DEP0010797DA

DEP0010797DA - Power meter for high frequency

Info

Publication number: DEP0010797DA
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. Tennenlohe Kafka
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1951-03-22

Description

Für zahlreiche industrielle und medizinische Anwendungen der Hochfrequenz besteht das Bedürfnis nach einer einfachen Einrichtung zur Messung der von dem Hochfrequenzgenerator abgegebenen Hochfrequenzleistung. Die Einrichtung darf nicht zu teuer sein und soll in die Generatoren eingebaut werden. Die bisher bekannten Methoden zur Messung der Hochfrequenzleistung eignen sich nicht zur Anwendung bei einem Gerät, das von ungeschulten Personen zu bedienen ist.For numerous industrial and medical applications of high frequency there is a need for a simple device for measuring the high frequency power output by the high frequency generator. The device must not be too expensive and should be built into the generators. The previously known methods for measuring the high-frequency power are not suitable for use in a device that is to be operated by untrained persons.

Die Erfindung löst diese Aufgabe für diejenigen Hochfrequenzgeneratoren, die zwangsläufig mit cos = 1 arbeiten, z.B. für selbsterregte Hochfrequenzgeneratoren mit Wellenlängen über einigen Metern. Dieses Gebiet ist das der zahlreichen industriellen und medizinischen Anwendungen.The invention solves this problem for those high-frequency generators that necessarily work with cos = 1, e.g. for self-excited high-frequency generators with wavelengths over a few meters. This area is that of numerous industrial and medical applications.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es auf wichtigen Anwendungsgebieten Röhrengeneratoren gibt, die zwangsläufig mit cos = 1 arbeiten. Für selbsterregte Röhrengeneratoren ergibt sich dies aus der folgenden Überlegung: Bei Frequenzen, die Wellenlängen über einigen Metern entsprechen, erhält der selbsterregte Röhrengenerator eine sogenannte phasenreine Rückkopplung, also eine Verschiebung der Rückkopplungsspannung gegenüber der Anodenspannung um praktisch genau 180°. Die Grundwelle des Hochfrequenz-Wechselstromes der Generatorröhre ist dann mit der Hochfrequenzspannung in Phase. Unabhängig von dem jeweiligen Wert des Leistungsfaktors im Schwingungskreis arbeitet daher somit ein solcher Röhrengenerator immer mit cos = 1. Dementsprechend ist bei der neuen Messeinrichtung als Messwerk ein dynamometrisches Messystem verwendet, und dieses wird derart an den Generator angeschlossen, dass in der einen Spule dieses Messystems ein dem Hochfrequenzstrom der Generatorröhre proportionaler Gleichstrom und in der anderen Spule des Messystems ein der Hochfrequenzspannung an der Generatorröhre proportionaler Gleichstrom fliesst.The invention is based on the knowledge that there are tube generators in important areas of application which inevitably work with cos = 1. For self-excited tube generators, this results from the following consideration: At frequencies that correspond to wavelengths over a few meters, the self-excited tube generator receives a so-called phase-pure feedback, i.e. a shift of the feedback voltage compared to the anode voltage by practically exactly 180 °. The fundamental wave of the high-frequency alternating current of the generator tube is then in phase with the high-frequency voltage. Regardless of the respective value of the power factor in the oscillation circuit, such a tube generator therefore always works with cos = 1 a direct current proportional to the high frequency current of the generator tube and in the other coil of the measuring system a direct current proportional to the high frequency voltage at the generator tube flows.

Vorzugsweise wird die eine Spule des Messystems über einen Gleichrichter und einen kapazitiven Spannungsteiler an die Spannung und die zweite Spule über einen Gleichrichter und einen Stromwandler an den Strom angeschlossen.One coil of the measuring system is preferably connected to the voltage via a rectifier and a capacitive voltage divider and the second coil to the current via a rectifier and a current transformer.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, misst die neue Messeinrichtung eigentlich die Scheinleistung, da ein Winkel zwischen Strom und Spannung auf der Hochfrequenzseite nach der Gleichrichtung keinen Einfluss auf das Messergebnis haben kann. Unter den oben genannten Voraussetzungen ist ein solcher Winkel aber nicht vorhanden und die Scheinleistung gleich der vom Generator abgegebenen Wirkleistung. Gewisse Fehlerquellen sind zwar vorhanden, können aber für die meisten Zwecke vernachlässigt oder bei der Eichung annähernd berücksichtigt werden. So enthält der Generatorstrom, wenn man keine Gegentaktschaltung anwendet, verhältnismässig starke Oberwellen. Diese Oberwellen erzeugen im Verbraucherkreis praktisch keine Leistung, da in Schwingkreisen, wo die Blindleistung ein Vielfaches der Wirkleistung ist, die Verbraucherspannung praktisch rein sinusförmig ist. Das Produkt von Oberwellenströmen mit einer oberwellenfreien Spannung ergibt aber keine Leistungsübertragung. Bei der Gleichrichtung des Stromes in einem Gleichrichter mit linearer Kennlinie erscheinen die geradzahligen Oberwellen überhaupt nicht und die ungeradzahligen nur als Bruchteil, geteilt durch ihre Ordnungszahl. Im Messystem haben also die Stromoberwellen auch nur eine sehr abgeschwächte Wirkung. Die Gitterverluste der Generatorröhre, die Verluste in der Schwingspule und den Leitungen werden durch die beschriebene Messeinrichtung mitgemessen. Das kann aber im allgemeinen hingenommen werden.As can be seen from the above, the new measuring device actually measures the apparent power, since an angle between current and voltage on the high-frequency side after rectification cannot have any influence on the measurement result. Under the above conditions, however, such an angle does not exist and the apparent power is equal to the real power output by the generator. Certain sources of error do exist, but for most purposes they can be neglected or approximately taken into account in the calibration. If the push-pull circuit is not used, the generator current contains relatively strong harmonics. These harmonics generate practically no power in the consumer circuit, since in resonant circuits, where the reactive power is a multiple of the real power, the consumer voltage is practically purely sinusoidal. However, the product of harmonic currents with a harmonic-free voltage does not result in a power transfer. When rectifying the current in a rectifier with a linear characteristic, the even-numbered harmonics do not appear at all and the odd-numbered harmonics only appear as a fraction, divided by their ordinal number. The current harmonics only have a very weakened effect in the measuring system. The grid losses of the generator tube, the losses in the voice coil and the lines are also measured by the measuring device described. But that can generally be accepted.

Fig. 1 zeigt zunächst die Schaltung eines bekannten selbsterregten Hochfrequenzgenerators, der einen Behandlungskondensator zur dielektrischen Erwärmung des Behandlungsgutes speist, und der mit einer Messeinrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist. 1 ist die Generatorröhre, deren Anode über eine Anodendrossel 2 mit der nicht gezeichneten Stromquelle und über einen Blockkondensator 3 mit der Schwingspule 4 verbunden ist. 5 ist der zu letzterer parallel liegende Behandlungskondensator. Die Selbsterregung wird durch Rückkopplung von einem Teil der Schwingspule über einen Rückkopplungskondensator 6 bewirkt.1 shows the circuit of a known self-excited high-frequency generator which feeds a treatment capacitor for dielectric heating of the material to be treated and which is equipped with a measuring device according to the invention. 1 is the generator tube, the anode of which is connected to the current source (not shown) via an anode choke 2 and to the voice coil 4 via a blocking capacitor 3. 5 is the treatment capacitor lying parallel to the latter. The self-excitation is caused by feedback from part of the voice coil via a feedback capacitor 6.

Die Messung der Leistung erfolgt einerseits über einen Stromwandler 7, der zwischen die geerdete Kathode und die Schwingspule eingeschaltet ist, und der über ein Gleichrichterventil 8 einen kleinen Kondensator 9 und parallel dazu die Spule 10 des dynamometrischen Messystems speist. Andererseits wird die Hochfrequenzspannung an der Generatorröhre durch einen kapazitiven Spannungsteiler 11 geteilt und ein bestimmter Bruchteil durch das Gleichrichterventil 12 gleichgerichtet und der zweiten Spule 13 des Messystems zugeführt. Als Gleichrichterventil für die Gleichrichtung des Stromes und der Spannung können Hochspannungsröhren (Dioden) verwendet werden. Besonders einfach wird die Messeinrichtung, wenn man für Hochfrequenz geeignete Trockengleichrichter oder Detektoren, beispielsweise die sogenannten Germanium-Richtleiter, verwendet.The power is measured on the one hand via a current transformer 7, which is connected between the grounded cathode and the voice coil, and which feeds a small capacitor 9 via a rectifier valve 8 and, in parallel, the coil 10 of the dynamometric measuring system. On the other hand, the high-frequency voltage at the generator tube is divided by a capacitive voltage divider 11 and a certain fraction is rectified by the rectifier valve 12 and fed to the second coil 13 of the measuring system. High-voltage tubes (diodes) can be used as rectifier valves for rectifying the current and voltage. The measuring device is particularly simple if dry-type rectifiers or detectors suitable for high frequency, for example the so-called germanium directional conductors, are used.

Claims

1. Device for measuring the high-frequency power in tube generators, which inevitably work with cos = 1, preferably in self-excited tube generators, characterized in that a dynamometric measuring system is connected to the generator in such a way that in one of its coils a direct current proportional to the high-frequency current of the generator tube and the other coil of which a direct current proportional to the high frequency voltage at the generator tube flows.

2. Device according to claim 1, characterized in that one coil of the measuring system is connected to the generator voltage via a rectifier and a capacitive voltage divider and the second coil is connected to the current via a rectifier and a current transformer.

3. Device according to claim 2, characterized in that germanium directional conductors are used as rectifiers.