-
Verfahren zur laufenden Messung und automatischen Registrierung der
Phasendifferenz zweier Spannungen Die Phasendifferenz zwischen zwei. Spanntmgen
UL und U2 gleicher Frequenz läßt sich bekanntlich unter anderem nach der Dreivoltmetermethode
bestimmen. Man muß zu diesem Zweck die beiden Spannungen mit je einem Pol zusammenschalten
und erhält aus der Messung der Spannungen U1, U und der Resultierenden U£ T U2 nach
dem Cosinussatz den Phasenwinkel Sp zwischen U und U2.
-
Müssen diese Messungen nun über einen größeren Frequenzbereich vorgenommen
werden, z. B. bei der Bestimmung des Phasenmaßes von Vierpolen, so ist das Verfahren
sehr umständlich und zeitraubend, da die Messungen punktweise erfolgen müssen und
die technische Auswertung nach dem Cosinussatz verhältnismäßig langwierig ist. Bei
der punktweisen Messung besteht weiterhin noch die Gefahr, daß gerade die Frequenzbereiche
übergangen werden, innerhalb deren sehr große Änderungen des Phasenwinkels auftreten.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur laufenden Messung
und automatischen Registrierung der Phasendifferenz zweier Spannungen gleicher Frequenz
in einem beliebigen Frequenzbereich, das die oben geschilderten Nachteile vermeidet.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß die beiden Spannungen,
deren Phasendifferenz gemessen werden soll, an eine Reihenschaltung von vier Widerständen
Rj, W1, W2, R2, von denen nur W1 veränderlich ist, gelegt werden, derart, daß die
eine Spannung an den beiden ersten Widerständen R1 W1 und die andere Spannung an
den beiden folgenden Widerständen W2, R2 liegt, daß ferner der veränderbare Widerstand
W1 durch die Teilspannungen an W1 und W2 derart gesteuert wird, daß die Beträge
dieser beiden Teilspannungen bei allen Frequenzen
in einem konstanten
Verhältnis zueinander stehen, und daß die resultierende Spannung über den beiden
Widerständen W1 und W auf ein registrierendes Anzeigegerät gegeben wird.
-
Die prinzipielle Meßanordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. I dargestellt.
Die beiden Spannungen U1 und U2, die beispielsweise die Eingangs- und die Ausgangsspannung
eines Vierpols V darstellen und deren Phasendifferenz gemessen werden soll, w erden
in den Punkten und C bzw. C und E an die Widerstände R1 und W1 bzw. Rs, und W2 gelegt.
Werden nun die Teilbeträge UBC und UCD der Spannungen Uj und U durch Verändern von
W1 einander gleichgemaclrt, so ist die Spannung UBD ein bis auf das Vorzeichen eindeutiges
Maß für die Phasendifferenz zwischen Ul und U2, da die Teilspannungen bei rein Ohmschen
Widerständen R1, W1, W und R, keine zusätzliche Phasenverschiebung erleiden.
-
Zur automatischen Registrierung über einen - größeren Frequenzbereich
wird der Widerstand W1 vorteilhaft durch die beiden Spannungen UBC und Ucn derart
gesteuert, daß die Beträge dieser Spannungen bei allen Frequenzen einander gleich
sind. Die Spannung UBD, die das Maß für die Phasenverschiebung zwischen U1 und U2
ist, wird auf ein registrierendes Röhrenvoltmeter gegeben, dessen Papiervorschub
synchron mit dem Ansteigen der Frequenz des Generators G erfolgt.
-
Der Frequenzgenerator G kann beispielsweise ein Überlagerungsröhrensummer
sein, der Frequenzen von 30 bis 10 000 bzw.
-
20 000 Hz mit konstanter Spannung erzeugt.
-
Durch ein Uhrwerk wird der Drehkondensator im Schwingungskreis so
gedreht, daß die Frequenz sich kontinuierlich ändert. Als Schreibgerät kann beipielsweise
ein Gerät nach Art des Pegelschreibers verwendet werden, dessen Papiervorschub durch
ein mit dem Sender uhrwerk synchron laufendes Uhrwerk bewerkstelligt wird, so daß
zu jeder Sendefrequenz die dazugehörige Abszissenlinie sich unter der Schreibfeder
befindet.
-
Man erhält dann auf dem Registrierstreifen fortlaufend die zu jeder
Sendefrequenz gehörige resultierende Spannung UßD.
-
Die Steuerung des Widerstandes W1 kann je nach der getroffenen Schaltungsanordnung
beliebig erfolgen, beispielsweise -elektromechanisch oder auch rein elektrisch,
und zwar dadurch, daß die Wechselspannung am Widerstand W2 gleichgerichtet und die
entsprechende Gleichspannung zur Steuerung des veränderbaren Widerstandes W1 benutzt
wird.
-
In diesem Falle kann man den-veränderbaren Widerstand durch den inneren
Widerstand einer gittergesteuerten Elektronenröhre darstellen. Besonders zweckmäßig
erscheint es jedoch, als veränderbaren Widerstand einen temperaturabhängigen Widerstand,
insbesondere einen indirekt geheizten Urandiox-yd. widerstand, zu verwenden. Die
Steuerung erfolgt dann in der nach Abb. 2 dargestellten Weise. Die Spannungen UBC
und UCD werden in den Gleichrichtern GI, und G12 gleichgerichtet, nachdem die Spannungen
je nach Bedarf vorher verstärkt worden sind. An den Widerständen r1 und r2 entstehen
die den Wechselspannungen entsprechenden Gleichspannungen. Die Differenz 1 d dieser
Gleichspannungen, die positiv oder negativ sein kann, wird nun dem Gitter einer
Regelröhre H, die anodenseitig über einen Übertrager die Heizspannung für den Urandioxydwiderstand
W1 liefert, zugeführt. Je nach dem Vorzeichen und der Größe von A Ug ändert sich
nun die Verstärkung der Regelröhre, damit auch die abgegebene Heizleistung und schließlich
auch der Widerstand des Urandioxydkörpers.
-
Ist z. B. UBC = UCD, so ist A U.. = o, und der Widerstand W1 behält
seinen entsprechend der konstanten Vorspannung U,,v sich ergebenden Wert. Wird jetzt
U2=UCE kleiner, so sinkt auch UCD und damit der Spannungsabfall an r2. Das Gitter
der Röhren wird gegenüber der Kathode positiver, die Verstärkung steigt, der Urandioxydwiderstands,
wird mehr geheizt, seinem Betrage nach entsprechend kleiner, so lange. bis UBC annähernd
gleich UCD ist. Genau gleich können die beiden Spannungen aber nie werden, da dann
A Ug zu Null werden und UBC seinen ursprünglichen Wert annehmen würde.
-
Die Größe der Abweichung der beiden Spannungen Uc und UCD voneinander
hängt von der Verstärkung ab, die vor die beiden Gleichrichter geschaltet ist. Die
Differenz zwischen UBC und Ucß dient zur Aufrechterhaltung einer solchen Differenzspannung
A U,, daß A Ug wiederum die Differenz der Spannungen UBC und UCD aufrechterhält.
Die Verstärkung muß so gewählt werden, daß eine vorher geforderte maximale Abweichung
zwischen UBC und Uco, beispielsweise 1 9o, die maßgegend für die Genauigkeit der
Winkel messung ist, nicht überschritten wird. Wird U2=UCE größer, so steigt Ucn.
damit der Spannungsabfall -an r2 und A Ug, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen,
so daß das Gitter gegenüber der Kathode negativer wird, und W1 wird entsprechend
größer. Im übrigen ist der Regelvorgang analog dem ersten Beispiel.
-
Bei der Verwendung von Elektronenröhren und Urandioxydwiderständen
als Regelwiderstände Wt ist es nicht ohne weiteres möglich,
den
Widerstand beliebig klein zu machen, falls man nicht eine entsprechende Anzahl derartiger
Regelwiderstände parallel schalten will, welche Maßnahme aber einen erheblichen
Mehraufwand an Regelwiderständen und vor allem an Stromquellen dafür bedeutet. Zur
Vermeidung dieser Nachteile wird zweckmäßig nur ein Bruchteil I (m # I) m der Spannung
UBC an den Gleichrichter Gt1 geführt. Das wird dadurch erreicht, daß gemäß Abb.
3 zu W1 ein gegen W1 hochohmiger Spannungsteiler P1 + P2 parallel gelegt und die
Spannung UFC an P2 dem Gleichrichter G11 zugeführt wird. Dabei ist Pj +P2=mP2.
-
Die zu messende Spannung UBD ist auch jetzt ein bis auf das Vorzeichen
eindeutiges Maß für die Phasendifferenz zwischen U1 und U2, nur die mathematische
Beziehung ändert sich, da bei jeder Frequenz nicht mehr UBC = UCD, sondern UBc =m
UcD ist. Der Regelvorgang ist grundsätzlich der gleiche wie im ersten Falle. Der
Widerstand W1 wird nur hier so gesteuert, daß in jedem Augenblick UFC = UCD ist.
Infolge des fest eingestellten Spannungsteilerverhältnisses des SIJannungsteilers
Pl+P2 ist aber auch stets UBc = m. UcD. Ist für den Bereich des Regelwiderstandes
aus irgendwelchen Gründen eine obere Grenze gegeben, so wird der Spannungsteiler
Pl + P2 parallel zu W2 gelegt. Es gelten dann die entsprechenden Überlegungen.
-
Bei der Messung des Phasenmaßes von symmetrischen Vierpolen ist es
nicht statthaft, eine Zusammenschaltung der beiden Spannungen U1 und U2 nach Abb.
I und 2 vorzunehmen, da sonst die Widerstände zwischen den Punkten, und a2 im Innern
des Vierpoles V kurzgeschlossen werden. Man führt in diesem Falle bzw. in allen
Fällen, in denen die beiden Spannungen nicht einpolig zusammengelegt werden dürfen,
die eine der beiden Spannungen, vorzugsweise U1, über einen Übertrager an die Punkte
A und C entsprechend Abb. 4. Da U1 durch den Übertrager Ü eine zusätzliche Phasenverschiebung
erleidet, muß das Phasenmaß des Übertragers vorher in einer Schaltung nach Abb.
I oder 2 gemessen werden. In der Schaltung nach Abb. 4 wird die Phasendifferenz
zwischen UAC und U gemessen. Aus dieser Messung und der vorausgegangenen Messung
des Phasenmaßes des Übertragers ergibt sich dann der gesuchte Gang des Phasenmaßes
zwischen U1 und U2.