DE671206C

DE671206C - Tube voltmeter for measuring small DC voltages with logarithmic display

Info

Publication number: DE671206C
Application number: DES118003D
Authority: DE
Inventors: Dr Kurt Mueller
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1935-04-19
Filing date: 1935-04-19
Publication date: 1939-02-02

Description

Röhrenvoltmeter zur Messung kleiner Gleichspannungen mit logarithmischer Anzeige Für die meßtechnische Erfassung von subjektiven Meßgrößen, z. B. Lautstärke, Helligkeit usw., ist ein möglichst großer Meßbereich erwünscht. Es bedeutet dies, daß das :Verhältnis zwischen größtem und kleinstem meßbaren Wert möglichst hoch sein soll, wobei die Meßgenauigkeit für die Extremwerte aber möglichst die gleiche sein soll.Tube voltmeter for measuring small DC voltages with a logarithmic Display For the metrological acquisition of subjective measured variables, e.g. B. Volume, Brightness, etc., the largest possible measuring range is desired. It means this that the: ratio between the largest and smallest measurable value as high as possible should be, with the measurement accuracy for the extreme values but the same as possible should be.

Dieser Forderung wird man am besten durch Anwendung eines Anzeigegerätes gerecht, das den Logarithmus der Meßgröße angibt. Man hat hier noch den Vorteil, daß die Anzeige eines so gebauten Gerätes der tatsächlichen subjektiven Empfindung am nächsten kommt. Ein Beispiel für solch eine objektive Messung subjektiver Meßgrößen stellt der Geräuschwertzeiger, ein Spitzenspannungsmeßgerät, dar. Bei dem Gebrauch desselben stellte es sich als ein Mangel heraus, daß der von der Anzeige er faßte Bereich von etwa r : 1o (2o Phon) zu klein ist. Dieser Mangel macht sich besonders dann bemerkbar, wenn z. B. bei der Registrierung ein Grundgeräusch gemessen werden soll; zugleich aber einzelne Lautstärkespitzen in ihrer Amplitude richtig registriert werden sollen. Dieser Fall tritt u. a. bei der Aufnahme von Fahrdrahtstörungen auf. -Bei allen derartigen Meßgeräten läßt sich die Meßgröße in eine Gleichspannung überführen, die ihr proportional ist. Die Aufgabe besteht also in der Konstruktion eines Voltmeters, dessen Anzeige in einem möglichst großen Bereich dem Logarithmus der zu messenden Gleichspannung proportional ist. Ein logarithmisch anzeigendes Meßinstrument ist nun z. B. durch Verwendung von amplitudenabhängigen Dämpfungen durch nichtlineare Widerstände erreicht worden. Doch läßt sich ein befriedigendes Ergebnis für größere Bereiche auf diese Weise nicht erzielen. .This requirement is best met by using a display device fair, which indicates the logarithm of the measurand. You still have the advantage here that the display of a device constructed in this way reflects the actual subjective sensation comes closest. An example of such an objective measurement of subjective measurands represents the noise value pointer, a peak voltmeter. In use It turned out to be a defect that the one from the advertisement caught it Range of about r: 1o (2o phon) is too small. This deficiency makes itself special then noticeable when z. B. a background noise can be measured during registration target; at the same time, however, individual volume peaks are correctly registered in terms of their amplitude should be. This case occurs inter alia. when recording contact wire faults. -With all such measuring devices, the measurand can be converted into a direct voltage, which is proportional to it. So the task is to construct a voltmeter, whose display corresponds to the logarithm of the to be measured in as large a range as possible DC voltage is proportional. A logarithmically indicating meter is now z. B. by using amplitude-dependent attenuation by nonlinear Resistances have been reached. However, a satisfactory result can be found for larger ones Do not achieve areas in this way. .

Eine von der Größe des Instrumentenausschlages unabhängige logarithmische Anzeige ergibt sich, wenn man geeignete Röhrenkennlinien auswählt. Insbesondere sind hierfür Röhren geeignet,- deren Charakteristik in einem möglichst weiten Bereich einem Exponentialgesetz folgt. Doch auch diese Maßnahme genügt in vielen Fällen noch nicht.A logarithmic one that is independent of the size of the instrument deflection The display results when you select suitable tube characteristics. In particular tubes are suitable for this, - their characteristics in as wide a range as possible follows an exponential law. But even this measure is sufficient in many cases not yet.

Erfindungsgemäß wird daher zur Erzielung einer.logarithmischen Anzeige in einem möglichst weiten Bereich ein Röhrenvoltmeter zur Messung kleiner, vorzugsweise veränderlicher Gleichspannungen dadurch geschaffen, daß man eine Schirmgitterröhre mit exponentieller Charakteristik verwendet, - deren Arbeitspunkt so gewählt ist, daß bei großen Meßspannungen der Anodenstrom zu Null wird, und deren logarithmischer Bereich durch Einführung eines Widerstandes in die Schirmgitterleitung erweitert ist.According to the invention, therefore, to achieve a logarithmic display A tube voltmeter to measure smaller, preferably in as wide a range as possible variable DC voltages created by using a screen grid tube with exponential characteristics used, - whose operating point is chosen so that with high measuring voltages the anode current becomes zero, and its logarithmic area by introducing a resistor into the screen grid line is expanded.

Demzufolge wird ein logarithmisches Gleichspannungsröhrenvoltmeter hergestellt, wobei es auch möglich ist, pulsierende Gleichspannungen der Anordnung zuzuführen. Wesentlich für die Erfindung ist es, daß die Schirmgitterspannüng von der Steüergitterspannung der Röhre durch die Einschaltung eines Widerstandes in die Schirmgitterleitung abhängig gemacht ist. Um nun die nötige Höhe der Schirmgitterspannung trotzdem zu erreichen, wird die angewendete Schirmgitterspannurig, also z. B. die Schirmgitterbatterie, wesentlich erhöht. Bei einer normalen Anodenspannung von Zoo Volt kann beispielsweise dann die Schirmgitterspannung 300 Volt betragen. Durch diese Maßnahme läßt sich ein größer Bereich auswählen, in dem die Gleichung i"= c # 1g .u, mit großer Genauigkeit gilt. Es ist dies bei marktgängigen Röhren, z. B. bei der RENS 1294 über einen Bereich von etwa q. N1) (z : 50) mit einer Genauigkeit von etwa -I- o,i Np der Fall.Accordingly, a logarithmic DC voltage tube voltmeter is produced, it also being possible to supply pulsating DC voltages to the arrangement. It is essential for the invention that the screen grid voltage is made dependent on the control grid voltage of the tube by switching on a resistor in the screen grid line. In order to still achieve the necessary level of the screen grid voltage, the screen grid applied is tensioned, ie z. B. the screen grid battery increased significantly. With a normal anode voltage of zoo volts, for example, the screen grid voltage can then be 300 volts. This measure allows a larger range to be selected in which the equation i "= c # 1g .u, applies with great accuracy. This is the case with commercially available tubes, for example the RENS 1294 over a range of approximately q. N1) (z: 50) is the case with an accuracy of about -I- o, i Np.

Es ist an sich bereits bekannt, Widerstände in die Schrmgitterleitung von Zwei- und Dreigitterröhren zu legen, jedoch dienten diese Widerstände nur zur Herstellung des gewünschten Gleichspannungspotentials. Wechselstrommäßig war das Schirmgitter durch einen Überbrückungskondensator auf das Kathodenpotential gebracht.It is already known per se to have resistors in the string grid line of two- and three-grid tubes, but these resistances were only used for Creation of the desired DC voltage potential. In terms of alternating current it was Screen grid brought to cathode potential by a bypass capacitor.

In Fig. 1 ist die Schaltung eines erfindungsgemäßen Röhrenvoltmeters dargestellt. Aus dieser Figur ist zunächst zu erkennen, daß bei Uc die Steuergitterspannung angelegt wird, von der der Teil u9 dem Steuergitter selbst zugeführt wird. Bei A bzw. SG wird Anoden- bzw. Schirmgitterspannung zugeführt. Der Arbeitspunkt der Röhre ist dabei so gewählt, daß bei großen Meßspannungen der Anodenstrom zu Null wird, d. h. im allgemeinen wird, wie in dem Beispiel auch dargestellt, keine Gittervorspannung für das Steuergitter angewendet und die zu messende Spannung dem Steuergitter negativ aufgedrückt. Im Anodenkreis befindet sich ein Instrument I, das durch das Einschalten des Widerstandes R, in die Schirnigitterleitung eine Stromänderung anzeigt, die proportional lg ztg ist. Das Instrument läßt sich daher entsprechend eichen, doch ist es nicht immer erforderlich, daß für das gesamte Bereich eine Eichung vorgenommen wird, da in vielen Fällen lediglich eine Anordnung benötigt wird, bei der nur eine Marke für Maximalöder Minimalwerte vorgesehen ist.In Fig. 1 is the circuit of a tube voltmeter according to the invention shown. From this figure it can first be seen that at Uc the control grid voltage is applied, of which the part u9 is fed to the control grid itself. At a or SG is fed to the anode or screen grid voltage. The working point of the tube is chosen so that the anode current becomes zero at high measuring voltages, d. H. in general, as also shown in the example, there is no grid bias is applied to the control grid and the voltage to be measured is negative to the control grid pressed on. In the anode circuit there is an instrument I, which by switching on of the resistor R, in the Schirnigitterleitung indicates a change in current that is proportional to lg ztg. The instrument can therefore be calibrated accordingly, but it is not always necessary to calibrate the entire range is, since in many cases only one arrangement is required in which only one Mark for maximum or minimum values is provided.

Nun weisen jedoch praktisch die einzelnen Exemplare der Röhren in ihren elektrischen Daten gewisse Differenzen auf. Hierdurch wird es nötig, daß der Widerstand in der Schirmgitterleitung für jedes Rohr gesondert bemessen werden muß. Macht man außerdem noch die Spannung der Schirmgitterbatterie veränderlich; so sind praktisch alle noch so verschiedenartigen Schirmgitterexponentialröhren verwendbar. Aber auch bei konstanter Schirmgitterbatterie gelingt es durch entsprechende Auswahl der Röhren lediglich durch Veränderung des Potentiometers R., und des Widerstandes R1, daß bei dem Austausch der Röhren die Skala des Instrumentes erhalten bleibt.Now, however, practically the individual specimens of the tubes in their electrical data show certain differences. This makes it necessary that the Resistance in the screen grid line must be measured separately for each pipe. In addition, the voltage of the screen grid battery is made variable; so are practically all screen grid exponential tubes, no matter how different, can be used. But even with a constant screen grid battery, it can be achieved by making the appropriate selection the tubes simply by changing the potentiometer R., and the resistance R1 that the scale of the instrument is retained when the tubes are replaced.

Man erhält einen noch etwas größeren Bereich mit der beschriebenen Anordnung, wenn auf eine proportional (in Neper) geteilte Skala kein Wert gelegt wird. Will man aber für mehr als z. B. q. Np möglichst weitgehende logarithmische Proportionalität erreichen, so wird erfindungsgemäß eine Kombination mehrerer Röhren derart benutzt, daß man ihre Bereiche gewissermaßen aneinander setzt.You get an even larger area with the one described Arrangement if no value is attached to a proportionally (in Neper) divided scale will. But if you want to spend more than z. B. q. Np as logarithmic as possible Achieve proportionality, according to the invention, a combination of several tubes used in such a way that their areas are, as it were, juxtaposed.

Fig. z stellt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Kombination zweier Röhren dar (I, II). Die erfindungsgemäß in die Schirmgitterleitung gelegten Widerstände sind reit RAI und RIII bezeichnet, Bei U. wird die Steuerspannung zugeführt und an dem im Anodenkreis liegenden Instrument I der Ausschlag abgelesen, Gemäß der Erfindung ist die Schaltung so vorgesehen, daß die Röhre 1I erst zu arbeiten beginnt, wenn der Strom der Röhre I schon zu Null geworden ist. Bei Spannungen nämlich, die über der oberen Grenze des logarithmischen Bereiches einer Röhre liegen, wird der Anodenstrom sehr bald zu Null. Im Ausführungsbeispiel wird ein derartiges Arbeiten der Röhren I, II dadurch erzielt, daß ein Spannungsteiler R3, R4 in Verbindung mit einem Widerstand R5 und ein auf die richtige Spannung vorgespannter Gleichrichter (z. B. Binode) Gl im Gitterkreis der Röhren vorgesehen sind.Fig. Z shows an embodiment of such a combination of two Tubes (I, II). The resistors placed in the screen grid line according to the invention are designated as RAI and RIII, at U. the control voltage is supplied and read the deflection on the instrument I located in the anode circle, according to the In the invention, the circuit is provided so that the tube 1I only begins to work when the current of the tube I has already become zero. In the case of tensions that are above the upper limit of the logarithmic range of a tube, the Anode current to zero very soon. Such work is carried out in the exemplary embodiment of the tubes I, II achieved in that a voltage divider R3, R4 in connection with a resistor R5 and a rectifier biased to the correct voltage (e.g. Binode) Gl are provided in the grid circle of the tubes.

Besonders vorteilhafte Anwendung findet der Erfindungsgedanke bei dem oben bereits erwähnten Geräuschwertanzeiger. Wendet man nun aber ohne weiteres anstatt eines linearen Spannungsmessers einen logarithmischen beim Geräuschwertzeiger an, so ändern sich die Eigenschaften des Gerätes. Die Zeitkonstante des aperiodisch gedämpften Anzeigeinstrumentes, das bisher verwendet wurde, würde durch das logarithmische Zwischenglied verändert, und zwar vor allem deshalb, weil die logarithmische Skala am Beginn und Ende des Meßbereichs aufhört. Gemäß der Erfindung kann durch eine Schaltung nach Bild 3 Abhilfe geschaffen werden. Das aperiodisch gedämpfte Anzeigeinstrument i ist durch einen aperiodisch gedämpften Zwischenkreis S ersetzt. Die Spannung am Kondensator dieses Kreises entspricht dem Ausschlag des früheren Instrumentes. Durch Benutzung einer Drossel von extrem hoher Induktivität (im Ausführungsbeispiel mehr als 105 Hy) kann der Eigenverbrauch dieses Kreises so klein gemacht werden, daß man ohne Zwischenverstärker auskommt. Zur Anzeige im Anodenkreis des logarithmischen Röhrenvoltmeters dient dann ein normales Instrument, das sehr kleine Einstellzeit hat und daher dem Stromverlauf praktisch ohne Verzögerung folgt.The concept of the invention finds particularly advantageous application in the above-mentioned noise level indicator. If one uses a logarithmic one for the noise value vector instead of a linear voltmeter, the properties of the device change. The time constant of the aperiodically attenuated display instrument, which has been used up to now, would be changed by the logarithmic intermediate element, mainly because the logarithmic scale ends at the beginning and end of the measuring range. According to the invention, a remedy can be provided by a circuit according to Figure 3. The aperiodically attenuated display instrument i is replaced by an aperiodically attenuated intermediate circuit S. The voltage on the capacitor of this circuit corresponds to the deflection of the earlier instrument. By using a choke with an extremely high inductance (in the exemplary embodiment more than 105 Hy), the internal consumption of this circuit can be made so small that it is possible to do without a repeater. A normal instrument is then used for the display in the anode circuit of the logarithmic tube voltmeter, which has a very short response time and therefore follows the course of the current with practically no delay.

Eine derartige Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß der ganze Bereich des auf den Zwischenkreis S folgenden Verstärkers zur Anzeige benutzt werden kann. Bei den bekannten Anordnungen, bei denen durch das aperiodisch gedämpfte Anzeigeinstrument die Abklingvorgänge so wiedergegeben werden, daß die Anzeige des Geräuschwertmessers dem von S t e u d e 1 gefundenen Lautstärkeeindruck des Ohres entspricht, mußte der Verstärker hingegen wegen derAnzeige einzelner Spitzen mit etwa ein Drittel ihres Wertes das Dreifache der höchsten angezeigten Spannung liefern.Such an arrangement has the particular advantage that the whole Area of the amplifier following the intermediate circuit S can be used for display can. In the known arrangements in which the aperiodically damped display instrument the decay processes are reproduced in such a way that the display of the noise value meter corresponds to the volume impression of the ear found by S t e u d e 1, had to the amplifier, however, because of the display of individual peaks with about a third their value deliver three times the highest voltage indicated.

Claims

PATENT CLAIM: i. Tube voltmeter for measuring smaller, preferably variable DC voltages, especially for measuring peak voltages z. B. as a noise indicator, characterized in that for logarithmic voltage display a screen grid tube with exponential characteristics is used whose operating point is chosen so that the anode current becomes zero at high measurement voltages, and their logarithmic range through the introduction of a resistor in the screen grid line is expanded. a. Tube voltmeter according to claim i, characterized in that for the purpose of Use the same scale calibration when changing the screen grid voltage source is changeable. 3. Tube voltmeter according to claim i, characterized in that for the purpose of using the same scale calibration when changing tubes in the control grid circuit a potentiometer is provided. Tube voltmeter according to claim i, characterized in that that for larger display areas several tubes are combined with each other in such a way that that the second tube only begins to work when the anode current of the first one Has become zero so that their display areas adjoin one another. 5. Tube voltmeter according to claim i, characterized in that when used as a noise level indicator An aperiodically damped circuit is connected between the rectifier and the shielded tube so that the display instrument does not need to have aperiodic damping.