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Schaltungsanordnung zur Anzeige der 'U' berschreitung eines Schwellwerts,
vorzugsweise zur Anzeige kurzzeitiger Spannungsimpulse, insbesondere in Fernmeldeanlagen
Es sind bereits Schaltungen zur Anzeige kurzzeitiger Überspannungen bekannt, in
denen Glimmlampen verwendet werden. Bei diesen Schaltungen dient die Glimmlampe
als Meß- und Anzeigeorgan, indem nämlich die Zündspannung der Glimmlampe als Schwellwert
ausgenutzt ist, bei dessen Überschreiten durch eine Überspannung die Glimmlampe
gezündet wird und das Brennen der Glimmlampe die Anzeige einer Überspannung darstellt.
Derartige Schaltungen sind mit dem Nachteil behaftet, daß einerseits nicht beliebig
kurzzeitig auftretende Überspannungen wegen der relativ langen Ansprechzeit einer
Glimmlampe angezeigt werden können und andererseits eine brennende Glimmlampe durch
ihren niedrigen Innenwiderstand im gezündeten Zustand eine erhebliche Belastung
für die zu überwachende Anordnung darstellt. Dies ist besonders in Fernmeldeanlagen
von Bedeutung, da die hier verwendeten Spannungsquellen im allgemeinen einen vergleichsweise
hohen Innenwiderstand besitzen und infolgedessen eine fest angeschaltete Glimmlampe
bei ihrer Zündung die elektrischen Eigenschaften der zu überwachenden Fernmeldeanlage
erheblich verändern würde. Diese Nachteile werden bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
welche zur Anzeige der Überschreitung eines Schwellwertes vorzugsweise durch kurzzeitige
Spannungsimpulse dient, dadurch vermieden, daß der als Anzeigeorgan dienenden Gasentladungsröhre
zum Zweck ihrer Zündung eine als Multivibrator mit zwei stabilen Betriebszuständen
ausgebildete Kippschaltung vorgeschaltet ist, die bei Auftreten einer den Schwellwert
überschreitenden Spannung am Eingang ihrer, ersten Röhre
aus dem
einen stabilen Betriebszustand,.in den anderen kippt, wobei eine dem Eingang@der
ersten Röhre zugeführte, einer eichbaren Regeleinrichtung zu entnehmende Vorspannung
den Schwellwert bestimmt. Bei diesem Kippen des Multivibrators wird dann die Gasentladungsröhre
gezündet.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird die geringe Ansprechzeit
einer mit Hochvakuumröhren aufgebauten Kippschaltung sowie deren in jedem Betriebszustand
hoher Eingangswiderstand ausgenutzt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, ermöglicht
damit die Anzeige von Störspannungen, deren zeitliche Dauer i ,u s unterschreiten
kann, was mit den bekannten Überspannungsmeßeinrichtungen wegen derwesentlich höheren
Ansprechzeit von Gasentladungsröhren unmöglich ist. Außerdem behält die Kippschaltung
stets ihren hohen Eingangswiderstand bei, so daß eine Beeinflussung der zu überwachenden
Einrichtung nicht auftreten kann und eine dauernde Anschaltung der Meßeinrichtung
ermöglicht ist.
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Mit einer solchen Schaltungsanordnung läßt sich das Auftreten von
Störspannungen feststellen, ohne daß die Anordnung dauernd beobachtet werden muß,
wie dies bei direkt anzeigenden Meßinstrumenten erforderlich ist. Das Gerät kann
sich selbst überlassen bleiben, da ein einmal aufgetretener Spannungsimpuls, dessen
Amplitude zur Änderung des Zustandes der beiden Entladungssysteme ausreicht, die
Anordnung zum Umkippen und Verharren in diesem Zustand bringt: Es ist also gleichgültig,
wann die Beobachtung erfolgt, da das Auftreten eines Störspannungsimpulses mit ausreichender
Höhe von seinem Auftreten ab dauernd angezeigt wird, bis das Gerät von anderer--Seite
wieder in seine Normallage zurückgestellt wird. Will man den absoluten Wert der
Störspannungen feststellen, so können zwei oder mehrere Geräte, die auf kaskadenartig
benachbarte Ansprechwerte eingestellt sind, parallel geschaltet werden. Die höchste
der aufgetretenen Störspannungen liegt dann zwischen dem Ansprechwert des Gerätes
mit nicht gezündeter Glimmlampe und dem nächstniedrigen Ansprechwert, welcher an
einem anderen Gerät ein= gestellt ist.
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Die Fig. i zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schaltungsanordnung
'zur Messung der Amplitude von positiven Spannungspulsen (Spitzenwert). Hierbei
findet eine sogenannte Triggerschaltung Verwendung. Sie umfaßt zwei Entladungssysteme,
nämlich die Röhren Röl und Rö2 - selbstverständlich können beide Systeme auch in
einer Röhre untergebracht sein -; das Gitter der Röhre Röl ist über einen Widerstand
Wil mit Parallelkondensator mit dem Anodenkreis der Röhre Rö2 am Punkt 2 verbunden.
Das Gitter der Röhre Rö2 ist über den Widerstand Wie mit Parallelkondensator
mit dem Anodenkreis der Röhre Röl am Punkt i verbunden. Haben infolge Einschaltung
der als Rechtecke schematisch därgestellten Widerstände die an den Elektroden der
Röhren Rö, und Rö2 stehenden Spannungen einen solchen Wert; daß beispielsweise die
Röhre Röl undurchlässig ist; so steht durch die Verbindung des Gitters der Röhre
Rö2 über den Widerstand Wie mit dem Punkt = im Anodenkreis der Röhre Rö,
am Gitter der Röhre Rö2 eine solche Spannung, daß die Röhre Rö, durchlässig ist.
Die am Punkt 2 des Anodenkreises der Röhre Rö2 abgegriffene Spannung läßt dann am
Gitter der Röhre Röl eine solche Spannung entstehen; daß die Röhre Röi undurchlässig
bleibt. Da je nach dem Einsatz der Emission der beiden Kathoden beim Einschalten
der von .einem stabilisierten Netzanschlußgerät gelieferten Betriebsspannungen zuerst
die eine oder andere Röhre durchlässig werden kann, ist noch ein Widerstand Wis
vorgesehen, der vor der Spannungsmessung durch vorübergehendes Betätigen der Taste
Tl -,an die Kathode der Röhre Röi angeschaltet wird. Dadurch wird vorübergehend
das Kathodenpotential der Röhre Röl gegenüber dem Gitterpotential so hoch gelegt,
daß die Röhre Röl mit Sicherheit undurchlässig und demzufolge gemäß der voraufgehenden
Beschreibung die Röhre Rö2 durchlässig ist.
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Um nun den Spitzenwert der an die Punkte 3 und q. parallel zum Widerstand
Wi anzulegenden Spannung (z. B. positiver Spannungspuls) zu messen,. ist als Regelanordnung
noch eine Spannungsquelle von z. B. 70 V in der aus der Fig. i ersichtlichen
Weise am Eingang der Triggerschaltung vorgesehen. Von dieser Spannungsquelle können
durch Verstellung eines Schiebers S bestimmte Spannungspunkte abgegriffen werden.
Die Abgriffe sind dabei spannungsgeeicht, um den jeweiligen Spannungswert ablesen
zu können. Zu Beginn der Messung wird der Schieber S in die linke Endstellung gebracht
und dann von dort allmählich nach rechts verschoben, bis der Spitzenwert der an
die Punkte 3 und q. angelegten Spannung (positiver Spannungspuls) zusammen mit der
an der Spannungsquelle von 70 V entsprechend der Stellung des Schiebers S
abgegriffenen Gegenspannung am Gitter der Röhre Rö, eine solche Spannung entstehen
läßt, daß die Röhre Röi durchlässig wird. Demzufolge sinkt die dem Gitter der Röhre
Rö, vom Punkt i über den Widerstand Wi, zugeführte Spannung so weit ab, daß nunmehr
die Röhre Rö2 undurchlässig wird. Dadurch steigt die dem Gitter der Röhre Rö, vom
Punkt 2 über den Widerstand Wil zugeführte Spannung und hält die Röhre-Röl auch
nach Verschwinden der gemessenen Spannung weiterhin durchlässig. Die aus den Röhren
Rö, und Rö2 bestehende Triggerschaltung fällt also nicht in ihre Anfangslage zurück,
wenn der gemessene Spannungspuls verschwindet. Durch den Spannungsanstieg am Punkt
2 im Anodenkreis der Röhre Rö2 kommt außerdem die Glimmlampe G zum Aufleuchten und
zeigt damit an, daß die beiden Röhren Rö, und Rö2 hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit
umgeschaltet sind.. Die Stellung des Schiebers S an der spannungsgeeichten Skala
(o bis 18 V) ermöglicht dann, die Größe der Amplitude der angelegten Spannung abzulesen.
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Um die Schaltungsanordnung für eine neue Spannungsmessung betriebsbereit
zu machen, wird
wieder vorübergehend die Taste Ti betätigt, so-
daß hierdurch wieder die Röhre Rö, undurchlässig und die Röhre Rö2 durchlässig wird.
Durch das hierbei eintretende Absinken der Spannung am Punkt 2 wird die Glimmlampe
G wieder gelöscht.
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Sollen negative Spannungen gemessen werden, so wird die Spannungsquelle
von 70 V mit entgegengesetzter Polarität eingeschaltet und der Schieber S
von der rechten Endstellung aus allmählich nach links über eine in gegenläufiger
Folge geeichte Skala bewegt. Der Widerstand Wi" liegt dann an der Kathode der Röhre
Rö2 und wird dort durch vorübergehendes Betätigen einer Taste kurzzeitig eingeschaltet,
um in der Anfangslage die Röhre Rö2 undurchlässig und demzufolge die Röhre Röl durchlässig
zu machen. In diesem Falle brennt die Glimmlampe G im Ruhezustand der Anlage und
wird bei Auftreten der zu messenden Spannung an den Punkten 3 und q. und entsprechender
Einstellung des Schiebers S zum Erlöschen gebracht.
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Negative Spannungspulse können auch unter Beibehaltung der in der
Fig. i gezeigten Schaltungsanordnung gemessen werden, wenn vor dem Eingang der Triggerschaltung
ein Transformator oder eine zusätzliche Röhrenstufe vorgesehen wird, um den zu messenden
negativen Spannungspuls in einen positiven Spannungspuls umzuwandeln.
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Die oben beschriebene Schaltungsanordnung gestattet, Spannungen (Spitzenwerte)
jeder Kurvenform zu. messen, wobei sogar die Amplituden besonders kurzzeitiger Spannungsspitzen
richtig angezeigt werden.
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In der Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem
die zu messende Spannung den Punkten 5 und 6 am Widerstand Wi und von dort über
eine als Gleichstromverstärker arbeitende Röhre Rö, dem Eingang der aus den Röhren
Röl und Rö2 bestehenden Triggerschaltung zugeführt wird. Als Regelanordnung dient
hier ein spannungsgeeichter Spannungsteiler Sp mit Grob-und Feineinstellung. Die
aus den Röhren Rö, und Rö2 aufgebaute Triggerschaltung arbeitet entsprechend der
in der Fig. i dargestellten Triggerschaltung. Am Punkt 2 im Anodenkreis der Röhre
Rö2 ist wieder die zur Anzeige dienende Glimmlampe G angeschlossen.
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Der außer der Regelanordnung vorhandene regelbare Widerstand Wis und
das Potentiometer P2 werden vor der Benutzung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
so eingestellt, daß die spannungsgeeichte Skala am Spannungsteiler Sp die zutreffenden
Werte anzeigt, also z. B. bei fehlender Spannung an den Punkten 5 und 6 die Glimmlampe
G erlischt, wenn die Schieber S1 und S2 in der Stellung 0 stehen. Weiterhin ist
durch die Einstellbarkeit des Widerstandes Wis und durch die Einschaltung des Widerstandes
Wi7 die Möglichkeit gegeben, nach einem Röhrenwechsel das Kathodenpotential in der
Stufe der Röhre Rö, wählbar anzuheben, damit die jeweilige Röhre in dieser Stufe
erst bei einer Gitterspannungseinstellung von 0 V leitend wird und nicht schon bei
einer ihrer Kennlinie entsprechenden negativen Gitterspannung (z. B. - 1,6 V).
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Um die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung der Fig. 2 für die Spannungsmessung
betriebsbereit zu machen, wird die Taste T1 vorübergehend betätigt. Dadurch wird
der Widerstand Wi" vorübergehend an die Kathode der Röhre Rö2 angeschaltet. Dies
hat, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. i, zur Folge, daß die Röhre Rö, durchlässig
und die Röhre Rö2 undurchlässig wird. Da die Elektroden der Röhren Röl und Rö2ebenso.
wie im Ausführungsbeispiel der Fig. i miteinander verbunden sind, bleibt die Röhre
Rö, durchlässig und die Röhre Rö2 undurchlässig. Die am Punkt 2 im Anodenkreis der
Röhre Rö2 angeschlossene Glimmlampe leuchtet demzufolge in der Ruhelage der Triggerschaltung.
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Soll eine Spannung oder ein Spannungspuls, und zwar im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein positiver Spannungspuls, an den Punkten 5 und 6 hinsichtlich
seiner Amplitude gemessen werden, so wird zunächst der zur Grobeinstellung der Regelanordnung
dienende Schieber S1 und der zur Feineinstellung dienende Schieber S2 eines zusätzlichen
Potentiometers P1 in die rechte Endstellung gebracht. Der als Regelanordnung dienende
Spannungsteiler Sp ist in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise spannungsgeeicht
(Skala: 0 bis 18 V). Bei der erwähnten Einstellung der Schieber S1 und S2 steht
am Gitter der Röhre Rö, die größte negative Spannung, da die Kathode dieser Röhre
die größte positive Spannung aufweist. Wird der Schieber Si allmählich nach links
verschoben, so gelangt er in eine Stellung, in der die Glimmlampe G erlischt. In
dieser Stellung nimmt nämlich die von der Röhre Rö, an das Gitter der Röhre Rö,
gelieferte resultierende Spannung einen solchen Wert an, daß die Röhre Rö, undurchlässig
wird. Infolge Ansteigens der Spannung am Punkt i steigt die Spannung am Gitter der
Röhre Rö2 derart an, daß die Röhre Rö2 durchlässig wird. Dadurch nimmt die Spannung
am Punkt 2 im Anodenkreis der Röhre Rö2 ab, so daß die Glimmlampe G erlischt. Nunmehr
wird der Schieber S1 um eine Stufe nach rechts verschoben, worauf die Taste Ti wieder
kurzzeitig betätigt wird und dadurch die aus den Röhren Rö, und Rö2 bestehende Triggerschaltung
wieder in ihre Anfangslage zurückgelegt wird, also die Röhre Röl durchlässig und
die Röhre Rö2 undurchlässig ist. Die Glimmlampe G leuchtet dann wieder auf. Nunmehr
wird der zur Feinregelung dienende Schieber S2 im potentiometer P1 so lange nach
links verschoben, bis die Glimmlampe G infolge neuerlichen Umschaltens der Triggerschaltung
wieder erlischt. An der spannungsgeeichten Skala des Spannungsteilers Sp kann nunmehr
ein Spannungswert abgelesen werden, der dem Spitzenwert der zur Messung an die Punkte
5 und 6 angelegten Spannung entspricht.
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Zur Vereinfachung der Messung oder auch bei Messungen, bei denen die
Amplitude einer nur einmal auftretenden Spitzenspannung zu ermitteln ist, kann man
mehrere der z. B. an Hand der Fig. 2
beschriebenen Schaltungsanordnungen
parallel schalten, wöbei die durch die feste oder regelbare Einstellung der einzelnen
Spannungsteiler Sp bestimmten Ansprechwerte der einzelnen Schaltungsanordnungen
beispielsweise um je i V voneinander abweichen. Führt man dann die zu messende Spannung
den Punkten 5 und 6 zu; an denen die verschiedenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen
parallel geschaltet sind, so werden z. B. die Glimmlampen derjenigen Schaltungsanordnungen
erlöschen, deren Spannungsteiler auf einen Ansprechwert. eingestellt ist, der unter
dem Amplitudenwert der an den gemeinsamen Eingang angelegten Spannung liegt, während
bei den Schaltungsanordnungen mit höherem Ansprechwert die Glimmlampen nicht erlöschen.
Der tatsächliche Amplitudenwert der an den Punkten 5 und 6 aufgetretenen Spannung
liegt dann zwischen den benachbiarten Ansprechwerten der beiden Schaltungsanordnungen,
deren Glimmlampen sich verschieden verhalten.
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Anstatt bei der Parallelschaltung mehrerer Schaltungsanordnungen für
jede einen besonderen, z. B.. auf einen bestimmten Ansprechwert fest eingestellten
Spannungsteiler als Regelanordnung zu verwenden, kann auch ein solcher Spannungsteiler
als Regelanordnung für sämtliche parallel geschalteten Schaltungsanordnungen gemeinsam
sein, wobei dann die einzelnen Abgriffe entsprechend der Abstufung der Ansprechwerte
der einzelnen Schaltungsanordnungen mit dem jeweiligen Eingang derselben verbunden
sind.