DE700809C

DE700809C - Procedure for the logarithmic display of alternating voltages

Info

Publication number: DE700809C
Application number: DE1936S0121583
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Reinhard Hellmann
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1936-02-16
Filing date: 1936-02-16
Publication date: 1940-12-31

Description

Verfahren zur logarithmischen Anzeige von Wechselspannungen Geräte zur logarithmischen Spannungsanzeige sind bereits vielfach bekanntgeworden.Procedure for the logarithmic display of alternating voltages devices for logarithmic voltage display have already become known many times.

Man benutzte dabei logarithmisch geteilte Potentiometer, sei es als Stufenpotentiometer mit festen Widerständen, sei es als Flüssigkeitspotentiometer, oder man verwendete nichtlineare Widerstände in Form von Exponentialröhren oder Sperrschichtgleichrichtern. Allen diesen Einrichtungen haftet einer von zwei wesentlichen Mängeln an. Die verwanten Regelelemente gestatten entweder nur eine mehr oder wenige genaue Annäherung an die logarithmische Kennlinie über einen beschränkten Amplitudenbereich, oder die Potentiometer erfordern wegen ihrer bewegten Massen erhebliche Kräfte und Zeit zur Verstellung. An Stelle der annähernd logarithmischen Regelglieder setzt die Erfindung einen Vorgang, der exakt exponentiell bzw. logarithmisch verläuft, und dessen Anzeigegeschwindigkeft nicht oder nur sehr wenig von der Trägheit mechanisch bewegter Teile abhängig ist.One used logarithmically divided potentiometers, be it as Step potentiometer with fixed resistances, be it as a liquid potentiometer, or one used non-linear resistances in the form of exponential tubes or Junction rectifiers. All of these institutions are liable to one of two essentials Flaws in. The related rule elements allow either only one more or a few exact approximation of the logarithmic characteristic over a limited amplitude range, or the potentiometers require considerable forces and because of their moving masses Time to adjust. Instead of the approximately logarithmic control terms the invention a process that runs exactly exponentially or logarithmically, and its display speed does not, or only very little, depend on the inertia mechanically moving parts is dependent.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur logarithmischen Anzeige von Spannungen dadurch geschaffen, daß ein Kondensator periodisch aufgeladen, der abklingenden Kondensatorspannung die zu messende gegenüber der Zeitkonstanten des Kondensators hochfrequenten Wechselspannung überlagert wird und daß nach dem jeweils erstmaligen Erreichen des Spannungswertes Null eine Kippvorrichtung betätigt wird, die an einer entsprechenden Anzeigevorrichtung diesen Zeitraum angibt. According to the invention there is provided a method for logarithmic display of voltages created by periodically charging a capacitor, the decaying capacitor voltage the to be measured compared to the time constant of the Capacitor high-frequency alternating voltage is superimposed and that after each when the voltage value zero is reached for the first time, a tilting device is actuated, which indicates this period on a corresponding display device.

Dieses Verfahren geht von dem Grundgedanken aus, daß ein Kondensator eine exponentiell abklingende Entladungscharakteristik aufweist und diese zur logarithmischen Anzeige ausgenutzt werden kann. Wird der abklingenden Kondensatorspannung eine zu messende Wechselspannung mit der Amplitude Um überlagert, wobei die Frequenz von Um hinreichend groß gegenüber der Zeitkonstante RC ist dann erreicht der Momentanwert der Summenspannung v,= UetIRC t Um erstmalig den Wert Null nach der Zeit t = RC (lt U1» Um), vom Beginn der Entladung ab gerechnet. This method is based on the basic idea that a capacitor has an exponentially decaying discharge characteristic and this becomes logarithmic Ad can be exploited. The decaying capacitor voltage becomes a too measuring alternating voltage with the amplitude Um superimposed, the frequency of The instantaneous value is then reached by sufficiently large compared to the time constant RC the total voltage v, = UetIRC t Um the value zero for the first time after the time t = RC (according to U1 »Um), counted from the beginning of the discharge.

Fig. I soll diesen Vorgang etwas näher erläutern. Der Kondensator ist im Zeitpunkt t0 auf die volle Spannung U aufgeladen und entlädt sich nach der Kurvea. Wird nun eine Wechselspannung Um überlagert, so ergeben sich Abklingkurven der Form b. Nach dem Zeitintervall t berührt die Kurve b erstmalig die Abszissenachse, d. b. die Verbindungslinie c1 der Halbvellenmaxima schneidet diese. Wird statt der Spannung t"tn der Kondensatorspannung eine kleinere Wechselspannung überlagert, so tritt der Zeitpunkt des erstmaligen Erreichens des Nullwertes später ein. Die Kurvenzüge d1, d2 stellen die Begrenzungslinien für eine kleinere überlagerte Wechsel spannung dar. Fig. I is intended to explain this process in more detail. The condenser is charged to full voltage U at time t0 and discharges after Curvea. If an alternating voltage Um is now superimposed, decay curves result of the form b. After the time interval t, the curve b touches for the first time the Abscissa axis, d. b. the connecting line c1 of the half-wave maxima intersects them. Instead of the voltage t "tn of the capacitor voltage, a smaller alternating voltage superimposed, the point in time when the zero value is reached for the first time occurs later a. The curves d1, d2 represent the boundary lines for a smaller superimposed one Alternating voltage.

Die erste Halbwelle mit umgekehrtem, zweckmäßig positivem \torzeichen bringt sodann eine Kippvorrichtung zum Ansprechen. The first half-wave with reversed, expediently positive \ gate sign then brings a tilting device to respond.

Bis zum Ende der Durchlaßperiode fließt dann durch diese Kippvorrichtung zum Anzeigegerät eine Elektrizitätsmenge die durch die Größe der aufgedrückten Wechselspannung bestimmt ist. Ein derartiger Stromverlauf ist in Fig. 2 dargestellt und eine rechteckige Stromkurvenform angenommen. Es ist zu erkennen, daß vom Zeitpunkt t an bis zum Ende der Durchlaßperiode ein Strom fließt. Ist die Wechselspannung dagegen kleiner als Um, so tritt erst iIn Zeitpunkt t1 der Stromstoß auf, und die dem Anzeigegerät zugeführte Elektrizitätsmenge ist bedeutend geringer, und zwar im Verhältnis der Logarithmen der Wechselspannung.Then flows through this tilting device until the end of the transmission period to the display device an amount of electricity determined by the magnitude of the alternating voltage applied is determined. Such a current curve is shown in FIG. 2 and a rectangular one Current waveform assumed. It can be seen that from time t to the end the conduction period a current flows. On the other hand, if the alternating voltage is less than Um, the current surge does not occur until time t1, and that which is supplied to the display device The amount of electricity is significantly less, in proportion to the logarithms the alternating voltage.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele dieses Erfindungsgedankens näher beschrieben werden. Fig. 3 zeigt eine derartige Anordnung, die sich zur periodisehen Aufladung des Kondensators eines Relais R bedient, das im vorliegenden Fall an Wechselstrom von 50Hz gelegt ist. Die Anforderungen an dieses Relais sind praktisch ohne grundsätzliche Schwieriglieiten zu erfüllen, da eine Prellfreiheit nicht gefordert ist und zeitliche Änderungen der Schaltzeit gegebenenfalls leicht durch Nacheichen der Anordnung eliminiert werden können und die Kontaktleistung klein ist. Als Kippvorrichtung können verschiedene Anordnungen, z. B. ebenfalls Relais, dienen. In the following, exemplary embodiments of this inventive concept are intended are described in more detail. Fig. 3 shows such an arrangement, which can be seen periodically Charging of the capacitor of a relay R served, which in the present case of alternating current of 50Hz is placed. The requirements for this relay are practically without fundamental Difficulties to meet, as freedom from bouncing is not required and time-consuming Changes to the switching time can easily be eliminated by recalibrating the arrangement and the contact power is small. As a tilting device, various Arrangements, e.g. B. also relays are used.

In dem Beispiel ist eine gittergesteuerte Gas-oder Dampfentladungsstrecke G verwendet.In the example there is a grid-controlled gas or vapor discharge path G used.

In dem Gitterkreis liegen in Serienschaltung der Aufiadekondensator und die zu messende Wecbselspannung Um sowie eine Vorspannungsstromquelle. Das Relais R bewirkt mit seinem Kontakt r lrechselweise die Aufladung des Kondensators durch die Spannung U oder die Entladung über den Widerstand W.The charging capacitor is connected in series in the grid circle and the alternating voltage Um to be measured and a bias current source. The relay R with its contact r causes the capacitor to charge up the voltage U or the discharge across the resistor W.

Wie dargestellt, kann die Gasentladungsstrecke anodenspannungsseitig an der gleichen Wechselspannung liegen wie das Relais, wenn man für diese Spannung einen rechteckförmigen Verlauf voraussetzt. In den Anodenstromkreis ist eine Anzeigevorriditung 4 eingeshaltet.As shown, the gas discharge path can be on the anode voltage side connected to the same AC voltage as the relay when looking for this voltage requires a rectangular course. In the anode circuit is a display preparation 4 included.

Wie oben bereits gesagt, ist als lkippvorrichtung, sofern es sich um eine Meßspannung relativ niedriger Frequenz handelt, eine Relaisschaltung verwendhar, die automatisch den in Fig. 2 gezeigten rechteckigen Stromverlauf für die Anzeigevorrichtung liefert: denn nur bei dem Vorhandensein eines angenähert rechteckigen Stromes ist die Anzeige dem Logarithmus der Meßspannung proportional. Wird dagegen eine gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecke verwendet, so muß durch zusätzliche Maßnahmen dafür gesorgt sein, daß die Anodenspannung während der Durdilaßhalbperiode konstant ist. Zufolge weiterer Ausbildung der Erfindung werden daher Mittel vorgesehen, die einen rechteckigen Stromverlauf erzielen. Als solches kommt beispielsweise ein gesättigter tShertrager in Frage, der die Netzlvechselspannung entsprechend umformt. As already said above, it is used as a tilting device, provided it is is a measuring voltage of relatively low frequency, use a relay circuit, which automatically produce the rectangular current curve shown in FIG. 2 for the display device delivers: because only in the presence of an approximately rectangular current is the display is proportional to the logarithm of the measuring voltage. In contrast, it becomes a grid-controlled If gas or vapor discharge paths are used, additional measures must be taken for this it must be ensured that the anode voltage is constant during the duration half-cycle. As a result of a further embodiment of the invention, means are therefore provided that one achieve rectangular current flow. As such, for example, comes a saturated one This is a question of carrier, which converts the AC mains voltage accordingly.

Statt dessen kann aber auch ein zweites Relais verwendet werden, das beispielsweise in der in Fig. 4 gezeigten Weise an das Wechselstromnetz angeschlossen wird. Die Nilagnetwicklung R2 liegt direkt an der Wechsel spannung und schließt mit ihrem Kontakts, den Anodenstromkreis der Entladungsstrecke über die Anodenspannungsquelle AB. Gleichzeitig mit dem Schließen des Anodenstromkreises der Entladungsröhre G durch den Kontakt r2 wird das zur periodischen Auf- bzw. Entladung des Kondensators C dienende Relais R an die Anodenspannungsquelle gelegt. Ferner ist auch die Verwendung einer weiteren netzgesteuerten Gas- oder Dampfentladungsstrecke zur Erzielung einer rechteckigen Spannung möglich.Instead, a second relay can also be used, which for example in the manner shown in Fig. 4 connected to the AC network will. The Nile magnet winding R2 is directly connected to the alternating voltage and closes with their contact, the anode circuit of the discharge path via the anode voltage source AWAY. Simultaneously with the closing of the anode circuit of the discharge tube G through the contact r2 this becomes the periodic charging and discharging of the capacitor Relay R serving C is connected to the anode voltage source. Furthermore is also the use another network-controlled gas or vapor discharge path to achieve a rectangular voltage possible.

Durch diese Kurvenform der Anodenspannung wird weiterhill bewirkt, daß die Zündspannung der Entladungsstrecke unabhängig vom Zeitpunkt der Zündung ist. This curve shape of the anode voltage continues to cause that the ignition voltage of the discharge gap is independent of the time of ignition is.

Bei edelgasgefüllten und daher temperaturunabhängigen Entladungsstrecken läßt sich die Zündspannung sehr genau auf wenige Zehntel Volt konstant halten, so daß z. B. bei Iooofacher Spannungsverstärkung sicher gezundet wird, wenn die erste positive Spannungskuppe 1 mV erreicht hat. Man kann hieraus unschwer erkennen, daß mit verhältnismäßig geringen Aufladespannungen des Kondensators sich ein Anzeigebereich mit großer Genauigkeit überstreichen läßt, der allen praktischen Anforderungen genügt.With noble gas-filled and therefore temperature-independent discharge paths if the ignition voltage can be kept constant to within a few tenths of a volt, see above that z. B. is safely ignited at Iooofacher voltage gain when the first positive voltage peak has reached 1 mV. One can easily see from this that with relatively low charging voltages of the capacitor there is a display area Can be painted over with great accuracy that meets all practical requirements.

Wird beispielsweise tT = 100 Volt gewählt, so sind 9,3 Np mit einer Ungenauigkeit von nur 0,I Np zu überstreichen. Besonders geeignet als Entladungsstrecken sind solche mit flachem Verlauf der Zündkennlinie.If, for example, tT = 100 volts is chosen, then 9.3 Np are with a Inaccuracy of only 0, I Np to be swept over. Particularly suitable as discharge paths are those with a flat ignition curve.

Wie eingangs bereits gesagt, ist es für das richtige Arbeiten des Verfahrens erforderlich, daß die Frequenz der zu messenden Wechsel spannung groß gegenüber dem Zeitintervall t ist, da andernfalls die Phasenlage der Spannung eine sehr bestimmende Rolle spielt. Um nun aber das erfindungsgemäße Verfahren auch für niedrige Frequenzen, insbesondere die Frequenzen des unteren akustischen Bereiches, brauchbar zu machen, wird gemäß weiterer Ausgestaltung der.Erfindung das Modulationsprinzip angewendet. As I said at the beginning, it is essential for the Procedure required that the frequency of the AC voltage to be measured is large compared to the time interval t, otherwise the phase position the Tension plays a very determining role. But now to the method according to the invention also for low frequencies, especially the frequencies of the lower acoustic Area to make usable, according to a further embodiment of the invention the modulation principle applied.

In Fig. 5 ist eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Die zu messende Tonfrequenzspannung T1, die beispielsweise den Bereich von 50 bis 10000 dz umfaßt, wird einem Modulator zugeführt, der vorzugsweise die Form eines Ringmodulators erhält. Dem Modulator M wird über die Mittelanzapfungen der Übertragerwicklungen eine Trägerfrequenz T2 von z. B. I5 klfz zugeführt und die Modulationsprodukte am ÜbertragerU, abgenommen. Um zu vermeiden, daß die niedrigen Frequenzen nun doch noch störend auf die Kippvorrichtung einwirken, wird eine Filteranordnung F hinter den Modulator geschaltet, die beispielsweise die Form eines Hochpasses haben kann und Träger und unteres Seitenband unterdrückt. Das übrige Verfahren gleicht dann dem anfänglich beschriebenen. Such an arrangement is shown schematically in FIG. the to be measured audio frequency voltage T1, for example the range from 50 to 10000 dz is fed to a modulator, which is preferably in the form of a ring modulator receives. The modulator M is connected to the center taps of the transformer windings a carrier frequency T2 of e.g. B. I5 klfz and the modulation products on Transmitter U, removed. To avoid the low frequencies now after all still have a disruptive effect on the tilting device, a filter arrangement F is behind switched the modulator, which can, for example, have the form of a high-pass filter and carrier and lower sideband suppressed. The rest of the procedure is then the same the one initially described.

Unter den an ein logarithmisches Spannungsanzeigegerät zu stellenden Forderungen war auch die Erzielung einer großen Endleistung zwecks Betätigung eines Schreibinstrumentes genannt. Bei der vorliegenden Anordnung ist diese Bedingung ohne weiteres erfüllt und der Anschluß eines einfachen schreibenden Meßgerätes, beispielsweise eines Tintenschreibers, möglich. Besonders vorteilhaft wird als Anzeigevorrichtung ein sogenannter Funkenschreiber verwendet, da sich hier, insbesondere in Verbindung mit einer Gasentladungsstrecke, ein einfacher Aufbau ergibt. Fig. 6 stellt einen derartigen Funkenschreiber als Anzeigevorrichtung in Verbindung mit der Entladungsstrecke S als Kippvorrichtung dar. Von dem Wechselstromnetz wird -über den Übertrager S die Anodenspannung, für deren Kurvenform jetzt keine besonderen Bedingungen gestellt Werden, der Entladungsstrecke zugeführt. Among those to be placed on a logarithmic voltage indicator The requirement was also to achieve a large final output for the purpose of operating a Called writing instrument. In the present arrangement, this condition is easily fulfilled and the connection of a simple writing measuring device, for example an ink pen, possible. It is particularly advantageous as a display device a so-called spark recorder is used here, especially in connection with a gas discharge path, a simple structure results. Fig. 6 illustrates one such spark recorder as a display device in connection with the discharge path S as a tilting device. From the alternating current network is -over the transformer S the anode voltage, for whose curve shape no special conditions are now set Are fed to the discharge path.

Die Sekundärwicklung des Übertragers führt die Meßgröße, d. h. den zur Zeit erfolgenden plötzlichen Anstieg des magnetischen Flusses im Übertrager, der eigentlichen Funkenschreiberanordnung, einem-Svnchronmotor mit Schreibelektroden E2, zu. Hierdurch ist eine trägheitsl ose Aufzeichnung der jeweiligen Meßgröße möglich. Statt der Verwendung eines wechselstromgespeisten Anzeigegerätes ist es auch möglich, einen Gleichstrommotor einfachster Konstruktion zu verwenden, wenn auf dessen Achse Nockenscheiben oder ähnliche Vorrichtungen angebracht sind, die mittels Kontakten die Aufladung des Meßkondensators bewirken und gleichzeitig aus der Netzgleichspannung eine Anodenspannung der erforderlichen Frequenz ausschneiden.The secondary winding of the transformer carries the measured variable, i. H. the the current sudden increase in the magnetic flux in the transformer, the actual spark recorder arrangement, a synchronous motor with writing electrodes E2, to. In this way, an inertia-free recording of the respective measured variable is possible. Instead of using an AC-powered display device, it is also possible to to use a DC motor of the simplest construction when on its axis Cams or similar devices are attached by means of contacts cause the charging of the measuring capacitor and at the same time from the DC mains voltage cut out an anode voltage of the required frequency.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Method for the logarithmic display of alternating voltages, characterized in that a capacitor is periodically charged and the decaying Capacitor voltage to be measured, compared to the time constant of the capacitor relatively high-frequency AC voltage is superimposed and that after each when the voltage value zero is reached for the first time, a tilting device is actuated, which indicates this period on a corresponding display device.

2. Arrangement for performing the method according to claim I, characterized characterized in that a preferably periodic charging device for the capacitor by technical alternating current controlled relay is used.

3. Arrangement according to claim I and 2, characterized in that as Tilting device a relay arrangement - is used.

4. Arrangement according to claim I and 2, characterized in that as Tilting device uses a grid-controlled gas or vapor discharge path whose anode is connected to the same square-wave alternating voltage as the capacitor charger ais.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that means are provided to achieve a constant anode voltage, such as saturated transformers, Relays or grid-controlled gas or vapor discharge lines.

6. Arrangement according to claim I to 5, characterized in that as Display device a spark recorder is used.

7. The use of an arrangement according to claim 1 to 5 using the modulation principle for measuring audio-frequency voltages.