DE709547C

DE709547C - Circuit arrangement for frequency measurement

Info

Publication number: DE709547C
Application number: DET46410D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Buschbeck
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1936-02-12
Filing date: 1936-02-12
Publication date: 1941-08-20

Description

Schaltungsanordnung zur Frequenzmessung Die allgemeinste Methode der Frequenz-bzw. Wellenlängenmessung besteht darin, einen geeichten, abstimmbaren Resonanzkreis mit dem Oszillator zu koppeln und mittels irgendeiner Anzeigevorrichtung (Meßinstrument, Glühlampe o. dgl.) auf Resonanz emzustellen. Wile sich aber leicht zeigen läßt, ist eine derartige Meßanordnung noch sehr ungenau, da das Resonanzmaximum nicht scharf zu erkennen ist. Unter Benutzung eines Thermoinstrumentes mit einem Hochfrequenzbereich von I Amp. und normalen Resonanzkreisen ist eine Frequenzmessung bei 2.I07 Hz (2= I5 m) im günstigsten Falle auf i2500 Hz genau. Dies dürfte in den wenigsten Fällen genügen.Circuit arrangement for frequency measurement The most general method of Frequency or Wavelength measurement consists of a calibrated, tunable resonance circuit to be coupled to the oscillator and by means of some display device (measuring instrument, Incandescent lamp or the like) to be produced on resonance. But can easily be shown such a measuring arrangement is still very imprecise, since the resonance maximum is not can be seen clearly. Using a thermal instrument with a high frequency range of I Amp. and normal resonance circles is a frequency measurement at 2.I07 Hz (2 = I5 m) in the best case accurate to i2500 Hz. This is unlikely to happen in the fewest cases suffice.

Es ist bekannt, das Resonanzmaximum mittels einer als Phasenmesser wirkenden Brükkenschaltung festzustellen. In Abb. I ist diese bekannte Anordnung gezeichnet. I ist der Oszillatorkreis, der mit dem Wellenmeßkreis II gekoppelt ist. Aus beiden Kreisen wird die Hochfrequenz an die Diagonalpunkte einer Brücke gelegt, deren Zweige ganz oder vorwiegend aus Ohmschen Widerständen bestehen. In zwei aneinanderstoßenden Zweigen liegen außerdem zwei Thermokreuze TAzj, Th2, deren Ausgangsgleichspannungen über ein Galvanometer o gegeneinander geschaltet sind. Die in Abb. I eingezeichneten Pfeile zeigen an, daß in den Brückenzweigen AF und EB die Differenz und in den Zweigen AE und FB die Summe von Oszillatorstrom und Meßkreisstrom fließen. It is known to measure the resonance maximum by means of a phase meter to determine the effective bridge circuit. In Fig. I is this known arrangement drawn. I is the oscillator circuit, which is coupled to the wave measuring circuit II. The high frequency from both circles is applied to the diagonal points of a bridge, whose branches consist entirely or predominantly of ohmic resistances. In two butting Branches are also two thermal crosses TAzj, Th2, their output DC voltages are connected against each other via a galvanometer o. The ones shown in Fig. I. Arrows indicate that in the bridge branches AF and EB the difference and in the branches AE and FB the sum of the oscillator current and measuring circuit current flow.

Die Wirkungsweise der Anordnung beruht darauf, daß die an den Eckpunkten EF liegende Meßkreisspannung wegen der induktiven Kreiskopplung gegen die an den Punkten AB liegende Oszillatorspannung annähernd um 90° phasenverschoben ist. Wie aus der Abb. 2 a ersichtlich, sind die absoluten Beträge der durch die Thermokreuze fließenden vorzugsweise hochfrequenten Ströme (Jt + J2) und (JlJ2) einander gleich, wenn die Phasenverschiebung genau 90° beträgt. Wird der Meßkreis verstinunt (Abb. 2 b), so ist die geometrische Summe der Ströme nicht mehr gleich der Differenz, sondern kleiner oder größer. Die im Galvanometer G gemessene Spannungsdifferenz zwischen den Thermogleichspannungen ändert sich demnach mit der Meßkreisabstimmung nach Abb. 3. Aus der Abb. 3 ist auch ersichtlich, daß die Genauigkeit der Brückenmethode größer ist als die der einfachen Einstellung eines Instrumentes auf maximalen Strom (gestrichelte Kurve). Im ersteren Falle hat die Ausschlagsänderung des Galvanometers bei einer Abstimmungsänderung ein Maximum in der Umgebung der Resonanz. Im letzteren Falle aber ist die Ausschlagsänderung in der Umgebung der Resonanzfrequenz gleich Null. The mode of operation of the arrangement is based on the fact that the at the corner points EF lying measuring circuit voltage because of the inductive circuit coupling against the to the Points AB lying oscillator voltage is phase shifted by approximately 90 °. As from Fig. 2a, the absolute amounts are shown by the thermal crosses flowing preferably high-frequency currents (Jt + J2) and (JlJ2) equal to each other, when the phase shift is exactly 90 °. If the measuring circuit is muted (Fig. 2 b), then the geometric sum of the currents is no longer equal to the difference, but smaller or larger. The voltage difference measured in the galvanometer G. between the thermal DC voltages changes accordingly with the measuring circuit tuning according to Fig. 3. From Fig. 3 it can also be seen that the accuracy of the bridge method is greater than simply setting an instrument to maximum current (dashed curve). In the former case the change in deflection of the galvanometer at a change in tuning a maximum in the vicinity of the resonance. In the latter Case, however, the change in deflection in the vicinity of the resonance frequency is the same Zero.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die Genauigkeit der Frequenzmessung mit einer derartigen Brückenschaltung zu erhöhen, und zwar nicht nur für eine einzige Frequenz, sondern für einen Frequenzbereich. The invention is concerned with the problem of the accuracy of the frequency measurement to increase with such a bridge circuit, and not just for a single one Frequency, but for a range of frequencies.

Es soll also zugleich eine Frequenzunabhängigkeit der Genauigkeit erreicht werden.At the same time, the accuracy should be independent of frequency can be achieved.

Nach der Erfindung ist die Brückenschaltung aus Blindwiderständen, insbesondere Kondensatoren, aufgebaut, und die Zuführung der zu messenden Frequenz an die Brückendiagonale, an welcher der Meßresonanzkreis liegt, erfolgt durch eine Verschiebung des Brückengleichgewichtes, insbesondere eine symmetrische Verschiebung. According to the invention, the bridge circuit is made up of reactances, in particular capacitors, built up, and the supply of the frequency to be measured to the bridge diagonal, on which the measuring resonance circuit is located, is carried out by a Shifting the equilibrium of the bridge, in particular a symmetrical shift.

Durch die Anwendung von Blindwiderständen an Stelle von Ohmschen Widerständen wird der Meßkreis weniger gedämpft und besitzt daher eine entsprechend steilere Phasenkurve. Die Genauigkeit der Anzeige wird deshalb größer. während die Frequenzunabhängigkeit durch die Art der Zuführung der zu messenden Frequenz zum Meßkreis erreicht wird. Es ist nämlich zur Erzielung einer frequenzunabhängigen Genauigkeitwichtig, daß die Spannungen an den beiden Diagonalen bei jeder Frequenz etwa gleich groß sind. Dies wäre bei einer induktiven Kopplung gemäß Abb. I nicht der Fall, zumal zu der induktiven Kopplung noch unvermeidliche kapazitive Nebenkopplungen hinzukommen. Es wird daher von der an sich bekannten Tatsache Gebrauch gemacht, daß man statt einer induktiven Kopplung auch eine verstimmte Brücke zum Koppeln verwenden kann. By using reactances instead of ohmic ones With resistances, the measuring circuit is less attenuated and therefore has a corresponding effect steeper phase curve. The accuracy of the display therefore becomes greater. while the Frequency independence due to the way in which the frequency to be measured is fed to the Measuring circle is reached. It is namely to achieve a frequency-independent Accuracy is important that the voltages on the two diagonals at each frequency are about the same size. This would not be the case with an inductive coupling as shown in Fig. I. the case, especially since capacitive secondary couplings are unavoidable in addition to the inductive coupling to be added. Use is therefore made of the fact, which is known per se, that instead of an inductive coupling there is also a detuned bridge for coupling can use.

Die Abb. 4 bis 5 b zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. FIGS. 4 to 5 b show exemplary embodiments of the invention.

In der Abb. 4 sind C1, Cl größer als C?, Cs, so daß die Punkte E und F keine Äquipotentialpunkte sind, sondern eine Spannung aufweisen. deren Größe durcll die in den beiden Brückenhälften verschiedene kapazitive Spannungsteilung der zwischen den Punkten AB herrschenden Oszillatorspannung bestimmt ist. An den Punkten EF ist direkt der Meßkreis LM, CM angeschaltet. In Fig. 4, C1, Cl are greater than C ?, Cs, so that the points E and F are not equipotential points but have a voltage. their size due to the different capacitive voltage division in the two bridge halves the oscillator voltage prevailing between the points AB is determined. To the Points EF, the measuring circuit LM, CM is connected directly.

Durch die innere Ankopplung ist das Verhältnis von Oszillatorspannung zu Meßkreisspannung konstant und frequenzunabhängig, so daß die Brücke ein vollständig unabhängiges abgeschlossenes System bildet, das stets unter denselben Bedingungen arbeitet und infolge Fortfallens veränderlicher Nebenkopplung nur einmal geeicht zu werden braucht. Die kapazitive Ausbildung der Brückenwiderstände ermöglicht es, die Brücke selbst ganz oder teilweise als Schwingkreiskapazität im Oszillatorkreis zu verwenden und so die Dämpfung tier;; Kreise zu einem Minimum zu machen. tit dieser Meßeinrichtung lassen sich Freenzen von 2 - I 07 Hz (Ä 15 m) etwa auf i 125 Hz genau messen.Due to the internal coupling, the ratio of the oscillator voltage is to measuring circuit voltage constant and independent of frequency, so that the bridge has a completely forms an independent closed system that is always under the same conditions works and only calibrated once due to the omission of variable secondary coupling needs to become. The capacitive design of the bridge resistors enables the bridge itself wholly or partially as a resonant circuit capacitance in the oscillator circuit to use and so the cushioning tier ;; Make circles to a minimum. tit this The measuring device allows frequencies of 2 - I 07 Hz (Ä 15 m) to be accurate to about i 125 Hz measure up.

Die Empfindlichkeit der Anordnung läßt sich aber noch weiter dadurch steigern, daß nicht die Ströme (J1 + J2) und (J1 - J2) in den Brüickenzweigen mittels Thermoelementen, deren Gleichspannungen gegeneinander geschaltet sind, gemessen werden, sondern daß die Spannungen in an sich für die Frequenzmessung bekannter Weise über Gleichrichter verglichen werden, d. h. also die Spannungen an den entsprechenden Brückenkondensatoren gemessen und rniteinander verglichen werden. Dies läßt sich z. B. in einer Schaltung nach Abb. 5 a erreichen. The sensitivity of the arrangement can, however, be further increased by this increase that not the currents (J1 + J2) and (J1 - J2) in the bridge branches by means of Thermocouples, whose DC voltages are switched against each other, measured but that the voltages are known per se for the frequency measurement Way to be compared via rectifier, d. H. so the tensions on the corresponding Bridge capacitors can be measured and compared with each other. This can be z. B. achieve in a circuit according to Fig. 5 a.

In der in Abb. 5 a angegebenen Schaltung kann der Kondensator C1 z. B. ein wenig größer sein als die übrigen Kondensatoren. In the circuit shown in Fig. 5 a, the capacitor C1 z. B. be a little larger than the rest of the capacitors.

In diesem Falle ist die Spannung zwischen E und B größer als zwischen F und B, so daß die Gleichrichter auch bei Resonanz des Meßkreises verschiedene Ströme liefern. In this case the voltage between E and B is greater than between F and B, so that the rectifiers are different even if the measuring circuit resonates Deliver currents.

Da aber im Galvanometer die Differenz der an den Widerständen R1 und R2 auftretenden Spannungen gemessen wird, kann z. B. But since in the galvanometer the difference between the resistors R1 and R2 occurring voltages is measured, e.g. B.

R1 kleiner als R2 gewählt werden, so daß der Galvanometerausschlag bei genauer Resonanz Null wird. Zl und Z2 sind Ableitewiderstände oder Drosseln, die die Gleichrichterstromkreise schließen. R1 can be chosen to be smaller than R2, so that the galvanometer deflection if the resonance is more precise, it becomes zero. Zl and Z2 are leakage resistors or chokes, which close the rectifier circuits.

Wird die Verstimmung der Brücke symmetrisch gewählt (C1 = C4 # C2=C3), so sind die Ströme in den beiden Brückenhaiften einander gleich. Zweckmäßig geschieht die Spannungsmessung dann an zwei zusätzlichen gleich großen Kondensatoren K1 und 82 in Abb. 5 b. R1 und R2 sind dann einander gleich. If the detuning of the bridge is selected symmetrically (C1 = C4 # C2 = C3), so the currents in the two halves of the bridge are equal to each other. Expediently happens the voltage measurement is then carried out on two additional capacitors K1 and of the same size 82 in Fig. 5 b. R1 and R2 are then equal to one another.

In der Beschreibungseinleitung wurde erwähnt, daß die Frequenzmessung mittels eines gewöhnlichen Resoiianzanzeigers bei t=2-lo-7 Hz (i=15m) auf i2500 Hz genau sei. Weiterhin zeigt es sich, daß die Genauigkeit mittels der in sich verstimmten Kapazitätsbrücke mit Thermokreuzen bei derselben Frequenz auf £ 125 Hz gesteigert wurde. Durch die zuletzt beschriebene Spannungsmessung mittels Gleichrichtern steigt die Ablesegenauigkeit auf Ljs 25 Hz, eine Genauigkeit, die praktisch in den meisten Fällen genügt. In the introduction to the description it was mentioned that the frequency measurement by means of an ordinary resonance indicator at t = 2-lo-7 Hz (i = 15m) on i2500 Hz is accurate. Furthermore, it turns out that the accuracy by means of the inherently detuned Capacitance bridge with thermal crosses increased to £ 125 Hz at the same frequency became. The last described voltage measurement by means of rectifiers increases the reading accuracy to Ljs 25 Hz, an accuracy that is practical in most Cases suffice.

Bei den Brückenschaltungen der Abb. 5 a und 5b liegen zwischen den Gleichrichterkathoden und dem meist geerdeten unteren Brückenpunkt die Widerstände R1 und R2. Man verwendet daher mit Vorteil entweder Gleichrichter mit indirekt geheizten Kathoden, um die Heizspannungsquelle erden zu können, oder aber Trockengleichrichter. In the bridge circuits of Fig. 5 a and 5b are between the Rectifier cathodes and the lower bridge point, which is usually earthed, are the resistors R1 and R2. One uses therefore either rectifier with advantage with indirectly heated cathodes in order to be able to ground the heating voltage source, or but dry rectifier.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Circuit arrangement for frequency measurement by means of a bridge circuit, the one diagonal of which is the frequency to be measured is supplied and at the other diagonals of which the measuring resonance circuit is and is which the currents in two bridge branches are compared, characterized by that the bridge circuit is built up from reactances, especially capacitors is, and that the supply of the frequency to be measured to the bridge diagonal, on which is the measuring resonance circle, by shifting the bridge equilibrium, in particular. a symmetrical shift occurs.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that There are thermal crosses in two adjoining branches of the bridge, their DC voltages are switched against each other via a display device.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that parallel to two abutting bridge branches or parallel to one part the same rectifier whose direct currents are via a display device are switched against each other.