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Frequenzmesser
Es ist ein Frequenzmesser bekannt, bei dem die Meßfrequenz
in Impulse konstanter Amplitude umgewandelt wird und diese über eine vorzugsweise
Gasentladungsröhre einen Kondensator abwechselnd auf- und entladen. Der gemessene
Ladestrom bildet dann ein Anlaß für die in der Zeiteinheit auf den Kondensator einwirkenden
Impulse und damit auch ein Maß für die Nteßfrequenz. Die Auf- und Entladung des
Kondensators erfolgt sägezahnförmig.
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Der Verlauf dieser Säbezahnsiannung hängt bei gegebener Frequenz Von
der Batteriespannung der Gasentladungsröhre ab, weshalb Änderungen dieser Spannung
zu Fehlern in der Bestimmung der Meßfrequenz führen. In Erkenntnis dieses Fehlers
sind verschiedene spezielle Anordnungen vorgeschlagen worden, durch die aber nur
eine Verringerung des Fehlers erreicht wurde.
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Diesen Nachteil will die vorliegende Erfindung bei einem Frequenzmesser
beseitigen, bei dem die Meßfrequenz über eine Gasentladungsröhre oder eine gleichartig
wirkende Kippanordnung einen Kondensator auf- und entlädt und der gemessene Ladestrom
ein Maß für die Meßfrequenz bildet.
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Sie erreicht es dadurch, daß erfindungsgemäß die Kondensatorspannung
auf das Gitter einer übersteuerten Röhre gegeben und das Potential dieser Röhre
gegenüber dem Potential der Gasentladungsröhre oder der gleichartig wirkenden Kippvorrichtung
derart verschoben wird, daß ein von Schwankungen der Batteriespannung der Gasentladungs-
röhre
oder der Kippvorrichtung unabhängiger Anodenstrom erreicht wird. Durch geeignete
Potentialverschiebung wird somit erreicht, daß aus der am Gitter der Röhre liegenden
Sägezahnspannung ein in der Nähe der Löschspannung der Gasentladungsröhre liegender,
von Änderungen der Batteriespannung der Gasentladungsröhre weitestgehend unabhängiger
Bereich für die weitere Mes sung nutzbar gemacht wird.
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Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen dieser Erfindung bestehen
in folgendem: Um für niedrige Frequenzen eine große Zeitkonstante zu bekommen, wird
ein entsprechend hochohmiger Widerstand in Reihe zum Meßinstrument und diesen beiden
ein Kondensator parallel geschaltet. Für strengere Anforderungen an die Genauigkeit
der Messung wird eine zweite Röhre verwendet, in deren Anodenkreis das Meßinstrument
liegt. Ihr Steuergitter wird mit der Anode der ersten Röhre verbunden und das Potential
zwischen diesen beiden Röhren derart eingestellt, daß der Anodenstrom der zweiten
Röhre fließt, wenn die erste Röhre sperrt. Um eine zum Messen hoher Frequenzen notwendige
große und spitze Sägezahnspannung zu erhalten, werden die Aufladekapazität oder
der Aufladewiderstand oder auch beide veränderbar gemacht.
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Will man geringe Frequenzänderungen mit hoher Genauigkeit messen,
so wird ein Gegenstrom über eine Sättigungsröhre durch das Meßinstrument geleitet,
der den Meßausschlag vorzugsweise für die tiefste vorhandene Frequenz kompensiert,
so daß das Instrument nur noch die Differenz gegenüber dieser tiefsten Frequenz
anzeigt. Bei der hierzu verwendeten Pentode sind Gitter und Kathode miteinander
verbunden, und in ihrem Arbeitskreis liegt ein veränderbarer Widerstand, mit welchem
die Anodenspannung und der Kompensationsstrom geändert werden können. Die Anode
dieser Kompensationspentode ist über das Meßinstrument mit der Anode der vorhergehenden
Röhre verbunden.
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Zur Messung schnell veränderlicher Frequenzen, für die das Meßinstrument
zu träge ist, wird es durch eine RC-Kombination ersetzt, deren Zeitkonstante geeignet
bemessen ist. Die Anode der Kompensationsröhre wird dabei durch einen Erdungskondensator
zum Fußpunkt der durch die Kombination gegebenen neuen Wechselspannungsquelle gemacht.
Die Messung der Frequenzänderung erfolgt dann in einer vorzugsweise oszillographischen
oder registrierenden Messung der RC-Kombination dadurch, daß die Anode der Kombinationsröhre
wechselspannungsmäßig genügend wirksam geerdet wird, gegebenenfalls über eine Gl
immstrecke, die auch die Gleichspannungskomponente mitzuschreiben gestattet, und
dadurch, daß die gegenüber dem genannten Fußpunkt veränderliche, zu registrierende
Spannung vom Schalter, der die RC-Kombination anzuschließen ermöglitht, abgenommen
wird.
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Um die Unabhängigkeit von Spannungsschwankungen noch weiter zu steigern,
wird der Aufladewiderstand in an sich bekannter Weise durch eine Pentode ersetzt,
deren Gitter vorzugsweise mit ihrer Kathode unmittelbar verbunden ist und deren
Schirmgitter über einen Spannungsteiler aus einer Spannung gespeist wird, die durch
eine Glimmlampe mit großem Vorwiderstand konstant gehalten wird. Um recht scharfe
Zündspitzen für die Gasentladungsröhre zu bekommen, wird die Meßfrequenz über die
Zündstrecke einer Glimmlampe, über einen Widerstand bzw. eine Induktivität durch
einen Kopplungskondensator von vorzugsweise einigen hundert pF auf die Gasentladungsröhre
gegeben.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist nicht auf bloße Frequenzmesser
beschränkt, sondern mit Vorteil auch überall dort anwendbar, wo zeitveränderliche
Größen, wie z. B. periodische elastische Verbiegungen, umlaufende Maschinenteile
usw., in elektrische Frequenzen umgewandelt und diest dann mit dem erfindungsgemäßen
Frequenzmesser gemessen werden können.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abb. 1 bis 4 beschrieben
und erläutert. Es zeigt Abb. I die Schaltung des Frequenzmessers mit nur einer Röhre
hinter der Gasentladungsröhre, Abb. 2 die Schaltung des Frequenzmessers mit zwei
Röhren hinter der Gasentladungsröhre, Abb. 3 die Schaltung zum Messen von kleinen
Frequenzabweichungen, Abb. 4 den Verlauf der Spannungen und Ströme in einer Schaltung
nach Abb. I.
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Die bei I (Abb. I) dem Frequenzmesser zugeführte Meßfrequenz (Abb.
4a) wird mittels der übersteuerten Röhre 2 in rechteckförmige Stromimpulse J2 (Abb.
4b) umgewandelt, aus denen hinter der Zündstrecke der Glimmlampe 3, über dem Widerstand4,
der auch durch eine Induktivität ersetzt werden kann, und hinter dem kleinen Kopplungskondensator
5 von einigen hundert pF steile Spannungsspitzen (Abb. qc) gewonnen werden, welche
als Gittersteuerspannung Ug die Gasentladungsröhre II steuern. Mit 6 und 7 sind
die beiden Pole der die Gasentladungsröhre 1 1 speisenden Spannungsquelle bezeichnet.
Die Kathodenspannung wird durch das Verhältnis der Spannungsteilerwiderstände 8
und 9 bestimmt. Im Kathode kreis liegt der Aufladewiderstand Io und im Anodenkreis
der Aufladekondensator I2, der von der Spannungsquelle 6, 7 aufgeladen wird. Die
an seiner unteren Platte liegende negative Spannung wird über den Widerstand I3
dem Steuergitter der Pentode 14 zugeführt. Ihre Anodenbatterie I,5, Iy ist durch
das Potentiometer I7 überbrückt, dessen Gleitkontakt mit dem positiven Pol 6 der
Anodenbatterie für die Gasentladungsröhre verbunden ist.
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Durch Verschieben dieses Gleitkontaktes kann der Pentode 14 jedes
beliebige Potential gegenüber der Gasentladungsröhre 1 1 erteilt werden.
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Ist die Gasentladungsröhre gesperrt, so lädt sich der Kondensator
I2 auf die Spannung der Battewie6, 7 auf. Wird sie durch einen vom Korden sator
5 herkommenden positiven Spannungsstoß Log11 (Abb. 4c) gezündet, so beginnt sich
der Kondensator I2 über die Gasentladungsröhre 11 zu ent-
laden,
und zwar so lange, bis die Löschspannung der Gasentladungsröhre erreicht ist und
die Gasentladungsröhre wieder gesperrt wird, worauf der Aufladevorgang wieder von
neuem beginnt. Der sägezahnförmige Verlauf der an der unteren Platte des Kondensators
12 liegenden negativen Spannung und damit auch der Spannung Zug14 am Steuergitter
der Pelltode I4 sind in 'ihl,.d Vl,b. 4d dargestellt. Ist der Kondensator 12 auf
die der Batteriespannung der Gasentladungsröhre entsprechende Größe E aufgeladen
und beginnt er sich infolge der Zündung der Gasentladungsröhre zu entladen, so wird
die am Gitter der Röhre 14 liegende Spannung gegenüber der Kathode immer positiver,
bis von einem bestimmten Punkt S an der Anodenstrom J14 (Al)l>. 4e) in der Pentode
14 zu fließen beginnt.
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Von diesem Zeitpunkt an ist die Röhre 14 aber auch fast sofort stark
übersteuert, und es fließt daher ein konstanter Anodenstrom. Die Entladung des Kondensators
I2 wird bis zum WertA fortgesetzt, der durch die Löschspannung der Gasentladungsröhre
gegeben ist. Da die Gasentladungsröhre nun wieder gesperrt wird, beginnt sich der
Kondensator wieder aufzuladen, das Steuergitter der Röhre 14 wird wieder negativer,
bis bei dem Wert S' der Anodenstrom abreißt. Durch geeignete, durch Verschiebung
des Gleitkontaktes des Potentiometers I7 herbeigeführte Wahl des Potentials der
Röhre gegenüber der Gasentladungsröhre II und des Arbeitspunktes der Röhre 14 wird
somit erreicht, daß nur ein bestimmter, durch die Einstellung gegebener Impulsstrom
J14 fließt. Aus der am Steuergitter liegenden Sägezahnspannung wird also nur ein
bestimmter Spannungs- und damit auch Zeitbereich für die weitere Messung nutzbar
gemacht. Ändert sich die Spannung der Anodenbatterie 6, 7, so ändert sich damit
auch die Maximalspannung Endes Kondensators I2, und der Spannungsverlauf nimmt die
in Abb. 4 d gestrichelt gezeichnete Form an. Würden nicht die erfindungsgemäßen
Vorkehrungen getroffen, so würde das im Anodenkreis der Pentode 14 liegende Meßinstrument
18, das über alle in der Zeiteinheit einfallenden Stromimpulse integriert, eine
fehlerhafte Anzeige liefern. Wird nun al er durch geeignete Potentialverschiebung
zwischen der Pentode 14 und der Gasentladungsröhre 1 1 der Punkt S bzw. S' dicht
an die Löschspannung A der Gasentladungsröhre gelegt, so macht sich eine durch Spannungsänderungen
hervorgerufene Änderung des Sägezahnspannungsverlaufes praktisch nicht bemerkbar,
so daß man praktisch unabhängig von Anodenspannungsänderungen geworden ist. Das
Meßinstrument 18 zeigt dann immer nur den Integralwert der in der Zeiteinheit einfallenden,
der Meßfrequenz entsprechenden Stromimpulse an. Für niedrige Frequenzen sind der
Widerstand 19 und der Kondensator 20 iii Reihe bzw. parallel geschaltet, wie Abb.
l zeigt.
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Werden größere Anforderungen an die Meßgenauigkeit gestellt, wird
noch eine weitere Pentode 23 in einer in ;Nl)l). 2 dargestellten Schaltung hinzugeschaltet.
Ist der Koll(lellsator I2 auf Anodenpotential der Gasentladungsröhre I:I aufgeladen,
so fließt in der übersteuerten, von der Spannungsquelle I5,I6 gespeisten Röhre 14
der maximale Anodenstrom, da das nunmehr mit der positiven Kondensatorplatte verbundene
Steuergitter genügend positiv gegenüber der Kathode ist. Entlädt sich nun der Kondensator
12 bei geöffneter Gasentladungsröhre II, so wird das Potential des Steuergitters
der Röhre 14 immer negativer, bis je nach der Einstellung des Potentials der Röhre
14 gegenüber der Gasentladungsröhre 1 1 durch Verschiel>en des Gleitkontaktes
des Potentiometers I7 der Wert erreicht ist, von dem an die Röhre sperrt. Diese
Sperrung hält so lange an, bis die Aufladung des Kondensators 12 wieder den Wert
erreicht hat, bei dem das Steuergitter gegenüber seiner Kathode genügend positiv
ist, und der Anodenstrom in der Röhre 14 wieder fließen kann.
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Fließt dieser Anodenstrom, so wird das mit der Anode von 14 verbundene
Steuergitter der nachfolgenden, von der Spannungsquelle t6, 21 gespeisten Pentode
23 so stark negativ gegenüber seiner Kathode, daß kein Anodenstrom in der Röhre
23 fließen kann. Ist aber die Pentode 14 gesperrt, so findet kein Spannungsabfall
an dem Widerstand 22 statt, und es fließt in der Pentode 23 ein maximaler Anodenstrom.
Sein Zeitintegral wird wie vorher mittels des Meßinstrumentes I8 gemessen und bildet
somit ebenfalls ein von Spannungsänderungen der Anodenbatterie der Gasentladungsröhre
unabhängiges Maß für die Frequenz des untersuchten Wechsel stromes.
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Um die Abweichungen einer Frequenz von irgendeiner, vorzugsweise
von der tiefsten vorkommenden Frequenz zu messen und unmittelbar ablesen zu können,
wird mittels der Sättigungsröhre 24, Abb. 3, ein Kompensationsstrom durch das Instrument
I8 geschickt, der den der tiefsten Frequenz entsprechenden Strom gerade kompensiert.
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Dann zeigt das Instrument für jede andere Frequenz unmittelbar die
Frequenzabweichung an.
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Zum Einstellen deslKompensationsstromes ist der im Anodenkreis liegende
Widerstand 25 veränderbar gemacht; ferner ist das Gitter der Kompensationspentode
24 unmittelbar mit der Kathode verbunden. Will man schnell veränderliche Frequenzen
messen, für die das Meßinstrument I8 zu träge ist, so werden über den Schalter 30
bzw. 30' eine RC-Kombination 27, 28 mit geeignet bemessener Zeitkonstante und ein
Erdungskondensator 29 bzw. ein Widerstands- oder Glimmspannungsteiler eingeschaltet.
Die Messung der Frequenzänderung erfolgt dann vorzugsweise mittels eines Oszillographen
oder eines Registriergerätes, die bei 30 angeschaltet werden, nachdem die Anode
der Röhre 24 über den Schalter 30' und über den Kondensator 29 genügend geerdet
worden ist, gegebenenfalls auch über eine Glimmstrecke, die auch die Gleichspannungskomponenten
mitzuschreiben gestattet.
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Wird der Aufladewiderstand 10 in Abb. I durch die Pentode 31 ersetzt,
deren Gitter unmittelbar mit der Kathode verbunden ist und deren Schirmgitter iil>er
einen Spannungsteiler 34-. 35 aus einer
Spannung gespeist wird,
die durch die Glimmlampe 32 mit großem Vorwiderstand 33 konstant gehalten wird,
so ist dadurch die Unabhängigkeit von Spannungsänderungen der Batteriespannung der
Gasentladungsröhre 11 noch weiter gesteigert.
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PATENTANSPROCHE: 1. Frequenzmesser, bei dem die Meßfrequenz über
eine Gasentladungsröhre oder eine gleichartig wirkende Kippvorrichtung einen Kondensator
auf- oder entlädt und der gemessene Ladestrom ein Maß für die Meßfrequenz bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspannung auf das Gitter einer stark übersteuerten
Röhre (I4) gegeben und das Potential der Röhre (I4) gegenüber dem Potential der
Gasentladungsröhre (i i) oder der gleichartig wirkenden Kippvorrichtung derart verschoben
ist, daß ein von Schwankungen der Batteriespannung der Gasentladungsröhre oder der
gleichartig wirkenden Kippvorrichtung praktisch unabhängiger Anodenstrom erreicht
wird.