DE873289C

DE873289C - Arrangement for measuring phase differences

Info

Publication number: DE873289C
Application number: DEN4010A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl-Ing Thiessen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-06-10
Filing date: 1951-06-10
Publication date: 1953-04-13

Description

Anordnung zur Messung von Phasendifferenzen Um kleinste Frequenzänderungen meßtechnisch zu erfassen, wie es z. B. bei Gleichwellensendern, Normalfrequenzanlagen und ähnlichen Einrichtungen notwendig ist, mißt man zweckmäßigerweise die zeitliche Änderung des Ph asenunterschie des zwischen zwei Wechsel spannungen.Arrangement for measuring phase differences around the smallest frequency changes to be recorded metrologically, as it is z. B. for single-frequency transmitters, normal frequency systems and similar devices are necessary, it is expedient to measure the time Change in the phase difference between two alternating voltages.

Hierfür sind Verfallren bekannt, die sowohl den Phasenunterschied als auch das Vorzeichen dieses Phasenunterschiedes zu messen gestatten. Ein bekanntes Verfahren verwendet z. B. hierfür einen Gleichstromdrehmelder, bei welchem ein Magnet umläuft und durch seine Stellung direkt den Phasenunterschied anzeigt. For this purpose, decay are known that both the phase difference as well as allow the sign of this phase difference to be measured. A well-known one Method used e.g. B. for this purpose a DC current detector, in which a magnet revolves and shows the phase difference directly through its position.

Bei sehr geringen Frequenzunterschieden von der Größenordnung weniger Millihertz, wie sie in der Praxis vorkommen können, ist für die Ermittlung des Frequenzunterschiedes nach den bekannten Verfahren eine verhältnismäßig große Meßzeit erforderlich, da die Messung mit um so größeren relativen Fehlern behaftet ist, je kleiner der Absolutwert des gemessenen Winkels an sich ist. Fehlermöglichkeiten entstehen außer durch Reibungseinflüsse z. B. dadurch, daß der Zusammenhang zwischen elektrischem und geometrischem Winkel des Drehmelders nicht linear ist, sondern meist erhebliche Abweichungen aufweist. With very small frequency differences of the order of magnitude less Millihertz, as they can occur in practice, is used to determine the frequency difference according to the known method, a relatively long measurement time is required because the smaller the absolute value, the greater the relative errors the measurement is of the measured angle per se. Possible errors arise apart from the effects of friction z. B. in that the relationship between electrical and geometric angle of the resolver is not linear, but mostly shows considerable deviations.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft eine Anordnung zur Messung von konstanzen oder sich langsam ändernden Phasen differenzen zwischen zwei Spannungen und ist fdae durch gekennzeichnet, daß ein Frequenztransformationsglied, vorzugsweise ein Goniometer, gegébenenfalls mit einem Verstellmotor vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ,die eine Frequenz f2 so transformiert wird, Idaß sie gleich der anderen Frequenz f1 wird und daß ,die Phasendifferenzanzeige von ,demTransformationsglied abgeleitet wird. The invention avoids these disadvantages. It concerns an arrangement for measuring constant or slowly changing phase differences between two voltages and is fdae characterized in that a frequency transformation element, preferably a goniometer, if necessary with an adjusting motor, with the help of which a frequency f2 is transformed so that it is equal to the other frequency f1 and that, the phase difference display of, the transformation element is derived.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Figur erläutert. Die Spannung U1 mit der Frequenz ti wird in den Phasendrehigliedern I und 2 in eine vor- und eine nacheilendeKomponente aufgespalten, die den Verstärkerröhren 3 und 4 zugeführt werden, in Ideren Anodenkreisen das waagerechte Spulenpaar 5 und das senkrechte Spule paar 6 eines Goniometers eingeschaltet sind. Zur Vereinfachung ist jeweils nur eine Spule dargestellt. An embodiment of the invention will be explained with reference to the figure. The voltage U1 with the frequency ti is in the phase rotating members I and 2 in a leading and a trailing component split, which the amplifier tubes 3 and 4 are supplied, the horizontal pair of coils 5 and the vertical coil pair 6 of a goniometer are switched on. For simplification only one coil is shown at a time.

Durch die räumliche und zeitliche Phasenverschiebung von 90° entsteht ein Drehfeld (Goniometerprinzip), in welchem sich die !drehbare Spule 7 befindet, deren Enden über Schleifringe herausgeführt sind, Die Ausgangsspannung dieser Spule 7 wird über ,die Leitung 8 einem phasenempfindlichen Gleichrichter g zugeführt, dem außerdem Idie Spannung #2 mit der zu vergleichenden Frequenz fz zugeführt wird. Aus dem Phasenunterschied zwischen -der Spannung mit der Frequenz 2 und der aus Ider Drehspule entnommenen Spannung mit der Frequenz f1 + #, wobei # von der Motordrehzahl abhängig ist, wird im phasenempfindlichen Gleichrichter g eine Gleichspannung abgeleitet, die nach Durchlaufen des Verstärkers 10 dem Anker oder dem Feld eines Gleichstromverstellmotors zugeführt wird und dessen Drehzahl und/oder Drehrichtung in der Weise ändert, daß Ider Phasenunterschied am phasenempfindlichen Gleichrichter gegen Null geht.The spatial and temporal phase shift of 90 ° results a rotating field (goniometer principle) in which the rotatable coil 7 is located, the ends of which are led out via slip rings, the output voltage of this coil 7 is fed via line 8 to a phase-sensitive rectifier g, which is also supplied with voltage # 2 with the frequency fz to be compared. From the phase difference between -the voltage with frequency 2 and the off The voltage taken from the moving coil with the frequency f1 + #, where # is the motor speed depends, a DC voltage is derived in the phase-sensitive rectifier g, after passing through the amplifier 10, the armature or the field of a DC variable displacement motor is supplied and its speed and / or direction of rotation changes in such a way that The phase difference at the phase-sensitive rectifier approaches zero.

Anstatt die Spannung am Ausgang des Verstärkers 10 direkt dem Verstellmotor zuzuführen, kann man auch damit einen Regler betätigen, durch dessen Stellung die Geschwindigkeit 'beeinflußt wird, mit der wider Verstellmotor ii umläuft.Instead of the voltage at the output of the amplifier 10 directly to the adjusting motor feed, you can also use it to operate a controller, through whose position the Speed 'is influenced, with which against adjusting motor ii rotates.

Der Motor 11 treibt über seine Welle I2 ,das Getrieb I6 an, von welchem tdie Welle I3 für eine beschleunigte Phasenanzeige undloder die Welle 14 zum Antrieb' des Indirekt anzeigenden Drehzahlmessers I8 und die Welle 15 für ,die Nachdrehung der Drehspule 7 abgehen. Das Getriebe I6 wird zweckmäßig so ausgebildet, Id,aß die Wellen I2, 13 und insbesondere 14 wesentlich schneller laufen als die Weile 15, die Idie Drehspule nachdreht. Dadurch wird erreicht, daß ,der mechanische Zeiger I7 in der Zeiteinheit wesentlich größere Winkel überstreicht als dem Phasenunterschied zwischen den beiden Spannungen VE @ und #2 und damit rder räumlichen Winkeländerung der Drehspule 7 entspricht, wodurch eine wesentlich schnellere Ausmessung ermöglicht wird. The motor 11 drives via its shaft I2, the transmission I6, of which t the shaft I3 for an accelerated phase display and / or the shaft 14 for the drive ' of the indirectly displaying tachometer I8 and the shaft 15 for the post-rotation the moving coil 7 go off. The transmission I6 is expediently designed so, Id, ate the Waves I2, 13 and especially 14 run much faster than wave 15, which turns the spinning reel afterwards. This achieves that, the mechanical pointer I7 covers much larger angles in the unit of time than the phase difference between the two voltages VE @ and # 2 and thus r the spatial change in angle corresponds to the moving coil 7, which enables a much faster measurement will.

Die technische Anwendung der Erfindung ist keineswegs auf das beschriebene Beispiel beschränkt. The technical application of the invention is by no means limited to what has been described Example limited.

Es sind im Rahmen der Erfindung vieleAbän;derungen möglich. Man kann z. B. das Goniometer, das mit einem magnetischen Drehfeld arbeitet, ersetzen durch eine kapazitive Anordnung, die mit einem elektrischen Drehfeld arbeitet, oder auch durch eine Anordnung aus Potentiometern, die mit phasenverschobenen Spannungen gespeist werden und die Abnahme einer in der Phase veränderlichen Wechselspannung erlauben.Many variations are possible within the scope of the invention. One can z. B. replace the goniometer, which works with a rotating magnetic field, with a capacitive arrangement that works with a rotating electrical field, or else by an arrangement of potentiometers that are fed with phase-shifted voltages and allow the decrease of an alternating voltage that is variable in phase.

Für den Phasenvergleich können andere Anordnungen als der phasenempfindliche Gleichrichter verwendet werden, beispielsweise Phasendiskriminatoren oder Brückenanordnungen mit Übertragern, die von den beiden Frequenzen gespeist werden, Als Verstellmotor kann ein Zweiphasenwechselstrommotor verwendet werden, wenn man zunächst die Ausgangsspannung des phasenempfindlichen Gleichrichters in eine Wechselspannung umformt. For the phase comparison, other arrangements than the phase-sensitive one can be used Rectifiers are used, for example phase discriminators or bridge arrangements with transformers that are fed by the two frequencies, as a variable displacement motor A two-phase AC motor can be used if one looks at the output voltage first of the phase-sensitive rectifier converted into an alternating voltage.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung können ,die Anzeigewerte des Frequenzzeigers I8 und Ides schnell umlaufenden Zeigers 17 registriert werden, so daß auf dem Registrierstreifen gleichzeitig sowohl die Frequenzabweichung als auch die gegenseitige Phasenlage nach Größe und Vorzeichen aufgezeichnet werden, was z. B. für die Erforschung und für die Betriebskontrolle von Gleichwellenquarzen von erheblicher Bedeutung ist. According to another development of the invention, the display values of the frequency pointer I8 and Ides rapidly rotating pointer 17 are registered, so that both the frequency deviation and the mutual phase position is also recorded according to magnitude and sign, what z. B. for research and operational control of single-frequency crystals is of considerable importance.

Phasendrehglieder und Verstärkerröhren können durch gleichwertige Anordnungen anderer Ausführung ersetzt werden. Phase rotators and amplifier tubes can be replaced by equivalent Arrangements of other designs are replaced.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Arrangement for measuring constants or slowly changing phase differences between two voltages, thereby gel indicates that a frequency transformation element, preferably a goniometer, is optionally provided with an adjusting motor, with the help of which the one Frequency (f2) is transformed so that it becomes equal to the other frequency (f1) and that the phase difference indication is derived from the transformation term.

2. Arrangement according to claim I when using a goniometer as Frequency transformation element, characterized in that the phase shift for the operating voltages of the fixed goniometer coil pairs through RC elements and electron tubes are produced.

3. Arrangement according to claim I or 2 when using a goniometer with adjusting motor as frequency transformation element, characterized by a phase rectifier (9), its output voltage, if necessary via an amplifier and / or a Controller influences the adjustment motor of the goniometer.

4. Arrangement according to claim I or the following, characterized in that that a suitable translation is provided in the device for displaying the phase difference in order to be able to read off the change in phase over time in a short time.

5. Arrangement according to claim I or the following, characterized in that that a rotational direction-dependent tachometer (18) is seen which is a direct reading of the frequency difference according to magnitude and sign allowed.

6. Arrangement according to claim I or the following, characterized in that that for automatic readjustment of a frequency to a predetermined frequency of the frequency transformation element a controlled variable, preferably a control voltage, is derived, which affects the oscillator to be readjusted in such a way that its frequency is equal to that given.