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Schaltungsanordnung zum Betragsvergleich zweier Wechselspannungen
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrag einer Wechselspannung mit dem Betrag
einer weiteren Wechselspannung zu vergleichen. Es wird dabei angestrebt, die Differenz
der Wechselspannungsamplituden anzuzeigen und dabei anzugeben, welche der Wechselspannungsamplituden
die größere ist.
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Es ist bereits bekannt, die in ihrem Betrag zu vergleichenden Wechsel
spannungen in getrennten Gleichrichtern gleichiurichten nun4 die so erhaltenen (ileichspannungen
mit entgegengesetzter Polarität auf das gleiche Meßgerät zu schalten. Derartige
Schaltungen arbeiten jedoch nur in einem verhältnismäß.ig kleinen Amplitudenbereich
zufriedenstellend, da es praktisch nicht möglich ist, den Gleichrichtern über einen
größeren Amplitudenbereich vollkommen die gleiche Kennlinie zu geben.
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Um die Meßfehler, die durch ungleiche Kennlinien der einzelnen in
den verschiedenen Stromkreisen eingeschalteten Schaltelemente hervorgerufen werden,
zu beseitigen, ist auch schon der Vorschlag bekanntgeworden, die Schaltelemente
der verschiedenen Stromkreise in schneller Folge gegeneinander auszutauschen. Die
Erfindung gibt nun einen anderen Weg an, der insbesondere den Vorteil eines wesentlich
geringeren Aufwandes hat.
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Gemäß der Erfindung wird für die Gleichrichtung beider Wechselspannungen
nur ein bei!den Wechselspannungen gemeinsamer Gleichrichterteil verwendet, dem die
beiden Wechselspannungen periodisch abwechselnd zugeführt werden. Die im Aus-
gang
des Gleichrichterteiles entstehendt -Wechsel spannung wird dabei als Maß für die
Differenz der miteinander zu vergleichenden Größen benutzt. Die Wechselspannungen
werden Idem gemeinsamen Gleichrichterteil vorzugsweise über einen gemeinsamen Verstärker
zugeführt. Die am Gleichrichterausgang entstehende Wechselspannung kann z. B. an
einen weiteren Gleichrichter, vorzugsweise über einen Verstärker gelegt und die
dabei entstehende Gleichspannung einem Anzeigeinstrument zugeführt werden.
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Die bei der ersten Gleichrichtung entstehende Spannung oder ein Teil
derselben kann gemäß weiterer Erfindung derart zur Rückwärts- und/oder Vorwärts
regelung des iDämpfungs- oder Verstärkungsgrades der Anordnung benutzt werden, daß
die Anzeige von der absoluten Größe der angelegten Wechselspannungen innerhalb eines
möglichst großen Bereiches unabhängig wird.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann verwendet werden,
wenn Abweichungen eines Vorganges oder einer Eigenschaft von Normalwerten dadurch
die Messung der Betragsdifferenzen zweier Wechsel spannungen erfaßt werden können.
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Die Erfindung eignet sich zu Verstärkungs- und Dämpfungsmessungen
an Vierpolen durch Vergleich mit einem Normalvierpol, weiterhin zu Scheinwiderstandslmessungen
u. dgl.
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An Hand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele für die Erfindung
dargestellt sind, soll dieselbe näher erläutert werden. In dem in Fig. I dargestellten
Schaltungsschema sollen die Span nungen Ux und UN miteinander verglichen werden.
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Die Frequenzen der Wechselspannungen Ux und UN können einander gleich
sein und z. B. einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle I entnommen werden. Durch
die zwischengeschalteten Glieder X und N, die irgendwelche Zwei- oder Vierpole sein
können, ergeben sich die verschiedenen Absolutwerte Ux und UN.
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Um die beiden Wechselspannungen Ux und UN abwechselnd periodisch
einer Gleichrichteranordnung über einen Verstärker zuführen zu können, wird bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein periodisch gesteuerter Schalter mit den
beiden Schaltkontakten 2 und 3 verwendet. Der Schalter kann Idabei in einfacher
Weise durch ein Relais mit der Relaisspule 34 gebildet sein, dem eine Steuerfrequenz
zugeführt wird. Es ist aber auch möglich, an Stelle eines solchen Schaltrelais andere
Schaltvorrichtungen oder trägheitslos arbeitende Einrichtungen, wie z. B. Entladungsröhren,
Gleichrichter od. dgl., vorzusehen. Die Frequenz, mit der der Schalter gesteuert
wird, wird zweckmäßig klein gegenüber den Frequenzen der Wechselspannungen Ux und
UN gewählt.
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Durch die Schaltkontakte 2 uad 3 werden die Spannungen Ux und UN
abwechselnd an den im Verstärkereingang liegenden Übertrager 4 angelegt.
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Über den veränderlichen Spannungsteiler 5 gelangen die Wechselspannungen
zu dem Gitter der Entladungsröhre 6. Im Ausgang dieser Verstärkerröhre liegt ein
Übertrager 7, an dessen Sekundärseite die Gleichrichteranordnung angeschlossen ist.
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;Die Gleichrichteranordnung kann in einfacher Weise aus einem oder
mehreren Trockengleichrichtern Ibestehen. In dem dargestellten Schaltung beispiel
sind zwei Trockengleichrichter 8 veranschaulicht. Es ist aber auch ohne weiteres
möglich, andere Gleichrichter, z. B. Entladungsröhren od. dgl., vorzusehen, An dem
Widerstand 9 tritt dann eine pulsierende Gleichspannung auf, deren Amplitude im
Takte der Steuerfrequenz schwankt.
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Diese Amplitude ist ein Maß für die Differenz der miteinander zu vergleichenden
Größen.
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In Fig. 2 ist dieser Vorgang im einzelnen näher veranschaulicht.
Fig. 2 a zeigt die Wechselspannung Ux und Fig. 2 b die Wechselspannung UN, wobei
UN kleiner als Ux gewählt ist. Der Spannungsverlauf an der Verstär.kerröhre 6 ist
durch die Fig. 2 c veranschaulicht. Gemäß felder durch die Schaltfrequenz bedingten
Frequenz wechselt die Amplitude zwischen den Werten, die den Spannungen Ux und UN
entsprechen. Die Steuerfrequenz, die den Schalter steuert, ist hierbei kleiner angenommen
als die Frequenz von Ux und UN. Unter Umständen kann man hierzu in einfacher Weise
die Netzfrequenz von 50 Hz verwenden.
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In Fig. 2 d ist der Spannungsverlauf nach der ersten Gleichrichtung
veranschaulicht. Dies entspricht dem Spannungsverlauf am Widerstand 9.
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Diese Wechselspannung kann als eine periodisch ihren Wert ändernde
pulsierende Gleichspannung mit der doppelten Frequenz von Ux und UN angesehen werden,
deren Amplitude im Takte der Steuerfrequenz schwankt. Dieses Schwanken tritt jedoch
nur dann auf, wenn Ux und UN voneinander verschieden sind. Falls Ux und UN gleiche
Werte besitzen, ergibt sich eine Gleichspannung.
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Die am Widerstand g entstehende Wechselspannung, deren Frequenz der
Steuerfrequenz entspricht, kann durch Siebmittel ausgesiebt und wider Verstärkerröhre
io zugeführt werden. Im Ausgang der R(ohre IO liegt wiederum ein Übertrager II,
an welchen über einen Gleichrichter ein Anzeigeinstrument 12 angeschlossen ist.
Als Gleichrichter können hierbei Trockengleichrichter oder auch Röhren od. dgl.
vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, gesteuerte Kontakte zu verwenden, deren
Frequenz.mit der Steuerfrequenz der Schaltkontakte 2 und 3 übereinstimmt. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel sind von der Steuerfrequenz beeinflußte Schaltkontakte
13 und 14 vorgesehen, die von einem besonderen Relais aus oder auch von der gleichen
Relaisspule 34 aus betätigt werden.
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Der von dem Anzeigeinstrument I2 angezeigte Gleichstrom bzw, die
Gleichspannung ist zunächst ein Maß für die Abweichung der Spannungen UX und UN
voneinander. In vielen Fällen ist aber die Anzeige der Differenz, bezogen auf den
Grundwert, erwünscht, d. h. also nicht # U = |UX| - |UN|, sondern- AU weber die
Differenz beispielsweise UN@ in Prozent oder mN oder in ähnlichen Größen angezeigt
werden soll.
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Sind v1 und v2 die Verstärkungsziffern der Röhren 6 und 10 und richten
die Gleichrichter linear gleich, so ist der Gleichstrom im Instrument i v1 v2 A
U- v1 v2 UN' UN oder if(UN)' JU also muß man dafür sorgen, daß der Wert f(UN) =
v1 # v2 # UN konstant wird. Hieraus ergibt sich, daß entweder vi oder v2 oder beide
Röhren gleichzeitig'durch UN in ihrer Verstärkung entsprechend geregelt werden müssen.
Da die Differenzend U immer klein gegen UN bzw. Ux ist, ist die an dem Widerstand
g entstehende Gleichspannung ein Maß für UN. Sie kann dazu benutzt werden, um die
Röhre 6 rückwärts und die Röhre 10 vorwärts zu regeln.
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Diese Regelung ist in Fig. I dargestellt, wobei die Regelspannung
durch den Widerstand 15 und den Kondensator 16 einerseits und durch den Widerstand
I7 und den Kondensator IS andererseits gesiebt wird. In Fig. 2 ist durch e und f
der Spannungsverlauf am zweiten Verstärker und die Regelspannung veranschaulicht,
die beide aus dem Spannungsverlauf nach Fig. 2 d hervorgehen.
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Fig. 2g zeigt den Spannungsverlauf an dem Anzeigeinstrument 12. Die
tSpannung Ux ist als die größere Spannung gezeichnet worden. Ist nun Ux kleiner
als UN, so fließt, wie man leicht verfolgen kann, der seinen Weg durch das Instrument
12 nehmende Gleichstrom in umgekehrter Richtung.
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Die Instrumentenskala kann also auf diese Weise von einer Mittelstellung
aus nach der einen Richtung positive und nach der anderen Richtung negative Werte
anzeigen und demgemäß z. B. in + Prozent beschriftet werden.
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Die Steuerfrequenz wird zweckmäßig tiefer als die kleinste Meßfrequenz
gewählt. Die Messung wird um so exakter, je kleiner die Steuerfrequenz im Verhältnis
zu den Meßfrequenzen ist. Die Aussiebung der Meßfrequenz vor der Verstärkerröhre
10 kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann z. B. ein Tiefpaß vor dem zweiten
Verstärker vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, daß dieser Verstärker durch
Resonanzkreise oder selektive Gegenkopplung nur für die Steuerfrequenz durchlässig
gemacht wird.
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Durch das Potentiometer 5 wird die Eingangsspannung auf den für die
Regelung günstigsten Wert gebracht. Zur Kontrolle kann z. B. mit dem Instrument
12 die Gleichspannung an dem Widerstand 9 gemessen werden. Zur Kontrolle der instrumenteneichung
ist es iweckmäßig, die Spannung Ux um einen definierten Wert gegen UN ändern zu
können, z. B. dadurch, daß man N überbrückt und an Stelle von X eine bekannte Dämpfung
einschaltet und dann z. B. die Empfindlichkeit des Instrumentes oder die Verstärkung
der Röhre 10 regelt .
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In dem in Fig. 3 darge'stell-ten Ausführungsbeispiel ist dies näher
erläu!tert. Die Gleichrichtung wird- bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der
Diodenstrecken der Röhre 19 vorgenommen. Die gleichgerichtete, mit der Steuerfrequenz
modulierte Spannung liegt an- den Widerständen 20 und 2I, die als Potentiomèter-
ausgebildet sind. Von hier wird die gleichgerichtete Spannung als Regelgleich -spannung
über Siebglieder der ersten, zweiten und dritten Röhre zugeführt. Die Modulationsspannung
wird am Potentiometer 21 abgegriffen und über ein Bandfilter 22 an das Gitter der
Röhre 10 gebracht.
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Die Gleichrichtung hinter der Röhre 10 erfolgt wiederum durch einen
Relaiskontakt 2-3, der durch die von der Steuerfrequenz durchflossene Relaisspule
24 betätigt wird.
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Da der Verstärker nur in einem begrenzten Bereich auf konstante Ausgangsamplitude
regelt, ist eine Taste als Prüftaste vorgesehen, mit deren Hilfe die Schaltkontakte
25 und 26 umgelegt werden können.
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Das Meßinstrument 12 mißt auf diese Weise dann bei gedrückter Prüftaste
die gleichgerichtete Spannung hinter dem Rohr I9, die ein Maß für die Eingangsspannung
ist. Mit Hilfe des Potentiometern 5 wird hierbei die richtige Eingangsspannung eingeregelt.
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Im Eingang der Anordnung wird zweckmäßig eine Schaltanordnung angebracht,
die eine Scbaltstellung Messen und eine Schaltstellung Eichen besitzt. Die Schaltanordnung
möge vier Schaltkontakte 27, 28, 29 und 3-0 besitzen. Die dargestellte Schaltstellung
bedeutet Messen, d. h. die SchaltelementeN und X sind eingeschaltet. Die gestrichelt
gezeichnete Schaltlage entspricht der Schaltstellung Eichen. Hierbei ist an Stelle
des Schaltungselementes X eine glatte Durchschaltung vorgesehen. und an Stelle von
N tritt eine bekannte Dämpfung, die durch die Widerstände 3I, 32 und 33 gebildet
sein möge. Die bekanntexDämpfung möge beispielsweise o,o5 Neper betragen. Der Instrumentenausschlag
muß dann mit der Skala übereinstimmen.
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Wenn dies nicht der Fall ist, kann mit Hilfe des Potentiometers 21
eine Abweichung ausgeglichen werden.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann auch zu Absolutmessungen,
z. B. der Verstärkung, benutzt werden, wenn bei X der zu messende Verstärker und
bei N, wie üblich, eine Eichleitung eingeschaltet ist. Das Gerät wird dann als Nullinstrument
benutzt und die Eichleitung so lange verändert, bis der Zeiger des Anzeigeinstrumentes
auf Null steht. In diesem Fall ist nicht erforderlich, daß der Verstärker auf konstante
Ausgangsspannung regelt.
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Benutzt man als Generator den Sender einer Pegelschreiberanordnung
und legt die Gleichspannung, die dem Instrument I2 zugeführt wird, an den Schreiber,
so kann man die Abweichungen von N und X registrieren.