DE761218C

DE761218C - Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Tonfrequenz- oder Hochfrequenzspannungsimpulse

Info

Publication number: DE761218C
Application number: DES145624D
Authority: DE
Inventors: Hellmut Dipl-Ing Rabe; Josef Dipl-Ing Stanek
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1941-06-08
Filing date: 1941-06-08
Publication date: 1954-03-01

Description

Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Tonfrequenz-oder Hochfrequenzspannungsimpulse Der Erfindung lieget die Aufgabe zugrunde, die Zeitdauer kurzzeitiger Tonfrequenz- oder Hochfrequenzispannungslirnpulse zu messen. Man kann; sich dazu bekanntlich einer Braunschen Röhre bedienen, doch erfordert die Braunsche Röhre einen erheblichen technischen Aufwand, der die Anwendung der Impulszeitmes,sung mit einer derartigen Einrichtung auf besonders wichtige Fälle beschränkt. Den gleichen Nachteil haben auch andere bekannte Anordnungen, die zum Messen kurzer Zeiten gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße verwenden. Hier sind außer einer Gleichrichter- und einer Meß:röhre mindestens noch zwei Entladungsgefäße erforderlich.
Durch die Erfindung läßt sich die Aufgabe jedoch in äußerst einfacher Weise und mit geringen technischen Hilfsmitteln dadurch lösen, d!aß die an einem, im Anodenr- oder Gitterkreis einer der Meß-röhre vorgeschalteten Elektronenröhre liegenden Widerstand abgenommene Gibbervorspannung auf einem bestimmten Wert gehalten wird, der durch den hinsichtlich seiner Dauer zu bestimmenden Impuls so verändert wird, daß die Sperrutig der 1.Ieiäröhre vorübergehend aufgehoben E und deren Gitter, unabhängig voll der Impulsamplitude, auf das eigene KathodenpotentiaI gebracht wird.
Es ist an sich ein Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Tonfrequenz- oder Hochfrequenz#pannungsimpttl#e bekannt. bei welchem eine dem zu messenden Impuls zeitlich proportionale Gleichspannung aaf das Gitter einer durch negative. Gittervorspannung gesperrten lleßröhre zwecks vorübergehender .Aufhebung der Sperrung gegeben wird. bei dem das Zeitintegral des dann in der lIeß- j röhre auftretenden Anodenstromes als -Maß für die Impulsdauer mittels eines ballistiscli,°_n Ga.Ivanometcrs gemessen wird.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt das Neue und Fortschrittliche der Erfindung darin, daß bei Aufhehung der Sperrung der Meßröltn-# deren Gitter auf ihr eigenes Kathode npotzntial gebracht wird. Dadurch , ergibt sich in der lheßrö1rre ein getrau definierter Strom, der unabhängig vom Betriebszustand der Batterie der ersten Röhre: ist. Da diese Anordnung bei der bekanntgewordenen , Anordnung nicht getroffen ist, ist dort infolge der Anwz ndung der Gasentladungsröhren als Vorröhren eine Schaltung erforderlich, bei welcherde-r Betriebszustand der Gitterbatterie bzw. d,-r Anodenbatterie der Gasentladungsröhren den Ailodenstrom d.r Meßröhre beeinflußt. E; i Alterungsersehe inungen der Batterien ist bei der bekannten Anordnung dadurch mit einer Änderung des Meßstromes und damit einer fehlerhaften Anzeige d-:r Meßgröße zu rechnen. Außerdem ist bei der lr:kannten Anordnung eine zweite Gasentlaclungsr3hre notwendig, also ein, nicht unbea.chtlicher 'Mehraufwand.
Ein Schaltungsbeispiel für das neue Impulszeitmeßgerät ist in Fig. i wiedergegeben. Dabei sei zunächst hier und im folgenden unterstellt, daß es sich um die Messung eines Gleichspannungsimpulses handelt. Welche Maßnahmen bei der :.Messung einesTon- oder Hochfrequenzspannungsimpulses zu treffen und welche Punkte dabei besonders zu beachten sind, wird dann am Ende der Beschreibung dargelegt werden.
Die Vorröhre ist mit i, die Meßröhre mit -2 bezeichnet. 3 und 4. sind zwei Widerstände. voll denen 3 als Gitterwiderstand für die erste Röhre dient. während an .I die Sperrspannung für die lleß,rölire2 abgegriffen wird. Die Röhren werden mit zwei getrennten Anodenspannungsquellen 5. 6 betrieben. die hier a.l,s Batterien gezeichnet sind; doch steht dem nichts im Wegre, an ihrer Stelle: stabilisierte -Netzanschlußgeräte zu verwenden.

ist ein ballistisches Galvanometer, das in den Anodenstromkreis der @Ießröhre 2 ein-

geschaltet ist. Die Spannungen und Wider-

stände sind so bemessen. daß im Zustand der

l ; läbcreitschaft. also solange am Gitter der

Vorröhre i kein zu messender Impuls liegt,

der Anodfnstrom der V orröhre i am Wider-

stand q eine negative Vorspanllung erzeugt,

die ausreicht, die '-#Ießröhre z zu sperren, so

daß das ballistische Galvanometer keinen

Ats#Ji:ag zeigt.

Die Wirkungsweise des Impulszeitmeß-

gerätes ist dann folgende: An die Eingangs-

klemmen B. 9 des Gerätes wird d,-"r zu mes-

sende Impuls gelegt, und zwar in solcher

Polarität, daß mit steigender Impulsspannung

der Anodenstrom der Vorröhre i sinkt. Sorgt

man dafür. daß die Amplitude des schwächsten

zu messeild,:n Impulses groß genug ist. um

den Anodenstrom der ersten Röhre auf Null

zu steuern, was für das richtige Arbeiten des

G=erätes erforderlich und durch Vorverstär-

kung stets möglich ist. so wird das Gitter der

lleßröhre a für die Iinpulsda.uer auf dem

Potential Null liegen, d.11. es fließt im

Anodenkreis der 3leßröhre 2 für die Dauer

des Impulses cili Anodenstrom. der der

Gittercorspannung lull entspricht. Das / @idt,

c

das vom ballistischen Galcanorret:r angezeigt

wird, ist dann ein direktes Maß für die Zeit t,

d. h. für die Impulsdauer, da ja der Anoden-

strom i unabhängig von der Dauer und

Amplitude des Impuls; s gemacht ist.

An Stelle toll Eingitterröhren. die in dem

L; i#piei nach Fig. i gewählt sind. können

auch 1lehrgitterröhren treten. oder man kann

auch eine Doppelröhre verwenden, in der zwei

Svsteine in einem Kolben untergebracht sind.

Ferner ist es nicht erforderlich, den Wider-

stand -1 in die Anodenleitung der Vorröhre

zu legen. So kann er bei einer Mehrguter-

röhre beispielsweise in den Schirmgitterkreis

oder in die Kathodenleitung gelegt werden.

so daß er im letzteren Falle von der Summe

aller durch das Steuergitter gesteuerter

Ströme durchflossen wird. Ferner ist es mög-

lich. das Gerät auch aus einer einzigen

Anodenspannungsquelle zu betreiben. wobei

die Schaltung nach Art eines Gleichstrom-

verstärkers zu treffen ist. In diesem Falle

werden allerdings getrennte Heizbatterien für

die beiden Röhren erforderlich. andererseits

muß die Anodenspannungsqu.elle eine Span-

nung aufweisen. die gleich der Summe der

beiden einzelnen Anodenspannungen ist.

@Ve#entlich ist nämlich im Silin c der Erfin-

dung nur. daß die Schaltung so g,-trotteli

wird, daß die \Ießrölire 2 eine Sperrspan-

nung erhält. die durch den Impuls unabhängig

von dessen Amplitude von einem festen Wert

auf einen anderen festen Wert geändert wird.

beispielsweise von -.Io auf o Volt.

Bei dien praktischen Versuchen hat sich ergeben, diaß selbst bei hoher negativer Vor-Spannung der Meß(rähre 2 noch ein gewisser Reststrom auftreten kann, der einten Ausschlag des Galvanometers 7, beispielsweise um drei Skalenteile, im Zustand der Meßbereitsc.h.aft bedingt. Dieser Ausschlag läßt sich in an seich bekannter Weise durch elektrische Mittel kompensieren. Besonders einsfach wird die Kompensation;, wenn gemäß Fig.2 verfahren, wird, da hier die erfomäerliche Kompensatioässpannung aus der ohnehin voirhandenen Heizbatterie io für die Meßröh,re 2 entnommen, wird. Zur Einstellurig des Kompensationsstromes dient hier der veränderliche Widerstand i i. An die Stelle der eilektrischern Kompensiation kann auch eine mechanische Kompensation in dem Sinne treten, daß der mechanische Nullpunkt um denjenigen Betrag unter den, Skalennullpunkt gelegt wird, der dem Ausschlag dies Galvanometers durch den Reststrom entspricht. Derartige Anordnungen sind an sich bekannt.

Wie bereits oben anagneführt; isst eis eirfoirderlich, den Anodenstrom i der Meßröh ire 2 durch den Impuls uriabhängig von dessen Amplitude, sich steas um einen bestimmten Betrag ändern zu lassen. In der Praxis wirrt man zweckmäßig als diese Grenzen einerseits den Anodenstrom Null, andererse2:ts denjenigen Ano,denss,trom (i.), der sich bei der Gittervorspannung Null in der Meßröhre 2 einstellt, wählen. Da nun, dieseir Anodenstrom nicht: allein von der Gittervorsipiannung, sondern auvh von; der Höhe der Heiz- und Anodenspannung sowie von dem Alterszustand der Meßröhre 2 abhängt, wird es erforderlich sein, von Zeit zu Zeit, beispielsweise bei Beginn jeder Meßreihe, den Anodenstrom io auf den Sollwert einzustellen. Dazu wird man praktischerweise das Galvanometer 7 mitbenutzen.
Eine Schalitung, mit der diese Einstellung leicht durchführbar ist, ist in Fig. 3 wiedergegeben. Die Einstellung des Anodenstromes erfolgt hier durch, Verändern eines im Anodenkreis Biegenden Widerstandies 12. Um die Empfindlichkeit dies ballistischen Galvanometers 7 dien statissehen Bedingungen anzu: passen, ist nach ein Widerstand! 13 vargesehem, der für die Dauer der Einstelljung dem Galvanometer parallel gelegt wird. Für die ballistische Messung ist dann dieser Widerstand wieder abzuschalten,. Er wird dann einem eibenfallis im Anodenkreis liegenden Widerstand 14 zugeschaltet. Dies ist erforderlich, da sich der Widerstand dies. Anodenkreises durch ein bloßes Abschalten des Widerstandes 13 nach dem Abgleich verändern würde, "vas einer Änderung dies Stromes i, entspräche. Man erhält jedoch konstante Verhältnisse, wenn man, wie voirges.chl:aben, den Widerstand 14. vorsieht und ihn gleich dem Widerstand des, Galva,nomehers ; wählt,. Dabei ist unter Widerstand des Galvanometers derjenige zu mrstehen, der sich aus dem. Innenwiderstand des Galvanometers und, den gestrichelt angledeuteten Widerständen 15, 16 ergibt, die man in bekannter Weisse zur Kompensation dies Temperatureinflusses vorsieht. Die Umschaltung dies Widerstandes 13 erfolgt mittels eines Schalters 17. Mit diesem: ist zweckmäßig ein weibeirer Schalher i8 gekuppelt, der in der Abgleichstellung dafür sorgt, d:aß das Gitter dar NIeßröhre 2 auf dem Potential Null liegt. Der Schalter 17 kann also, wie Fig. 3 eis zei191t, zwischen Gitter und Kathode dar Meß,röhre 2 liegen und diese Sitzecke in der Abgleiich@stellung Er kann jedoch auch in die Anodenleitung der Vorröhre i derart eingebaut sein, daiß er diese in der Abgleichs.tellung unterbricht, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.
Die bisher beschriebene Anordnung eignet sich lediglich für die Messung der Zeitdauer von Gleichspannungsimpulsen. Sie kann jedoch ohne j ede Änderung auch für die Messung von Wechselspannungsimpulsen benutzt werden, sofern man ihr einen Gleichrichter vorschaftet, der beispielsweise, wie aus Fng. 4 ersichtlich, geschaltet werden kann. Mit i ist hier wieder die Vorröhre bezeichnet. Zur Gleichrichtung dient einte weitere, als Diiode wirkende Röhre i9, die über einen Kan!densatar 20 an; die EingangsklemMen 21, 22 angeschlossen: ist und in bekannter Weise auf einen Widerstand 23 arbeitet. Ohne weitere Vorkehrungen würde nun die so, erhaltene Gleichspannung eine störende Welligkeit aufweisen. Die Varröhne würdie nämlich durch die Gleichspannung nicht während der ganzen Dauer des Impulses gesperrt sein, sondern mit der Frequenz des einfallenden Impulses geöffnet und gesperrt werden. Um dies zu verhindern, ist noch ein Siebglied (ein RC- oder LC-Glied) vorzusehen, das in dem. gewählten Beispiel aufs dem Widerstand 24 und dem Kondensatoir 25 besteht. Die Zeitkonstante dieses Gliedes ist s(o zu wählen, daß die erhaltene Gleichspannung während: dea ganzen Impulses nie unter den Wert sinkt, der zurr Aufhebung der Sperrung der Meß.röhTe 2 erforderlich ist. Andererseits darf die Zeitkonstante auch nicht zu groß werden,, die sonst die Abklinigdiauer der Spannjung über dien `'Wert steigen würde, der im Interesse der Meßgenauigkei:t noch tragbar isst. Daraus erhellt, daß: es für jede Dimensionierung des Siebgliedes eine untere Grenzfrequenz gibt. Soll ein Impuls mit noch niedrigerer Frequenz erfaßt werden, so isst eine andere B-emesseng des Siebgliedes erforderlich. Ist dies unerwünscht oder auch nicht möglich, sa kann man sich gemäß der Erfindung damit helfen. daß man dem Gleichrichter ein°_n an sich bekannten Frequenzvervielfaclier vorschaltet. Dieser kann beispielsweise in einer ein- oder mehrstufigen Doppelgleichrichterschaltung bestehen. in der jeweils der Gle:ichstranianteil vom Wechselstromanteil durch einen Kondensator getrennt wird. Die Anwendung eines Frequenzvervielfachers wird stets dann zweckmäßig sein, wenn es sich um sehr niedrige Frequenzen handelt, so daß man zu großen Zeitkonstanten und damit zu einer langen Abklingda:uer der Gleichspannung kommt.
Ein Schaltungsbeispiel für ein vollständige: Gerät nach der Erfindung ist in Fig. 3 wiedergea@eben. Die beiden Röhren r und : sind hier zu einer Doppelröhre zusammengefa.ßt.

Claims

PATEIXTA\SPRCCHH: r. Verfahren zum Messen der Zeitdauer kurzzeitiger Tonfrequenz- oder Ho-hfrequenzspaimungsimpulse, durch die eine dem z,u messenden Impuls zeitlich proportionale Gleichspannung auf das Gitter einer durch negative Gittervorspannung gesperrten NIeßrölire zwecks vorübergehender Aufhebung der Sperrung gegeben wird. bei dein das Zeitin.tcgral des dann in der :VIeßröhre auftretenden Anodenstromes als %Iaß für die Impulsdauer mittels eines ballistischen Galvanometers gemessen wird. dadurch gekennzeichnet. daß die an einem im Anoden- oder Gitterkreis einer der l eßröhre (2) vorgeschalteten Elektronenröhre t i f liegenden Widerstand (4) abgenommene Gittervorspannung auf einem bestimmten Wert gehalten wird, der durch den hinsichtlich seiner Dauer zu bestiminend:n Impuls so verändert wird, daß die Sperrung der llleßröhre (2) vorübergehend aufgehoben und deren Gittzr. unabhängig von der Impulsamplitude, auf das eigene Kathodenpotential gebracht wird. Einrichtung zur Durchführung des Verfahren: nach Anspruch i, dadur@li gekennz,eichnet. daß der zu anessende Innpuls. bei Ton- oder Hochfrequenz nach Gleichrichteng, auf das Gitt:r einer Vorröhre gegeben wird, deren durch das Gitter gesteuerter Strom an einem Widerstand einen Spannungsabfall hervorruft, der als Sperrspannung für die 1leßröhre benutzt wird. 3. Einrichtung nach Anspruch 2 für die Messung bei Wechselstroinimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß den Gleichrichter ein Siebglied (RC- oder LC-Glied) zugt schaltet ist, dessen Zeitkonstante derart bemessen ist. daß einerseits die erhaltene Gleichspannung während des Impulses nie unter den zur Aufhebung der Sperrung erforderlichen Wert sinkt und daß andererseits die Abklingdau-er der Gleichspannung nicht unzulässig groß wird. .I. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekenii7eiclinet, daß die Frequenz des anlconimenden Impulses vor der Gleichrichtung vervielfacht wird, beispielsweise durch Doppelweggleichrichtung und Trennung des Gleichstromanteils vom Wechselstromanteil durch einen Kondensator. . Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß der bei gesperrter Meßröhre vom ballistischen Galvanometer gegebenenfalls noch angezeigte Reststrom durch einen Gegenstrom, der vorzugs«-eis.^ der Heizstromquelle für die Meßröhre entnommen wird, kompensiert ist. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis .I. dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische -Nullpunkt des ballistischen Galvanometers in an sich bekannter Weise um so viel unterhalb des Skalennullpunktes gelegt ist, als dem Ausschlag des Galvanometers infolge des Reststromes entspricht. der bei gesperrter 1leßröhre fließt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften \ r. 827. (J12 ;;=.