werden A und
B vertauscht. In Abb. 2 ist b durch einen Spannungsteiler r1 von beliebigem
Gesatntwiderstand ersetzt; die Vorgänge sind genau dieselben wie in Abb. i. Der
. Spannungsteiler kann logarithmisch oder linear in Neper- oder Spannungswerten
geeicht sein.
-
Absolute Spannungsmessungen im Vergleichsverfahren sind möglich, wenn
A eine festgelegte Größe hat. Die Spannungsgröße kann dann entweder durch Rechnung
(nach Abb. i) aus b ermittelt oder direkt nach entsprechender Eichung an der Skala
von r1 (gbb. 2) abgelesen werden.
-
Infolge des erzielbaren hohen Eingangswiderstandes ist die Anordnung
praktisch frequenz- und belastungsunabhängig. Ein etwaiger Frequenzgang des Röhrenvoltmeters
selbst stört nicht, wenn beide Spannungen dieselbe Frequenz aufweisen. Sind die
Frequenzen verschieden, so läßt sich die Anordnung für einen bestimmten Frequenzbereich
in üblicher Weise verzerren. Eine Genauigkeit der Messungen unter i °./o kann ohne
Schwierigkeiten erreicht werden.
-
' Die Röhrenanordnungen können auch aus Gegenkontaktstufen allein
oder in Verbindtrn:g mit Einfachstufen bestehen, wobei die Symmetrierung an der
Einfachstufe erfolgt. An Stelle des Richtverstärkers R3 können auch andere Gleichrichter,
z. B. Trockengleichrichter, verwendet werden.
-
Die Vorröhrenanordnung wird so groß gewählt, daß bei verschieden großen
Spannungen A und B keine oder nur vernachlässigbar geringe Amplitudenverzerrungen
stattfinden. Ferner kann es zweckmäßig sein, der Vorröhrenschaltung an Stelle einer
Verstärkung durch entsprechende Bemessung von W. eine Dämpfung zu erteilen.