DEM0000407MA - Prüf- und Überwachungsanordnung für Röhrengeräte, insbesondere Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik - Google Patents

Description

Bei Röhrengeräten, insbesondere bei Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik wie z.B. Verstärkern besteht häufig die Notwendigkeit, die Betriebsfähigkeit des Gerätes sowie der in ihm enthaltenen Röhren laufend zu überwachen. Diese Aufgabe erweist sich beispielsweise in der Trägerfrequenztechnik als besonders wichtig für die zahlreichen, in eine hochwertige Verbindung eingeschalteten, z.B. in unbemannten Zwischenstationen befindlichen Verstärker. Wird ein solcher Verstärker gestört, so muss die Störung so schnell als möglich erkannt werden. Aber auch die Röhren selbst müssen überwacht werden, damit man rechtzeitig einen Austausch der Röhren vornehmen kann, ehe die Betriebsfähigkeit der Anlage durch die fortgeschrittene Alterung der Röhren beeinträchtigt wird.

Eine Überwachung der Betriebsbereitschaft der Verstärker ist bereits in verschiedener Weise durchgeführt worden, wozu in der Regel in die Heiz- oder Anodenstromkreise der Verstärker Überwachungsrelais eingeschaltet wurden, die bei einer unzulässigen Änderung der Betriebswerte der überwachten Ströme oder Spannungen zur Wirkung kamen und einen Alarm auslösten. Es ist auch bereits bekannt, in einem solchen Falle eine selbsttätige Umschaltung auf einen Ersatzverstärker vorzunehmen. Die Überwachung der Heiz- und Anodenströme bietet jedoch für die erforderliche Betriebssicherheit keine ausreichende Kontrolle, da hierbei nur ein Teil der vielen bei einem Verstärker auftretenden Fehlermöglichkeiten erfasst werden kann, nicht dagegen beispielsweise das Schadhaftwerden einzelner Schaltungselemente (Widerstände, Spulen, Kondensatoren) in der Verstärkerschaltung.

Es ist nun bereits eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Verstärkern in unbedienten Verstärkerstationen bekannt, bei der eine zeitweise Prüfung des Verstärkers durch Übertragung eines Stromstosses erfolgt, der die Einschaltung eines Rückkopplungskreises bewirkt und den Verstärker zum Pfeifen bringt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Prüfung nur zeitweise und nicht während einer laufenden Übertragung vorgenommen werden kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bei einer weiteren bekannten Anordnung die Überwachungseinrichtung so ausgebildet, dass von einer bedienten Station aus verschiedene, jeweils eine unbediente kennzeichnende Frequenzen ständig ausgesandt werden, wobei im Falle einer Störung in der betreffenden Station ein Kurzschluss für die ihr zugeordnete Frequenz gebildet wird, sodass im Wegfall dieser Frequenz in der nächsten bedienten Station die gestörte Verstärkerstation erkennbar ist. Abgesehen davon, dass die Übertragung der Überwachungsfrequenzen über einen besonderen Kanal erfolgt, werden auch hierbei wieder nur die Betriebsspannungen überwacht.

Was die Überwachung der Lebensdauer von Röhren anbelangt, so ist erfahrungsgemäss eine einfache Gleichstrommessung nicht ausreichend. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, für die Alterungsüberwachung laufend die Steilheit der Röhren zu kontrollieren und zu diesem Zweck die Röhren in regelmässigen Zeitabständen in eine besondere Messvorrichtung einzusetzen, die beispielsweise nach einem der für diesen Zweck bekannten Wechselstrommessprinzipien aufgebaut ist. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass zur Durchführung der Messung die Röhren aus dem betreffenden Gerät entfernt werden müssen, wodurch das Gerät in der Regel vorübergehend betriebsunfähig wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch das häufige Umwechseln der Röhren leicht mechanische Schäden auftreten können. Auch wird bei diesem Verfahren eine unnötig lange Zeit für die Durchführung der Messungen benötigt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Prüf- und Überwachungsanordnung für Röhrengeräte, insbesondere für in der elektrischen

Nachrichtentechnik verwendete Verstärker und deren Röhren, die gegenüber den obengenannten bekannten Anordnungen den Vorteil besitzt, dass die erforderlichen Überwachungen bzw. Messungen während des normalen Betriebes und ohne störende Beeinflussung desselben vorgenommen werden können. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zur Durchführung der Überwachung bzw. Prüfung Spannungen verwendet werden, deren Frequenz ausserhalb, vorzugsweise wesentlich oberhalb der höchsten, von dem Röhrengerät zu übertragenden Frequenz liegt.

Die Erfindung ist von besonderer praktischer Bedeutung vor allem in den obengenannten Fällen der dauernden Überwachung der Betriebsfähigkeit von im Zuge von Übertragungsleitungen eingeschalteten Verstärkern sowie für die Überwachung der Lebensdauer der verwendeten Röhren durch Messung von deren Steilheit. Sie ist aber nicht auf diese Fälle beschränkt, sondern auch bei anderen Röhrenschaltungen anwendbar, bei denen eine zeitweise oder dauernde Überwachung der Betriebsfähigkeit bzw. die Durchführung von Messungen ohne Störung des laufenden Betriebes erwünscht ist.

Bei Anwendung der Erfindung auf die Überwachung von Verstärkern ergibt sich der Vorteil, dass im Gegensatz zum Bekannten praktisch alle Fehlermöglichkeiten erfasst werden können. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht besonders darin, dass die Verstärkungsfähigkeit des Verstärkers unmittelbar kontrolliert wird, wodurch nicht nur die Betriebsspannungen bzw. -ströme, sondern auch weitere Schaltungselemente des Verstärkers erfasst werden. Durch Verwendung einer Prüfspannung von weit ausserhalb des Übertragungsbereiches liegender Frequenz ist es ferner möglich, ohne Kontakte in den eigentlichen Übertragungswegen auszukommen, die selbst häufige Fehlerquellen darstellen.

Für die Zersetzung der Prüfspannung bestehen verschiedene Möglichkeiten. Sie kann beispielsweise eine Fremdspannung sein, die dem Verstärkereingang zugeführt wird, gegebenenfalls auch aus der Ferne, im Verstärker mitverstärkt und vom Ausgang abgezweigt und auf ein Anzeigeinstrument gegeben wird. Dieses Anzeige- oder Kontrollinstrument bewirkt in an sich bekannter Weise eine Alarmeinschaltung und eventuell eine selbsttätige Umschaltung auf einen Ersatzverstärker, wenn die Prüfspannung ein von dem vorgeschriebenen Verhalten abweichendes Verhalten aufzeigt.

Eine andere Lösung besteht darin, die Prüfspannung im Verstärker selbst zu erzeugen. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft bei Verstärkern, die mit Gegenkopplung arbeiten, da infolge der Gegenkopplung die Verstärkungsfähigkeit der Röhre selbst nicht in der vorstehend beschriebenen Weise nachprüfbar ist. In diesem Falle wird der Verstärker zweckmässig durch einen vom normalen Gegenkopplungsweg unabhängigen Rückkopplungspfad für eine ausserhalb und zwar sowohl ober- als auch unterhalb des Übertragungsbereiches liegende Frequenz zum Schwingen gebracht. Der Frequenzabstand der Kontrollfrequenz vom Übertragungsfrequenzbereich ist dabei so gross gewählt, dass letzterer nicht gestört wird. Dabei darf der Verstärker nur mit kleiner Amplitude schwingen, damit die Aussteuerungsfähigkeit der Endröhre nicht wesentlich vermindert wird. Dies kann durch Anwendung an sich bekannter Amplitudenbegrenzungsmittel wie Gleichrichter, Heissleiter o.dgl. bewirkt werden. Die so erzeugte Kontrollschwingung wird in der gleichen Weise, wie bereits oben beschrieben, zur Anzeige gebracht. Ihr Ausfall bringt ein Alarmsystem zum Ansprechen und bewirkt gegebenenfalls die Umschaltung auf einen Ersatzverstärker. Die Umschaltezeit kann dabei sehr klein gehalten werden, sodass höchstens eine in der Grössenordnung von 10 ms liegende Betriebsunterbrechung auftreten kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Überwachungseinrichtung zeigt Fig. 1. In dieser Abbildung ist schematisch die Schaltung eines mehrstufigen Verstärkers mit Gegenkopplung dargestellt.

Parallel zum Gegenkopplungsweg ist ein besonderer Rückkopplungspfad gebildet, der in der Fig. stark ausgezogen ist und in Reihenschaltung einen Resonanzkreis für die Prüffrequenz F und einen Spannungsbegrenzer in Gestalt eines Heissleiters R(sub)h enthält. Der Heissleiter kann beispielsweise in einer Gleichstrombrückenschaltung liegen - wobei der Anschluss zweckmässig in der dargestellten Weise über Drosseln (Dr(sub)q und Dr(sub)2) erfolgt - und bei Veränderung seines Widerstandes ein Relais zum Ansprechen bringen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rückkopplungsspannung an der Kathode der dritten Röhre abgezweigt. Ebenso kann die Entnahme der Rückkopplungsspannung von der Anode dieser Röhre erfolgen und die Spannung in die Kathode eingeführt werden. Man erhält dann kräftigere Spannungen am Heissleiter.

Bei Anwendung der Erfindung zur Überwachung der einzelnen Röhren inbezug auf ihre Alterung durch Messung der Röhrensteilheit während des Betriebes wird zweckmässig in an sich bekannter Weise die Prüfwechselspannung definierter Grösse zwischen Gitter und Kathode der röhre angelegt und die dem entsprechenden Anodenwechselstrom proportionale Spannung gemessen. In diesem Falle kann während der Messung der Betrieb im normalen Übertragungsbereich ungestört vonstatten gehen, da ein Auswechseln der Röhren hierbei nicht erforderlich ist. Um einen ungestörten Betrieb sicherzustellen, werden zweckmässig die Messgrössen über auf die Messfrequenz abgestimmte Resonanzkreise zu- und abgeführt, wobei die Impedanz dieser Resonanzkreise für die Messfrequenz klein, für die höchste Übertragungsfrequenz dagegen gross gegen die Impedanz der natürlichen Schaltkapazitäten ist.

In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel für eine Steilheitsmesseinrichtung gemäss der Erfindung dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen mehrstufigen Verstärker, an dem im Betrieb die Steilheitsmessungen durchgeführt werden sollen. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich, in den Röhrenkreisen die zur Anschaltung der Messanordnung erforderlichen Messpunkte vorzusehen. Diese sind in der Fig. mit a, b und c bezeichnet. Die Messanordnung, die in Fig. 3 wiedergegeben ist, besteht aus einer Wechselspannungsquelle G, die eine genau definierte Wechselspannung von hoher Frequenz, beispielsweise von f(sub)M = 10 MHz, liefert. Diese Spannung wird über einen niederohmigen Belastungswiderstand R(sub)1 (10 Ohm) und über ein auf die Messfrequenz f(sub)M abgestimmtes Resonanzglied (F(sub)1) an Kathode und Gitter der zu prüfenden Röhre gelegt. Der hierbei entstehende Anodenwechselstrom wird zwischen den Punkten a und c abgenommen. Der Anodenkreis enthält dabei in Reihenschaltung ein gleichartiges Resonanzglied (F(sub)2) und einen Widerstand R(sub)2, an dessen Klemmen die dem Anodenwechselstrom proportionale Spannung abgenommen und über einen Verstärker V dem Messinstrument J zugeführt wird. Die Messung erfolgt durch einen Vergleich der angelegten und der abgenommenen Spannungen. Der Umschalter U ist zu Eichzwecken vorgesehen. Die Messanordnung wird zweckmässig als tragbares Gerät ausgebildet, bei dem entweder die beiden Resonanzkreise durch ein geeignet geformtes Messglied unmittelbar an die Röhre herangebracht oder das über eine biegsame Zuleitung mit den Messpunkten der Röhren verbunden werden kann.

Da bei sehr hohen Messfrequenzen im letzteren Falle die Zuleitungen einen erheblichen Einfluss auf die Messergebnisse gewinnen können, werden sie vorteilhaft so ausgebildet, dass ihre Induktivität zumindest einen Teil der Induktivität des Resonanzgliedes bildet. Fig. 4 zeigt die Anschlussweise einer derart ausgenutzten Zuleitung in Gestalt einer konzentrischen Leitung. Die einander entsprechenden Anschlusspunkte in Fig. 3 und 4 sind dabei gleich bezeichnet.

Claims (15)

1) Anordnung zur Überwachung und Prüfung von Röhrengeräten, insbesondere Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik, während des Betriebes, gekennzeichnet durch die Verwendung von Prüfwechselspannungen, deren Frequenz außerhalb, der von dem Röhrengerät zu übertragenden Frequenz liegt.

2) Anordnung nach Anspruch 1 in Anwendung auf die Überwachung der Betriebsfähigkeit von Verstärkern, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfspannung in gleicher Weise wie die Übertragungsspannungen auf den Verstärkereingang gegeben wird und durch an Kontrollpunkten angeschlossene Schaltmittel das Verhalten dieser Prüfspannung festgestellt wird.

3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspannung von einer außerhalb des zu prüfenden Röhrengeräts liegenden Spannungsquelle geliefert wird.

4) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfspannung im Verstärker selbst erzeugt wird.

5) Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 4 für mit Gegenkopplung arbeitende Verstärker, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker durch einen vom normalen Gegenkopplungsweg unabhängigen Rückkopplungspfad für eine ausserhalb des Übertragungsbereiches liegende Frequenz zum Schwingen gebracht wird.

6) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollfrequenz soweit ausserhalb des normalen Übertragungsbereiches liegt, dass sie den Verstärkungsvorgang für diesen Bereich nicht stört.

7) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschwingungen in ihrer Amplitude derart begrenzt werden, dass die Aussteuerungsfähigkeit der Endröhre nicht wesentlich vermindert wird.

8) Anordnung nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollschwingung auf ein Anzeigeinstrument wirkt, das bei Schwingungsausfall ein Alarmsystem betätigt.

9) Anordnung nach Anspruch 1 - 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Kontrollschwingung erzeugte Spannung gleichzeitig bei Ausfall des Verstärkers zur Umschaltung auf einen Ersatzverstärker dient.

10) Anordnung nach Anspruch 1 in Anwendung auf eine Überwachung der Alterung von Röhren durch Messung von deren Steilheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfwechselspannung in an sich bekannter Weise als Wechselspannung definierter Grösse zwischen Gitter und Kathode angelegt und die dem entstehenden Anodenwechselstrom proportionale Spannung gemessen wird.

11) Anordnung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abführung der Messgrössen über Resonanzkreise erfolgt, die auf die ausserhalb, vorzugsweise wesentlich oberhalb, des Übertragungsbereiches liegende Messfrequenz abgestimmt sind und deren Impedanz für die Messfrequenz klein, für die höchste Übertragungsfrequenz gross gegen die Impedanz der natürlichen Schaltkapazitäten ist.

12) Anordnung nach Anspruch 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung durch Vergleich der angelegten und abgenommenen Spannung erfolgt.

13) Anordnung nach Anspruch 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Resonanzkreise der Messanordnung durch ein geeignet geformtes Messglied unmittelbar an die Röhre herangebracht werden.

14) Anordnung nach Anspruch 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung tragbar ist, und über biegsame Zuleitungen mit den Anschlusspunkten der zu prüfenden Röhre verbindbar ist.

15) Anordnung nach Anspruch 14 für hohe Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung zumindest einen Teil der Induktivität des zugehörigen Resonanzkreise bildet.