DE768118C - Anordnung zur Kurzzeitmessung - Google Patents

Anordnung zur Kurzzeitmessung

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DE768118C
DE768118C DES135346D DES0135346D DE768118C DE 768118 C DE768118 C DE 768118C DE S135346 D DES135346 D DE S135346D DE S0135346 D DES0135346 D DE S0135346D DE 768118 C DE768118 C DE 768118C
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DE
Germany
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Expired
Application number
DES135346D
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English (en)
Inventor
Werner Dr Schaaffs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens APP und Maschinen GmbH
Original Assignee
Siemens APP und Maschinen GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F13/00Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00
    • G04F13/02Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00 using optical means
    • G04F13/023Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00 using optical means using cathode-ray oscilloscopes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  • Anordnung zur Kurzzeitmessung Das Hauptpatent betrifft eine Meßanordnung mit sichtbarer Darstellung des Zeitabstandes zweier kurz aufeinanderfolgender Impulse auf der vom Elektronenstrahl einer Braunschen Röhre beschriebenen Zeitlinie durch die Lage einer zackenförmigen Strahlauslenkung gegenüber einer zu Beginn der Messung festgelegten Nullmarke. Die Zeitmessung wird dabei in die Messung der Spannungsänderung eines Kondensators umgewandelt, die dieser während der gesuchten Zeitspanne erfährt. Das Hauptpatent schützt, daB der umlaufende Elektronenstrahl dauernd durch eine zu seiner Umlauffrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis stehende Frequenz zackenförmig ausgelenkt wird und daB die an dem Meßkondensator liegende Spannung auf das Gitter einer Röhre wirkt, die als phasenschiebender Widerstand in einem die Auslenkfrequenz beeinflussenden Wechselstromkreis liegt, so daß während der Ladungsänderung des Kondensators eine dieser entsprechende bleibende Phasenverschiebung zwischen der Umlauffrequenz und der Auslenkfrequenz eintritt, die eine Auswanderung der Auslenkzacke aus der Nullage zur Folge hat.
  • Der Innenwiderstand der als phasenschiebender Widerstand in dem Wechselstromkreis liegenden, z. B. zu einer Induktivität parallel geschalteten Röhre, wird dabei von dem Spannungsabfall gesteuert, welchen der Anodenstrom einer durch den --%leßkondensator im Gitterkreis gesteuerten Röhre an einem- Widerstand hervorruft, der im Gitterkreis der erstgenannten phasenschiebenden Röhre liegt.
  • Die größtmögliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in einem aus Induktiv ität und Ohmschen Widerstand bestehenden Wechselstromkreis beträgt bekanntlich go°. Würde die den Zeitkreis erzeugende Strahlumlaufspannung und die die Ablesemarkeerzeugende Auslenkspannung die gleiche Frequenz aufweisen, so würde diese Phasenverschiebung von go° einem Viertel des Zeitkreisumfanges entsprechen. Es kann aber nicht die volle mögliche Phasenverschiebung ausgenutzt werden, weil der tg nur im Bereich von o° bis höchstens 55° einigermaßen linear mit verläuft. Daher hat auch nur ein Arbeiten in diesem Bereich Sinn. Der zur Messung ausnutzbare Bereich auf dem Zeitkreis ist daher noch erheblich kleiner als 9o°. Um den ganzen Zeitkreisumfang für die Ablesung nutzbar zu machen und dadurch die Anzeigegenauigkeit zu erhöhen, kann die den Zeitkreis erzeugende Umlauffrequenz gegenüber der Auslenkfrequenz vervielfacht werden. Wählt man beispielsweise eine Verachtfachung und eine Phasenverschiebung von d.5°, so kann durch diese die Meßmarke genau um 36o° auf dem Zeitkreis verschoben werden.
  • Nun nimmt aber die Helligkeit der Leuchtspur mit der Schreibgeschwindigkeit des Strahles ab. Es sind deshalb der Erhöhung der Anzeigegenauigkeit durch Frequenzv ervielfachung Grenzen gesetzt. Außerdem ist es aus schaltungstechnischen Gründen, z. B. aus Mangel an geeigneten Schaltelementen, wie Röhren, Selbstinduktionen usw., nicht immer leicht, auf diese '\7Greise den Anzeigebereich von 36o° mit Sicherheit zu erreichen.
  • Die Erfindung betrifft nun eine Verbesserung der Anordnung zur Kurzzeitmessung nach dem Hauptpatent dadurch, daß die Phasenverschiebung in mehreren Wechselstromkreisen vorgenommen wird, die in Reihenschaltung im Stromkreis der Strahlauslenkfrequenz liegen und deren Röhren von dem 1NIeßkondensator beeinflußt werden, so daß sich die in den einzelnen Wechselstromkreisen auftretenden Phasenverschiebungen addieren.
  • Hierdurch wird es einerseits auf einfache Weise möglich, ohne Vervielfachung der Strahlumlauffrequenz, d. 1i. ohne Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit für den Zeitkreis, eine Verlängerung des Anzeigebereichs und damit eine Erhöhung der Ablesegenauiglceit zu erreichen, und man erhält dadurch eine besonders große Bildhelligkeit. Reicht ein phasenschiebender Wechselstromkreis infolge eines vorhandenen Frequenzunterschiedes zwischen Strahlumlaufspannung und Strahlauslenkspannung bereits zu einer Verschiebung der Meßmarke über 36o° aus, so bedeutet die Hintereinanderschaltung von mehreren Wechselstromkreisen eine weitere Steigerung der Meßgenauigkeit, denn es wird beispielsweise bei einer Serienschaltung von vier Kreisen der Anzei.gebere:ich um das @'ierfa.che verlängert. Die Folge ist, daß der in den einzelnen Wechselstromkreisen zur Verfügung stehende, annähernd lineare Phasenverschiebungsbereich nicht mehr voll ausgenutzt zu werden braucht. Das wirkt sich dann in einer geringeren Aussteuerung der Röhren und in einer geringeren Belastung der Phasenschieberkreise sowie auch in einer Entlastung des Eingangskreises der Schaltungsanordnung mit dem 1leßkondensator günstig aus. Damit wird die gesamte Meßanordnung empfindlicher und deren Brauchbarkeit erhöht.
  • An sich ist die Reihenschaltung von phasenschiebenden Wechselstromkreisen zu sogenannten Verzögerungsketten schon bekannt. um beispielsweise bei der Echolotung die Sendeimpulse mit den Echoimpulsen in zeitliche Übereinstimmung zu bringen. Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist aber nicht in der Reihenschaltung von phasenschiebenden Wechselstromkreisen an sich zu sehen, sondern in der besonderen Anwendung derselben zur Verbesserung der Anordnung nach dem Hauptpatent. Die Erfindung ist daher auf den Geltungsbereich des Hauptpatents beschränkt.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens dargestellt, und zwar unter Weglassung der für die Erfindung unerheblichen Kreise I bis III und VI bis IN des Ausführungsbeispieles nach dem Hauptpatent. Die Bezeichnung der einzelnen Teile ist mit denselben Ziffern vorgenommen worden wie dort. \eu hinzukommende Teile sind lediglich durch Indizes an den alten Ziffern kenntlich gemacht «-orden. Es zeigt Fig. i eine Schaltung mit Verstärkerröhren und Doppelgitterröhren mit veränderlichem Widerstand und Fig. :2 eine Schaltung ohne Verstärkerröhren und Eingitterröhren mit veränderlichem Widerstand.
  • Die vom Sender erzeugte Wechselspannung von beispielsweise iooo Hz wird gemäß Fig. i über eine Spule 1a auch von dem Schwingungskreis IV aufgenommen und durch eine Röhre 13a, soweit es erforderlich ist, verstärkt. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt der Kreis der aus einer Selbstinduktion i.Ia und einem durch eine Röhre 15a dargestellten veränderlichen Widerstand besteht. Die Kreise Vb, Vc und Vd sind entsprechend aufgebaut, sie enthalten die Selbstinduktionen lq.b, lq.@ und 14d sowie die Röhren 15b, r5c und 15d. Außerdem ist ihnen je eine Röhre 13b, 13c und 13d zugeordnet. Beim Vorhandensein von vier Kreisen Va bis Vd erhält man eine vierfache Phasenverschiebung gegenüber nur einem Kreis. Die Zahl der Kreise kann nach oben und unten von der im Ausführungsbeispiel gewählten abweichen.
  • Die Gitterspannungen und infolgedessen die inneren Widerstände der Röhren 15a bis 15d werden gemeinsam von einer Röhre 35 gesteuert, deren Anodenstrom selbst wieder von der Ladung eines nicht mehr mitgezeichneten Kondensators 3¢ abhängt. Wird an das Gitter der Röhre 35 vom Kondensator 34 her eine Spannung gelegt, so ändert sich der Spannungsabfall am Widerstanü 36, und es ändern sich demzufolge auch die Gitterspannungen an den Röhren 15a bis 15,1, und damit auch deren innere Widerstände. Die Spannung des Kreises Vd, die an dem Kreis VI liegt, ist gegen den Strom im Kreis Vd phasenverschoben, und zwar nach Maßgabe der für eine Parallelschaltung von einer Selbstinduktion mit verschwindend kleinem Ohmschen Widerstand und einem Widerstand zeltende Formel Der Strom im Kreis Vd hängt seinerseits von der Spannung im Kreis VO ab, und diese ist gegen den Strom im Kreis Vc ebenfalls phasenverschoben. Schließlich hängt die Spannung im Kreis Vd ab von dem Eingangsstrom in dem Kreis Va. Die in den einzelnen Kreisen erzeugtenPhasenverschiebungen multiplizieren sich also mit der Anzahl der vorhandenen Kreise.
  • Um eine gegenseitige Beeinflussung der Kreise Va bis Vd zu verhindern, ist es zweckmäßig, in die Zuleitungen vom Widerstand 36 zu den Kathoden der Röhren 1511 bis 15d und gegebenenfalls auch in die Zuleitungen zu den Gittern der Röhren 15a bis 15d Drosseln einzuschalten.
  • Setzt man eine Verachtfachung der Strahlumlauffrequenz gegenüber der Strahlauslenkfrequenz voraus, so entspricht einer Phasenverschiebung von 45' beim Vorhandensein nur eines einzigen Wechselstromkreises eine Verlagerung der Ablesemarke um den ganzen Zeitkreisumfang. Diese Verlagerung der Ablesemarke möge bei einer Anwendung der Meßanordnung zur Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit von Geschossen, beispielsweise eine Änderung der Geschoßgeschwindigkeit von iooo m/sec auf goo m/sec bedeuten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht eine Phasenverschiebung von q.5° in jedem der vier Kreise dem vierfachen Umfang des Zeitkreises. Eine über einen ganzen Zeitkreisumfang erfolgende Verschiebung der Auslenkzacke würde daher beispielsweise einer Änderung der Geschoßgeschwindigkeit von looo m/sec auf 975 m/sec entsprechen. Beträgt die Länge des Zeitkreises dabei 30 cm, so kommt auf jedes Meter Geschoßgeschwindigkeitsänderung eine Strecke von 1,2 cm. Wird eine entsprechende Teilung auf der Braunschen Röhre angebracht, die zweckmäßig die Geschoßgeschwindigkeit in Meter angibt, so ist der fünfte Teil der Strecke von 1,2 cm noch mit Sicherheit gut ablesbar. Dies bedeutet aber, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Genauigkeit von 1/s o/oo der zu messenden G.eschoßgeschwindigkeit erreicht wird.
  • Für die Röhren 15a bis 15d können Doppelgitterröhren verwendet werden, was an Hand der Kreise IV und Va näher erläutert werden soll. Die Röhre 15a bedarf nämlich einer Anodenspannung, die normalerweise nicht kleiner als 15o V zu sein pflegt. Wenn keine zusätzlichen Batterien in den Kreis Va eingeschaltet werden sollen, was nicht zu empfehlen ist, so kann der durch den Anodenstrom dbr Röhre 13" @bedingte natürliche Gleichspannungsabfall an der Selbstinduktion lq.a zum Betrieb der Röhre 15a ausgenutzt werden. Nun verlangt aber die Formel für die Phasenverschiebung im Kreis Va, daß der Ohmsche Widerstand der Selbstinduktion 14.a klein und damit auch der Gleichspannungsabfall an ihr gering ist. Diese Forderung ist praktisch mit der Forderung nach hoher Anodenspannung für die Röhre 15a nur schwer zu vereinen. Es ist daher angebracht, die Röhre 15a als Doppelgitterröhre auszubilden, die dann nur einer sehr geringen Anodenspannung von einigen Volt bedarf. Da die Selbstinduktion lq.a niemals völlig ohmfrei gemacht werden kann, wird ihr Gleichspannungsabfall stets so bemessen, daß er einige Volt beträgt und zum Betrieb der Doppelgitterröhre 15a ausreicht. Im Kreis Va ist die Schaltung weiterhin so getroffen, daß das Raumladegitter der Röhre 15a das gleiche Potential hat wie die Anode, und daß die Vorspannung des Steuergitters gleich Null ist. Für die Kreise Vb, Vc und Vd gelten die vorstehenden Überlegungen in entsprechender Weise.
  • In der Fig. 2 sind die Verstärkerröhren 13a bis 13d, die in erster Linie zur Deckung der in den einzelnen Kreisen Va bis Vd entstehenden Verluste dienen, weggelassen worden. Die Selbstinduktionen lq.a bis iq.d sind dabei Glieder von Transformatoren q.511 bis 45d. Der Ausgangstransformator 46 des Kreises Vd muß dabei ein hohes Übersetzungsverhältnis haben, damit am Eingang der nachfolgenden Röhre die für die Gestaltung des Auslenkv organfies erforderliche Spannung liegt. In den Kreisen V'1 bis \-" «-erden als veränderliche Widerstände Eingitterröhren i511 bis 1511 ver-,vendet, die ohne zusätzliche Anodenspannung arbeiten. Solche Röhren sind bekannt und im Handel erhältlich. Derartige Röhren geben eine hohe Emission, und der Ouotient der von ihnen an den Selbstinduktionen erzeugten automatischen Anodenspannung und ebendieser Emission ergibt gerade innere Widerstände im gewünschten Bereich. Die Anbringung von Drosseln ist hierbei nicht erforderlich.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Meßanordnung mit sichtbarer Darstellung des Zeitabstandes zweier kurz aufeinanderfolgenderImpulse auf der vom Elektronenstrahl einer Braunschen Röhre beschriebenen Zeitlinie durch die Lage einer zackenförmigen Strahlauslenkung gegenüber einer Nullmarke, die durch eine zu der Frequenz des dauernd umlaufenden Elektronenstrahles in einem ganzzahligen Verhältnis stellende Strahlauslenkfrequenz zu Beginn der Messung erzeugt wird, unter Anwendung eines während der zu messenden Zeitspanne eine Ladungsänderung erfahrenden Kondensators, dessen Spannung auf das Gitter einer Röhre wirkt, die als phasenschiebender Widerstand in einem die Auslenkfrequenz beeinflussenden Wechselstromkreis liegt. so daß während der Ladungsänderung des Kondensators eine dieser entsprechende bleibende Phasenverschiebung zwischen der Umlauffrequenz und der Auslenkfrequenz eintritt. die eine Auswanderung der Auslenkzacke aus der Xullage zur Folge hat, nach Patent ;68oii, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung in mehreren Wechselstromkreisen (Va bis Vd) vorgenommen wird, die in Reihenschaltung im Stromkreis der Strahlauslenkfrequenz liegen und deren Röhren (I511 bis 15f) von dem Meßkondensator beeinflußt werden. so daß sich die in den einzelnen Wechselstromkreisen auftretenden Phasenverschiebungen addieren.
  2. 2. Meßanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den Kathoden und gegebenenfalls auch den Steuergittern der phasenschiebenden Röhren (I311 bis 1511) Drosseln vorgeschaltet sind.
  3. 3. Meßanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenschiebenden Röhren (I;11 bis 13@) als Doppelgitterröhren ausgebildet sind. deren Raumladegitter Anodenpotential hat. q..
  4. Meßanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Wechselstromkreise (Va bis Vd) über Verstärkerröhren (13a bis 13d) erfolgt.
  5. 5. Meßanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromkreise (Va bis Vd ) unter sich transformatorisch gekoppelt und ihre Selbstinduktionen Glieder der Kopplungstransformatoren (q.511 bis .1.5d) sind.
  6. 6. Meßanordnung nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die phasenschiebenden Röhren (i511 bis I>11) ohne zusätzliche Anodenspannungsquellen parallel zu den Kopplungstransformatoren (.,511 his 45 11j geschaltet sind.
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