DE837568C - Spannungsmesser, insbesondere zur Messung von Spannungsspitzen in elektro-akustischen UEbertragungsanlagen - Google Patents

Description

• Spannungsmesser, insbesondere zur Messung von Spannungsspitzen in elektroakustischen Übertragungsanlagen Bei ele'ktro-akustischen Übertragungsanlagen ist es wichtig, -die Einhaltung der Dynamikgrenzen zu überwachen. Die dem akustischen Vorgang entsprechenden tonfrequenten Spannungen dürfen weder eine böehst zulässige Grenze überschreiben noch eine untere Grenze unterschreiten. Je höher die Dynamik ist, um so schwieriger ist die Messung, so d'aß die Qualität der gegenwärtig zur Verfügung stehenden 1\leßinstru@mente nicht mehr mit der Qualit:it der tatsäc'lil@ich heute erreichbaren Übertragungsgüte itlrereinstimmt. Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiger Aussteuerungsmesser, der die im folgenden zu beschreibenden Mängel der liisherigeit Tonmesser nicht mehr besitzt. Die Ertindung istfüralleelektro-akustisclienÜbertragungsanlagen verwendbar, z. B. für Rundfunk, Tonfilm oder Latitspreclieranlagen. Bekanntlich hat der Aussteuerungsmesser die Aufgabe, Spitzenwerte in der tonfrequenten Spannung anzuzeigen. Es hat sich nämlich durch Messungen und Beobachtungen herausgestellt, daß auch eine kurzzeitige Überschreitung der höchst zulässigen Aussteuerungsgrenze zu hörbaren Verzerrungen führt. Außerdem wird durch Übersteuerung in manchen Fällen die Betriebssicherheit der Einrichtung, z. B. bei Rundfunksendern durch auftretende Überspannungen, erheblich gefährdet. Ferner ist es wichtig, die Übertragung bei solchen Teilen des Programms messend überwachen zu können, die in der unteren Grenze der Dynamik liegen. Bei den jetzigen Tonmessern wird folgende Einrichtung benutzt: Die zu messende Spannung wird über einen Verstärker mit niederohm,igem :Ausgang durch einen Doppelweggleichrichter gleichgerichtet und ladet einen Kondensator auf. Es ist möglich, die Zeitkonstante für die Aufladung so klein zu wählen, daß sich der Kondensator auf den Spitzenwert der kürzesten praktisch überhaupt auftretenden Spitze aufladet. Durch diese Speicherung gelingt es, Impulse mit einem verhältnismäßig trägen Röhrenvoltmeter anzuzeigen. In Wirklichkeit ist die Spannung an diesem Ladekondensator während der Messung nicht konstant. Um die Einrichtung wieder für neue Impulse empfindlich zu machen, muß jede vorausgegangene Aufladung mit einer langen Zeit',konstante von etwa r bis a Sekunden über einen Hochohmwiderstand abfließen. Dadurch verringert sich die Spannung während der Ansprechzeit des Röhrenvoltmeters bereits merklich. Es wird ein Mittelwert angezeigt, welcher zu niedrig ist. Je länger also die Ansprechzeit des Röhrenvoltmeters im Verhältnis zur Entladezeit des Kondensators ist, um so mehr werden Impulse, welche im Vergleich mit der Ansprechzeit kurz sind, falsch angezeigt. Dieser Fehler kommt zusätzlich zu dem Fehler hinzu, der bei kurzen Impulsen durch eine zu höhe Zeitkonstante des Impulsgleichrichters eintritt.
• Um die Anzeige über den gesamten Meßbereich zu ermöglichen und außerdem eine Übereinstimmung zwischen der Anzeige und dem gehörsmäßigen Eindruck zu haben, ist bei Torfmessern eine möglichst gleichmäßige Eichung in logarithmische Einlieiten erwünscht. Dadurch wird gleichzeitig eine Übereinstimmung mit den in der Nachrichtentechnik verwendeten Dämpfungseiriheiten erreicht. Die logarithmische Anzeige wird mit Hilfe der bekannten nicht linearen Eigenschaften von Trockengleichric'htern oder Verstärkerröhren bewirkt. Nachteilig ist hierbei, d'aß die Skala nur in einem begrenzten Bereich annähernd gleichmäßig unterteilt werden kann, @andererseits'haben diese nicht linearen Einzelteile erfahrungsgemäß eine starke Exemplarstreuung und sind dabei von äußeren Betriebsbedingungen, wie Temperatur oder Betriebsspannungen, abhängig Dieser Fehler schließt ebenfalls genaue Messungen aus.
• Da die ganze Meßeinrichtung verhältnismäßig Z fangreich ist, und da es außerdem im praktischen trieb häufig wichtig ist, dieselbe Anzeige an verschiedenen Plätzen, z. B. an einem Regiepult sowie an einem Überwachungsplätz, gleichzeitig vorzunehmen, werden die eigentlichen Anzeigeinstrumente des Röhrenvoltmeters im Tonmesser als sog. Tochterinstrumente getrennt verwendet. Bei den bekannten Röhrenvoltmetern entstehen hierdurch zusätzliche Fehler durch die Ohmschen Widerstände, insbesoüdere dann, wenn weitere Instrumente an- oder abgeschaltet werden.
• Beim Gegenstand der Erfindung wird eine Verbesserung -der Spannungsmessung an dein Ladekondensator der vorstehend beschriebenenbekannten Anordnung bewirkt. Das nachfolgend beschriebene Meßprinzip ist aber auch für die Anzeige und insbesondere Fernübertragung einer auf andere Art erzeugten Spannung für andersartige Zwecke brauchbar. Folgende Beispiele sollen diese weiteren Möglichkeiten veranschaulichen: Elektrische Meßwerte in Starkstromverteilungsanlagen können so trägheitsfrei fernangezeigt werden. Eine Fernanzeige anderer Größen, z. B. der Mechanik, ist in bekannter Weise dadurch möglich, daß die zu messende Größe in eine elektrische Größe umgewandelt wird. Die Fernmessung z. B. einer Umdrehungszahl kann so vorgenommen werden, da ß die Meßwelle des TourenzähI'ers einen Gleich- oder Wechselstromgenerator treibt. Diese Spannung wird dann durch eine'Anord!nung im Sinne des Erfindungsgedankens fernangezeigt. Ferner kann die Schwingungszahl einer Wechselspannung fernangezeigt werden, nac'hd'em vorher -die Schwingungszahl d'urc'h eine der bekannten Anordnungen in eine entsprechende Gleichspannung umgewandelt worden ist. Soll die Anzeige der Frequenz einen großen Bereich umfassen, wie z. B. bei akustischen Vorgängen, so wird ebenfalls eine logarithmische Skala gefordert, um so eine Ablesung entsprechend den musikalischen Intervallen zu erhalten. Eine solche logarithmische Anzeige ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung besonders einfach und stabil. Man kann also zusammenfassend sagen, daß die Erfindung wegen ihrer einfachen, stabilen und genauen logarithmischen Skala besonders zweckmäßig ist für Anzeige und Fernanzeige solcher Spannungen oder in Spannungen umgewandelter elektrischer oder sonstiger Größen, bei denen ein weiter Meßbereich zu übertragen ist.
• Die Erfindung besteht darin, daß eine durch Vergleich der zu messenden Spannung am Speicherkondensator mit einer Sägezahnspannung gewonnene Spannung zur Anzeige verwendet .ist. Dabei wird vorzugsweise die Zeit zwischen dem Kippen des Sägezähnes, d. h. dem Springen der Sägezahnspannung auf ihren Höchstwert, und der Gleichheit dieser mit der zu messenden Spannung zum Anzeigen. des Meßwertes verwendet. Die Sägeza'hnspannung kann z. B. dadurch erzeugt werden, daß ein zweiter Kondensator in gleichen Zeitabständen durch einen Spannungsstoß jeweils auf dieselbe Spannung aufgeladen wird. Während der Pause zwischen zwei Ladungsstößen erfolgt eine Entladung des Kondensators entweder mit konstantem Strom oder exponentiell abklingend über einen Ohmschen Widerstand. Die Sägezahnspannung soll dabei so verlaufen, daß die Spannung zu Beginn der Entladung höher ist als die höchste im Speicherkondensator in Frage kommende Spannung und daß gegen Ende der Entladezeit die Spannung im Vergleichskondensator niedriger ist als die kleinste Spannung am Speicherkondensator an der untersten Dynami grenze. Es gibt also während jeder Entladeperiode der Sägezahnspannung einen Zeitpunkt, zu dem Meßspannung und Sägezahnspannung einander gleich sind.
• Nach der Erfindung erzeugt ein Signalgenerator die zur Anzeige dienende Impülsfolgespannun.g, so d'aß das Springen der Sägeza'hnspannung auf ihren Höchstwert den Beginn, der Augenblick der Gleichheit zwischen zu messender Spannung und

  Vergleiclisspannutig das Ende des Impuls-

  schwingungszuges bestimmen. Die zeitlichen Ab-

  stände zwischen dem ersten und dem zweiten

  Signal sind hei bekannter Sägezahnspannung ein

  Maß für die Größe der zu messenden Spannung.

  Wird also diese Sägezalitispannung durch peri-

  odische Stoßaufladung eines zweiten Kondensators

  erzeugt und erfolgt die Entladung des Vergleichs-

  kondensators mit einem konstanten Strom, so er-

  hält man eine liircare Skala. Wird dagegen die

  Entladung des Vergleichskondensators über einen

  ()'limschen Widerstand vorgenommen, erfolgt also

  ein exponentieller Spannungsal)fall, so ist der zeit-

  lich: .Mistarid zwischen den beiden Impulsen pro-

  portional dem Logarithmus -der Eingangsspannung.

  1?s tritt also auf diese einfache Weise durch einen

  physikalisclli stabilen Vorgang eine 1_ogarith-

  inierung des \1 ittel%vertes ein. Eine Weiterbildung

  des l:rfindurngsgedaii!ketis bestecht daher darin, d.aß

  ein :1lifall der S;igezalinspannunt, in exponentieller

  Abhängigkeit von der Zeit zur Logarithinierung

  des Meßwertes verwendet wird. Mine weitere @us-

  gestaltung der Erfindung sieht ferner vor, daß die

  Rückverwandlung des den Meßwert bedeutenden

  zeitlichen Signalabstandes in eine sichtbare Anzeige

  in eirein Oszillographen erfolgt, wobei die Zeit-

  basis des Oszillographen mit der Kippschwingung

  synchronisiert ist. Die sichtbare Anzeige kann vor-

  ztigSwCise in einem Elektronenstrahloszillographen

  vorgenommen werden, wobei der Elektronenstrahl

  entlang einer Kreisbalis synchron zur Kipp-

  schwingung verläuft und das Signal zur kIellie)%

  keitssteuerung und/oder lZadialablenkung des Elek-

  tronenstrahles verwendet wird.

  In den Zeichnungen ist die 1?hindung beispiels-

  weise schematisch erläutert.

  Fig. i zeigt den Verlauf der Spannungen und der

  Signale;

  Fig.2 ist ein Bild des Schimies eines Oszillo-

  graphen;

  hlg. 3 ist ein Schaltbild der gesamten -Meß-

  anordnung ;

  Fig. .I liis 6 sind Oszillogrammbilder.

  In hig. i ist 1"t die zu messende Spannung am

  Slxiclierkottdeiisator des Impulsgleichrichters. Sie

  ist für den kurzen, zu betrachtenden Augenblick

  als konstant angenommen tvorden. 1?ine Säge-

  zahnspannung möge im Fall der Entladung eine

  Kondensators über einen Ohmschen Widerstand

  entsprechend ('Q verlaufen. Das Signal zur Zeit 10

  im Augenblick des Spannungsstoßes möge darin

  liestelien, daß eine Schwingung L'3 einsetzt, die im

  ;\tigenblick der Spannungsgleichheit, also zur

  Zeit ti, wieder abreißt. Der periodische Verlauf

  der Sägezalitisliatuiung möge durch eine Takt-

  geherspannung C'4 erzwungen werden.

  Fig.2 -neigt <las entsprechende Schirmbild eines

  Oszillographen. I-Iierbei durchläuft der Elektronen-

  strahl eine Kreisbahn mit einer Unilatiffnequenz,

  welche der Impulsfolgefreduenz gleich ist. Hierbei

  fallen die Zeitpunkte to, to -f- T usw., d. h. die Zeit-

  liunkte des Kippers des Sä gezähnes oder des

  Steringens der Sägezahnspannung auf ihren HÖchst-

  wert, immer auf den gleichen Punkt auf dem Braunschen Rohr. Das Signal selbst möge nach Gleichrichtung eine Dunkelsteuerung des Strahles bewirken. Die Länge des dunkelgesteuerten Sektors zeigt an, um wieviel die zu messende Spannung geringer ist als die maximale Amplitude des Sägezahnes. Der restliche helle Sektor ist dann eine Anzeige für die zu messende Spannung. Anstatt mit dem Phasenwinkel kann man bei linearem Sägezajhn die Skala direkt in Spannungseinheiten und im Fall des exponentiellen Sägezahnes direkt in Pegeleinheiten (Neper oder Dezibel) eichen. Statt der Helligkeitssteuerung oder zugleich mit der Helligkeitssteuerung kann auch eine Radialablenkung des umlaufenden Strahles vorgenommen werden. Eine Übereinstimmung mit der bei Drelizeigerinstrumenten gewohnten Skala erhält man, wenn man den Elektronenstrahl wie dargestellt entgegen dem Uh rzeigersinn umlaufen lädt.
• 111 Fig. 3 stellt a einen Vorverstärker, b einen Gleichrichter und c einen Speicherkondensator des Impulsmessers dar, welche sich von den üblichen und bekannten Anordnungen nicht grundsätzlich unterscheiden. Es ist ein Taktgebergenerator f vorgesehen, der einen Impulsgenerator g synchronisiert. Die Spannung U1 vom Impulsgleichrichter und die Spannung U, des Sägezahngenerators werden in einem Signalfrequenzgenerator d zusammengefaßt, welcher die Spannung U, erzeugt; diese wird über eine Leitung dem Anzeigegerät zugeführt. Ein Bild dieser Impulsfolge ist in denn Oszillogramm I (Fig. 4) schematisch dargestellt. Im Anzeigegerät wird ein Teil der Spannung U3 einem Gleichrichter e zugeführt, dessen gleichgerichteter Impuls 1I (Fig. 5) die Dunkeltastung des Elektronenstrahles bewirkt. Ein Teil der Spannung U3 wird zur Synchronisierung eines Zweiphasengenerators h verwendet, der zur Kreisablenkung des Elektronenstrahles zwei verschiedene, gegeneinander um 9o° phasenverschobene, sinusförmige Wechselspannungen III (Fig.6) erzeugt. Das Braunsche Rohr selbst ist mit i bezeichnet.
• Bei kurzen räumlichen Entfernungen besteht die Möglichkeit, den besonderen Taktgebergenerator sowie den entsprechenden Zweiphasengenerator dadurch zu ersparen, daß ,man die Einrichtung an ein gemeinsames Netz, z. B. das Starkstromnetz, anschließt, welches hinsichtlich seiner Impulsfrequenz Bereits recht hoch gestellten Ansprüchen genügt. In Funkhäusern besteht ferner eine Anschlußmöglichkeit an das Pegeltonnetz von 80o oder 1000 Hz.
• Die Nachteile einer Einrichtung gemäß dem bisleer bekannten Stand der Technik werden offensichtlich durch die Erfindung vermieden, deren Hauptvorteile sind: 1. Der bisherige, durch die Trägheit des Röhrenvoltmeters bewirkte Meßfehler kann bei der neuen Einrichtung beliebig ,klein gehalten werden dadurch, daß der Abstand zwischen den einzelnen Ladestößen, also die Impulsfolgefrequenz, so hoch gewählt wird, daß der inzwischen eititretentW Spannungsabfall des Speicherkondensators innerhalb der gewünschten Meßgenauigkeit liegt.
• 2. Die logarithmnische Anzeige der Meßspannung erfolgt mit Hilfe linearer Elemente. Die entsprechende Skala ist streng logarithmisch geteilt.
• 3. Es ist ein Anschluß von beliebig vielen Tochterinstrumenten (Oszillographen) möglich, ohne daß ein zusätzlicher Fehler eintreten kann.
• 4. Die Entfernung zwischen Mutter- und Tochterinstrument ist nicht begrenzt, da die benutzten Signale im Gegensatz zu dem im Anodenstromkreis fließenden Gleichstrom über Verstärker geschickt und wieder angehoben werden können. Außerdem wirken sich lineare und nichtlineare Verzerrungen, Dämpfungen und Laufzeiten nicht auf die erreichte Anzeige aus.
• Letzten Endes beruht die Verbesserung, welche die beschriebene Meßanordnung für Präzisionsinessungen besonders brauchbar macht, darauf, <laß der Meßwert in eine Zeit umgewandelt wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Spannungsmesser, insbesondere zur Messung von Spannungsspitzen in elektroakustischen Übertragungsanlagen, bestehend aus einem Verstärker, einem Impulsgleichrichter mit Speicherkondensator und einem Anzeigegerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Vergleich der zu messenden Spannung am Speicherkondensator mit einer Sägezahnspannung gewonnene Spannung zur Anzeige verwendet ist.
2. 2. Spannungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zwischen dem Kippendes Sägezahnes, d. b. dem Springen der Sägezahnspannung auf ihren Höchstwert, und der Gleichheit bei dieser mit der zu messenden Spannung zum Anzeigen des Meßwertes verwendet wird.
3. 3. Spannungsmesser nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgenerator ,die zur Anzeige dienende Impulsfolgespannung so erzeugt, daß das Springen der ,Sägezahnspannung auf ihren Höchstwert den Beginn, der Augenblick der Gleichheit zwischen zu messender Spannung und Vergleichspannung das Ende des Impulsschwingungszuges bestimmen.
4. 4. Spannungsmesser nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abfall der Sägezahnspannung in exponentieller Abhängigkeit von -der Zeit zur logarithmischen Anzeige des Meßwertes verwendet wird.
5. 5. Spannungsmesser nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückverwandlung des den Meßwert bedeutenden zeitlichen Signalabstandes in eine sichtbare Anzeige in einem Oszillographen erfolgt, wobei die Zeitbasis des Oszillographen mit der Kippschwingung synchronisiert ist.
6. 6. Spannungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sichtbare Anzeige in einem Elektronenstrahloszillographen vorgenommen wird, wobei der Elektronenstrahl entlang einer Kreisbahn synchron zur Kippschwingung verläuft und das Signal zur Helligkeitssteuerung und/oder Radialablenkung des Elektronenstrahles verwendet wird.