DE720750C

DE720750C - Frequency meter that works with automatic compensation and measures the phase position of the current in an oscillating circuit with respect to the total voltage

Info

Publication number: DE720750C
Application number: DEL96835D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Kaden
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-01-14
Filing date: 1939-01-14
Publication date: 1942-05-14

Description

Mit einer selbsttätigen Kompensation arbeitender Frequenzmesser, bei dem, die Phasenlage des Stromes eines Schwingkreises zur Gesamtspannung gemessen wird Es ist ein Frequenzschreiber bekannt, der aus einer Brücloenschaltung besteht, die in drei Zweigen Ohmsche Widerstände, im vierten Zweig dagegen frequenzempfindliche Widerstände, wie z. B. Kondensatoren und Spulen, enthält. Die Spannung der zu messenden Frequenz wird an eine Diagonale angeschlossen. Solange die Frequenz ihren Normalwert besitzt, ist die Brücke im Gleichgewicht, d. h. sämtliche Widerstände sind aufeinander abgestimmt, und an den beiden anderen Diagonaiklemmen tritt keine Spannung auf. Erst wenn die Frequenz von ihrem Nennwert abweicht, ändert sich der Widerstand des einen Brückenzweigs in bestirn ter Abhängigkeit von der Frequenz, so daß an den Diagonalklemmen ein Wechselstrom abgenommen werden kann, der über einen Verstärker auf eine Wicklung eines Hilfsmotors gegeben wird. Dieser Hilfsmotor beginnt daraufhin umzulaufen, und er verstellt dabei nicht bloß einen Schreib stift, sondern auch den frequenzabhängigen Widerstand der Brückenschaltung so lange, bis wieder Gleich gewicht vorhanden ist. Das Vorhandensein des Brückengleichgewichts bedeutet aber, daß der erwähnte Wechselstrom an den Diagonalkiemmen der Brückenschaltung verschwindet. Eine Messung kann infolgedessen bei dieser Anordnung nicht auf elektrischem Wege, sondern nur mechanisch durch Verstellung des Schreib stiftes erfolgen. Dies ergibt sich ohne weiteres daraus, daß die bekannte Anordnung wegen der Verwendung einer Brückenschaltung nach einer Nullmethode. arbeitet, bei der in ausgeglichenem Zustand zwischen den Diagonalpunkten keine meßbare Spannung vorhanden ist.Frequency meter working with automatic compensation, at dem, the phase position of the current of a resonant circuit to the total voltage is measured A frequency recorder is known which consists of a bridge circuit, the ohmic resistances in three branches and frequency-sensitive in the fourth branch Resistors such. B. capacitors and coils contains. The voltage of the to be measured Frequency is connected to a diagonal. As long as the frequency is its normal value the bridge is in equilibrium, i.e. H. all resistances are on each other matched, and there is no voltage at the other two diagonal terminals. The resistance of the changes only when the frequency deviates from its nominal value a bridge branch depending on the frequency, so that to the An alternating current can be drawn from the diagonal terminals via an amplifier is given to a winding of an auxiliary motor. This auxiliary motor then starts running around, and he is not just blocking a pen, but also adjust the frequency-dependent resistance of the bridge circuit until it is equal again weight is present. The existence of the bridge equilibrium means, however, that the mentioned alternating current disappears at the diagonal terminals of the bridge circuit. As a result, with this arrangement, a measurement cannot be carried out electrically, but only done mechanically by adjusting the pen. This gives easily from the fact that the known arrangement because of the use of a Bridge circuit according to a zero method. works when in a balanced state there is no measurable voltage between the diagonal points.

Die Erfindung betrifft einen mit einer selbsttätigen Kompensation arbeitenden Frequenzmesser, bei dem die Phasenlage des Stromes eines Schwingkreises zur Gesamtspannung gemessen wird. Die Anordnung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß zur trägheitslosen Kompensation von dem Phasenunterschied zwischen dem Schwingkreisstrom und der an den Schwingkreis angelegten Spannung ein proportionaler Gleichstrom abgeleitet wird, der die Schwingkreis. induktivit,at oder einen Teil derselben so weit vormagnetisiert. bis die Eigenfrequenz dieses Schwingkreises der zu messenden Frequenz gleich ist. Mithin wird bei der Anordnung gemäß der Erfindung der Nachstellmotor des bekannten Frequenzschreibers vermieden, der stets erst das Vorhandensein einer gewissen Abweichung benötigt, um seinen Umlauf zu beginnen. Ferner wird die Trägheit dieses Motors vermieden. und schließlich ist eine elektrische Messung möglich, weil sich als Endergebnis ein Gleichstrom ergibt, der auch bei richtiger Frequenz nicht verschwindert und somit zu einer dauernden Anzeige bzw. auch zu anderen Vorgängen, wie z.6. zur Regelung, herangezogen werden kann. An sich ist es zwar bekannt, die Magnetisierung eines Schwingkreises zu ändern, jedoch hat man diese Maßnahme verwandt, um eine konstante Schwehungsfrequenz beim tiberlagerungsempfang in der drahtlosen Telegraphie zu erzeugen. Für die Frequenzmessung bringt jedoch die Anwendung dieser Maßnahme die oben dargelegten Vorteile mit sich. The invention relates to one with automatic compensation working frequency meter, in which the phase position of the current of an oscillating circuit to the total voltage is measured. According to the invention, the arrangement is designed in such a way that that for inertia-free compensation of the phase difference between the resonant circuit current and a proportional direct current is derived from the voltage applied to the resonant circuit who is the oscillating circuit. inductktivit, at or a part of it so far premagnetized. until the natural frequency of this resonant circuit is equal to the frequency to be measured. Thus, in the arrangement according to the invention, the adjusting motor of the known Frequency recorder avoided, which always only the presence of a certain deviation needed to begin its orbit. Furthermore, the inertia of this motor is avoided. And finally, an electrical measurement is possible because it turns out to be the end result results in a direct current that does not disappear even at the correct frequency and thus to a permanent display or also to other processes, such as 6. for regulation, can be used. It is known per se, the magnetization of a To change the resonant circuit, however, this measure has been used to maintain a constant To generate oscillation frequency when overlaying reception in wireless telegraphy. For the frequency measurement, however, the application of this measure brings about those set out above Advantages with itself.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 ein Prinzipschema der Anordnung. Die Abb. 2 zeigt zwei Vektordiagramme, die zur Erläuterung der Wirkungsweise dienen. Die Abb. 3 und 4 zeigen schließlich eine Ausführungsform des Frequenzmessers. In the figures, exemplary embodiments of the invention are shown, namely Fig. 1 shows a basic diagram of the arrangement. Fig. 2 shows two vector diagrams, which serve to explain the mode of operation. Finally, Figs. 3 and 4 show an embodiment of the frequency meter.

In Abb. I wird an die Klemmen a und b diejenige Spannung geliefert, deren Frequenz zu messen ist. P bezeichnet einen Phasenmesser, C und L bezeichnen den Kondensator bzw. -die Induktivität des Schwingkreises. Dabei ist angenommen, daß die Induktivität L konstant ist und der Schwingkreis eine weitere Induktivität L' enthält, die durch Gleichstromvormagnetisierung veränderlich ist. V bezeichnet einen Verbraucher, z. B. ein Meßgerät. In Fig. I, the voltage is supplied to terminals a and b, whose frequency is to be measured. P denotes a phase meter, C and L denote the capacitor or inductance of the resonant circuit. It is assumed that that the inductance L is constant and the resonant circuit is a further inductance L 'which is variable by direct current bias. V designated a consumer, e.g. B. a measuring device.

Dem Phasenmesser P wird einerseits die Spannung u1 der zu messenden Frequenz, andererseits ein Strom J zugeführt. Im allgemeinen werden diese beiden Größen durch entsprechende Hilfsspannungen nachgebildet, und zwar entspricht dem Strom J die Spannung u2. The phase meter P is on the one hand the voltage u1 to be measured Frequency, on the other hand, a current J is supplied. Generally these two Sizes simulated by corresponding auxiliary voltages, and that corresponds to Current J is the voltage u2.

In dem Vektordiagramm (Abb. 2a) ist mit u1 eine Hilfsspannung bezeichnet, die der Spannung der zu messenden Frequenz entspricht. tt2 bezeichnet eine Hilfsspannung. die dem Strom J entspricht. Die vektorielle Zusammenarbeit ergibt eine Spannung u, deren Größe und Phasenlage sich mit dem Winkel 4) ändert. In the vector diagram (Fig. 2a), u1 denotes an auxiliary voltage, which corresponds to the voltage of the frequency to be measured. tt2 denotes an auxiliary voltage. which corresponds to the current J. The vectorial collaboration creates a tension u, the size and phase position of which changes with the angle 4).

In Abb. 2b wird diese Differenzspannung u zu einer konstanten Spannung uk addiert bzlr. subtrahiert. Die Summe bzw. Differenz ergibt sich daraus mit zwei Spannungen ug1 bzw. ug2, die gegenüber der konstanten Spannung uk um Winkel verschoben sind, deren Betrag von Größe und Phasenlage der Differenzspannung u abhängt. Wählt man die Differenzspannung u im Verhältnis zu der konstanten Spannung uk groß, so ändern sich die Spannungen ug1 und ug2 sowie deren Phasenwinkel gegenüber uk sehr stark auch schon bei kleinen Abweichungen des Schwingkreises aus der Resouanzlage. In Fig. 2b, this differential voltage u becomes a constant voltage uk added bzlr. subtracted. The sum or difference results from this with two Stresses ug1 and ug2, which are shifted by angles with respect to the constant stress uk whose amount depends on the size and phase position of the differential voltage u. Chooses if the difference voltage u is large in relation to the constant voltage uk, so the voltages ug1 and ug2 as well as their phase angle change greatly with respect to uk strong even with small deviations of the oscillating circuit from the resonance position.

Die Bildung der beiden Spannungen u.1 bzw. u,- erfolgt mittels einer Schaltung nach Abb. 3. Diese Schaltung enthält Wandler I bis 4, und zwar wird dem Wandler 1 primärseitig die Spannung n, der zu messenden Frequenz, dem Wandler 2 primärseitig der Schwingkreisstrom J bzw, die dem Schwingkreisstrom proportionale Spannung u2 zugeführt. Die Sekundärwicklungen beider Wandler sind untereinander und mit der Primärwicklung des Wandlers 3 in Reihe geschaltet, so daß an der Primärwicklung des Wandlers 3 eine Spannung u liegt, die die Differenzspannung u nach dem Diagramm Abb. 2a ist. Diese Spannung u wird in dem Wandler 3 transformiert und sekundärseitig mit der über den Wandler 4 zugeführten konstanten Spannung uk so zusammengesetzt, daß zwischen den Ausgangsklemmen g und c die Spannung ug1, zwischen den Ausgangsklemme in f und c die Spannung ug2 herrscht. The two voltages u.1 and u, - are formed by means of a Circuit according to Fig. 3. This circuit contains converters I to 4, namely the Converter 1, on the primary side, the voltage n, the frequency to be measured, the converter 2 on the primary side the resonant circuit current J or, which is proportional to the resonant circuit current Voltage u2 supplied. The secondary windings of both converters are with each other and connected in series with the primary winding of the converter 3 so that on the primary winding of the converter 3 is a voltage u which is the differential voltage u according to the diagram Fig 2a is. This voltage u is transformed in the converter 3 and on the secondary side combined with the constant voltage uk supplied via the transducer 4, that between the output terminals g and c the voltage ug1, between the output terminals in f and c the voltage ug2 prevails.

Diese beiden Spannungen werden nun der Schaltung nach Abb. 4 zugeführt, wobei die Eingangsklemmen c, f, g dieselbe bezeichnug bzw. Bedeutung haben wie in Abb. 3. These two voltages are now fed to the circuit according to Fig. 4, where the input terminals c, f, g have the same designation or meaning as in Fig. 3.

Diese Schaltung enthält mehrere Wandler 5 bis 8 sowie die Röhren R1 bis R3. Außerdem ist ein gittergesteuertes Gasentladungsrohr R@ vorgesehen, dessen Zündspannung durch Einstellung einer Stromquelle 9 veränderlich gemacht ist. Die Sekundärwicklung des Wandlers 8 ist identisch mit dem veränderlichen Teil der Schwingkreisinduktivität L' in Abb. 1. V ist ein Verbraucher. z. B. ein Meßgerät. Die Schaltung enthält außerdem noch Kondensatoren C', C" sovie eine Drossel D.This circuit contains several converters 5 to 8 as well as the tubes R1 to R3. In addition, a grid-controlled gas discharge tube R @ is provided, whose Ignition voltage is made variable by setting a power source 9. the The secondary winding of the converter 8 is identical to the variable part of the resonant circuit inductance L 'in Fig. 1. V is a consumer. z. B. a measuring device. The circuit also includes nor capacitors C ', C "and a choke D.

Im wesentlichen stellt diese Anordnung einen Röhrenphasenmesser dar. Hat die zu messende Frequenz den Wert, auf den der Schwingkreis abgestimmt ist, so sind Strom und Spannung in Phase, d. h. die Vektoren von u1 und u2 in Abb. 2a fallen zusammen, die Differenzspannung u = 0. In diesem Fall gilt aber auch ug1 = ug2 = uk, d. h. das Vektordiagramm Abb. 2b klappt in dem Vektor uk zusammen. Der Bletrag der Spannung IIj wird nun so gewähli daß bei den Rohren R1 und R2 diese Spannung zur Anodenspannung ua in einem Verhältnis steht, das dem Durchgriff dieser Rohre gleich ist, - und daß in diesem Fall kein Anodenstrom fließt. Im Ruhezustand ist somit die Anodenspannung eine Sinuswelle, und ebenso sind die Spannungen uk, ug1 und ug2 gleichphasige Sinuswellen, die untereinander das angegebene Amplitudenverhältnis haben. Essentially, this arrangement represents a tubular phase meter. Does the frequency to be measured have the value to which the Resonant circuit is matched, the current and voltage are in phase; H. the vectors of u1 and u2 in Fig. 2a coincide, the differential voltage u = 0. In this case, the following applies but also ug1 = ug2 = uk, d. H. the vector diagram Fig. 2b works in the vector uk together. The amount of tension IIj is now chosen so that for the pipes R1 and R2 this voltage to the anode voltage, among other things, is in a ratio that corresponds to the Penetration of these tubes is the same - and that in this case no anode current flows. At rest the anode voltage is thus a sine wave, and so are the Voltages uk, ug1 and ug2 in-phase sine waves that are mutually specified Have amplitude ratio.

Tritt ein Frequenzänderung auf, so sind Schwingkreisstrom und Spannung nicht mehr in Phase, d. h. zwischen den Vektoren u1 und 11.2 ist eine Phasenverschiebung vorhanden, und es bildet sich eine Differenzspannung u aus (Abb. 2a). Infolgedessen ergibt auch die Zusammensetzung der Spannungen u und uk die beiden in ihrer Amplitude voneinander verschiedenen Spannungen ug1, ug2 (Abb. 2b). Diese beiden Spannungen sind gegenüber der konstanten Spannung uk und damit auch gegenüber der Anodenspannung phasenverschoben. Geht man von der schon erwähnten Darstellung dieser Spannungen durch Sinuswellen aus, so bleibt in diesem Fall die Spannung uk phasengleich mit der Anodenspannung ua, jedoch wandert die Sinuswelle für ug1 beispielsweise nach links, die von ug2 beispielsweise nach rechts. Sorgt man nun dafür, daß nur der ansteigende Teil der positiven Halbwelle der Anodenspannung oder nur ein Teil derselben den beiden Rohren Rt, R zugeführt wird, so kann nur in einem Rohr ein Strom fließen, je nachdem ob der Phasenwinkel positiv oder negativ ist. Dieser Anodenstrom lädt den Kondensator C' bzw. über die Drossel D den Kondensator C" auf, der an das Gitter des Magnetisierungsrohres R3 angeschlossen ist. Ändert sich im Verlauf des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator C", so iindert sich damit auch die Spannung am Gitter des Rohres As und dementsprechend auch der Anodenstrom dieses Rohres, Der Anodenstrom wird u.a. von einer Gleichstromquelle bestimmt, die an die Klemmen d und e angeschlossen ist. Sein Betrag wird mit J3 bezeichnet. Dieser Anodenstrom durchfließt die Primärwicklung des Wandlers 8 und beeinflußt die Induktivität L' bzw. die Abstimmung des Schwingkreises. Auf diese Weise wird automatisch immer die Phasen verschiebung ip = o eingeregelt. Würden sich die Kondensatoren C' bzw. C" bei konstanter Frequenz z. B. infolge Ableitung entladen, so hätte dies eine Änderung des Magnetisierungsstromes und damit eine Verstimmung des Schwingkreises zur Folge. Diese bewirkt aber wiederum eine erneute Nachladung des Kondensators. If a frequency change occurs, the resonant circuit current and voltage are no longer in phase, d. H. there is a phase shift between the vectors u1 and 11.2 present, and a differential voltage u forms (Fig. 2a). Consequently the composition of the voltages u and uk also gives the two in their amplitude different voltages ug1, ug2 (Fig. 2b). These two tensions are with respect to the constant voltage uk and thus also with respect to the anode voltage out of phase. If one proceeds from the above-mentioned representation of these tensions due to sine waves, in this case the voltage uk remains in phase with the anode voltage, etc., however, the sine wave for ug1 follows for example left, that of ug2, for example, to the right. One now ensures that only the rising part of the positive half-wave of the anode voltage or only part of it is fed to the two pipes Rt, R, a current can only flow in one pipe, depending on whether the phase angle is positive or negative. This anode current charges the capacitor C 'or, via the choke D, the capacitor C ", which is connected to the grid of the magnetizing tube R3 is connected. Changes in the course of the charging process the voltage across the capacitor C ", so the voltage across the grid is also reduced of the pipe As and accordingly also the anode current of this pipe, the anode current is determined, among other things, by a direct current source connected to terminals d and e is. Its amount is denoted by J3. This anode current flows through the primary winding of the transducer 8 and influences the inductance L 'or the tuning of the resonant circuit. In this way, the phase shift ip = o is always automatically adjusted. If the capacitors C 'or C "would be at a constant frequency, for example as a result of derivation discharged, this would have a change in the magnetizing current and thus a The result is detuning of the oscillating circuit. But this in turn causes a new one Recharge the capacitor.

Das Aussieben des ansteigenden Astes der positiven Halbwelle der Anodenspannung der beiden Phasenmeßrohre R1 und R2 erfolgt mit Hilfe des gittergesteuerten Gasentladungsrohres R4. Ändert man durch Verstellung der Spannungsquelle 9 die Zündspannung dieses Rohres, so kann man dadurch verschieden große Stücke der Anodenspannung abschnieiden. Da dieses Abschneiden für beide Rohre R1 und R2 gleichzeitig erfolgt, hat es auf die messung selbst keinen unmittelbaren Einfluß. Durch Verstellen des Zündzeitpunktes des gittergesteuerten Gasentladungsrohres beherrscht man aber die Aufladezeit der beiden Kondensatoren C' und C" und kann dadurch die Einstellgeschwindigkeit der ganzen Einrichtung ändern. In einfacher Weise kann man daher den Einstellvorgang nach Bedarf aperiodisch oder gedämpft periodisch gestalten. Sieving out the rising branch of the positive half-wave of the The anode voltage of the two phase measuring tubes R1 and R2 takes place with the aid of the grid-controlled Gas discharge tube R4. If you change the ignition voltage by adjusting the voltage source 9 of this tube, you can cut off pieces of the anode voltage of different sizes. Since this cutting is done for both tubes R1 and R2 at the same time, it has to the measurement itself has no direct influence. By adjusting the ignition timing of the grid-controlled gas discharge tube, however, you can control the charging time of the both capacitors C 'and C "and can thereby reduce the setting speed of the change whole facility. The setting process can therefore be carried out in a simple manner design aperiodic or dampened periodic as required.

Für die zu beeinflussende Schwingkreisinduktivität verwendet man zweckmäßiig-Eisen, bei dem ansteigender und abfallender Ast der Magnetisierungskurve praktisch zusammenfallen, so daß also ein fester Zusammenhang zwischen dem Magnetisierungsgleichstrom und der Induktivität besteht. Synchronisierungsschwierigkeiten treten bei dieser Anordnung, bei der es sich um eine Kommensation des Augenblickswertes handelt, nicht auf. Gegebenenfalls kann man zusätzlich eine Röhre noch so verwenden bzw. schalten, daß der Schwingkreis dadurch entdämpft wird. Die Schaltung erfolgt zweckmäßig so, daß immer ein kleiner positiver Widerstand für den gesamten Kreis vorhanden bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, verlustarme Schwingkreise zu verwenden. Die Anordnung hat nicht- nur für Frequenzmesser, sondern in gleicher Weise auch für Phasenmesser Bedeutung. Die Nachregelung erfolgt masselos und daher mit großer Genauigkeit und Geschwindigkeit. For the oscillating circuit inductance to be influenced, one uses practical-iron, with the rising and falling branches of the magnetization curve practically coincide, so that there is a fixed relationship between the magnetizing direct current and the inductance. Synchronization difficulties occur with this Arrangement in which it is a question of a commensation of the instantaneous value, not on. If necessary, you can also use or switch a tube so that that the resonant circuit is undamped as a result. The circuit is expediently carried out in such a way that that there is always a small positive resistance for the entire circle. In this way it is possible to use low-loss oscillating circuits. The order has not only for frequency meters, but also for phase meters in the same way Meaning. The readjustment takes place massless and therefore with great accuracy and Speed.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. With an automatic compensation working frequency meter, in which the phase position of the current of an oscillating circuit to the total voltage is measured, characterized in that the inertia Compensation of the phase difference between the resonant circuit current and the on voltage applied to the resonant circuit is proportional Direct current is derived, the resonant circuit inductance or part of it so far premagnetized until the natural frequency of this oscillating circuit is the frequency to be measured is equal to.

2. Frequency meter according to claim 1, characterized in that the The direct current is derived from a tubular phase meter.

,,. Frequency meter according to claim 1 and 2, characterized in that that the phase meter causes an adjustment until the current and voltage of the resonant circuit are in phase.

4. Frequency meter according to claim 1 to 3, characterized in that that the voltage of the frequency to be measured with a voltage corresponding to the current is combined to a resultant (u). those in another converter is added to or subtracted from a constant voltage (uk).

5. Frequency meter according to claim 4, characterized in that the sum or difference voltages (ug1, ug2) obtained in this way to the grid a tube (R. R2> can be laid, with the ratio of constant tension (uk) to the anode voltage corresponds to the penetration of these tubes.

6. Frequency meter according to claim 5, characterized in that the Anode current is fed to capacitors (C ', C "), of which the capacitor (C") is fed via a throttle (D) and is on the grid of another pipe (R3), which supplies the magnetizing current for the resonant circuit and at the same time the consumer feeds.

7. Frequency meter according to claim 5 and 6, characterized. that means are provided to the two tubes (R1, R2) only the rising part to feed the positive half-wave of the anode voltage.

8. Frequency meter according to claim 5 to 7, characterized in that that a grid-controlled gas discharge tube (R4 is provided, whose anode current A converter (7) acts back on the tubes (R1, R2) and its ignition voltage is changeable.