DE713301C

DE713301C - Phase measuring device

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Publication number: DE713301C
Application number: DEP73841D
Authority: DE
Original assignee: PHIL KARL VOGT DR; WILHELM PETERS DR ING
Current assignee: PHIL KARL VOGT DR; WILHELM PETERS DR ING
Priority date: 1936-09-16
Filing date: 1936-09-16
Publication date: 1941-11-05

Description

Phasenmeßgerät Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Messung und Steuerung der Phase z'vischen Wechselspannungen oder Wechselströmen oder zwischen Spannungen und Strömen mit über dem Meßbereich konstanter Meßempfindlichkeit, insbesondere bei Ho chfrequenz.Phase measuring device The invention relates to a device for measuring and controlling the phase between alternating voltages or alternating currents or between Voltages and currents with measuring sensitivity constant over the measuring range, in particular at high frequency.

Es sind Phasenmesser bekannt, die mit Brückenanordnungen unter Verwendung von Gleichrichtern die Phase ç zwischen Spannungen U und/oder Strömen I messen. Sie messen das Produkt Ul cos . Die Phasenangabe ist somit vom Betrag der Vektoren und I abhängig und proportional dem Cosinus des Phasenwinkels. Phase meters are known that use bridge assemblies of rectifiers measure the phase ç between voltages U and / or currents I. You measure the product Ul cos. The phase specification is therefore the amount of the vectors and I dependent on and proportional to the cosine of the phase angle.

Weiterhin sind Röhrenphasenmesser bekanntgeworden, die mit Hilfe von Amplitudenbegrenzern und Gegenschaltung von Röhren arbeiten. Die Phasenmessung ist nur innerhalb des Bereiches von o bis I800 möglich. Bei Überschreiten eines bestimmten Mindestwertes der Eingangsamplituden sind die Meßwerte unabhängig von der Amplitude und Ider Frequenz. Die Meßempfindlicltkeit ist wegen der Kennlinie des am Ausgang angeschalteten Gieichrichters nicht über den Meßbereich konstant. Bei Verwendung von Thermoinstrumenten besteht zwischen dem Phasenwert und der Stromanzeige ein quadratischer Zusammenhang. Furthermore, tubular phase meter have become known that with the help of amplitude limiters and counter-switching of tubes work. The phase measurement is only possible within the range from o to I800. When exceeding a the measured values are independent of certain minimum values of the input amplitudes the amplitude and frequency. The measuring sensitivity is because of the characteristic of the rectifier connected to the output is not constant over the measuring range. When using thermal instruments, there is a difference between the phase value and the current display a quadratic relationship.

In bekannter Weise ist es auch möglich, die Phasendifferenz zweier Wechselströmle gleicher Frequenz mit dem Braunschen Rohr zu messen. Insbesondere ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die beiden Wechselströme mit je einer goo verschobenen Hilfsphase in einem feststehenden Ablenksystem von Spulen oder Kondensatorplatten einer Braunschen Röhre magnetische oder elektrische Drebfelder mit entgegengesetztem Umlaufsinn erzeugen, die sich zu einem linearen Feld zusammensetzen, dessen Richtung durch den Elektronenstrahl auf dem Leuchtschirm der Röhre kenntlich gemacht wird. In a known manner, it is also possible to determine the phase difference between two Measure alternating currents of the same frequency with the Braun tube. In particular a process has become known in which the two alternating currents each with one goo postponed auxiliary phase in a fixed deflection system of coils or Condenser plates of a Braun tube magnetic or electrical Drebfeld generate with the opposite sense of rotation, which combine to form a linear field, whose direction is recognizable by the electron beam on the fluorescent screen of the tube is made.

Es ist ferner eine Anordnung vorgeschlagen worden, die zur Messung der Phasenverschiebung von zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz zwei in Gegentakt geschaltete Röhren verwendet, deren Anodenseiten über einen Motor oder über Schrittschaltwerke einen Phasenregier betätigen, der die Phase der einen der beiden den Gittern zugeführten Wecbselspannungen bis zur Erreichung der Gleichheit der beiden Anodenströme verschiebt. Die Umlaufzahl des Motors bzw. die Schrittzahl der Schrittschaltwerke wird mittels Zähleinrichtungen gezählt, so daß auch größere Phasenverschiebungen als 3600 gemessen werden können. Hinsichtlich der Amplitudenabhängigkeit und der Änderung der Meßempfindlichkeit bestehen die gleichen Nachteile wie bei der zuerst - beschriebenen Brückenan ordnung. It has also been proposed an arrangement for measuring the phase shift of two alternating voltages of the same frequency two in push-pull switched tubes are used, the anode sides of which are controlled by a motor or by stepping mechanisms operate a phase regulator, which the phase of one of the two fed to the grids Shifts alternating voltages until equality of the two anode currents is reached. The number of revolutions of the motor or the number of steps of the stepping mechanisms is determined by means of Counting devices are counted so that phase shifts greater than 3600 are also measured can be. With regard to the amplitude dependence and the change in the measurement sensitivity exist the same disadvantages as with the first - described Brückenan order.

Einrichtungen zur Phasenmessung sind z. B. beim Vergleich zweier zu synchronisierender Frequenzen, z. B. bei Gleichwellensendeanlagen, zur Messung von Frequenzmodulationen und zur Messung an offenen und geschlossenen Schwingungskreisen erforderlich. Beton ders wichtig ist die Phasenmessung bei der Einstellung der Strahlungsverteilung von Antennensystemen und zur Bestimmung des Einfallwinkels und der Polarisation der an einem Empfangsort eintreffenden Welle. Devices for phase measurement are z. B. when comparing two frequencies to be synchronized, e.g. B. in single-frequency transmission systems, for measurement of frequency modulations and for measurements on open and closed Oscillation circles necessary. What is more important is the phase measurement when setting the radiation distribution of antenna systems and for determining the angle of incidence and polarization the wave arriving at a receiving location.

Bei allen diesen Anwendungsgebieten ist es erwünscht, die Phase unbeeinflußt von der Größe der Strom- und Spanfitmgsvektoren zu messen und ferner eine gleiche Meßempfind. lichkeit in dem gesamten Bereich von o bis 360 zu haben. Das Phasenmeßgerät soll daher möglichst eine lineare Skala besitzen. In all of these fields of application, it is desirable to leave the phase unaffected on the size of the current and span fitmgsvektoren to measure and also an equal Measuring sensitivity opportunity to have in the entire range from o to 360. The phase meter should therefore have a linear scale if possible.

Erfindungsgemäß werden diese Anforderungen dadurch erreicht, daß unter Verwendung von Brückenschaltungen mit Gleichrichtern dem skalaren und vektoriellen Produkt der weiden Vektoren verhältnisgleichle Gleichströme bzw. -spannungen erzeugt und einer Goniometeranordnung zugeführt werden, in der durch die Richtung des resultierenden Feldes mittels geometrischer Addition die Phase angezeigt wird. According to the invention, these requirements are achieved in that using bridge circuits with rectifiers the scalar and vectorial Product of the willow vectors generates direct currents or voltages with the same ratio and fed to a goniometer assembly, in the direction of the resulting The phase is displayed by means of geometric addition.

Nachstehend sei dies an Hand der Abbildungen näher erläutert. Die in der Phase zu messenden Wechselstromgrößen, z. B. der Strom I und die Spannung U, werden den in Abb. I gekennzeichneten Klemmen I und 2 zugeführt. Der Strom I wird durch induktive Kopplung 1C1 uiid 1(2 auf zwei Brückensysteme übertragen. Ihre A- und B-Zweige arbeiten für den Strom infolge der Gleichrichter Gi und G im Gegentakt, so daß am Widerstand «t + «2 keine Gleichspannung auftritt, vorausgesetzt, daß die Kreise symmetrisch aufgebaut sind, z. B. R1=1?2, was also Vorbedingung ist. Dasselbe gilt auch für den Fall, daß die Spannung U z. B. durch galvanische Kopplung auf den Brückenzweig C übertragen wird, da die Spannungsabfälle an R1 und R stets entgegengesetzt gerichtet und gleich groß sind. Ist der Strom I und die Spannung U gleichzeitig vorhanden, so herrscht nur dann Stromsymmetrie im linken und rechten Zweig der Brücke, also Spannungsfreiheit am WidlerstandEj +R2, wenn die Spannung U senkrecht zum - Strom 1 schwingt. Eine Unsymmetrie wird erst durch eine Wirkkomponente (skalares Produkt) hervorgerufen. Das Produkt UI cos # erzeugt einen zusätzlichen Strom im rechten oder linken Stromzweig, je nachdem die Leitung postiv oder negativ ist. Die Höhle der Gleichspannung an R , ist daher der Wirkleistung Ul cos p proportional. Führt man jedoch dem Brücken zweig C eine gegenüber U um 900 verdrehte Spannung U' zu, wie dies beispielsweise. in dem in Abb. 1 rechts ge zeichneten System mit Hilfe einer aus Kondensatoren und Widerständen bestehenden Hilfsbrückenanordnung C' erfolgt, so ist die Spannung an den Widerständen R3 R1 dem Produkt Ul sin # proportional (vektotielles Produkt). Führt man an diese beiden Gleich-Spannungen einer aus zwei mit ihren Achsen senkrecht zueinander angeordneten Spulen bestehenden magnetostatischen Goniometeranordnung zu, so wird von beiden Spulen gemeinsam jetzt ein magnetisches Feld erzeugt. dessen Richtung die Phase # der beiden Meßgrößen, z. B. l und U, angibt. Die Messung ist unabhängig von den Größen U und l, da die Richtung des Magnetfeldes nur von der Phasenverschiebung q7 abhängt. Als Indikator für die Feldrichtung. also als Phasenanzeiger, kann z. B. eine Magnetnadel oder ein anderes Dreheisensystem verwendet werden. This is explained in more detail below with reference to the figures. the AC quantities to be measured in the phase, e.g. B. the current I and the voltage U, are fed to terminals I and 2 marked in Fig. I. The current I is transmitted to two bridge systems by inductive coupling 1C1 uiid 1 (2 A and B branches work in push-pull for the current as a result of the rectifiers Gi and G, so that no DC voltage appears at the resistor "t +" 2, provided that the Circles are constructed symmetrically, e.g. B. R1 = 1? 2, which is a precondition. The same thing also applies in the event that the voltage U z. B. by galvanic coupling the bridge arm C is transferred, since the voltage drops across R1 and R are always opposite directed and of the same size. If the current I and the voltage U are at the same time present, there is only current symmetry in the left and right branches of the bridge, i.e. no voltage at the resistor Ej + R2 if the voltage U is perpendicular to the - Current 1 oscillates. An asymmetry is only created by an active component (scalar Product). The product UI cos # generates an additional current in the right or left branch, depending on whether the line is positive or negative. The cavity of the direct voltage at R is therefore proportional to the real power Ul cos p. However, if the bridge branch C is supplied with a voltage that is twisted by 900 compared to U. U 'to like this for example. in the system shown on the right in Fig. 1 With the help of an auxiliary bridge arrangement consisting of capacitors and resistors C 'occurs, the voltage across the resistors R3 R1 is proportional to the product Ul sin # (vector product). If one leads one of two to these two equal voltages existing magnetostatic coils with their axes perpendicular to one another If the goniometer arrangement increases, the two coils now have a magnetic joint together Field generated. whose direction is the phase # of the two measured variables, e.g. B. l and U indicates. The measurement is independent of the quantities U and l, as it is the direction of the magnetic field depends only on the phase shift q7. As an indicator of the field direction. so as a phase indicator, e.g. B. a magnetic needle or another moving iron system be used.

Es ist jedoch auch möglich, die Gleich spannungen einem elektrostatischen System zuzuführen. Mit einem Kathodenstrahloszillographen geschieht dies z. B. am einfachsten dadurch, daß man die G1eichspannungen der beiden Teilsysteme zwei senkrecht zueinander angeordneten Ablenkpiattenpaaren zuführt. However, it is also possible to use an electrostatic DC voltage Feed system. With a cathode ray oscilloscope this is done, for. B. on The simplest way is that the equation stresses of the two subsystems are two perpendicular feeds mutually arranged pairs of deflection plates.

Man hat dann die Möglichkeit, den Phasenwinkel oszillographisch aufzuzeichnen und kann ihn auf einem Schirm, der mit einem P olarkreisdiagramm versehen ist, direkt ablesen. Hierbei ist es auch möglich, den Strahl auf einen Polarkreis zu projizieren, in dem man z. B. die zur Phasenmessung zugeführten Ströme und Spannungen durch eingeschaltete Sättigungsglieder auf einer bestimmten Größe hält oder die Empfindlichkeit des Oszillographen durch Änderung des Produktes der zu messenden Wechselströme entsprechend verändert.You then have the option of recording the phase angle using an oscillograph and can do it directly on a screen with a polar circle diagram read off. It is also possible to project the beam onto an arctic circle, by z. B. the currents and voltages supplied for phase measurement by switched on Keeps saturation terms at a certain size or the sensitivity of the oscilloscope changed accordingly by changing the product of the alternating currents to be measured.

Vielfach ist auch die Aufgabe -gestellt, Phasendifferenzen von mehr als 360° zu messen. In many cases, the task is also set, phase differences of more than to measure 360 °.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mit dem Indikator ein Zählwerk verbunden ist, welches die jeweiligen vollen Umdrehungen angibt. Beim Kathodenstrahloszillographen kann diese Aufgabe dadurch erreicht werden, daß man die Empfindlichkeit zeitlich verändert, so daß zeitliche Phasenänderungen bzw. Phasendrehungen auf einer Spirale niedergeschrieben werden.According to the invention this is achieved in that with the indicator a counter is connected, which indicates the respective full revolutions. At the Cathode ray oscillographs can accomplish this task by having the sensitivity changes over time, so that phase changes or phase rotations over time written down on a spiral.

Beim Betrieb von Antennensystemen wird oft die Aufgabe gestellt, die Phase von z. B. zwei Strömen dauernd auf einem konstanten Betrag zu halten. Dies wird in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens z. B. dadurch erreicht, daß, wie in Abb. 2 dargestellt, zu beiden Seiten des- Zeigers Z des Indikators in an sich bekannter Weise Schleppkontakte s angeordnet sind An diese schlägt der Zeiger bei Abweichungen vom Phasensollwert an und löst durch diese Kontakte Stromkreise S1, S2 aus, welche die Phase der Ströme bzw. Spannungen wieder auf den Sollwert einregelt. When operating antenna systems, the task is often the phase of e.g. B. to keep two streams at a constant amount. This is in further development of the inventive concept z. B. achieved by that, as shown in Fig. 2, on both sides of the pointer Z of the indicator in Drag contacts s are arranged in a manner known per se. The pointer strikes at these in the event of deviations from the phase setpoint and releases electrical circuits through these contacts S1, S2 from which the phase of the currents or voltages back to the setpoint regulates.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Phase measuring device, especially for high frequency, in which the phase between two vectors, e.g. B. between voltage and current or also between voltages or currents, regardless of their amplitude with over the Measuring range of constant measuring sensitivity is measured by a measuring system, thereby characterized in that using bridge circuits with rectifiers DC currents that are proportionate to the scalar and vector product of the two vectors or DC voltages are generated and fed to a goniometer arrangement, in that by the direction of the resulting field by means of geometric addition the phase is displayed.

2. Arrangement according to claim I, characterized in that the goniometer arrangement is magnetostatic.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Phase meter is coupled with a counter to also phase rotations of more measured as 360 ° (full revolutions).

4. Arrangement according to claim I, characterized in that the goniometer arrangement Is formed electrostatically and an electron beam is used as a display element using saturation terms to achieve amplitude independence.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the with phase measured by the device, the magnitude of which can also exceed 360 ", oscillographically is recorded.

6. Arrangement according to claim 1 to 5 in its application for automatic Control or regulation.