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Einrichtung zur Schaltzeitmessung Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen
zur Schaltzeitmessung, insbesondere zur Messung des Zeitabstandes zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen, wie z. B. der Ansprech- bzw. Abfallzeit elektromagnetischer
Relais, bei denen während des zu messenden Zeitabschnittes ein Kondensator geladen
oder entladen wird und die Änderung der Kondensatorspannung in diesem Zeitabschnitt
ein Maß für die Zeit selbst bildet.
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Zeitmeßeinrichtungen unter Verwendung von Kondensatoren als zeitbestimmendes
Element sind bereits mehrfach bekannt. Bei diesen Anordnungen muß jedoch entweder
aus den Beobachtungen am Beginn und am Ende des Meßvorgangs die Zeit rechnerisch
ermittelt werden, oder es ist erforderlich, bei mehrfach wiederholtem Messen einen
Abgleich vorzunehmen. Eine Anordnung der letzteren Art, die besonders für die Ermittlung
von Relaisschaltzeiten dient, besteht darin, daß einem Kondensator eine konstante
Spannung erteilt wird und daß dieser Kondensator darauf an die eine Seite eines
Galvanometers gelegt wird. Während der zu messenden Schaltzeit wird ein zweiter
Kondensator über einen regelbaren Widerstand aufgeladen und am Ende der Schaltzeit
an die andere Seite des Galvanometers geschaltet. Die Ladungsmengen der beiden über
das Galvanometer kurzgeschlossenen Kondensatoren gleichen sich dann aus, wobei das
Galvanometer bei ungleichen Ladungen einen Ausschlag zeigt. Unter Veränderung des
Regelwiderstandes wird die Messung nun so lange wiederholt, bis das Galvanometer
keinen Ausschlag mehr zeigt. Bei gleicher Ladespannung der Kondensatoren ist dann
nur noch der Widerstand ein Maß für die Zeit. Er kann daher direkt in einem Zeitmaßstab
geeicht
werden. Trotz der mit einer solchen Anordnung erzielten
guten Meßergebnisse und ihrer Spannungsunabhängigkeit ist sie für Messungen größeren
Umfanges wegen der zeitraubenden Abgleicharbeit wenig geeignet. Auch die` Notwendigkeit,
die Meßschaltung durch entsprechende Umschaltungen für verschiedenartige Messungen,
wie Messung von Ansprech- oder Abfallzeiten von Relais, vorbereiten zu müssen, stellt
ihren Gebrauch in der Werkstatt oder in Prüfräumen durch ungeschulte Kräfte in Frage.
Andere bekannte Anordnungen sind für die Messung der Differenz von Schaltzeiten
durch Umladen eines Kondensators entwickelt worden und lassen eine Ermittlung der
Absolutwerte der Einzelzeiten nicht zu.
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Die bekannten Methoden zur Messung von Schaltzeiten mittels ballistischen
Galvanometers ergeben zwar rasch absolute Meßwerte, sind jedoch weitgehend spannungsabhängig.
Sie erfordern rechnerische Vorarbeit und die Aufstellung einer Eichkurve. Sie sind
daher ebenfalls nur für Laboratorien geeignet.
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Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei welcher der Meßvorgang durch
Zünden einer Gasentladungsröhre eingeleitet und durch Abschalten des den Meßkondensator
aufladenden Stromes wieder beendet wird. Diese Anordnung eignet sich zur raschen
Durchführung einer Vielzahl von Messungen mit direkter Anzeige des Meßwertes. Jedoch
ist bei ihr der Meßvorgang vom Richtungssinn des Schaltvorganges abhängig. Die Spannung
des Meßkondensators wird mit einem Röhrenvoltmeter gemessen. Sie wird also an das
Gitter einer Elektronenröhre gelegt, und der Anodenstrom dient als Maß für die zu
messende Spannung, Der Meßkondensator liegt hier im Anodenkreis der Gasentladungsröhre.
Mit der Aufladung des Meßkondensators nimmt dessen Spannung zu und der Strom ab.
Bei Unterschreitung eines bestimmten Stromwertes erlischt die Röhre. Der Anodenstrom
der Röhre und damit der Meßbereich ist durch diese Spannung begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung
von Schaltzeiten zu schaffen, bei welcher der Meßvorgang unabhängig vom Richtungssinn
des Schaltvorganges ist und bei dem die Kondensatorspannung mit einem Röhrenvoltmeter
mit hohem Eingangswiderstand gemessen und der Strom der Röhre nicht durch die Spannung
des Meßkondensators beeinflußt wird. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß
bei einer Schaltanordnung zur Messung und direkten Anzeige des Zeitabstandes zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen, insbesondere der Schaltzeiten elektromagnetischer
Relais, bei der während des zu messenden Zeitabschnittes ein Kondensator aufgeladen
oder entladen wird, dessen Spannung als Maß für die zu messende Zeit dient, und
bei welcher der Meßvorgang durch Zünden einer Gasentladungsröhre eingeleitet und
durch Ausschalten des den Kondensator aufladenden Stromes wieder beendet wird, vorgeschlagen,
das Zünden der Röhre und damit das Einleiten des Meßvorganges dadurch vom Richtungssinn
des Schaltvorganges unabhängig zu machen, daß durch den Schaltvorgang ein Wechselstromimpuls
erzeugt und der Gasentladungsröhre zugeführt wird. Weiter wird vorgeschlagen, den
Meßkondensator mit seinem Auflade-,,viderstand einem im Anodenkreis der Gasentladungsröhre
liegenden Widerstand parallel zu schalten, den Abfluß seiner Ladung durch eine Gleichrichteranordnung
zu verhindern, die Spannung des Kondensators zwischen die Kathode und Anode einer
Triode zu legen und die Gitterspannung der Triode zu einer stehenden Anzeige des
Meßwertes im Zeitmaßstab zu benutzen.
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Hierdurch wird besonders der Vorteil erzielt, daß die verschiedenartigen
Messungen keinerlei besonderer Vorbereitungen bedürfen, d. h. es ist z. B. gleichgültig,
ob ein Einschalt- oder ein Ausschaltvorgang gemessen werden soll. Dadurch, daß eine
direkte Anzeige an einem im Zeitmaßstab geeichten Instrument erfolgt, die über einen
füf eine bequeme Ablesung ausreichenden Zeitraum praktisch konstant bleibt, ist
die Handhabung der Meßeinrichtung wesentlich vereinfacht, und Ablesefehler, wie
sie bei ballistischen Messungen häufig vorkommen, werden vermieden. Durch eine Weiterbildung
der Erfindung dahingehend, daß auch das Ende des Meßvorganges unabhängig vom Betätigungssinn
- der ihn beendenden Kontakte gestaltet wird, indem eine weitere Gasentladungsröhre
bei ihrer auf induktivem Wege bewirkten Zündung die bei Beginn des Meßvorganges
gezündete Röhre löscht, wird die Meßeinrichtung auch unabhängig von der Art der
Betätigungskontakte, so daß auch diese berücksichtigenden Schaltmaßnahmen in Fortfall
kommen.
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Hierdurch wird die Meßeinrichtung besonders geeignet zur Messung des
Zeitabschnittes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen an sich beliebiger
Art. Durch Wegfall vorbereitender Schaltmaßnahmen und damit verbundener Überlegungen
können daher die Messungen von völlig ungeschulten Arbeitskräften ausgeführt werden.
Auch die Meßgeschwindigkeit wird durch die Anordnung gemäß der Erfindung wesentlich
gesteigert.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beigefügten Abbildungen
näher beschrieben. Dabei zeigt Abb. i eine Ausführungsform der gesamten Meßeinrichtung,
bei der die Beendigung des Meßvorganges durch unmittelbare Beeinflussung des Meßkreises
bewirkt wird, während Abb. a eine Abänderung der Schalteinrichtung für den Meßkreis
durch Ersatz der unmittelbaren Meßkreisbeeinflussung durch eine ähnliche Anordnung,
wie sie bereits für die Einleitung der Messung Verwendung findet, darstellt.
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Das der Meßeinrichtung zugrunde liegende Meßprinzip besteht darin,
daß der Prüfling, z. B. ein Relais, durch Umlegen eines Schalters ein- bzw. ausgeschaltet
wird. Gleichzeitig damit beginnt ein Kondensator sich über einen Widerstand aufzuladen.
Diese Aufladung wird in dem Moment beendet, in dem sich Kontakte des Prüflings oder
anderer von dem ersten Schaltvorgang abhängiger Schaltmittel, je nachdem, was für
Schaltzeiten gemessen werden sollen, schließen oder öffnen, so daß die inzwischen
am Kondensator erreichte Spannung ein Maß für die Zeit ist, die zwischen dem ersten
und dem zweiten Schaltvorgang, bei der Messung der Schaltzeiten von elektromagnetischen
Relais also zwischen Ein- oder
Ausschaltung der Relaiswicklung,
und der darauffolgc=ndez Izont_,ltbetätigung verstrichen ist. Diese Spannung wird
einem Meßinstrument zugeführt und von diesem auf einer direla im Zeitmaßstab geeichten
Skala angezeigt.
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Die 1-Ießeinrichtung besteht demzufolge aus dem Prüflingskreis, enthaltend
den Schalter S, den Prüfling 3 , sowie einem aus Kondensator eil und Übertrager
Ü1 gebildeten Schwingungskreis. Dieser dient zur Einschaltung des Meßkreises, die
über eine Gastriode Röl bewirkt wird, in dessen Gitterkreis die Sekundärwicklung
des Übertragers angeordnet ist. Der Meßkreis besteht aus dem Meßkondensator lIIi,
dem Aufladewiderstand 11'-1, der ein Abfließen der dem Kondensator aufgedrückten
Ladung verhindernden Diode Rö, sowie der eigentlichen Meßeinrichtung. Letztere ist
als Röhrenvoltmeter ausgebildet, bei dem das Anzeigeinstrument J in der Diagonale
einer Brückenschaltung liegt, die in zwei benachbarten Armen je eine Röhrenschaltung
enthält, deren einer die Spannung am Meßkondensator zugeführt wird. Durch diese
Anordnung des Anzeigeteiles wird eine weitgehende Spannungsunabhängigkeit erzielt,
die außerdem in an sich bekannter `''eise durch Stabilisierung der Betriebsspannung
selbst bewirkt werden kann.
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"'eitere Einzelheiten sind aus der folgenden Beschreibung des schaltungsmäßigen
Aufbaues und der Wirkungsweise der -Meßanordnung gemäß der Erfindung zu entnehmen.
Wie aus dem oben angegebenen Meßprinzip leer v orgeln, soll die Aufladung des Kondensators
gleichzeitig mit der Betätigung des Prüflings beginnen. Dies wird auf folgende Weise
erreicht: Eine Gasentladung sröhre Röl erhält über einen aus den Widerständen I1'1
und 11"., gebildeten Spannungsteiler eine solche negative Gittervorspannung, daß
die Röhre normalerweise gesperrt ist. Damit ist auch die Aufladespannung im Meßkreis
U9 --- 0, da Uo gleich dem Spannungsabfall des Röhrenstromes am Anodenwiderstand
TV., ist. Bei einer Änderung des Schaltzustandes im Stromkreis des Prüflings X,
also sowohl bei einer Ein- als auch bei einer Ausschaltung dieses Kreises mittels
des Schalters s, wird einerseits der Prüfling selbst erregt bzw. abgeschaltet, andererseits
stets eine abklingende Schwingung in dem aus Kondensator Iil und Primärwicklung
des Übertragers Ü l gebildeten Schwingungskreis erzeugt. Dabei gelangt auch ein
positiver Induktionsstoß über die im Gitterkreis der Röhre Röl liegende Sekundärwicklung
auf das Gitter und bringt die Röhre zur Zündung. Der hiermit einsetzende Röhrenstrom
erzeugt einen Spannungsabfall am Anodenwiderstand und bewirkt damit den Beginn der
Kondensatorladung. Prüflingskreis und Meßkreis sind galvanisch völlig getrennt,
so daß keinerlei Rückwirkung vom Prüfling auf den Meßkondensator erfolgen kann.
Durch geeignete Dimensionierung des t-bertragers und des Kondensators wird dabei
eine Beeinflussung der zu messenden Zeit durch den Zündkreis vermieden und erreicht,
daß die Zündverzögerung klein gegenüber der kürzesten noch zu messenden Zeit ist
(i < t min).
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Angenommen, der Prüfling sei ein gewöhnliches elektromagnetisches
Relais und es soll seine Ansprech-bzw. Abfallzeit gemessen werden, so bedeutet dies,
claß im gleichen Moment, in dem nach erfolgtem Ein-bzw. Ausschalten der Prüflingskontakt
wirksam wird, der Aufladevorgang abgebrochen werden muß. Bei der Ausführung nach
Abb. z geschieht dies, wenn bei dem betreffenden Schaltvorgang ein Prüflingskontakt
geschlossen wird, zweckmäßig durch Kurzschließen des Aufladestromkreises. Handelt
es sich um einen Kontakt, der geöffnet wird, so ist dieser in Reihe zum Aufladewiderstand
in den Meßkreis zu legen und bewirkt bei seiner Betätigung eine Unterbrechung desselben.
Um ein Abfließen der während der zu messenden Zeit dem Meßkondensator aufgedrückten
Spannung zu verhindern, ist diesem eine Diode Rö-, vorgeschaltet. Hierdurch wird
erreicht, daß die während des Aufladevorgangs entstandene Spannung zumindest so
lange festgehalten wird, bis eire Ablesung des Meßwertes erfolgt ist. Durch geeignete
Dimensionierung der Schaltungselemente des Meßkreises kann ohne weiteres bewirkt
werden, daß etwa 2 Sekunden nach Beendigung des Meßvorganges die Änderung der Meßspannung
nicht größer ist als z °; 9 des Meßwertes. Diese Anzeigegenauigkeit ist in der Regel
völlig ausreichend.
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Die Messung der Spannung erfolgt durch ein Röhrenvoltmeter mit sehr
hohem Eingangswiderstand, der praktisch über zooo Megaohm beträgt. Dieser Eingangswiderstand
wird dadurch erzielt, daß man bei der Meßröhrenschaltung Gitter und Anode in ihrer
Wirkung vertauscht, so daß die Meßspannung zwischen Anode und Kathode zu liegen
kommt. Ein weiterer hierdurch erreichter Vorteil besteht darin, daß man verhältnismäßig
große Meßspannungen anwenden kann, so daß das Anlaufgebiet der Diode unterdrückt
wird. Um eine größere Nullpunktstabilität zu bekommen, ist die Meßanordnung so getroffen,
daß nicht der Gitterstrom direkt gemessen wird, sondern durch Verwendung einer zweiten
Röhre Rö" die mit der Meßröhre Rö, und zwei Widerständen 11"$ und I-1-9 zu einer
Brückenschaltung zusammengebaut ist, die Änderung des inneren Widerstandes der Meßröhre
Rö4 als Funktion der Ladespannung am Kondensator an dem in der Brückendiagonale
liegenden i4leßinstrument J zur Anzeige gebracht wird.
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In der Abb. 2 ist eine abgeänderte Anordnung für die Steuerung des
Meßkreises dargestellt, die den Vorteil hat, daß auch die Beendigung des Meßvorganges
völlig unabhängig von der Art des den Meßvorgang beendenden Schaltvorganges wird.
Diese Anordnung weist eine zweite Gastriode Rö. auf, die ebenfalls negativ vorgespannt
ist und in deren Gitterkreis ein Übertrager Ü2 liegt, dessen Primärkreis wie bei
der Röhre Rö, als ein von dem den zu messenden Zeitabschnittlabschließenden Schaltvorgang
beeinflußter Schwingungskreis (Ü2, h2) ausgebildet ist.
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Gleichgültig, ob dieser Schaltvorgang durch den einen Arbeits- oder
Ruhekontakt (gestrichelt) darstellenden Prüflingskontakt bewirkt wird, wird in jedem
Falle durch den dabei übertragenen Induktionsstoß (Zeitkonstante z2 5:zt; -r1) die
Röhre Rö. gezündet und damit, wie ohne weiteres aus der Schaltung erkennbar, die
Röhre Röl gelöscht, wodurch die Spannung an TV., zusammenbricht.
Durch
Veränderung der Werte des Meßkondensators und/oder des Aufladewiderstandes W, kann
die Meßeinrichtung auf verschiedene Meßbereiche umgeschaltet werden.