DE707304C

DE707304C - Tubular phase meter with superimposition of rectangular current impulses that are independent of the input amplitude

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Publication number: DE707304C
Application number: DEO22515D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1936-08-07
Filing date: 1936-08-07
Publication date: 1941-06-18

Description

Röhrenphasenmesser mit Dberlagerung rechteckförmiger, von der Eingangsamplitude unabhängiger Stromstöße Um die Phasenlage zwischen Spannungen, Strömen oder zwischen beiden zu blestimmen, verwendet man außer der bekannten Anordnung nach Bruger und Thuma und dern Fterrarissystem von Hartmann & Braun, die im wesentlichen bei Netzfrequenz von 50 Hz arbeiten, Röhrenanordnungen. Schon in einer der ersten Arbeiten über die Verwendbarkeit von Elektronenröhren in der Meßtechnik (Dr.-Ing. Traut wein, Dissertation Karlsruhe I92I) wird auch ein Röhrenphasenmesser beschrieben. In dieser Arbeit erscheint zugleich als ein wesentliches Konstruktionselement von Röhrenphasenmessern die Begrenzerschaltung. Mit ihrer Hilfe können sinusförmige Strom- oder Spannungsverläufe verschiedener Amplitude in Strom- oder Spannungskurven annähernd rechteckigen Verlaufs mit konstantem Scheitelwert übergeführt werden. Der einzige Zusammenhang mit den sie erzeugenden Sinusverläufen besteht darin, daß die Existenz beider Ströme gleichzeitig ist. Die Phasenmessung wird bei der bekannten Anordnung nun in der Weise durchgeführt, daß dem Gitter einer Elektronenröhre dieRechteckstromstößeder einen, der Anode derselben Elektronenröhre die Rechteckstromstöße der anderen Spannung zugeführt werden und der Anodenstrom ein Maß für die Verschiebung zwischen den beiden Spannungen abgibt. Der Zusammenhang zwischen dem Verschiebungswinkel ç und der Größe des Anodenstromes wird durch eine Eichung dieses Phasenmessers gefunden. Wie sich zeigt, gehören im allgemeinen zu einem Anodenstromia zwei verschiedene Winkel Sg und ', die zueinander in einem nicht ohne weiteres erkennbaren Zusammenhang stehen.Tubular phase meter with superposition of rectangular, of the input amplitude independent current surges To determine the phase position between voltages, currents or between To blest both, one uses besides the well-known arrangement according to Bruger and Thuma and the terrarium system from Hartmann & Braun, which essentially contribute to Mains frequency of 50 Hz work, tube arrangements. Already in one of the first works on the usability of electron tubes in measurement technology (Dr.-Ing.Traut wein, Dissertation Karlsruhe I92I) also describes a tubular phase meter. In this At the same time, work appears to be an essential construction element of tubular phase meters the limiter circuit. With their help, sinusoidal current or voltage curves different amplitudes in current or voltage curves with an approximately rectangular shape be transferred with a constant peak value. The only connection with the The sine wave they generate is that the existence of both currents is simultaneous is. The phase measurement is now carried out in the known arrangement in the manner that the lattice of an electron tube has rectangular currents at one, the anode of the tube Electron tube the square-wave surges of the other voltage are supplied and the anode current is a measure of the shift between the two voltages. The relationship between the displacement angle ç and the size of the anode current is found by calibrating this phase meter. As it turns out, the in general to an anode stroma there are two different angles Sg and ', which are to each other are in a context that is not immediately recognizable.

Die Messung ist also nicht eindeutig. Da weiterhin, wie schon erwähnt, die Phasenwinkeleichung bei einem solchen Gerät auf der Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie einer Elektronenröhre basiert, ist ersichtlich, daß alle Einflüsse auf diese Kennlinie (Röhrenalterung, Betrieb,sspannungseinflüsse) die Eichung gefährden. Außerdem ist es unverkennbar, daß die Anordnung infolge ihres unsymmetrischen Aufbaues und der Röhrenkapazitäten bei Hochfrequenz eine andere Eichkurve haben wird als bei Tonfrequenz.So the measurement is not clear. Since, as already mentioned, the phase angle calibration of such a device on the grid voltage-anode current characteristic an electron tube, it can be seen that all influences on this characteristic (Tube aging, operation, influence of voltage) endanger the calibration. Also is it is unmistakable that the arrangement as a result of its asymmetrical structure and the Tube capacities at high frequency will have a different calibration curve than at audio frequency.

Zur Phasenwinkelanzeige ist es ferner bekannt, eine Differentialschaltung anzuwenden, wobei jede der zu vergleichenden elektrischen Größen zwei Röhren zugeführt und anodenseitig die Differenz gebildet wird; doch besteht auch hier der Nachteil der Abhängigkeit von den Röhrendaten. In einer anderen bekannten Anordnung zur Bestimmung der Phasenverschiebung zweier Spannungen ist von dem Gebrauch einer Begrenzerschaltung und rechteckig verlaufender Ströme abgesehen. It is also known to use a differential circuit for displaying the phase angle apply, whereby each of the electrical quantities to be compared is fed to two tubes and on the anode side the difference is formed; but also exists here the disadvantage of the dependence on the tube data. In another well-known Arrangement for determining the phase shift of two voltages is in use apart from a limiter circuit and rectangular currents.

Hier gelingt die Phasenmessung mit Hilfe einer Brückenschaltung, in deren Diagonale ein Röhrenvoltmeter liegt, durch Ermittlung der absoluten Beträge dreier Sinusspannungen, aus denen der Phasenwinkel ç errechnet werden kann. Ein grundsätzlicher Mangel dieser Schaltung liegt wohl darin, daß der Winkel Sg nicht unmittelbar abgelesen werden kann, sondern erst als Ergebnis einer Rechnung, in die drei Meßwerte eingehen, zugänglich wird.Here the phase measurement succeeds with the help of a bridge circuit, in whose diagonal is a tube voltmeter, by determining the absolute amounts three sinusoidal voltages from which the phase angle ç can be calculated. A fundamental defect of this circuit is probably that the angle Sg is not can be read immediately, but only as the result of a calculation in the three measured values are received, becomes accessible.

Diese drei Meßwerte basieren wiederum auf der Kennlinie des benutzten Röhrenvoltmeters und sind somit durch die Röhrenalterung und die Betriebsspannungseinflüsse gefährdet.These three measured values are in turn based on the characteristic curve of the used Tube voltmeters and are therefore affected by tube aging and the effects of operating voltage endangered.

Durch die Erfindung werden nun fast alle erwähnten Nachteile beseitigt und eine Reihe neuer Eigenschaften des Röhrenphasenmessers gewonnen, die gemeinsam keiner der bekannten Anordnungen zukommen. Im wesentlichen sind das I. Unabhängigkeit von den Einflüssen der Röhrenalterung und der Betriebsspannungen, 2. weitestgehende Unabhängigkeit der Phasenwinkel anzeige von der Betriebsfrequenz (symmetrische Anordnung des Meßgerätes!, 3. direkte, eindeutigeAnzeige desVerschiebungswinkels ç ohne Notwendigkeit einer Phasenwinkeleichung. Almost all of the disadvantages mentioned are eliminated by the invention and a number of new features of the tubular phase meter gained in common none of the known arrangements come into play. Essentially, these are I. Independence from the influences of tube aging and operating voltages, 2. as far as possible Independence of the phase angle display from the operating frequency (symmetrical arrangement of the measuring device !, 3. direct, unambiguous display of the displacement angle ç without need a phase angle calibration.

Die erfindungsgemäße Schaltung bedient sich auch der bereits genannten Überlagerung rechteckförmiger Stromstöße, die durch Begrenzerschaltungen erzeugt werden, und ist gekennzeichnet durch die Überlagerung in eitler Brückenschaltung, bei der zwei benachbarte Zweige durch die Begrenzungsröhren gebildet werden und in deren Diagonale das Meßgerät liegt, dessen Anzeige dem Phasenwinkel proportional ist. The circuit according to the invention also makes use of those already mentioned Superposition of rectangular current surges generated by limiter circuits and is characterized by the superimposition in a vain bridge circuit, in which two adjacent branches are formed by the limiting tubes and in the diagonal of which the measuring device is located, the display of which is proportional to the phase angle is.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Abb. I. Die beiden äußeren Röhren 1 und I' arbeiten in Richtverstärkerschaltung, wie dies inAbib.2 grundsätzlich veranschaulicht ist. Diese Röhren sind direkt auf die inneren Begrenzerelemente II und II' gekoppelt. Der Ruhestrom dieser inneren Röhren wird im Betrieb während einer Halbperiode der zugehörigen, an E bzw. E' liegenden Wechselspannungen auf den Wert Null gesteuert. Die Wirkungsweise dieser Röhren ist in Abb. 3 schematisch dargestellt. Wie man leicht sieht, kann die Kurvenform dieses Anodenstromes in II bzw. II' einem streng rechteckigen Verlauf beliebig weit angenähert werden, indem man die Amplituden der Gitterwechselspannungen an den äußeren Röhren 1 und I' hinreichend groß macht. Hier ist nun ersichtlich, daß der Verlauf der Kennlinien aller Röhren ohne Einfluß auf die Phasenmessung bleibt, weil diese Kennlinien nur den Charakter der Flanken derRechteckströme in den inneren Begrenzerröhren II und II' bestimmen. Aus Gründen der Meßgenauigkeit werden nun aber diese Fehlerströme an den Flanken der Rechteckstromkurven so klein als möglich gehalten und somit praktisch rechteckförmige Ströme erreicht. Damit ist aber der Kennlinieneinfluß zum Verschwinden gebracht. Die Ermittlung des Verschiebungswinkels g, der beiden an E und E' liegenden Wechselspannungen wird nun in einer Brückenschaltung durchgeführt, wobei die Brücke aus den beiden inneren Begrenzerröhren II und II' und den zugehörigen Widerständen Ra und Ra' besteht. An embodiment of the arrangement according to the invention is shown in Fig. I. The two outer tubes 1 and I 'work in directional amplifier circuit, like this is basically illustrated in Fig. 2. These tubes are right on top of that inner limiter elements II and II 'coupled. The quiescent current of these inner tubes is in operation during a half period of the associated, lying at E or E ' AC voltages controlled to the value zero. The way these tubes work is shown schematically in Fig. 3. As you can easily see, the waveform can do this Anode current in II or II 'approximated a strictly rectangular course as desired by looking at the amplitudes of the alternating grid voltages on the outer tubes 1 and I 'make it big enough. It can now be seen here that the course of the characteristic curves of all tubes has no influence on the phase measurement, because these characteristic curves only the character of the flanks of the rectangular currents in the inner limiter tubes II and II 'determine. For reasons of measuring accuracy, however, these fault currents are now kept as small as possible on the flanks of the rectangular current curves and therefore practical rectangular currents achieved. However, this means that the influence of the characteristic curve disappears brought. The determination of the displacement angle g, the two lying at E and E ' AC voltage is now carried out in a bridge circuit, the bridge from the two inner limiter tubes II and II 'and the associated resistors Ra and Ra 'consists.

Der zur Anzeige dienende Diagonalzweig kann verschieden gestaltet sein. Beim Betrieb mit hohen Frequenzen wird man ein Thermo element verwenden, wie es Abb. I zeigt. Das Maß für die Phasenverschiebung ç der Wechselspannungen an E und E' liefert der Strom im Diagonalzweig der Brücke. Sorgt man dafür, daß die Scheitelwerte der Ruheströme in den inneren Begrenzerröhren II und II' einander gleich sind, daß Ra = Ra' ist, und beachtet man ferner, daß Thermoelemente Effektivwerte messen (ff), so ergibt sich unter der erfül Ibaren Voranssetzung rechteckförmiger Ströme im Ausgangskreis der Röhren II und II' für den Phasenwinkel: Den größten Strom Jmax erhält man, wenn man für ç gleich 1l wählt. Daraus folgt, daß durch eine einfache Festlegung eines einzigen Eichpunktes sofort die ganze Phasenwinkeleichung gegeben ist. Hierzu kann die in Abb.4 gegebene Eichschaltung dienen, bei der ein Ohmscher Widerstand an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, dessen Hälften so an die Eingangsklemmen der Meßanordnung gelegt sind, daß die Punkte a, b, a' und h' den gleichnamigen Punkten in Abb. 1 entsprechen. Da sich bei jeder beliebigen Fre quenz eine solche Fixierung leicht vornehmen läßt, werden so auch die Einflüsse der Röhren und Schaltkapazitäten weitestgehend unwirksam gemacht. Weiterhin sieht man, daß die Anzeige des Winkels ç ganz eindeutig ist.The diagonal branch used for display can be designed in different ways. When operating at high frequencies, a thermocouple will be used, as shown in Fig. I. The measure for the phase shift ç of the alternating voltages at E and E 'is provided by the current in the diagonal branch of the bridge. If it is ensured that the peak values of the quiescent currents in the inner limiter tubes II and II 'are equal to each other, that Ra = Ra', and if one also observes that thermocouples measure effective values (ff), the result is more rectangular under the feasible assumption Currents in the output circuit of tubes II and II 'for the phase angle: The largest current Jmax is obtained if one chooses 1l for ç. It follows from this that the entire phase angle calibration is given immediately by simply defining a single calibration point. The calibration circuit given in Fig. 4 can be used for this, in which an ohmic resistor is connected to an alternating current source, the halves of which are connected to the input terminals of the measuring arrangement in such a way that points a, b, a 'and h' correspond to points of the same name in Fig 1 correspond. Since such a fixation can easily be carried out at any frequency, the influences of the tubes and switching capacitances are largely made ineffective. You can also see that the display of the angle ç is very clear.

Beim Betrieb im Tonfrequenzbereich ist die Anwendung eines anderen Phasenwinkelindikators, einer bekannten Gleichrichteranordnung in Verbindung mit einem Drehspulinstrument im Diagonalzweig der Brücke angehracht, wie dies Abb. 5 veranschaulicht. Da das hier verwendete Drehspulinstrument den arithmetischen Mittelwert des durchfließenden Gleichstromes anzeigt, gilt unter den gleichen Voraussetzungen wie vordem: Jmax Wie vorher ist die Phasenmessung eindeutig und der Winkel <p direkt ablesbar. Ebenso ermittelt man Jmax mit Hilfe der Eichschaltung nach Abb. 4. When operating in the audio frequency range, the application is different Phase angle indicator, a known rectifier arrangement in conjunction with attached to a moving coil instrument in the diagonal branch of the bridge, how Fig. 5 illustrates this. Since the moving coil instrument used here is the arithmetic Indicates the mean value of the direct current flowing through it, applies under the same conditions as before: Jmax As before, the phase measurement is unambiguous and the angle <p directly readable. Jmax is also determined using the calibration circuit according to Fig. 4th

Claims

PATENT CLAIMS: I. Circuit for determining the phase position between AC voltages, alternating currents or between the two by superimposing rectangular, current impulses independent of the input amplitude caused by limiter circuits are generated, characterized in that the superposition in a bridge circuit takes place in which two adjacent branches through which the delimiting elements represent Tubes are formed and in the diagonal branch a measuring device is located, its display is proportional to the phase angle.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the diagonal branch The bridge uses a thermo-instrument of low self-induction as a phase indicator.

3. A circuit according to claim I, characterized in that the diagonal branch the bridge a winding instrument in connection with a rectifier arrangement serves as a phase indicator.