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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.