DEN0008483MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Februar 1954 Bekannigemacht am 12. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen einer elektrischen Leistung, insbesondere bei hohen Frequenzen, mit einer durch einen temperaturabhängigen Widerstand stabilisierten Schwingschaltung, der die zu messende Leistung zugeführt wird.

Es sind Einrichtungen mit Bolometern zum Messen der elektrischen Leistung bekannt, bei denen der einen hohen negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten aufweisende Bolometerwiderstand in einer Wheatstbneschen Brücke liegt, deren Stromquelle an eine Diagonale angeschlossen ist und die sich zunächst im Gleichgewicht befindet. Durch die Zufuhr der Hochfrequenzenergie zu dem Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten wird das Brückengleichgewicht gestört. Es sind Mittel vorgesehen, um durch Verringerung des Brückenstroms im Bolometerwiderstand das Gleichgewicht wieder herzustellen, sowie eine Vorrichtung, mit der die Änderung des Brückenstroms im Bolometerwiderstand gemessen wird, die ein Maß für die dem Widerstand zugeführte Hoch-

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frequenzenergie darstellt. Die Brücke kann hierbei mit Gleichstrom oder Wechselstrom gespeist - werden.

Weiter sind solche Einrichtungen als eine durch

_ 5 einen temperaturabhängigen Widerstand stabilisierte Schwingschaltung ausgebildet worden, wobei sich die Energiezufuhr unmittelbar aus einer zusätzlichen Wechselstromquelle erübrigt. Dabei kann ein Verstärker benutzt werden, dessen Eingang an

ίο die eine Brückendiagonale angeschlossen ist und dessen Ausgang die Brücke über die andere Diagonale mit dem erzeugten Wechselstrom speist. Fig. ι stellt eine solche Einrichtung dar.

Darin bezeichnet\j einen Widerstand mit hohem positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten, der gegebenenfalls in einer Hülle untergebracht sein kann. Er bildet einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke, deren andere Zweige aus Ohmschen Widerständen 2,3 und 4 bestehen, die praktisch nicht temperaturabhängig sind. Eine Diagonale der Brücke ist an den Eingangskreis des Verstärkers 5 angeschlossen, dessen Ausgangsspannung an den anderen¹ Diagonalpunkten liegt. Bei einer bestimmten Temperatur, z. B. Zimmertemperatur, ist die Brücke nahezu im Gleichgewicht. Die Brücke bildet einen Rückkopplungsweg vom Ausgangskreis zum Eingangskreis' des Verstärkers 5. Nimmt man an, daß die Brücke nicht ganz genau abgeglichen ist, so ist die Rückkopplung positiv, und im Verstärker werden Schwingungen erzeugt, deren Frequenz im wesentlichen durch die Induktivitäten und Kapazitäten der im Verstärker vorhandenen Kopplungsglieder bedingt wird. Die hierbei erzeugte Schwingung treibt einen Strom durch den Widerstand 1, so daß er bei positivem Temperaturkoeffizienten einen höheren Wert als bei Zimmertemperatur annimmt. Die Einrichtung ist derart getroffen, daß der Strom das Brückengleichgewicht wieder herzustellen sucht, wodurch die Amplitude der erzeugten Schwingungen auf einem nahezu konstanten Wert stabilisiert wird.

Wenn dem Widerstand 1 von außen her Energie, z. B. Hochfrequenzenergie, zugeführt wird, so wird die stets vorhandene geringe Gleichgewichtsstörung der Brücke noch geringer, so daß auch die Rückkoppelspannung abnimmt. Die Amplitude der erzeugten Schwingungen nimmt infolgedessen dermaßen ab, daß die Temperatur des Widerstands 1 - wieder nahezu gleich der ursprünglichen ist. Es darf angenommen werden, daß dabei stets die infolge der Stromwärme im Widerstand 1 verlorene Energie zuzüglich der von außen her zugeführten Hochfrequenzenergie konstant ist.· Die Verringerung der Amplitude der erzeugten Schwingung, deren Frequenz im allgemeinen verhältnismäßig niedrig gewählt wird, ist also ein Maß für die von außen her zugeführte Hochfrequenzenergie. Diese kann also z. B. mittels eines Meißwerks 7 angezeigt werden, das über einen gegebenenfalls mit einem Gleichrichter kombinierten Verstärker 6 an den Ausgangskreis des Verstärkers 5 angeschlossen ist. Fig. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform, wobei der Widerstand mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten in einem Schwingkreis 9 liegt, der zwischen dem Steuergitter und der Kathode einer Verstärkerröhre 8 eingeschaltet ist. Über die Rückkopplungsspule 10 im Anodenkreis wird die Energie zum Kreis 9 zurückgeführt, so daß Schwingungen entstehen, die durch den Widerstand 1 hinsichtlich ihrer Amplitude stabilisiert werden. Es ist dabei auch möglich, den Widerstand 1 parallel zum Kreis zu schalten, in welchem Fall ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden muß. Die Wirkungsweise der Schaltung ist im übrigen gleich der der Schaltung nach Fig. 1, d. h. bei Zufuhr von Hochfrequenzenergie an den Widerstand 1 tritt anfangs eine Gleichgewichtsstörung ein, worauf die Amplitude der erzeugten Schwingungen sich derart ändert, daß wieder ein stationärer Zustand eintritt. Es darf hierbei angenommen werden, daß die Summe der Hochfrequenz- und der durch die Röhre 8 erzeugten Niederfrequenzenergie im Widerstand 1 bei Bestehen eines stationären Zustands stets konstant ist.

Die geschilderten Schaltungen haben den Nachteil, daß bei zunehmender Hochfrequenzleistung der Ausschlag des Niederfrequenzvoltmeters 7 kleiner wird. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben, ■ und besteht darin, daß bei einer Einrichtung vorstehend geschilderter Art dem Kreis eine Spannung entnommen und einer zweiten Bolometerschaltung zugeführt wird, die eine ein Maß für die dem ersten Bolometerwiderständ zugeführte Energie darstellende Meßspannung liefert.

Dabei kann die Ausgangsspannung der ersten Bolometerschaltung, gegebenenfalls nach Verstärkung, unmittelbar dem zweiten Bolometerwiderständ zugeführt werden, der in den Rückkopplungskreis eines zweiten Verstärkers eingefügt ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform jedoch wird nur ein einziger Verstärker verwendet, und die zwei Bolometerschaltungen schwingen in verschiedenen Frequenzen, wobei die Schwingungen beider Frequenzen in dem erwähnten Verstärker verstärkt werden. Hierbei werden nicht nur Verstärkerröhren eingespart, sondern die Schaltung ergibt auch den Vorteil, daß die Anzeige weniger von Steilheitsänderungen der Röhren während des Betriebs abhängig ist und daß beim Ersatz der Röhren durch no andere mit etwas abweichenden Eigenschaften sich die Eigenschaften der Einrichtung nahezu nicht ändern. '

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung, wobei entsprechende Einzelteile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind. Der Widerstand 1 ist dabei auf gleiche Weise geschaltet wie in Fig. 2, und der Kreis kann auf verhältnismäßig niedrige Frequenz, z.B. 20000 Hz, abgestimmt sein. Die an einer der Elektroden, in diesem Fall am Gitter der Röhre 8, auftretende Spannung wird über eine Kopplungsspule 15 dem Steuergitter einer zweiten Röhren zugeführt, deren Anodenkreis zwei Kreise 12 und 13 enthält, von denen der erstere auch auf die Frequenz von 20 000 Hz und der zweite .auf eine andere j

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Frequenz, ζ. B. 2ooo Hz, abgestimmt ist. Letzterer ist mit der Spule 15 gekoppelt. Ein zweiter Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten 14 bildet einen beiden Kreisen gemeinsamen Teil.
Bei dieser Schaltung arbeitet die. Röhre 11 zugleich als Oszillator für Schwingungen der zweiten Frequenz. Außerdem verstärkt sie die Schwingungen der ersten Frequenz, wobei die verstärkten Schwingungen im Kreis 12 auftreten, der an den

ίο Widerstand 14 Energie mit dieser Frequenz abgibt. Je mehr , Hochfrequenzenergie dem Widerstand 1 zugeführt wird, desto geringer ist die am Widerstand 14 frei werdende Energie. Bei zunehmender zu messender Hochfrequenzenergie, wird also die.

Dämpfung des Kreises 13 geringer, und daher nimmt die an diesem Kreis auftretende Spannung der zweiten Frequenz zu. Diese Spannung kann wieder mittels eines Verstärkers 6 und eines Mei-'werks 7 angezeigt werden.

Eine zweite Ausführungsform wird in Fig. 4 gezeigt. Diese Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, daß für die beiden erzeugten Frequenzen nur eine einzige Röhre 8 verwendet wird. Zu diesem Zweck ist ein auf die zweite Frequenz. abgestimmter Kreis 16, der mit dem auf die gleiche Frequenz abgestimmten Kreis 13 gekoppelt ist, in den Gitterkreis der Röhre 8 eingefügt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird ein ÄC-Oszillator verwendet, der zwei Röhren 17 und 18 enthält, wobei die Anode der ersten Röhre mit dem Gitter der zweiten Röhre verbunden ist und außerdem eine Verbindung zwischen den Kathoden vorhanden ist, die aus der Reihenschaltung eines zweiten Bolometerwiderstands 14 und eines Kondensators besteht. Da die Kathoden über Widerstände 20 und 21 mit dem Minuspol der Speisequelle verbunden sind, entsteht ein Oszillator, wobei die Amplitude der erzeugten Schwingungen durch den Widerstand 14 stabilisiert wird. Der Gitterkreis der Röhre 17 enthält die erste BoIometerschaltung, die der nach Fig. 2 entspricht. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Solange die erste Bolometerschaltung keine Spannung mit der Frequenz ^₁ liefert, schwingt die .RC-Schaltung mit der Frequenz f₂ und liefert eine bestimmte Leistung an das Bolometer 14. Liefert jedoch der erste Oszillator Energie mit der Frequenz Z₁, so verringert sich die Spannung mit der Frequenz f_s> da hierbei die im Bolometerwiderstand

auftretende Gesamtverlustleistung konstant bleiben muß, damit die Schwingbedingung der i?C-Schaltung erfüllt wird. An dem auf die zweite Frequenz abgestimmten Kreis 19 wird nun eine Spannung abgegriffen, die nach Verstärkung dem Meßwerk 7 zugeführt werden kann.

Es wird häufig eine Nullpunkteinstellung des Meßwerks gewünscht, d.h. eine Anzeige Null oder nahezu Null, wenn keine Hochfrequenzenergie geliefert wird. Dies kann bei der Einrichtung nach der Erfindung stets leicht bewerkstelligt werden, indem z. B. gleichzeitig mit dem Niederfrequenzwechselstrom ein Gleichstrom den ersten Bolometerwiderstand durchfließt. Der Gleichstrom wird dann geändert, bis der Ausschlag des zur Anzeige benutzten Voltmeters sehr klein ist.

Ein großer Vorteil eines positiven Ausschlags ist der, daß die effektive Hochfrequenzspannung am ersten Bolometer an einem üblichen Niederfrequenzvoltmeter abgelesen werden kann. Man verfügt auf diese Weise über ein äußerst empfindliches, unmittelbar ablesbares thermisches Voltmeter, das bis zu vielen tausend kHz brauchbar ist.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Messen einer elektrischen Leistung, insbesondere bei hohen Frequenzen, mit einer durch einen temperaturabhängigen Widerstand stabilisierten Schwingschaltung, der die zu messende Leistung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreis eine Spannung entnommen und einer zweiten Bolometerschaltung zugeführt wird, die eine ein Maß für die dem ersten Bolometerwiderstand zugeführte Energie darstellende Meßspannung liefert. ,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auisgangsenergie der ersten Bolometerschaltung oder ein Teil derselben gegebenenfalls nach Verstärkung unmittelbar dem zweiten Bolometerwiderstand zugeführt wird.

3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bolometerwiderstand mit einem rückgekoppelten Verstärker verbunden ist.

4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolometerschaltungen verschiedene Frequenzen erzeugen, indem die Schwingungen beider Frequenzen einem gemeinsamen rückgekoppelten Verstärker zugeführt werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bolometerschaltung als i?C-Oszillator mit zwei Verstärkerröhren geschaltet ist, daß der zweite Bolometerwiderstand in den Rückkopplungskreis eingefügt ist und daß wenigstens eine der erwähnten Röhren außerdem als Verstärker der Schwingungen der ersten Bolometerschaltung wirksam ist. ,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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