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Einrichtung zur Messung des Phasenwinkels zwischen Wechselspannungen
oder Wedchselströmen gleicher Frequenz
Die Erfindung hat eine Einrichtung zur Bestimmung
der gegenseitigen Phasenverschiebung zweier Wechselströme zum Gegenstand, in der
eine Braunsche Röhre benutzt wird.
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Die Benutzung der Braunschen Röhre zur trägheitsfreien Phasenmessung
ist seit längerem bereits bekannt. Am bekanntesten ist dabei die Methode der Lissajousschen
Ellipsen. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die Phase nur indirekt
durch Ausmessung der Ellipsen ermittelt werden kann.
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Mit direkter Anzeige arbeitet eine Anordnung von Ma c L e a n und
Sivian (Journ. Accust. Soc. of Am. I93I, S. 419). Bei dieser bekannten Anordnung
erscheint auf dem Schirm der Braunsdhen Röhre ein leuchtender Kreis mit einer kleinen
Zacke, deren Lage auf dem Umfang des Kreises von der Phase abhängig ist. Dieses
Verfahren erfordert einen nicht unerheblichen Aufwand an Gerät.
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Außerdem ist die Braunsohe Röhre in Verbindung mit einer Brückenschaltung
als Phasenmesser bekanntgeworden. Wenn bei dieser Anordnung die Eingangsspannungen
bzw. Eingangs ströme, deren Phasend,ifferenz zu messen ist, unter sich gleiche Beträge
haben, so sieht man auf dem Leuchtschirm der Braunschen Röhre einen um seinen Mittelpunkt
drehbaren Strich, dessen Länge von der Amplitude abhängig ist, dessen Drehwinkel
aber gleich dem halben Phasenwinkel ist. Bei ungleichen Eingangs-
amplituden
wird aus dem Strich eine Ellipse, deren große Achse jetzt den abzulesenden Drehwinkel
bestimmt.
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Dem Bekannten gegenüber besteht nun die Erfindiung in einer Einrichtung
zur Messung des Phasenwinkel 5 zwischen Wechselspannungen oder Wechselströmen gleicher
Frequenz unter Benutzung einer Braunschen Röhre, welche dadurch gekennzeichnet ist,
daß auf dem gemeinsamen Bildschirm für die von zwei Elektronenstrahlen, vorzugsweise
einer Zweifachelektronenstrahlröhre, erzeugten Bildpunkte die Oszillogramme zweier
Wechselströme ineinander aufgezeichnet werden, von denen der eine eine Vergleichswechselspannung
und der andere die in ihrer Phase bezüglich der Vergleichswechselsp annung zu bestimmende
Meßwechselspannung ist, und daß fernerhin ein im Stromkreis für die Vergleichswechsel
spannung angeordneter Phasenschieber laufend so einstellbar ist, Idaß die beiden
aufgezeichneten Oszillogramme phasenmäßig zur Deckung kommen, so daß dann die am
Pihasenschieber mechanisch eingeführte und angezeigte Verstellgröße ein Maß ist
für den PhasenwinkeI zwischen den beiden Wechselspannungen bzw. Wechsel strömen.
Mit Hilfe eines Wilderstandsreglers im Stromkreis für die Vergleichswechselspannungen
lassen sich die beiden Oszillogramme auch zusätzlich noch betragsgleich zur Deckung
bringen, so daß der mechanische Verstellwert am Schleifer des Widerstandsreglers
ein Maß darstellt für die Amplitude der Meßwechselspannung. Damit ist die Meßwechselspannung
veEtoriell bestimmt.
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An Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
sei die Erfindung nachstehend noch näher erläutert.
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In der Zeichnung ist mit UM die Meßspannung bezeichnet, Ideren Amplitude
und Phasenlage gegen eine Vergleichswechselspannung ermittelt werden soll. Die gleichfrequente
Vergleichswechselspannung soll beispielsweise dem Drehstromnetz RST entnommen werden.
Die dem Drehstromnetz RST entnommene Spannung ist mit uv bezeichnet und wird über
den Spannungsteiler I dem unteren Plattenpaar P21 ,der Zweistrahiröhre 2 zugeführt.
Durch Verstellung des Potentiometerschleifers von der Handkurbel 3 mittels Spindel
4 und ,dem den Schleifer 3 führenden Mutterstück 5 kann die dem Ablenksystem P21
zugeführte Wechselspannung in ihrer Amplitude eingeregelt werden.
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Das zweite Plattenpaar P22 im unteren System der Braunschen Röhre
2 wird von einem Kippgerät 6 aus gespeist, das von einerWechselspannung synchronisiert
wird, die der Drehtransformator 7 an seinen Schleifringen 8 abgibt. Dieser Phasenschieber
7 wird vom Drehstromnetz RST aus betrieben. Mit 1der Drehung des Phasenschieberrotors
an der Handkurbel 9 ist auch die an den Schleifringen 8 abgegebene Wechselspannung
in ihrer Phase drehbar.
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Am oberen System ,der Braunschen Röhre 2 wird dem Ablenkplattenpaar
P11 die phasen- und amplitudenmäßig zu messende Wechsel spannung UM eingeführt,
die zugleich zu.r Synchronisierung des Kippgerätes 10 für die Erzeugung der dem
Ablenkplattenpaar P12 im oberen StrathlerzeugungsSsystem der Braunschen Röhre zugeführten
Kippspannung dient. In Ider Zeichnung sind noch angegeben die Kathoden K1 und K2,
die Wehneltzylinder W1 und XY2, die Zwischenzylinder Z1 und Z2 und die an gleichem
Potential liegenden Anoden A.
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Beim Gebrauch der Anordnung nach der Erfindung werden die beiden
Handkurbeln 3 und 9 so lange gedreht, bis die auf Idem Schirm der Braunschen Röhre
2 zur Aufzeichnung gelangende Oszillogramme zur Deckung kommen. Dann ist der an
der Skala II vor einer festen Skala ab lesbare Verstellwert ein Maß für den Phasenwinkel
,ß der Meßwechselspannung uM gegen die Vergleichswechselspannung U, und der an der
Skalenscheibe in vor einer ebenfalls festen Marke angezeigte Verstellwert der Amplitude
der Meßwechselspannung UM proportional.
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Zur Vermeidung von Phasenfehlern ist es zweckmäßig, daß die Ablenkempfindlichkeiten
der zu den verschiedenen Strahlen gehörigen Zeitplattenpaare gleich groß sind. Hierzu
kann man z. B. in vorteilhafter Weise eine Mehrfachkathodenstrablröhre benutzen.
Die gleiche Ab-lenkempfindlichkeit wird dann durch Regeln der Geschwindigkeit der
Elektronen im Ablenkfeld hergestellt. Diese Regelung kann so getroffen sein, daß
die Anoden wider beiden Systeme an gleichem Potential liegen.
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Bei der Erfindung läßt sich natürlich auch solche an sich bekannte
Anordnung von Braunsohlen Röhren benutzen, wo die verschiedenen aufzunehmenden Vorgänge
mittels eines rotierenden mechanischen oder elektrischen Verteilers bzw.
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Umschalters zeitlich nacheinander in schneller Folge an das Ablenksystem
einer Einstrahlröhre gegeben werden.
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Die Mehrfachkurvenaufnahme kann bei der Erfindung auch in an sich
bekannter Weise dadurch hergestellt sein, daß zwei Braunsche Röhren mit ihren Leuchtilächen
einander zugekehrt im rechten Winkel aufgestellt werden und im Winkel von 45° zu
den beiden Leuchtflächen der Röhre eine schwach versilberte Glasplatte angeordnet
wird. Durch diese Glasplatte kann sowohl das Bild auf dem Leuchtschirm der einen:
Röhre direkt als auch das Bild auf dem Leuchtschirm der anderen Röhre durch Reflexion
betrachtet werden.