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Röhrenvoltmeter in Brückenschaltung zur Messung von Gleichspannungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Röhre voltmeter in Brückenschaltung zur Messung
von Gleichspannungen. Die bekannten Röhrenvoltmeter dieser Art sind für viele Zwecke,
insbesondere für den Bordbetrieb auf Luftfahrzeugen und Schiffen ungeeignet, weil
ihre Anzeige meist stark von Schwankungen der Betriebsspannung abhängig ist und
nicht proportional zur Mießspannung erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden
und ein Röhrenvoltmeter zu schaffen, dessen Anzeige der zu messenden Gleichspannung
proportional und von Betriebs spannungs schwankungen weitgehend unabhängig ist.
Gleichzeitig soll das Röhrenvoltmeter eine möglichst große Empfindlichkeit aufweisen.
Es ist schon bekannt, die Schaltung so auszubilden, daß das Rohr zusammen mit einem
Kathodenwiderstand einen Teil der vier Brückenarmwiderstände bildet; dabei wurde
vorgeschlagen, den positiven Pol der Meßspannung an das Gitter zu legen. Mit einer
derartiq,men Schaltung läßt sich schon eine Kompensation des bei der Meßspannung
Null fließenden Reststromes und gleichzeitig eine Linearisierung der Anzeige und
Kompensation von Betriebsspannungsschwankungen erzielen. Die Empfindlichlçeit des
Gerätes bzw. der bei Anlegen der Meßspannun,g auftretende Instrumentenstrom ist
jedoch verhältnismäßig gering.
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Um die Empfindlichkeit des Gerätes zu steigern, gleichzeitig aber
die Unabhängigkeit von Anodenspannnngsschwankungen aufrechtzuerhalten, wird gemäß
der Erfindung an Stelle einer Triode eine Penthode verwendet, deren Schirmgitter
an einer festen Spannung, insbesondere der Brückenspeisespannung liegt
und
gleichzeitig die durch den Schirmgitterstrom der Penthode verursachte Störung des
Brückengleichgewichtes bei Schwankungen der Anodenspannung durch eine in den Gitterkreis
eingeführte, von der Anodenspannung abgeleitete Kompensationsspannung ausgeglichen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Das dargestellte Röhrenvoltmeter besteht in zunächst bekannter Weise
aus einer Röhre I5, deren Steuergitter 16 die Meßspannung zugeführt wird, und deren
Anodenstrom als Maß für die angelegte Meßspannung benutzt und durch ein Zeigerinstrument
2 angezeigt wird. Die Röhre I5 bildet dabei zusammen mit einem Kathodenwiderstand
3 einen von vier Brückenarmwiderständen, deren andere mit 17, 18, 19 bezeichnet
sind. Im Brückenzweig liegt das Meßinstrument 2 mit Vorwiderstand 20.
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Die Röhre 15 ist nun als Penthode ausgebildet. An sich ist es bekannt,
auch bei Penthodenschaltungen eine negative Rückkopplung vorzusehen. Das Bremsgitter
21 der Penthode ist, wie üblich, an die Kafliode angeschlossen. Das Schirmgitter
22 liegt im Beispiel unmittelbar am positiven Pol der Anodenbatterie.
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Die Penthodenschaltung hat den Vorteil, daß sich der notwendige Meßstrom
mit kleinem Gesamtstromverbrauch erzielen läßt.
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einer Penthode der Anodenstrom
von der Anodenspannung nahezu unabhängig ist und somit bei sehr geringen Anodenspannungen
noch ein für die Messung ausreichender Anodenstrom fließt. Es können somit die Widerstände
19 und 17 und somit auch 18 im Anodenkreis größer gewählt werden als bei der Triodenschaltung,
ohne daß dadurch der Anodenstrom merklich absinkt. Durch die höheren Widerstände
und infolge des Umstandes, daß bei einer Penthode, der Gleichstromwiderstand klein,
der innere Widerstand dagegen hoch ist, wird erreicht, daß schon bei kleiner Spannungsänderung
am Gitter eine große Stromänderung im Anodenkreis auftritt, so daß der durch das
Meßinstrument fließende Teil des Anodenstromes größer wird, obwohl bei der Penthode
ein Teil des Anodenstromes durch das Schirmgitter unmittelbar zur Anodenbatterie
zurückfließt. Da das Verhältnis von Anodenstrom zu Schirmgitterstrom bei großen
Penthoden günstiger ist als bei kleinen Penthoden, tritt der Vorteil der Penthodenschaltung
bei großen Penthoden besonders stark in Erscheinung, Da nun aber der Röhrenstrom
praktisch nicht mehr von der Anodenspannung, sondern von der Schirmgitterspannung
abhängig ist, wirkt die Brückenschaltung nicht mehr kompensierend auf Spannungsschwankungen
der Anodenbatterie, wie das bei der Triodenschaltung der Fall ist. Um jedoch die
Kompensation der Anodenspannungsschwankungen bei der Penthodenschaltung trotzdem
zu gewährleisten, wird eine von der Anodenspannung abhängige Hilfsspannung in den
Gitterkreis der Penthode eingeführt. An sich ist es bei Schirmgitterröhren bekannt,
dem Kathodenwiderstand einen zusätzlichen Strom direkt aus der Anodenstromquelle
zuzuführen.
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Im dargestellten Beispiel erfolgt dies durch Verbindung der Kathode
mit dem Brückenzweig durch einen Widerstand 23. Es wird so ein von der Batteriespannung
abhängiger Strom über den Kathodenwiderstand 3 geschickt, der dort eine entsprechende
zusätzliche Gittervorspannung hervorruft. Das Verhältnis des Widerstandes 23 zum
Widerstand 3 ist durch den Schirmgitterdurchgriff gegeben.
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Die Penthodenschaltung hat infolge der eigenartigen Gitterspannungs-Anodenstrom-Charakteristik,
die abweichend von der Triole eine Krümmung wechselnden Vorzeichens aufweist, ferner
den Vorteil, daß neben der Verwendung eines Kathodenwiderstandes der obere Knick
der Röhrenkennlinie (Anodenspannung als Funktion der Gitterspannung) zur Linearisierung
verwendet werden kann.
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Bei Röhrenwechsel ist mit dem Widerstand 23 der Nullpunkt der Messung
einzuregeln.
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Das dargestellte Röhrenvoltmeter ist von Spannungsschwankungen sowohl
der Anodenbatterie als auch der Heizbatterie weitestgehend unabhängig. Bei z. B.
17% Unter-oder Überheizung ergibt sich ein Meßfehler von etwa 2 0/o des Skalenendwertes.
Änderungen der Anodenspannung von z. B. 200 auf 250 Volt bringen einen Fehler für
den Meßstrom von nur + 2% des jeweiligen Anzeigewertes Der Kathodenwiderstand läßt
sich gegenüber der Triodenschaltung verkleinern, ohne daß Gitterstrom auftritt,
allerdings nur bis zu einem gewissen Grade, da sonst die Kennlinie krumm wird. Andererseits
ist es gut, den Kathodenwiderstand auch nicht zu groß zu wählen, um den Röhrenstrom
nicht unnötig herabzudrücken. Um den Meßhereich zu erhöhen, ist der Kathodenwiderstand
im Verhältnis der Meßbereiche zu vergrößern und der Widerstand 23 entsprechend zu
wähollen.
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Auch zur Ausnutzung der Kompensationswirkung des Kathodenwiderstandes
für Heizspannungsschwankungen ist es hier zweckmäßig, daß der Kathodenwiderstand
eine gewisse Mindestgröße aufweist, die je nach den Daten des verwendeten Rohres
und der Art der Schaltung-höher oder niedriger liegen
kann und die
durch Aufnahme der Kurve der prozentualen Meßstromschwankungen #i/i für eine bestimmte
maximale Schwankung der # uII Heizspannung in Abhängigkeit von der uII Größe des
Kathodenwiderstandes 3 ermittelt werden kann. Der kathodenwiderstand ist dann so
zu wählen, daß er außerhalb des Steilastes der Kurve #i/i = f (Kathodenwiderstand)
für
bzw. rechts vom Knick dieser Kurve liegt.
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Der kleinstmögliche Kathodenwiderstand berechnet sich in einfacher
Weise aus: RK = iKo + i23 , uM worin iKo der Kathodenstrom bei der Gitterspannung
Null, i23 der Strom über den Widerstand 23 und uM die maximale Meßspannung ist.