DE699719C

DE699719C - Arrangement for powerless voltage measurement using a grid-controlled electron tube

Info

Publication number: DE699719C
Application number: DE1938B0182168
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Geisel
Original assignee: BERLINER PHYSIKALISCHE WERKSTA
Current assignee: BERLINER PHYSIKALISCHE WERKSTA
Priority date: 1938-03-02
Filing date: 1938-03-02
Publication date: 1940-12-05

Description

Anordnung zur leistungslosen Spannungsmessung unter Benutzung einer gittergesteuerten Elektronenröhre Die bekannten Anordnungen zur leistungslosen Messung von elektrischen Spamlung,en, die die für das Meßinstrument nötige Leis-tung örtlich erzeugen und der zu messenden Spannung anpassen, machen. von der Eigenschaft einer gittergesteuerten Elektronenröhre Giebrauch, daß sich deren Anodenstrom. gemäß einer vorgegebenen Kennlinie mit der Gittervorspannung ändert, Dabei wird die zu. messende Spannung meist in Reihe zu einer festen Gittervorspannung gelegt, und der davon abhängige Anodenstrom wird gemessen. Diese Anordnungen, die besonders unter Ausnutzung der Verstärkerwirkung einer oder mehrerer Röhrenstufen für kleine Meßspannungen verwendet und als Röhrenvoltrneter bezeichnet werden, haben den Nachteil, daß der Skalenverlauf des anzeigenden Meßgerätes von der Röhrenkennlinie und der Frequenz der Meßspannung abhängig ist. Außerdem müssen in den meisten Fällen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den A.nodenruhgestrom der Elektronenröhre dem Meßinstrument fernzuhalten.Arrangement for powerless voltage measurement using a Grid-controlled electron tube The known arrangements for powerless measurement of electrical Spamlung, s that the power required for the measuring instrument locally generate and adapt to the voltage to be measured, make. of the property of a grid-controlled electron tube Giebrauch that their anode current. according to a given characteristic changes with the grid bias voltage. measuring Voltage usually placed in series with a fixed grid prestress, and that of it dependent anode current is measured. These arrangements, which are particularly taking advantage of the amplifier effect of one or more tube stages for small measuring voltages are used and referred to as Röhrenvoltrneter, have the disadvantage that the Scale progression of the indicating measuring device from the tube characteristic and the frequency depends on the measuring voltage. Also, in most cases, special precautions must be taken be taken to the A.nodenruhgestrom the electron tube the measuring instrument keep away.

Es ist auch eine Schaltung für Spannungsmessungen bekannt, bei der die Meßspannung zwischen dem Gitter einer Elektronenröhre und dem Minuspol der Anodenspannung liegt, während zwischen diesen Minuspol und die Kathode der Widerstand des Anodenkreises gelegt wird. Sie ist zu Wechselspannungsmessungen nicht unmittelbar verwendbar. There is also known a circuit for voltage measurements in which the measurement voltage between the grid of an electron tube and the negative pole of the anode voltage lies, while between this negative pole and the cathode the resistance of the anode circuit is placed. It cannot be used directly for AC voltage measurements.

Zum unmittelbaren Ablesen des Meßergebnisses an einem Gleichspannungsmesser ist nun bereits vorgeschlagen worden, diesen so in den Anodenkuns eines Röhrenverstärkers zu schalten, daß letzterer durch die Differenz zwischen dem am Meßgerät auftretenden Spannungsabfall und der zu messenden Spannung gesteuert wird. Diese Schaltung vermeidet zwar die vorerwähnten Nachteile der üblichen Röhrenvoltmerer, sie erlaubt jedoch ebenfalls nur Messungen von Gleichspannungen. Die Erfindung macht dagegen diese Schaltung auch für Wechselspannungsmessungen anwendbar. For immediate reading of the measurement result on a DC voltmeter has already been proposed to incorporate this into the anode of a tube amplifier to switch that the latter by the difference between that occurring on the measuring device Voltage drop and the voltage to be measured is controlled. This circuit avoids that the aforementioned disadvantages of the usual tube voltmerer, but it also allows only measurements of DC voltages. The invention, however, makes this circuit can also be used for AC voltage measurements.

Es ist zwar zur Messung von Wechselspannungen eine auf einem ähnlichen Prinzip beruhende Schaltung vorgeschlagen worden, bei der in transformatorischer I¢opplung eine Gegenspannung erzeugt wird, deren Größe durch die Aussteuerung des Gitters bestimmt wird. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie frequenzabhängig ist und daher für jede Frequenz der zu messenden Wechselspannung bestimmte Werte der Schaltelemente gewählt werden müssen. It is a similar one for measuring alternating voltages Principle-based circuit has been proposed in which in transformer I ¢ coupling a counter voltage is generated, the size of which is determined by the modulation of the Grid is determined. However, this arrangement has the disadvantage that it is frequency-dependent and therefore certain values for each frequency of the alternating voltage to be measured the switching elements must be selected.

Weiterhin ist zum Messen von Wechselströmen und -spannungen eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der ebenfalls die Gleichrichterwirkung sowohl des Steuergitters als auch des Anodenstromes einer Entladung röhre benutzt wird. Hierbei wird die zu messende Wlechs,elspanntmg zwischen Steuergitter und Kathode geschaltet, wobei das Meßinstrument aber gleichzeitig auch vom Anodenstrom durchflossen wird. Die Anodenspannung wird so gewählt, daß bei Sp,annungsschwankungen des Steuergitters der Arbeitspunkt der Röhre im stark gekrümmten Teil der Kennlinie liegt, so daß der Anodenruhestrom bleim Anlegen der Mleßspannung zu- oder abnimmt und am Meßinstrument angezeigt wird. Diese Einrichtung eignet sich ohne Anwendung von Spannungstellern nur zum Messen von kleinen W,echselspannungen. Furthermore, for measuring alternating currents and voltages is a Establishment became known in which the rectifier effect of both the Control grid and the anode current of a discharge tube is used. Here the voltage to be measured is switched between control grid and cathode, but at the same time the anode current also flows through the measuring instrument. The anode voltage is chosen so that in the event of voltage fluctuations in the control grid the operating point of the tube lies in the strongly curved part of the characteristic curve, so that the anode quiescent current increases or decreases when the measuring voltage is applied and on the measuring instrument is shown. This device is suitable without the use of voltage regulators only for measuring small alternating voltages.

Die Verwendung von Spanmrngsteilern läßt aber eine leistungslose Spannungsmessung nicht zu.The use of voltage dividers, however, allows a power-free voltage measurement not to.

Demgegenüber bringt die Erfindung den Vorteil der Frequenzabhängigkeit, so daß nicht nur Gleichspannungen, sondern auch sinusförmige Wechselspannungen fast beliebiger Frequenz mit demselben Gleichspan- -nungsmesser und derselben Skaleneichung gemessen Werden können. In contrast, the invention has the advantage of frequency dependence, so that not only direct voltages, but also sinusoidal alternating voltages almost any frequency with the same DC voltmeter and the same scale calibration Can be measured.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur leistungsiosen Spannungsmessung unter Verwendung einer gittergesteuerten Elektronenröhre und eines Gleicbspannungsmessers, der derart in den Anodenkreis der Elektronenröhre geschaltet ist, daß diese durch dihe Differenz zwischen dem am Meßgerät auftretenden Spannungsabfall und der zu messenden Spannung gesteuert wird, und besteht darin, daß dem Meßgerät im I(athodenkreis ein elektrisches Ventil so vorgeschaltet wird, daß bei Wechslelsp,annuZigsmessungen während der am Gitter der Röhre liegenden negativen Halb welle der Meßspannung ein von der sich an die negative Anodenspannung anschließenden festem Gitter spannung hervorgerufen er und über einen zwü schen Kathode und negativen Anschlußpunkt der Meßspannulng eingeschalteten Rückführungswiderstand durch das Meßinstrument fließender Rückstrom nicht entstehen kann. The invention relates to an arrangement for low-performance Voltage measurement using a grid controlled electron tube and a DC voltmeter, which is connected in this way to the anode circuit of the electron tube is that this is due to the difference between the voltage drop occurring on the measuring device and the voltage to be measured is controlled, and consists in that the measuring device An electrical valve is connected upstream in the I (athodal circuit in such a way that, in the case of alternating voltages, annual measurements are taken during the negative half-wave of the measurement voltage lying on the grid of the tube of the fixed grid voltage following the negative anode voltage caused it and via a cathode and negative connection point between the Measurement voltage switched on feedback resistor flowing through the measuring instrument Reverse current cannot arise.

Hierdurch trägt nur der Positive Teil der Meßspannung zur Messung bei, und der Rückführungswiderstand dient zur Erzielung einel geradlinigen Eichkennlinie der Anordnung.As a result, only the positive part of the measuring voltage contributes to the measurement at, and the feedback resistance is used to achieve a straight calibration curve the arrangement.

Die Erfindung wird an Hand des auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erklärt. The invention is based on the embodiment shown in the drawing explained in more detail.

In den Anodenkreis der Elektronsnröhre E ist kathodenseitig, d.h. zwischen dem negativen Pol -A der Anodenstromquelle und der I(athode, ein Gleichspaniiungsmesser M mit einem Vorwiderstand RP eingeschaltet, die zusammen den - Kathodenwiderstand bilden, durch dessen vom Anodenstrom abhängigen Spannungsabfall über die Klemmen 1 und 2 sowie den an diese angeschlossenen Meßkreis dessen Spannung ermittelt werden soll, ein gegenüber der Kathode negatives Potential an das Gitter der RöhreE gelegt wird. Bei einer Gleichstrommessung wird der positive Pol des Meßkreises an die Klemme I bzw. das Gitter der Röhre und der negative an die Klemme 2 angeschlossen. Auf diese Weise wird die Röhre jeweils durch die Differenz zwischen der zu messenden Spannung und dem Spannungsabfall am Kathodenwiderstand gesteuert. In the anode circuit of the electron tube E is on the cathode side, i.e. between the negative pole -A of the anode power source and the I (athode, a DC voltage meter M switched on with a series resistor RP, which together form the - cathode resistance through its voltage drop across the terminals, which is dependent on the anode current 1 and 2 as well as the measuring circuit connected to them, the voltage of which can be determined should, a negative potential with respect to the cathode is applied to the grid of the tube E. will. With a direct current measurement, the positive pole of the measuring circuit is connected to the terminal I or the grid of the tube and the negative connected to terminal 2. on in this way the tube is each divided by the difference between the one to be measured Voltage and the voltage drop across the cathode resistor are controlled.

Um eine wegen der verschiedenen Unterschiede zwischen den Spannungsabfällen am Kathodenwiderstand bei hohen und bei niedrigen Meßwerten bzw. Anodenströmen ei forderliche Eichtabelle für das Meßgerät M zu vermeiden, wird die Klemme 2 an einen Abgriff3 eines zwischen den negativen Polen -A und -G der Anodenspannungsquelle und der Gitterspannungsquelle liegenden spannungsteilers Rgi, Rg2 angeschlossen und der zwischen der Kathode und dem Abgriff 3 liegende Widerstand mit einem weiteren Widerstand Rk überbrückt. Dieser Widerstand Rk und der Spannungsteiler R61J Rg2 bzw. dessen Abgriff 3 sind dann so gewählt, daß die am Widerstand Rgl auftretende Spannung immer gleich der jeweils vorhandenen Spannung zwischen Gitter und Kathode der Röhre E ist. Es entspricht daher die am Widerstand Rv und Meßgerät M liegende Spannung in jedem Falle der angelegte Meßspannung. To one because of the various differences between the voltage drops at the cathode resistance with high and with low measured values or anode currents ei To avoid the necessary calibration table for the measuring device M, terminal 2 is connected to a Tap3 one between the negative poles -A and -G of the anode voltage source and the grid voltage source lying voltage divider Rgi, Rg2 connected and the resistor between the cathode and the tap 3 with a further one Resistance Rk bridged. This resistor Rk and the voltage divider R61J Rg2 or its tap 3 are then chosen so that the occurring at the resistor Rgl Voltage always equal to the voltage present between grid and cathode the tube E is. It therefore corresponds to the one at the resistor Rv and the measuring device M. Voltage in each case the applied measuring voltage.

Wird an die Klemmen r und 2 eine zu messende Wechselspannung gelegt, so wird das Meßinstrument während der positiven Halbwelle von zwei einander entgegengerichtete Strömen durchflossen, deren Drehmomente sich kurz . vor dem Durehgang durch den Nullpunkt der Meßspannung aufheben. Während der negativen Halbwelle würde jedoch durch den allein über den Widerstand Rk noch fließenden Rückstrom ein einseitiges Drehmoment im Meßinstrument M erzeugt, was einen gekrümmten Skalencharakter hervorrufen und damit das ganze Gerät für die Messung von Wechselspannungen ungeeignet machen würde. If an alternating voltage to be measured is applied to terminals r and 2, so will the meter during the positive half-wave of two opposing currents flowed through, the torques of which are short. Cancel before going through the zero point of the measuring voltage. During the negative Half-wave would, however, be caused by the reverse current still flowing through the resistor Rk alone a one-sided torque is generated in the measuring instrument M, which has a curved scale character and thus the entire device is unsuitable for measuring AC voltages would do.

Gemäß der Erfindung wird daher dem Meßgeräte M ein elektrisches Ventil V vorgeschaltet, so daß nur während der positiven Halbwelle eine Einwirkung auf das Instrument erfolgt. Das Ventil V, das irgendein bekannter Gleichrichter, z. B. Elektronengleichrichter, Trockengleichrichter, elektrolytischer Gleichrichter usw., sein kann, wird nur vom Instrumentenstrom durchflossen und kann auch zwischen Widerstand RV und Meßgerät M oder unmittelbar vor letzterem liegen. According to the invention, the measuring device M is therefore an electric valve V upstream, so that an effect only during the positive half-wave the instrument takes place. The valve V, which is any known rectifier, e.g. B. Electronic rectifier, dry rectifier, electrolytic rectifier etc., can only be traversed by the instrument current and can also be between Resistance RV and meter M or immediately in front of the latter.

Das Gleichstrommeßgerät M kann auf diese Weise auch zur unmittelbaren Wechselstrommessung benutzt werden.The DC current meter M can in this way also for immediate AC current measurement can be used.

Die Eichung für Gleich- und Wechselspannung unterscheidet sich nur dadurch, daß bei Wechselspannungsmessungen der Ausschlag des Instrumentes mit dem festen Faktor 2,23 (doppeltes Verhältnis des Effektiv wertes zum Mittelwert bei Sinusform) . zu multiplizieren ist. Das kann auf einfache Weise dadurch- berücksichtigt werden, daß das Meßgerät M mit Wechselspannung geeicht wird und bei Gleichspannungsmessungen durch einen Parallelwiderstand RP in seiner Empfindlichkeit um den Faktor 2,23 herabgesetzt wird. The calibration for DC and AC voltage only differs in that with AC voltage measurements the deflection of the instrument with the fixed factor 2.23 (double the ratio of the effective value to the mean value at Sinusoidal). is to be multiplied. This can be taken into account in a simple manner be that the measuring device M is calibrated with AC voltage and with DC voltage measurements its sensitivity is reduced by a factor of 2.23 by a parallel resistor RP will.

PTnNsüc: 1. Anordnung zur leistungslosen Spannungsmessung unter - Benutzung einer gittergesteuerten Elektronenröhre und eines Gleichspannungsmessers, weicher derart in den Anodenkreis der Röhre geschaltet ist, daß diese durch die Differenz zwischen dem am Meßgerät auftretenden Spannungsabfall und der zu messenden Spannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen sowohl von Gleich- als auch von Wechselspannungen im Kathodenkreis ein elektrisches Ventil (V)- so angeordnet wird, daß während der negativen Halbwelle der am Gitter liegenden Meßspannung ein von der sich an die negative Anodenspannung (A) anschließenden festen Gitterspannung (-A,-G) hervorgerufener und über den zwischen Kathode und negativen Anschlußpunkt der Meßspannung (2) eingeschalteten Rückführungswiderstand (Rk) durch das Meßinstrument(M) fließender Rückstrom nicht entstehen kann. PTnNsüc: 1. Arrangement for powerless voltage measurement under - Use of a grid-controlled electron tube and a DC voltmeter, softer is connected in such a way in the anode circuit of the tube that this is through the Difference between the voltage drop occurring on the measuring device and the one to be measured Voltage is controlled, characterized in that for measuring both DC and as well as from alternating voltages in the cathode circuit an electric valve (V) - see above is arranged that during the negative half-wave of the measuring voltage applied to the grid one of the fixed grid voltage following the negative anode voltage (A) (-A, -G) caused by and between the cathode and negative connection point the measuring voltage (2) switched on feedback resistor (Rk) by the measuring instrument (M) flowing reverse current cannot arise.

Claims

2. Arrangement according to claim I, characterized in that the measuring device (M) calibrated with alternating current and its sensitivity for direct current measurements can be reduced by the correction factor .2.23 by a parallel spacing (Rp) is.