DE960120C

DE960120C - Method for measuring the frequency of an alternating voltage over a large measuring range

Info

Publication number: DE960120C
Application number: DEF15825A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Fricke
Original assignee: HANS FRICKE DR ING
Current assignee: HANS FRICKE DR ING
Priority date: 1954-10-02
Filing date: 1954-10-02
Publication date: 1957-03-14

Description

Verfahren zur Messung der Frequenz einer Wechselspannung in einem großen Meßbereich Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, die Frequenz einer Wechselspannung über einen großen Bereich mit einfachen Mitteln und großer Genauigkeit zu messen.Method for measuring the frequency of an alternating voltage in one large measuring range The invention relates to a method, the frequency of a AC voltage over a wide range with simple means and great accuracy to eat.

Die bisher bekannten Frequenzmesser benutzen in der einfachsten Ausführungsform mit geringer Genauigkeit und beschränktem Frequenzbereich den Ladestrom eines durch Spannungsimpulse im Takt der zu messenden Frequenz auf konstante Spannung aufgeladenen Kondensators zur Anzeige. The previously known frequency meters use in the simplest embodiment with low accuracy and limited frequency range the charging current of a Voltage pulses charged to constant voltage in time with the frequency to be measured Condenser for display.

Eine höhere Meßgenauigkeit läßt sich mit Brückenschaltungen nach Wien-Robinson erreichen, je doch ist der Aufwand sehr viel größer. Für höhere Frequenzen werden Resonanzkreise benutzt. Bei sehr hohen Genauigkeits ansprüchen geschieht die Messung durch Vergleich der unbekannten Frequenz mit den Komponenten eines Normalfrequenzspektrums, eventuell unter Zuhilfenahme eines Kathodenstrahloszillographen zur Darstellung der Lissajous-Figuren. In der letzten Zeit wurden auch direkt zeigende Frequenzmesser hoher Genauigkeit angegeben., die unter Verwendung von elektre nischen Zählern arbeiten, jedoch verlangen diese Geräte beträchtlichen Aufwand.A higher measuring accuracy can be achieved with bridge circuits according to Wien-Robinson achieve, but the effort is much greater. For higher frequencies will be Resonance circles used. If the accuracy requirements are very high, the measurement is carried out by comparing the unknown frequency with the components of a normal frequency spectrum, possibly with the help of a cathode ray oscillograph for representation of the Lissajous figures. Recently, direct-pointing frequency meters have also been used high accuracy specified. that work using electronic meters, however, these devices require considerable effort.

Die Nachteile der bekannten Meßeinrichtungen werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß ein in einem großen Frequenzbereich einstellbarer, frequenzabhängiger Phasenschieber in Verbindung mit einem Goniometer verwendet wird, dessen eines System direkt an die Spannung der zu messenden Frequenz gelegt und dessen anderem System der Phasenschieber vorgeschaltet wird, und daß als Meßkriterium die Ausgangsspannung der Goniometersuchspule dient, die nur bei gleich- oder gegenphasigen Goniometerspannungen je nach der vom Amplitudenverhältuis dieser Spannungen abhängigen Lage der Suchspule exakt Null wird, so daß die beim Nullabgleich vorhandene Einstellung des in Frequenzen geeichten Phasenschiebers als Anzeige für die zu messende Frequenz dient. The disadvantages of the known measuring devices are according to the invention overcome in that a frequency-dependent adjustable in a large frequency range Phase shifter in connection is used with a goniometer, whose one system is placed directly on the voltage of the frequency to be measured and the other system of which the phase shifter is connected upstream, and that as a measurement criterion the output voltage of the goniometer search coil is used, which is only used when in or out of phase Goniometer voltages depending on the one that depends on the amplitude ratio of these voltages Position of the search coil is exactly zero, so that the setting that was present during the zero adjustment of the phase shifter calibrated in frequencies as a display for the frequency to be measured serves.

Die Abbildung zeigt an einem Beispiel den Aufbau der Anordnung. Die am Eingang I liegende Spannung der zu messenden Frequenz wird an die beiden Systeme des Goniometers 2 geführt, wobei das System 3 unmittelbar mit den Eingangsklemmen I verbunden ist, während zwischen System 4 und Eingang I ein geeichter frequenzabhängiger Phasenschieber 5 eingeschaltet ist. Die Goniometersuchspule 6 ist an ein empfindliches Instrument7 angeschlossen, dem zur Vergrößerung der Anzeigeempfindlichkeit eventuell ein Verstärker vorgeschaltet werden kann. -Als Anzeigekriterium bei der Frequenzmessung wird die Ausgangsspannung der Suchspule benutzt, die beim richtigen Abgleich der Anordnung exakt Null wird, wenn die den beiden Goniometersystemen 3 und 4 zugeführten Spannungen gleich- oder gegenphasig sind und sich die Goiiiometersuchspule in einer solchen durch das Amplitudenverhältnis der Systemspannungen gegebenen Lage befindet, daß das resultierende Goniometerfeld keine Spannung in der Suchspule induzieren kann. The figure shows an example of the structure of the arrangement. the The voltage at input I of the frequency to be measured is transmitted to both systems of the goniometer 2, the system 3 directly to the input terminals I is connected, while between system 4 and input I a calibrated frequency-dependent one Phase shifter 5 is switched on. The goniometer search coil 6 is a sensitive one Instrument7 connected, possibly to increase the sensitivity of the display an amplifier can be connected upstream. -As a display criterion for frequency measurement the output voltage of the search coil is used, which when the Arrangement is exactly zero when the two goniometer systems 3 and 4 supplied Voltages are in or out of phase and the Goiiiometer search coil in a such a position given by the amplitude ratio of the system stresses, that the resulting goniometer field does not induce any voltage in the search coil can.

Vor Beginn der Messung kann eine Kontrolle -der Meßanordnung durchgeführt werden, indem der Phasenschieber 5 auf den Wert Null eingestellt wird, so daß bei einwandfreiem Zustand der Anordnung bei gleichphasigen Goniometerspannungen ein absolutes Goniometerminimum auftritt. Sodann wird zur eigentlichen Frequenzmessung der Phasenschieber bei eventuell gleichzeitigem Nachstellen der Goniometersuchspule so lange verändert, bis bei einer Phasenverschiebung von I800, also gegenphasigen Systemspannungen, wiederum ein sauberes Goniometerminimum auftritt. Da dieses Minimum nur bei genau I800 Phasenverschiebung vorhanden ist und die Einstellung dieser Phasenverschiebung frequenzabhängig ist, kann der Phasenschieber direkt in Frequenzen geeicht werden. Wird beispielsweise im Niederfrequenzgebiet der Phasenschieber mit den von RC-Generatoren her bekannten RC-Kombinationen aufgebaut oder werden Wienbrücken als Phasenschieber benutzt dann kann mit einem Minimum an Bauelementen ein sehr großer Frequenzbereich überstrichen werden Im UKW- und Dezimeterwellengebiet werden zweckmäßigerweise zur Vereinfachung des Aufbaus Leitungskreise veränderlicher Länge als Phasenschieber benutzt. Before starting the measurement, the measuring arrangement can be checked are by the phase shifter 5 is set to the value zero, so that at perfect condition of the arrangement with in-phase goniometer voltages absolute goniometer minimum occurs. Then it becomes the actual frequency measurement the phase shifter with possibly simultaneous readjustment of the goniometer search coil Changed until there is a phase shift of I800, i.e. out of phase System stresses, in turn a clean goniometer minimum occurs. Because this minimum only when exactly I800 phase shift is present and the setting of this phase shift is frequency-dependent, the phase shifter can be calibrated directly in frequencies. If, for example, the phase shifter is used in the low frequency range with that of RC generators Known RC combinations are built or Wien bridges are used as phase shifters then a very large frequency range can be used with a minimum of components are covered in VHF and decimeter wave areas, it is advisable to use Simplification of the structure of line circuits of variable length as phase shifter used.

Die Frequenzmessung wird bei der angegebenen Anordnung auf eine Phasenmessung zurückgeführt, da es zur Durchführung der Messung nur erforderlich ist, durch Änderung des geeichten frequenzabhängigen Phasenschiebers 5 und eventuell gleichzeitiger Änderung der Lage.der Suchspule 6 das Goniometer auf Minimum abzugleichen. Die Lage der Suchspule spielt nur für den Abgleich eine Rolle und ist für die Auswertung bedeutungslos; sie bleibt beim Meßvorgang konstant, wenn der Phasenschieber im ganzen Frequenzbereich amplitudenunabhängig arbeitet, eine Voraussetzung, die meistens erfüllt ist. Sollen oberwellenhaltige Spannungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen werden, dann wird für die richtige Abstimmung die Suchspulenspannung nicht exakt Null, sondern es wird auf Minimum abgeglichen. With the specified arrangement, the frequency measurement is based on a phase measurement as it is only necessary to carry out the measurement by changing of the calibrated frequency-dependent phase shifter 5 and possibly simultaneously Change of the position of the search coil 6 to adjust the goniometer to a minimum. The location the search coil only plays a role for the adjustment and is for the evaluation meaningless; it remains constant during the measurement process if the phase shifter as a whole Frequency range works independently of amplitude, a requirement that mostly is satisfied. Shall voltages containing harmonics according to the method according to the invention are measured, then the search coil voltage is not necessary for correct tuning exactly zero, but it is compared to the minimum.

Gegenüber den bisher bekannten Frequenzmeßanordnungen bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß bei einfachem Aufbau ein großer Meßbereich überstrichen werden kann und infolge der großen Minimumschärfe des Goniometers im Fall gleich- oder gegenphasiger Goniometerspannungen eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Wie von den ebenfalls mit einfachen Phasenschiebern arbeitenden RC-Generatoren her bekannt ist, bereitet es keine Schwierigkeiten, durch Drehkondensatoren steuerbare RC-Phasenschieber für i8o0-Phasenverschiebung für einen Bereich von IO Hz bis I MHz zu bauen. Für höhere Frequenzen lassen sich Netzwerke verwenden. Im UKW-Gebiet sowie bei dm- und cm-Wellen ergibt sich durch Benutzung von symmetrischen oder konzentrischen Leitungen veränderbarer Länge eine konstruktiv besonders einfache Ausführungsform des Phasenschiebers; ein Minimumabgleich liegt dann vor, wenn zwischen den Wegen vom Speisepunkt I zu den Goniometersystemen 3 und 4 ein Wegunterschien von einer halben Wellenlänge besteht. Es kann daher im UKW- und Dezimeterwellengebiet auch ein Abgleich der Frequenzmeßanordhung vorgenommen werden, wenn bei konstanten Goniometerzuleitungen der Speisepunkt I verschoben wird, bis bei eventuell gleichzeitiger Änderung der Lage der Goniometersuchspule der Minimum abgleich auftritt. In diesem Fall ist die Größe der Frequenz durch die Lage des Speisepunktes bestimmt. Compared to the previously known frequency measuring arrangements, this offers The method according to the invention has the advantage that, with a simple structure, a large measuring range can be swept over and due to the great minimum sharpness of the goniometer im A high accuracy is achieved in the case of in-phase or antiphase goniometer voltages will. As with the RC generators, which also work with simple phase shifters is known ago, it does not present any difficulties, controllable by variable capacitors RC phase shifter for i8o0 phase shift for a range from IO Hz to I. MHz to build. Networks can be used for higher frequencies. In the VHF area as well as with dm and cm waves results from the use of symmetrical or concentric Lines of variable length are a structurally particularly simple embodiment the phase shifter; A minimum comparison is made when there is a difference between the routes from the feeding point I to the goniometer systems 3 and 4 a path appeared below one half a wavelength. It can therefore also be used in VHF and decimeter waves an adjustment of the frequency measurement arrangement can be made if the goniometer leads are constant the feed point I is shifted until, if there is a possible simultaneous change in the Location of the goniometer search coil the minimum adjustment occurs. In this case it is The size of the frequency is determined by the position of the feed point.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Method for measuring the frequency of an alternating voltage in a large measuring range, characterized in that one in a large frequency range adjustable, frequency-dependent phase shifter in connection with a goniometer is used, its one system directly to the voltage of the frequency to be measured placed and the other system of which the phase shifter is connected upstream, and that the output voltage of the goniometer search coil is used as the measurement criterion, which is only available with in-phase or out-of-phase goniometer voltages depending on that of the amplitude converter; ratio This voltage-dependent position of the search coil is exactly zero, so that when Zero adjustment existing setting of the in Frequencies calibrated The phase shifter serves as a display for the frequency to be measured.

2. The method according to claim I, characterized in that as a frequency-dependent Phase shifter depending on the frequency range Bridge arrangements, RC combinations, Oscillating circuits or line circuits of changeable line lengths in symmetrical or concentric design can be used.

3. The method according to claim I and 2, characterized in that im VHF and decimeter wave area the phase shift necessary for the adjustment of I800 between the two goniometer voltages by moving the feed points is achieved at the entrance of the measuring arrangement, so that from the position of the feed points the frequency to be measured is determined.

4. The method according to claim I to 3, characterized in that at the frequency measurement of voltages containing strong harmonics that was used as a measurement criterion Goniometer adjustment is represented by the minimum of the search coil voltage.