DEP0046526DA - Meßgenerator - Google Patents

Description

Bei den bekannten Meßgeneratoren zum Erzeugen einer bestimmten Meßspannung mit stetig einstellbarer Frequenz ist bisher am häufigsten das Prinzip des Schwebungssummers angewendet worden. Bei diesen Geräten wird die gewünschte Frequenz mit Hilfe von Skala und Zeiger eingestellt. Für die heute in zahlreichen Anwendungsfällen solcher Meßgeneratoren geforderte Genauigkeit der Frequenzeinstellung, bei der oft nur Abweichungen von 0,1% vom Sollwert zugelassen sind, sind diese Geräte nicht ohne weiteres verwendbar. Einerseits muß die mit Zeiger und Skala eingestellte Frequenz bei diesen geringen Toleranzen jeweils noch mit einer besonderen Meßbrücke, einem teuren Gerät, nachgeprüft und justiert werden. Andererseits entspricht die einmal eingestellte und justierte Einstellung nur für eine verhältnismässig kurze Zeit dem Sollwert. Schon nach Minuten ist oft einer erneute Nachprüfung und Einstellung notwendig.

Es sind auch schon Meßgeneratoren vorgeschlagen worden, bei denen durch die Anwendung einer Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendem Glied eine sehr gute Stabilität der einmal eingestellten Frequenz und Spannung über große Zeiträume und unabhängig von der Netzspannung erreicht wird. Ein Schaltbild eines solchen Generators ist z.B. in dem Aufsatz von W. Zaiser in der Zeitschrift "Elektrische Nachrichtentechnik" Jahrgang 1942, Seite 229, Abb. 2 wiedergegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß die mit der Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendem Element erzielten Vorteile der Stabilität der Frequenz innerhalb engster Grenzen gar nicht voll ausnutzbar sind, solange die Einstellung und Ablesung der Frequenz über Skala und Zeiger erfolgen muss. Denn selbst bei guten Ablesevorrichtungen für Zeiger (Spiegelablesung) sind Abweichungen von 1 - 2% vom Soll nicht zu vermeiden. So ist also z.B. die anzustrebende Frequenztoleranz von weniger als 0,1% bereits bei der Einstellung auch mit diesen genannten Geräten nicht einhaltbar.

In der weiteren Erkenntnis, daß die bisher, abgesehen von der stufenweisen Bereichumschaltung, ausschließlich angewendete stufenlose Einstellung der Frequenz wesentlich leichter entbehrt werden kann als die exakte Einstellung, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß bei Meßgeneratoren mit einer Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendem Element außer für die Bereichumschaltung auch für die Frequenzfeineinstellung eine Stufenschaltung vorgesehen ist.

Bei genügend spielfreien Rasteinrichtungen der verwendeten Stufenschalter kann mit einer ausschliesslich in Zahlen deutlich kenntlich gemachten Anzeige der dieser Anzeige entsprechende Frequenzwert ohne Ablesefehler eingestellt werden. Die Genauigkeit der Frequenzeinstellung ist dann nur durch den Frequenzerzeuger selbst bestimmt. Auf diese Weise ist es erst möglich, z.B. die Frequenzstabilität eines brückenstabilisierten Generators mit Wien-Robinson-Brücke voll auszunutzen. Ablesefehler entstehen hierbei nicht.

Bei genügend kleinen Stufen wird die stufenlose Einstellung der bisher üblichen Messgeneratoren kaum vermisst, insbesondere dann nicht, wenn gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Stufenschaltung auf mehrere, jeweils zehn Stufen aufweisende Schalter aufgeteilt ist, von denen immer der eine mit einem Schaltschritt das zehnfache des vorangehenden Knopfes schaltet (Dekadische Schaltung).

Ein ganz wesentlicher Vorteil kann mit dem Gegenstand der Erfindung dann erzielt werden, wenn entgegen der bisherigen Bauweise der Generatoren mit Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendem Element dieser Messgenerator so eingerichtet ist, dass die Bereichumschaltung durch Veränderung der C-Werte der Wien-Robinson-Brücke und die Frequenzfeineinstellung durch Veränderung der R-Werte dieser Brücke vorgenommen wird, wie dies für Wien-Robinson-Brücken zur Frequenzmessung an sich bekannt isst. Dadurch wird ganz erheblich an Raum für den Aufbau des Messgenerators eingespart, weil nämlich dann nur noch sehr wenige Kondensatoren benötigt werden, die grossen Raum erfordern. Die nun in der grösseren Zahl erforderlichen Widerstände fallen infolge ihrer geringen Abmessungen für den Raumbedarf des Messgenerators kaum ins Gewicht.

Wenn man bei der dekadischen Stufenschaltung die Schalteinheiten der durch die Stufenschalter nacheinander einzuschaltenden festen Widerstände in Sparschaltung anordnet, bei der also z.B. bei zehn Schaltstufen eine wesentlich geringere Zahl z.B. nur vier in ihrer Grösse entsprechend ausgewählte und durch den Schalter in verschiedenster Weise zu kombinierende Widerstandseinheiten notwendig sind, ist der Raumbedarf für die Widerstände so gering, daß ein äusserst handlicher und billiger Meßgenerator entsteht. Er leistet die gleichen Dienste wie ein bisher wesentlich umfangreicherer Generator, für den zusätzlich eine kostspielige Messbrücke benützt werden muss, wenn die häufig verlangten Toleranzen, z.B. weniger als 0,1% eingehalten werden sollen.

Weiterhin ist der Vorteil der oben beschriebenen neuartigen Bereichumschaltung und Frequenzeinstellung, bei der die Frequenz beim Durchdrehen jedes Frequenzschalters linear anwachsen soll, daß die hierfür notwendigen Widerstandswerte der Wien-Robinson-Brücke bei Verwendung einer Sparschaltung besonders einfach durch einzelne Widerstandswerte verwirklicht werden können, die ganze Vielfache voneinander sind.

Man kann als Widerstände für die Stufenschaltung der erwähnten Art die besonders billigen und kleinen Kohleschichtwiderstände verwenden. Dabei lässt sich das an sich für die Verwendung solcher Kohleschichtwiderstände bestehende Hindernis, daß sie nur mit einer Toleranz von etwa 1% ihrer angegebenen Ohmwerte angeliefert werden, dadurch umgehen, daß man jeden Widerstandswert aus einer Mehrzahl von Einzelwiderständen aufbaut, deren Widerstandwerte mehr als 10% vom Sollwert abweichen können, daß aber von den Einzelwiderständen einer einen Widerstandswert unterhalb von 20%, zweckmässig von etwa 10% des Gesamtwertes der Kombination hat. Der Gesamtwert der Kombination muß dabei unterhalb des gewünschten Widerstandswertes liegen. Dann kann man diese Widerstandskombination durch Vergrössern des Widerstandswertes jenes kleinsten Widerstandes dieser Kombination, der von vornherein etwas zu klein gewählt wurde, auf den gewünschten Sollwert abstimmen. Man schabt die Kohleschicht dieses kleinsten Widerstandes so weit ab, bis der gewünschte Ohmwert der Kombination erreicht ist. Auf diese Weise gelingt es, mit billigen und an sich für diese Messzwecke nicht genügend genau herstellbaren Kohleschichtwiderständen auf Bruchteile von Tausendstel abgestimmte Widerstandswerte für die Bedürfnisse der Sparschaltung des Messgenerators zu schaffen.

In der Zeichnung ist die Brückenschaltung des Meßgenerators nach der Erfindung und Einzelheiten des R-Gliedes beispielsweise und schematisch dargestellt; es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltschema der Wien-Robinson-Brücke mit Stufenschalter,

Fig. 2 ein stufenweise veränderbare R-Glied,

Fig. 3 ein in der Stufenschaltung des R-Gliedes verwendeter Widerstand.

In Fig. 1 sind im linken Teil die Einzelheiten der zwei Zweige einer Wien-Robinson-Brücke mit den Brückenpunkten a, b, c, d dargestellt. Der rechte Zweig besteht aus einem Festwiderstand R und einem temperaturabhängigen Wiederstand HL. Im linken Zweig sind die hintereinandergeschalteten und parallelgeschalteten R- und C-Glieder zu erkennen. Der Verstärker V ist nur schematisch angedeutet.

Die C-Glieder sind zum Zwecke der Bereichumschaltung in der dargestellten Weise durch zwei Schalter S(sub)b und S(sub)b' umschaltbar. Im vorliegenden Fall verhalten sich die Kapazitäten C(sub)1 : C(sub)2 : C(sub)3 = C(sub)1' : C(sub)2' : C(sub)3' wie 100 : 10 : 1. Die Schalter S(sub)b und S(sub)b' befinden sich auf einer gemeinsamen Achse und werden gemeinsam geschaltet.

Die R-Glieder R(sub)1 = R(sub)1' bzw. R(sub)2 = R(sub)2'; die zwischen Brückenpunkt b und Punkt e liegen, sind zur Einstellung der gewünschten Frequenz stufenweise veränderbar. Dabei werden die Schalter S(sub)1 und S(sub)1' bzw. S(sub)2 und S(sub)2' gemeinsam gleichzeitig von einem Knopf aus bedient. Die Schalter besitzen jeweils 10 Stufen. Die Widerstände R(sub)1 (R(sub)1') und R(sub)2 (R(Sub)2' sind so bemessen, dass mit S(sub)1 (S(sub)1') gerade die zehnfachen Frequenzsprünge geschaltet werden wie mit S(sub)2 (S(sub)2') (Dekadische Schaltung).

Die Fig. 2 zeigt den zwischen den Punkten b-e liegenden Schalter S(sub)1. Wie schon oben dargestellt, ist die Forderung, dass die Frequenz beim Durchdrehen der Schalter linear anwachsen soll technisch besonders einfach dadurch zu erfüllen, dass eine Sparschaltung verwendet wird. Zahlreiche Sparschaltungen sind bekannt. In Fig. 2 ist eine solche Schaltung, die bisher nur für C-Dekaden verwendet wurde, dargestellt. Die Widerstände sind mit r(sub)1, r(sub)2, r(sub)3 und r(sub)4 und die Schaltpunkte mit 1 bis 10 bezeichnet. Werden die Widerstände r(sub)1, r(sub)2, r(sub)3 und r(sub)4 so gewählt, dass sie sich wie 4 : 2 : 1 : 1 verhalten, dann wächst der zwischen b-e gemessene Leitwert G(sub)1 = (exp)1/R(sub)1 = (exp)1/R(sub)1' entsprechend den Schalterstufen 1, 2, 3, 4 ... 10 an. Die sich erregende Frequenz (Omega) ist proportional dem Leitwert G(sub)1 ((Omega) = g(sub)1/C(sub)1).

Die Widerstände r(sub)1, r(sub)2, r(sub)3 und r(sub)4 bestehen ihrerseits wieder aus Einzelwiderständen, beispielsweise wie Figur 3 zeigt, aus drei Einzelwiderständen r(sub)11, r(sub)12, r(sub)13, von denen r(sub)11 und r(sub)12 als Kohleschichtwiderstände in Stabform mit schraubenförmig verlaufendem Schichtband und mit Ohmwerten von beispielsweise 450 Ohm ausgewählt sind, während der dritte Widerstand r(sub)13 als Vollschicht-Widerstand mit etwa 90 Ohm ausgesucht wurde. Er ist dann durch Abschaben eines geringen Teils seiner Kohleschicht so weit in seinem Ohm-Wert gesteigert worden, bis die Gesamtkombination von r(sub)11 plus R(sub)12 plus r(sub)13 auf den Sollwert von 1000 Ohm mit der Toleranz von etwa 0,03% abgestimmt ist.

Zweckmässig ist es, wenn der negative Temperaturgang der Kohleschichtwiderstände durch entsprechenden positiven Temperaturgang der zugehörigen Kondensatoren der Wien-Robinson-Brücke ausgeglichen ist.

Claims (7)

1) Meßgenerator mit einer Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendem Element, dadurch gekennzeichnet, daß außer für die Bereichumschaltung auch für die Frequenzfeineinstellung eine Stufenschaltung vorgesehen ist.

2) Meßgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Frequenzfeineinstellung eine dekadische Stufenschaltung vorgesehen ist.

3) Meßgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichumschaltung durch Veränderung der Kapazitäten der Wien-Robinson-Brücke, die Frequenzfeineinstellung dagegen durch Veränderung ihrer Widerstände geschieht.

4) Meßgenerator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Widerstandswerte eine Sparschaltung für stufenweise dekadische Frequenzeinstellung in der Weise angewendet ist, daß die Leitwerte sich linear mit den Schaltschritten verändern.

5) Meßgenerator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstände Kohleschichtwiderstände, z.B. Stabwiderstände vorgesehen sind.

6) Meßgenerator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eine Schalteinheit bildenden Widerstände aus einer Kombination von mindestens zwei Einzelwiderständen bestehen, von denen der eine in seinem Ohmwert unterhalb von 20% des Gesamtwerts der Schalteinheit liegt und durch nachträgliches mechanisches Vergrößern von deren Widerstandswert auf den Sollwert der Kombination abgestimmt ist.

7) Meßgenerator nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Temperaturgang der Kohleschichtwiderstände durch entsprechenden positiven Temperaturgang der zugehörigen Kondensatoren der Wien-Robinson-Brücke ausgeglichen ist.