DE957962C - Verfahren zur Messung der Frequenz von Wechselstromen oder Impulsen - Google Patents

Description

AUSGEGEBENAM 14. FEBRUAR 1957

H 14247 VIII c 121 e

oder Impulsen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Frequenz von Wechselströmen oder Impulsen, vorzugsweise niedriger Frequenz, bei dem über ein Relais im Takt der Frequenz Kondensatoren aufge- uhd entladen werden, der Entladestrom gemessen, und zur Anzeige ein Quotientenmeßwerk benutzt wird.

Es ist bereits bekannt, Frequenzen von Wechselströmen oder Impulsen dadurch zu messen, daß im Takt der Frequenz über ein Relais Kondensatoren aufgeladen und entladen werden. Dabei wird die Ladestromstärke bzw. Entladestromstärke gemessen und diese ist ein Maß für die Frequenz. Die Anzeige kann unter anderem mittels eines Kreuzspulinstruments geschehen, auf dessen eine Spule der Lade- bzw. Entladestrom geführt wird, während die andere Spule von der Betriebsstromquelle beschickt wird. Dieses bekannte Verfahren ist nicht gut geeignet, um geringe Änderungen der Frequenz zu bestimmen.

Erfindungsgemäß werden zwei Kondensatoren, von denen der eine in der kürzesten zu messenden Periode praktisch vollgeladen ist, während der andere bei der längsten zu messenden Periode noch unvollständig geladen ist, durch das Relais im ersten Takt über Vorwiderstände an eine Span-

nungsquelle gelegt und im zweiten Takt über je eine der beiden Spulen eines Qiuotientenmeßwerks entladen.

Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, da es außerordentlich empfindlich für die Anzeige von geringen Frequenzänderungen gemacht werden kann. Außerdem eignet es sich besonders für die Messung niedriger Frequenzen. Die beiden Spulen werden zur gleichen Zeit vom Strom durchflossen

ίο und sind zur gleichen Zeit stromlos. Es tritt also während der Umschaltung kein störendes Richtmoment auf, wie bei den bekannten Anordnungen, bei denen, eine Spule dauernd an der Betriebsspannung liegt.

Die Wirkungsweise des Verfahrens nach der Erfindung sei an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Bild ι zeigt die Schaltung eines Meßgerätes zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und

Bild 2 ein Diagramm des Stromverlaufs.
In Bild 1 ist ι die Erregerspule eines Relais, das mit den Impulsen oder dem Wechselstrom beschickt wird. Dadurch werden im Takt der Frequenz die Schalthebel 2 und 3 des Relais gleichzeitig hin-und herbewegt. In der gestrichelten Stellung werden die beiden Kondensatoren 4 und 5 über die Widerstände 6 und 7 an die Batterie 8 gelegt. Die Widerstände 6 und 7 sind so abgestimmt, daß der Kondensator 4 in der kürzesten in Frage kommenden Periode voll aufgeladen wird und der Kondensator 5 in der längsten zu messenden Periode noch nicht voll aufgeladen ist.

Diese; Verhältnisse sind in Bild 2 näher dargestellt. Die mit 4 bezeichnete Kurve entspricht der Ladekurve des Kondensators 4. Aufgetragen ist in Abhängigkeit von der Zeit t die dem Kondensator zugeführte Elektrizitätsmenge E. Nach verhältnismäßig kurzer Zeit, angedeutet durch die senkrechte

40- Linie a, ist der Kondensator 4 bis zum höchsten Wert aufgeladen, d. h., die Ladekurve verläuft von da ab praktisch parallel zur f-Achse. Der Kondensator 5 dagegen (Ladekurve mit 5 bezeichnet) lädt sich auch nach Aufladung des Kondensators 4 noch weiter auf, d. h., seine Ladung steigt noch weiter an und erreicht erst weit außerhalb des dargestellten Kurvenbildes ihren Höchstwert. Zu irgendeinem Zeitpunkt nach Überschreiten der Linie a, nachdem also der Kondensator 4 vollkommen aufgeladen ist, aber vor der vollen Aufladung des Kondensators 5, z. B. zur Zeit b, wird nun der Schalter durch den nächsten Impuls oder nach Verstreichen einer ganzen oder halben Periode des Wechselstromes umgeschaltet, und die Schalthebel 2 und 3 werden in die ausgezogene Stellung gelegt. Hierdurch werden die Kondensatoren 4 und 5 über die Widerstände 9 und 10 und die beiden Spulen 11 und 12 des Quotientenmeßwerkes entladen. Das Quotientenmeßwerk erhält einen Impuls, der dem Verhältnis der beiden Ladungen 4 und 5 entspricht, und dieses Verhältnis hängt, wie aus Bild 2 ohne weiteres zu erkerinen ist, von der zwischen σ und b verstrichenen Zeit ab. Die Widerstände 9 und 10 sind so bemessen, daß die Zeitdauer der Entladung der beiden Kondensatoren ungefähr die gleiche ist und mögliehst gedehnt wird. Wird dieses Ziel nicht in genügendem Maße allein durch die Einschaltung der Widerstände erreicht, so können durch Zuschaltung von weiteren Gliedern (Kapazitäten oder Induktivitäten) Netzwerke gebildet werden, welche die notwendigen Zeitkonstanten für die Entladungsvorgänge aufweisen. Durch diese Maßnahme in Verbindung mit einer entsprechenden Dämpfung des Quotientenmeßwerkes kann bei allen praktisch vorkommenden Frequenzen eine stetige Anzeige der aufeinander folgenden Impulse erreicht werden.

Der für die Zeitmessung in Frage kommende Bereich ist im wesentlichen durch die volle Aufladung des Kondensators 4 und durch den Bereich gegeben, in dem die Kurve 5 praktisch geradlinig verläuft. Er ist mit t_x bezeichnet. In seiner Mitte sind die beiden Ladungen gleich und damit auch die auf das Quotientenmeßwerk gegebenen Impulse. Das Quotientenmeßwerk stellt sich auf das Verhältnis 1:1, d. h. auf die Mitte der Skala ein. Es ist aber auch möglich, den Bereich anders zu legen, wenn das Quotientenmeßwerk entsprechend ausgebildet ist. Dadurch, daß am Quotientenmeßwerk das Verhältnis der Ladungen angezeigt wird, ist g_o die Anzeige unabhängig von der Betriebsspannung, denn durch Änderung der Spannung ändern sich beide Ladungen im gleichen Verhältnis.

Die Empfindlichkeit des Gerätes kann durch Änderung der Größe der Kondensatoren in gewissen Grenzen beeinflußt werden. Jedoch ist die maximale Empfindlichkeit im wesentlichen durch die Verhältnisempfindlichkeit des Quotientenmeßwerkes gegeben. Um unabhängig hiervon die Empfindlichkeit erhöhen zu können, dient eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die an Hand von Bild 3 und Bild 4 beschrieben sei. In Bild 3 sind die in Bild ι bereits vorkommenden Teile mit den gleichen Zahlen wie dort bezeichnet. Es sind aber nicht nur zwei Kondensatoren 4 und 5 vorgesehen, sondem noch ein dritter 13. Der Schalter hat jetzt vier Schalthebel. Dem dritten Kondensator 13 wird beim Aufladevorgang (gestrichelte Stellung des Schalthebels) der Widerstand 14 vorgeschaltet, der so bemessen ist, daß der Kondensator 13 sich eben- no falls in der kürzesten Zeit, also in der gleichen Zeit wie der Kondensator 4, voll auflädt. Der Kondensator 5 wiederum lädt sich in der größten zu messenden Zeit praktisch noch nicht voll auf. In der zweiten Stellung des Schalters wird nun der Kondensator 5 gegen den Kondensator 1.3 geschaltet, so daß sich die Ladungen bis auf ihre Differenz ausgleichen. Die restliche Ladung gleicht sich über die Spule 11 des Quotientenmeßwerkes aus, während sich über die andere Spule 12 der Kondensator 4 entlädt. Dieser hat jetzt einen kleineren Endbetrag der Ladung als der Kondensator 4 in der Schaltung Bild 1.

Die Wirkungsweise ist aus Bild 4 zu erkennen. Die Ladungskurven sind wieder mit denselben Zahlen wie die Kondensatoren versehen. Die Diffe-

renz der Ladungen der Kondensatoren 5 und 13 (Kurve 13-5) ändert sich mit der Zeit. Diese Differenz wirkt nun zusammen mit der Ladung des Kondensators 4 auf das Quotientenmeßwerk, und S es ist ohne weiteres' au erkennen, daß jetzt das Verhältnis der zu den verschiedenen Zeiten entstehenden Ladungen größer ist als im Fall des Bildes 1. Die für die Messung in Frage kommende Zeit ist wieder durch t_x bezeichnet.

Zweckmäßig wird der Schalter so ausgebildet, daß die Gegeneinanderschaltung der Kondensatoren 13 und S zuerst erfolgt und dann die Zuschaltung des Quotientenmeßwerkes. Dies wird praktisch sehr leicht zu verwirklichen sein, während die sonst notwendige gleichzeitige Betätigung aller Verbindungen sehr schwierig ist. Die beschriebene Schaltung hat auch noch den Vorteil, daß die absoluten Beträge der über das Quotientenmeßwerk fließenden Elektrizitätsmengen geringer sind als in der Schaltung nach Bild 1. Dadurch können auch die Forderungen an die Dämpfung des Instruments herabgesetzt werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für ein Gerät, das nach dem angegebenen Verfahren arbeitet, ist die Messung der Schwingungszeit von schwingenden Gebilden, insbesondere der Unruhen von Uhren. Es wird in diesem Fall, wie das bei den sogenannten Zeitwaagen üblich ist, das Tickgeräusch der Uhren mit einem Mikrophon aufgenommen, über einen Verstärker verstärkt und zur Erregung des Relais benutzt. Das Relais nimmt dann die Schaltungen gemäß den Schaltschemen Bild 1 oder 3 vor.

Bei Uhren treten häufig periodische Schwankungen infolge etwas verschiedener Zeiten zweier aufeinanderfolgender Impulse auf. Da diese Schwankungen sich als entsprechende periodische Schwankungen in der Anzeige des Meßwerkes auswirken würden, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in solchen Fällen jeder zweite Impuls unterdrückt. Dies kann in einfacher und in an sich bekannter Weise durch Vorschalten eines zweiten Relais geschehen.

Das Anzeigegerät kann für die Prüfung von Uhren direkt für täglichen Gang (Sek./24 Std.) geeicht werden, am besten durch eine Normaluhr.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Messung der Frequenz von Wechselströmen oder Impulsen, vorzugsweise niedriger Frequenz, bei dem über ein Relais im Takt der Frequenz Kondensatoren aufge- und entladen werden, der Entladestrom gemessen und zur Anzeige ein Quotientenmeßwerk benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren, von denen der eine in der kürzesten zu messenden Periode praktisch vollgeladen ist, während der andere bei der längsten zu messenden Periode noch unvollständig geladen ist, durch das Relais im ersten Takt über Vorwiderstände an eine Spannungsquelle gelegt und im zweiten Takt über je eine der beiden Spulen des Quotientenmeßwerkes entladen werden.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kondensatoren vorgesehen sind, von denen- zwei sicher vollgeladen werden, der dritte sicher nicht vollgeladen wird und die Ladung des einen vollgeladenen mit der Differenz der Ladungen der beiden anderen im Quotientenmesser verglichen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Differenzbildung durch Gegeneinanderschaltung der Kondensatoren erfolgt und dann die Zuschaltung des Quotientenmeßwerkes.
4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der zu messenden Frequenz erregte Relais (1) über entsprechende Schaltkontakte (2, 3) die Umschaltung der Kondensatoren (5, 4) von der Spannungsquelle (8) gegebenenfalls die Gegeneinanderschaltung und den Anschluß an das Quotientenmeßwerk (ii„i2) vornimmt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsdauer der Kondensatoren über das Quotientenmeßwerk durch Einschaltung von Netzwerken, die Widerstände (9, 10) oder auch Kapazitäten · oder Induktivitäten enthalten,, einander angeglichen wird.
6. 6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i, 2 und 3 und der Anordnungen nach den weiteren Ansprüchen für die Bestimmung der Schwingungszeit von schwingenden Systemen, insbesondere von Unruhen von Uhren, indem von den Schwingungen Impulse, vorzugsweise durch elektröakustische Tonabnehmer, zur Steuerung des Umschalterelais gegeben werden.
7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 und 3, insbesondere in dessen Anwendung gemäß Anspruch 6 und Anordnungen nach den weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß durch an sich bekannte Mittel jeder zweite Impuls ' (jeder zweite Schlag des Uhrwerkes) unterdrückt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 861 894;
   österreichische Patentschrift Nr. 171 285.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 57S/208 8. (609 797 2. 57)