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Schaltungsanordnung zur Messung von Schaltzeiten und Schaltzeitverhältnissen,
insbesondere für in der Fernmeldetechnik verwendete Impulsgeber Die Erfindung bezieht
sich auf eine Prüf- und Meßanordnung zur Ermittlung von Schaltzeiten und Schaltzeitv
erhältnissen durch Feststellung des Lade-bzw. Entladezustandes eines Kondensators
vor und nach der Messung.
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Meßeinrichtungen zur Schaltzeitmessung mittels Kondensatoren, die
während des zu messenden Zeitabschnittes geladen oder aus einem bestimmten, bekannten
Ladungszustand heraus entladen werden, wobei der Betrag der Spannungsänderung zwischen
Anfang und Ende des betreffenden Zeitabschnittes ein Maß für diesen ist, sind bereits
mehrfach bekannt. Diese bekannten Anordnungen dienen dazu, die absoluten Zeiten,
z. B. Ansprech- und Abfallzeiten von Relais, zu messen. Bei einer dieser bekannten
Einrichtungen wird einem Kondensator eine konstante Spannung erteilt und dieser
Kondensator an eine Seite eines Galvanometers gelegt. Während der zu messenden Schaltzeit
wird ein zweiter Kondensator über einen regelbaren Widerstand aufgeladen und am
Ende dieser Schaltzeit an die andere Seite des Galvanometers geschaltet. Die Ladungsmengen
der beiden über das Galvanometer kurzgeschlossenen Kondensatoren gleichen sich dann
aus, und es erfolgt ein Ausschlag am Galvanometer gemäß der Differenz der Kondensatorspannungen.
Das Meßprinzip beruht darauf, daß man unter Veränderung des Regelwiderstandes die
Messung so lange wiederholt, bis die beiden Ladungsmengen einander gleich sind und
das Galvanometer keinen Anschlag mehr zeigt. Die Einstellung des Regelwiderstandes
ist also ein Maß für die Zeit und kann direkt abgelesen werden.
Diese
Anordnung ist bei all ihren Vorzügen, insbesondere ihrer Spannungsunabhängigkeit,
nicht für alle in der Praxis vorkommenden Fälle geeignet. Insbesondere ist die Notwendigkeit
des Abgleiches bei jeder einzelnen Messung nachteilig. Außerdem ist in dem Falle,
daß an einem Gerät nächeinander Zeitmessungen verschiedener Art, z. B. Gesamtzeit
einer Impulsreihe und Impulsverhältnis, durchzuführen sind, die bekannte Einrichtung
nicht anwendbar, da mit ihr Impulsverhältnisse nicht ohne weiteres meßbar sind.
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Es ist nun zwar auch eine Anordnung bekannt, die unter Verwendung
eines Kondensators die Differenz von Schaltzeiten und somit auch Impulsverhältnisse
zu messen gestattet und deren Prinzip darin besteht, daß der Kondensator während
der einen Schaltzeit entsprechend deren Dauer durch eine Batterie geladen und während
der anderen Schaltzeit entsprechend deren Dauer über eine andere Batterie entgegengesetzter
Polarität entweder teilweise oder gänzlich entladen oder im umgekehrten Sinne geladen
wird, so daß die auf dem Kondensator verbleibende Restladung ein Maß ergibt für
Größe und Vorzeichen der Differenz der beiden Schaltzeiten, die mittels eines Galvanometers
angezeigt werden können. Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß
im Gegensatz zu anderen bekannten Anordnungen dieser Art Messungen von Zeitdifferenzen
in nur einem Arbeitsgang vorgenommen werden können. Dagegen ist diese Anordnung
nicht geeignet, die Absolutwerte der einzelnen Schaltzeiten festzustellen.
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Da es nun bei der Durchführung von Messungen an Geräten der Fernmeldetechnik,
die in großer Stückzahl hergestellt werden, wie z. B. Telephonapparate, im wesentlichen
darauf ankommt, den für die Durchführung der Prüfung und Messungen benötigten Zeitaufwand
herabzusetzen, geht das Bestreben in der Industrie dahin, Prüfgeräte zu entwickeln,
welche selbsttätig nacheinander die für die durchzuführenden Prüfvorgänge notwendigen
Schaltmaßnahmen vornehmen. Sind im Zuge dieser Messungen auch Schaltzeitmessungen
erforderlich, so könnten diese bei Anwendung der obengenannten bekannten Einrichtungen
infolge der dabei notwendigen Abgleicharbeit nicht in solche selbsttätig arbeitende
Reihenmeßeinrichtungen eingefügt werden.
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Es ist nun erkannt worden, daß, da ja im allgemeinen die Sollwerte
der verschiedenen zu prüfenden Schaltzeiten von -vornherein bekannt sind, es nicht
nötig ist, ihre Absolutwerte bzw. bei Schaltzeitverhältnissen den Verhältniswert
zur Anzeige zu bringen, sondern daß es genügt und für Serienmessungen mit großen
Stückzahlen sogar erwünscht ist, lediglich festzustellen, ob das betreffende Gerät
hinsichtlich seiner Schaltzeiten unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranzen
den zu stellenden Anforderungen genügt.
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Ausgehend von diesen Überlegungen wurde für die Messung von Schaltzeiten,
Schaltzeitsummen und Verhältnissen unter Verwendung von Kondensatorladungen und
-entladungen eine Meßeinrichtung geschaffen, die erfindungsgemäß darin besteht,
daß der Kondensator bei jeder Messung aus einem bestimmten Ladezustand bei Beginn
der Messung heraus über Widerstände vorbestimmter Größe enthaltende Stromkreise
derart geladen und/oder umgeladen wird, daß er am Ende des zu messenden. Zeitabschnittes
bei Übereinstimmung des Meßwertes mit dem Sollwert gerade völlig entladen ist und
daß dieser Zustand bzw. etwaige positive oder negative Restladungen auf einem Galvanometer
mit die Toleranzbereiche kennzeichnender Skala angezeigt werden.
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Der Vorteil einer solchen Ausbildung der Zeitmeßeinrichtung besteht
darin, daß sie in einfacher Weise die selbsttätige Vorbereitung der jeweils erforderlichen
Lade- und Umladestromkreise möglich macht, so daß Zeitmessungen ohne weiteres im
Rahmen von automatisch arbeitenden, mit Meßstellenwählern ausgerüsteten Prüfgeräten
vorgenommen werden können. Die Meßgenauigkeit ist dabei durch Anwendung des Umladeprinzips
und des damit verbundenen steilen Nulldurchgangs der Spannungskennlinie sowie der
damit erzielten Spannungsunabhängigkeit entsprechend hoch, so daß gerade die Toleranzen
mit größerer Genauigkeit angezeigt werden können, als dies bei Ausschlagsmethoden
möglich ist. Die Vermeidung jeglicher Abgleich- oder Auswertarbeit macht die Meßeinrichtung
besonders geeignet für die Durchführung von Massenprüfungen, die auch von völlig
ungeschulten Bedienungspersonen ausgeführt werden können.
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Da es sich bei dem der Meßeinrichtung zugrunde gelegten Meßprinzip
um eine Nullmethode handelt, ist es ferner möglich, die Anzeigeempfindlichkeit durch
Verstärkung der zugeführten Meßspannungen zu erhöhen. Praktisch geschieht das zweckmäßig,
wie aus der Abbildung ersichtlich, durch Verwendung einer Doppeltriode Rö, zwischen
deren beide Anoden das Galvanometer geschaltet ist. Die Röhrenschaltung ist im Ruhezustand
abgeglichen, d. h. die Anodenspannungen und Gittervorspannungeri beider Systeme
sind einander gleich. Der Abgleich der Spannungen erfolgt mit Hilfe der Widerstände
Wr, W2, W3, W9, W6. Die Kondensatorrestladung wird am Ende des zu messenden Zeitabschnittes
an die beiden Gitter gelegt und ergibt dadurch eine Differenz der beiden Anodenströme
und damit auch verschiedenen Spannungsabfall an den beiden Anodenwiderständen.
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Damit tritt aber auch eine Spannung zwischen den beiden Anoden der
Röhre auf, deren Größe der Spannung zwischen den beiden Gittern, also der Kondensatorspannung,
proportional ist.
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Durch Einschalten entsprechend bemessener Widerstände W", W7, W$ zwischen
Meßkondensator und Gitter wird ferner erreicht, daß am Galvanometer stets derselbe
Toleranzbereich verwendet werden kann, unabhängig davon, welchen Relativ- und Absolutwert
die zulässige Toleranz bei den verschiedenartigen Zeitmessungen besitzt. Das so
ausgebildete Meßgerät ist also für Zeitmessungen verschiedenster Art mit den verschiedensten
Genauigkeitsanforderungen universell verwendbar, ohne daß im Einzelfall irgendwelche
Umschaltungen von Hand notwendig werden. Sämtliche bei den einzelnen Meßvorgängen
erforderlichen Schaltmaßnahmen können vielmehr vollkommen automatisch, z. B. mit
Hilfe von bei
Einstellung auf den jeweiligen Meßvorgang zur Wirkung
kommenden Relais, durchgeführt werden.
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Ist beispielsweise die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in
ein selbsttätig arbeitendes, nicht den Gegenstand der Erfindung bildendes Prüfgerät
eingebaut, das mit Hilfe eines Meßstellenwählers von Meßstelle zu Meßstelle weiterschaltet,
so werden die erforderlichen Stromkreise in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung
des Meßstellenwählers gebildet.
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Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Dem Ausführungsbeispiel ist die Prüfung der Ablaufdauer
der Nummernscheiben von Fernsprechapparaten zugrunde gelegt, die im Rahmen einer
Vielzahl andersartiger Messungen an Fernsprechapparaten mit einem selbsttätigen
Prüfgerät der vorerwähnten Art durchgeführt werden soll. Die in dem Ausführungsbeispiel,
dessen Schaltung in der Abbildung dargestellt ist, behandelten Meßvorgänge erstrecken
sich auf die Messung der Gesamtablaufzeit der Nummernscheibe und auf die Messung
des Impulsverhältnisses. Darunter ist das Verhältnis der Zeit der Stromstoßgabe
zu der der Unterbrechung zu verstehen bzw. das Verhältnis der Impulsdauer zur Impulspause.
Weitere Schaltzeitmessungen sind hier aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit
nicht gezeigt, da die Art und Weise ihrer Durchführung sich aus den beiden in der
folgenden Beschreibung ausführlich behandelten Meßvorgängen ohne weiteres ergibt.
Das die Zeitmeßeinrichtung enthaltende Prüfrelais besteht u. a. aus einem hier nicht
dargestellten Meßstellenwähler, der als Relaiswähler ausgebildet ist, dessen einzelne
Kettenrelais Z zur Vorbereitung der Meßstromkreise dienen. Hierbei ist angenommen,
daß den beiden Meßvorgängen an der Nummernscheibe die Meßstellen mit der Ordnungszahl
io und ii zugeordnet sind.
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In der Zeichnung sind, wie in der Relaistechnik üblich, sämtliche
Relaiskontakte in ihrer Ruhestellung, abgekürzt R, gezeichnet. Wenn in der Beschreibung
von Arbeitsstellung, abgekürzt A, die Rede ist, so ist dies also die jeweils
nicht gezeichnete Lage des betreffenden Relaiskontaktes.
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Um die Übersichtlichkeit nicht zu gefährden, sind in der Zeichnung
nur die zum Verständnis benötigten Kontakte von Relais dargestellt, nicht die Relais
selbst. So sind also z. B. z"1, z101 I, 101I1 die benötigten Kontakte eines im übrigen
nicht gezeichneten Relais Z10.
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Eine Ausnahme bildet das Relais J. Dieses ist eingezeichnet, und die
Arbeitsstellung seines Kontaktes i ist gestrichelt angedeutet.
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Die Meßeinrichtung besteht aus einem Spannungsteiler, der von den
beiden gleichen Widerständen LT', und W10 gebildet ist und an der Gleichspannungsquelle
liegt. Die Betriebsspannung kann natürlich auch aus dem Wechselstromnetz über entsprechende
Gleichrichteranordnungen entnommen werden. Der Meßkondensator C liegt einerseits
am Mittelpunkt der Spannungsteilerschaltung, andererseits am Umschaltekontakt i
eines Impulsrelais J, über den die für den einzelnen Meßv organg vorbereiteten Lade-
und U mladestromkreise gesteuert werden. Zwischen diesen beiden Anschaltpunkten
und dem Meßkondensator sind die Umschaltekontakte k1 und 1z111 eines Relais K angeordnet,
das jeweils am Ende eines Meßvorgangs wirksam wird und die während desselben dem
Meßkondensator erteilten Ladungen auf den Anzeigeverstärker gibt. Aufbau und Wirkungsweise
des Verstärkers und des eigentlichen Meßinstrumentes sind bereits oben erläutert
worden.
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Es seien nun die einzelnen Schalt- und Meßv orgänge selbst beschrieben.
Sobald der Meßstellenwähler die Stellung erreicht, in der die Schaltzeitmessungen
beginnen (es ist dies hier die Stellung io), spricht neben den Kontakten z101 ,
z1011, A0111 eines Kettenrelais Z10 des Wählers ein Relais H an, durch dessen Kontakt
hII die Betriebsspannung an den Spannungsteiler W, 14'1o gelegt wird und dessen
Kontakt laI gleichzeitig den Kurzschluß für den nsi.-Kontakt der Nummernscheibe
freigibt, wodurch er im Stromkreis des Relais J zur Impulsgabe zur Wirkung kommen
kann. Dieses bleibt dadurch erregt und hält seinen Kontakt i in der Arbeitsstelhlng
(gestrichelt). In dieser Stellung erfolgt eine positive Aufladung des Meßkondensators
C auf die volle, zwischen o und -(- bestehende Spannung in folgendem Stromkreis
p, kI, C, kIII, i (A), gII, 111I1, z1111 (alle R), lall (A), L-. Die Prüfung
der Ablaufzeit der Nummernscheibe wird nun in der Weise vorgenommen, daß die Nummernscheibe
voll aufgezogen wird. `'Während des Ablaufs der Nummernscheibe unterbricht der nsi-Kontakt
zehnmal impulsweise den Stromfluß im J-Relais, dessen i-Kontakt dementsprechend
zehnmal umschaltet.
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Immer wenn sich der i-Kontakt in Ruhestellung befindet (ausgezogen),
findet ein Umladen des Kondensators C über folgenden Stromkreis statt Q kI C kIII
i (R), 7,J I (`1), -1111, -. Wenn der Kontakt i das erstemal in Ruhestellung
kommt, schalten die Kontakte blII, g11, 7nII, ntIII von zugehörigen Relais
B, G, IVI auf Arbeitslage um.
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Daher erfolgt nun immer dann, wenn i in Arbeitsstellung steht (gestrichelt),
eine Umladung des Kondensators C über den Stromkreis Q kI C kIII i (A) gII
(A), 71011I 0), f'11, -. Bei der zehnten und letzten Rückkehr des
-i-Kontaktes in Ruhestellung geht nur glI ebenfalls in Ruhestellung, wodurch der
eben bezeichnete Umladestromkreis für die Arbeitsstellung des Kontaktes i unterbrochen
wird.
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Kontakt i bleibt nunmehr in Arbeitsstellung, da das Relais J nach
Ablauf der Nummernscheibe Dauerstrom bekommt. Der Umladevorgang ist damit beendet.
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Erst jetzt, nachdem das Relais J zehnmal umgeschaltet hät, spricht
das Relais K an, dessen Kontakte kI und k1 II auf die Arbeitsstellung gehen und
den Meßkondensator C von den Lade- und Umladestromkreisen ab- und auf die Gitter
der Verstärkerröhre umschalten. In diesem Falle ist in den einen Gitterstromkreis
über z1oI ein Widerstand W, eingeschaltet, der die Gittervorspannung so einregelt,
daß bei
maximal zulässiger Abweichung vom Sollwert der Zeigeranschlag
des Galvanometers gerade mit der auf' der Skala eingetragenen Toleranzbereichgrenze
übereinstimmt.
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In der nächsten Schaltstufe des Meßstellenwählers soll das Impulsverhältnis
der von der Nummernscheibe gelieferten Impulse geprüft werden. Der Grundgedanke
der Messung besteht darin, daß dem Kondensator beim Ablauf der Nummernscheibe eine
gleiche Anzahl positiver und negativer Ladungen gleicher Größe aufgedrückt werden,
so daß sich als Summe dieser Ladungen der Wert Null ergibt, wenn der Kondensator
bei Beginn des Meßvorgangs ladungsfrei war. Dabei wird das gewünschte Impulsverhältnis
durch entsprechende Wahl des Ladewiderstandes W, und Umladewiderstandes W12 eingestellt.
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Zur Erklärung dieses Meßvorganges sei wieder von der Ausgangsstellung
der Meßschaltung ausgegangen, d. h. alle Relaiskontakte sind in Ruhestellung bis
auf den Kontakt i, der sich in der (gestrichelten) Arbeitsstellung befindet, und
die Kontakte kl und hIl, die sich ebenfalls in Arbeitsstellung befinden.
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Die Messung wird durch das Ansprechen eines Relais Z11 eingeleitet,
demzufolge die zugehörigen Kontakte z111 1, z1112, z11II, zllill sich auf die Arbeitsstellung
umschalten.
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Die Ladungsfreiheit des Meßkondensators vor Beginn der Prüfung ist
dadurch gewährleistet, daß die Kondensatorklemmen in Bereitschaftstellung über einen
Widerstand W13 miteinander verbunden sind. Der Stromlauf hierfür ist: C kIII, i'
gII, miI, z11II (A), W13, ki, C.
Der Messung selbst ist zweckmäßig die Zeit
vom Ende des ersten Impulses bis zum Ende des zehnten Impulses- zugrunde gelegt,
d. h. es werden neun Impulsunterbrechungszeiten und neun Zwischenzeiten erfaßt.
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Der Kontakt i des Relais J pendelt nun während des Ablaufs der Nummernscheibe
zwischen seiner Ruhe- und Arbeitsstellung hin und her.
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Schaltet er das erstemal auf Ruhestellung, so sprechen die Kontakte
mI I und mlIi des Relais M an; sie gehen in Arbeitsstellung. Damit ist der Stromkreis
zur Ladung des Kondensators C vorbereitet, und die positive Aufladeng von C erfolgt
von der ersten bis neunten (vorletzten) Rückkehr des Kontaktes i in Arbeitsstellung.
Der zugehörige Stromkreis heißt: 0, kI C kill, % (A), bIII (R) mIII (A),
zilIII (A), Ulla, -hii (A), +.
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Wenn i das erstemal in Arbeitslage zurückkehrt, schalten die Kontakte
gl, gII und ei von zugehörigen Relais G und E auf Arbeitsstellung. Dadurch wird
der Umladestromkreis für die Ruhestellung von i vorbereitet 0, ki, C, kiii 2 (R),
z11, 2 (A), g, (A), Befindet sich der i-Kontakt zum letzten Male (zehnte und letzte
Unterbrechung des Stromflusses in J-Relais) in Ruhestellung, so kehren gI und gII
in die (gezeichnete) Ruhestellung zurück, Kontakt blIi geht in Arbeitsstellung und
trennt damit endgültig den positiven Ladestromkreis für die Arbeitsstellung von
i auf.
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Nunmehr ist die Umladung des Kondensators C beendet, die Kontakte
kI und kIII schalten C über den Kontakt z111 1 und W3 auf das Gitter der Doppeltriode
um. W$ dient zur Toleranzeinstellung.
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Aus diesen beiden Meßbeispielen ist das Prinzip der Meßeinrichtung
gemäß der Erfindung klar zu erkennen. Es ist offensichtlich, daß in entsprechender
Weise nicht nur weitere interessierende Schaltzeitmessungen an Nummernscheiben,
wie z. B. eine Prüfung der Öffnungszeit des xsi.'-Kontaktes, durchführbar sind,
sondern daß die Meßeinrichtung für die verschiedenartigsten Schaltzeitmessungen
mit Vorteil angewendet werden kann, bei denen die Sollzeiten bekannt sind. Die Meßeinrichtung
ermöglicht bei Aufrechterhaltung der zu fordernden Genauigkeitsansprüche eine erheblich
beschleunigte Durchführung derartiger Messungen und trägt somit wesentlich zu einer
wirtschaftlicheren Fertigung bei.