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Anordnung zum Messen bzw. genauen Vergleichen von Wechselspannungen
beliebiger Frequenz Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen bzw. genauen
Vergleichen von Wechselspannungen beliebiger Frequenz, insbesondere aucli. der tiefsten
Frequenzen von wenigen Hertz. Bei Brücken- und Kompensationsschaltungen ist infolge
des nicht unendlich kleinen Klirrfaktors der Meßfrequenz die Änderung der Ausgangsspannung
in der Nähe des Gleichgewichtes nur dann groß, wenn das Gleichgewicht für alle Frequenzen
erfüllt ist.
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Dies trifft jedoch nur für Ausnahmefälle zu, etwa für Brüclcen aus
rein Ohmschen Widerständen. Bei der Nullmethode ist im Idealfalle, d. h. bei klirrfreiem
Sender, die Spannung im Gleichgewichtsfall zwar Null, jedoch ist im allgemeinen
infolge der Oberwellen eine Spannung vorhanden. Auch bei der Nullmethode werden
nach der bekannten Eingrenzungsmethode zwei Spannungen verglichen, nämlich die Ausgangsspannungen
bei Verstimmung der Meßeinrichtung nach beiden Seiten vor der genauen Abstimmung
auf die Grundwelle um den gleichen Betrag. Als Kennzeichen für die erfüllte Eingrenzung
bzw. das vorhandene Gleichgewicht ist also stets die Änderung einer Spannung oder
eines Stromes bei einer bestimmten Verstimmung der Meßeinrichtung anzusehen.
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Die verhältnismäßig geringe Änderung des effektiven Wertes der Ausgangsspannung
ist zu umgehen durch für die Grundwelle der Meßfrequenz selektive Empfänger, wie
dies unter anderem bei reinem Abhören infolge der Analysierfähigkeit des Ohres der
Fall ist oder bei selektiven Verstärlmern. Selektive Empfänger aber sind ungeeignet
für breite Frequenzbänder; in diesem Falle bedient man sich der Gleichrichtung.
Hohe Empfindlichkeit gegen Änderung des effektiven Wertes der Ausgangs spannung
der Meßeinrichtung kann dann erzielt werden, wenn der gemeinsame Anteil der gleichgerichteten
Ausgangsspannung kompensiert wird.
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In vielen Fällen wird es aber wertvoll sein, einen Empfänger zu besitzen,
der noch möglichst kleine Unterschiede erkennbar macht, wie es durch I Kompensation
und Zuführung zu einem empfindlichen Instrument möglich ist.
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Es besteht somit das Bedürfnis, Anordnungen zum Messen bzw. Vergleichen
von Wechselspannungen, für Nullmethoden sowohl als auch für. Vergleichsmethoden
zu schaffen, die sowohl für tiefe als auch für hohe (nicht nur akustische) Frequenzen
brauchbar sind. Bei den Nullmethoden leistet dies, nämlich den großen Frequenzumfang,
der Überlagerungsempfänger, wirtschaftlich jedoch nur für hohe Frequenzgebiete,
nicht aber gleichzeitig für hohe und tiefe. Bisher hatte man daher mehrere Empfänger
kombiniert: für tiefe Frequenzen Zerhackerschaltungen mit Telephon, für mittlere
e Frequenzen einfache Telephone, für hohe Frequenzen Überlagerungsempfänger. In
Frage kamen auch Röhrenvoltmeter
und Gleichrichter mit Instrument.
Sowohl rein akustische Empfänger als auch Überlagerungsempfänger mit angeschlossenem
Hörer besitzen den Vorteil einer frequenzabhängigen Empfindlichkeit, d. h. mit ihnen
ist man in der Lage, aus einem Frequenzgemisch den Frequenz durchgang der Grundwelle,
z. B. für die Abstimmung einer Brücke, festzustellen, ohne die Oberwellen beseitigen
zu müssen.
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Demgegenüber weisen die Röhrenvoltmeter den Nachteil auf, daß der
Integralwert des Frequenzgemisches gemessen wird, z. B. der Effektivwert. Wegen
der vorhandenen Oberwellen kann nämlich bei Verschwinden der Grundwelle der Effektivwert
nicht zum Verschwinden gebracht werden. Die Gesamtspannung aus Grund und Oberwellen
ändert sich bei Verstimmung um die Meßtoleranz normalerweise um weit weniger als
1 0/0. Ein Zeigerinstrument läßt im allgemeinen leine solche Änderung nicht mehr
mit nötiger Genauigkeit feststellen. Beim Röhrenvoltmeter müßte daher ein sehr großer
Aufwand an Siebmitteln, z. B. in Form von umschaltbaren Filtern, getrieben werden,
um den Oberwellennullstromanteil genügend herabzudrücken.
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Vergieichsmessungen mittels Gleichrichtung und Instrument haben eine
maximale Empfindlichkeit von etwa 1 0/0, das ist ein Skalenteil bei Vollausschlag
des Instrumentes. Verfahren mit Kompensation der Gleichspannung unter Beibehaltung
eines empfindlichen Instrumentes sind theoretisch zwar mit etwa IO/oo Höchstempfindlichkeit
durchführbar, jedoch ist eine Überlastung des Instrumentes, die stets zur Zerstörung
führt, praktisch kaum vermeidbar, insbesondere beim Vorliegen größerer Verstimmungen.
Nach der vorliegenden Erfindung aber gelingt es, die Änderungsempfindlichkeit für
die zu vergleichenden Wechselspannungen oder -ströme beispielsweise bis zu I 1 lo-0
zu treiben, ohne die geringste Gefährdung irgendwelcher Teile der Meßeinrichtungen,
wie dies in der althergebrachten Weise völlig undenkbar wäre.
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Erfindungsgemäß werden die Schwierigkeiten dadurch behoben, daß eine
Anordnung zum Messen bzw. genauen Vergleichen von Wechselspannungen beliebiger Frequenz,
insbesondere auch der tiefsten Frequenzen von wenigen Hertz, dadurch geschaffen
wird, daß die zu vergleichenden Spannungen gegebenenfalls nach Vorverstärkung gleichgerichtet
werden, die Ausgangsspannung des Gleichrichters gegen eine Kompensationsspannung
geschaltet und die dabei entstehende Differenz moduliert und an einer auf Wechselstrom
ansprechenden Einrichtung, die an sich gegen Belastungsstöße unempfindlich sein
kann, z. B. ein Telephonhörer, angezeigt wird. Bei sehr hohen Frequenzen kann es
dabei zweckmäßig sein, diese durch eine Frequenzwandlung in einen niedrigeren Frequenzbereich
zu verschieben.
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Die vorliegende Anordnung ist anwendbar für verschiedenste Zweige
der Fernmeldemeßtechnik, sowohl für Nullmethoden alsauch für Vergleichsmethoden.
Die Anwendung auf Nullmethoden ist besonders vorteilhaft, wenn ein großer Frequenzbereich
vorliegt, insbesonder, e Frequenzmeßbrücken größter Genauigkeit ohne Verwendung
von Quarzen.
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Weitere Anwendungsbeispiele sind: ScheinwiderstandsmeßJzrücken und
Meßbrücken zur Untersuchung von Einzelteilen, z. B. Widerständen, Spulen, Kondensatoren.
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Bei der Vergleichsmessung ergibt sich der Vorteil, daß die Meßschaltung
nicht komplex abgestimmt zu werden braucht. Hierbei können nicht nur alle bekannten
Anwendungen, wie Dämpfungsmessungen, insbesondere auf V100 und l/looo Neuer ausgeführt
werden, sondern auch neue Meßeinrichtungen, insbesondere gesteigerter Empfindlichkeit
oder vereinfachten Aufbaues geschaffen werden.
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Durch die Kompensationseinrichtung ist man in der Lage, Über- bzw.
Unterschreitungen gegenüber einer vorgegebenen Spannung mit außerordentlich hoher
Empfindlichkeit festzustellen; die Verwendung der Zerhackermethode aber vermeidet
Beschädigungen, die durch unvermeidliche Belastungsstöße auftreten. Dadurch können
die bekannten Vorteile des Teiephons ausgenutzt werden, eine hohe Empfindlichkeit
und eine hohe Überlastbarkeit gleichzeitig zu besitzen. Die Empfindlichkeit des
Telephons kann auch noch dadurch gesteigert werden, daß das Telephon auf die Zerhackerfrequenz
abgestimmt wird, die ja für alle zu messenden Spannungen und Frequenzen konstant
gehalten wird. Die Frequenz wird zweckmäßig in den empfindlichen Bereich des Ohres,
z. B. auf 1000 Hz, verlegt.
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Dies hat auch den Vorteil, daß die Ausgangsspannung des Zerhackers
im Bedarfsfalle, z. B. bei hohem Geräuschpegel des Meßraumes, mit normalen Geräten
verstärkt oder optisch angezeigt, z. B. registriert, werden kann.
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Wenn es somit wesentliches Merkmal der Erfindung ist, eine Vergleichs-
und Meßanordnung zu schaffen, die durch Übersteuerung nicht leidet, so besteht eine
weitere Ausgestaltung derselben in einer zusätzlichen Amplitudenbegrenzung bei der
Modulierung. Würde beispielsweise ein mechanischer Zerhacker verwendet, so kann
zwar bei An nrendung eines Telephons eine Zerstörung der Meßanordnung durch Überlastung
nicht erfolgen; aber es ist ohne weiteres möglich, daß das Telephon in einer Weise
übersteuert wird, die für die abhörende Person unerträglich ist.
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Eine einfache Zerhackerschaltung, die die Nachteile der mechanischen
Zerhacker vermeidet, besteht in bekannter Weise aus einer Gleichrichterbrücke, insbesondere
aus Trokkengleichrichtern, die von einer Summerspannung gesteuert wird. Die Summerleistung
einer solchen Gleichrichterbrücke braucht nur etwa i/io mW zu betragen. Ist die
zu zerhackende Gleichspannung kleiner als die Summerspannung, so ist die Ausgangswechselspannung
eine durch die Gleichrichterkennlinie gegebene Funktion der Gleichspannung, z. B.
ihr proportional. Bei überschreitung nähert sie sich dem durch die Summerleistung
gegebenen Höchstwert, der kleiner als die normale Sprachleistung ist und keine schädigende
Lautstärke hervorrufen kann. Die durch die Zerhackerbrücke begrenzte Leistung ist
als ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung anzusehen. Die Gleichrichtereinrichtung
vor dem Zerhacker erhält vorzugsweise eine solche Charakteristik, die der jeweiligen
Eigenart der Hauptmeßeinrichtung angepaßt ist. Insbesondere kann auch die Charakteristik
der Gleichrichter so gewählt werden, daß der Fehler der Minimumverschiebung durch
die Oberwellen möglichst klein wird. Das Minimum der Gleichspannung tritt nämlich
nicht in Übereinstimmung mit dem Minimum der Grundwelle auf. Es ist daher vorteilhaft,
ein Kontrollinstrument am Ausgang des Gleichrichters zu verwenden, das bei robuster
Bauart eine Vororientierung über die etwaige Lage des Minimums gestattet.
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In der Abbildung ist eine Empfangseinrichtung nach der Erfindung
schaubildlich dargestellt. Über einen Übertrager Ü wird die zu messende Wechselspannung
zwei Verstärkerkaskaden Vi und Vn und über den Übertrager 02 dem Gleichrichterkreis
zugeführt, der aus den beiden GleichrichternD und der Sekundärwicklung des Übertragers
Ü gebildet ist. Das Kontrollinstrument G mißt die gleichgerichtete Spannung. Nach
Siebung mit Hilfe der Drossel Dr und des Kondensators C5 wird die Gleichspannung
der Zerhackerbrücke oho zugeführt, die aus den Gleichrichtern D2 und einer Wicklung
des Übertragers Sn besteht. Über die Potentiometereinrichtungen 1?6, R7, Rs wird
die Kompensationsspannung zugeführt. Der Widerstand R9 dient zum Abgleich der Brücke,
kann aber nach erfolgter Grobeinstellung der Kompensationsspannung auch zur Feinregelung
der Kompensation herangezogen werden. Die Zerhackerbrücke wird mit Hilfe einer Senderöhre
S in Rückkopplungsschaltung über den Übertrager Ü gespeist.
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Der SchalterS, schaltet die Speisespannungen der Röhren und die Hilfsspannung
der Zerhackerbrücke ein. Der SchalterS2 bringt in der obersten Stellung den Betriebszustand
der ganzen Einrichtung ; in der mittleren Stellung ist der Hörer unmittelbar an
den Ausgang des Übertragers Ü2 gelegt (die Kontakte und b bei Ü2 und dem Hörers
sind je unter sich durch eine Leitung verbunden zu denken), um auch ein direktes
Abhören zu ermöglichen, z. B. im Meßbereich von Hörfrequenzen. In der dritten untersten
Stellung des Schalters S2 ist die Zerhackerbrücke abgeschaltet, und an dem Gleichrichterkreis
liegt lediglich das Kontrollinstrument 0, z. B. für die Grobeinstellung der vor
der Einrichtung liegenden Meßapparatur oder für die Bestimmung des Klirrfaktors
der Meß,-apparatur.