DE947095C - Kompensationsverstaerker fuer elektrische Spannungsmessungen mit lichtelektrischer Steuerung und Roehrenverstaerkung - Google Patents

Description

• Kompensationsverstärker für elektrische Spannungsmessungen mit lichtelektrischer Steuerung und Röhrenverstärkung Es sind Kompensationsverstärker bekannt, bei denen ein Verstärkerrohr lichtelektrisch über eine veränderliche optische Blende gesteuert wird, wobei der Anodenstrom der Röhre in entgegengesetzter Richtung auf die Blende einwirkt wie die primäre Größe. Derartige Einrichtungen dienten insbesondere zur automatischen Kompensation bei der Messung elektrischer Spannungen.
• Die veränderliche Blende wurde bei diesen Geräten entweder am Zeiger eines Drehspulsystems angebracht, oder sie bestand aus einem 'Spiegel, welcher seinen Lichtstrahl mehr oder weniger in den Sichtbereich einer Fotozelle einlenkt. Das mechanische Drehspulsystem neigt in Verbindung mit der automatischen Kompensationsschaltung zu periodischen Schwingungen, die man bisher dadurch zu vermeiden suchte, daß man das Drehspulsystem mit einer elektrischen Dämpfung ausstattete, oder indem man öldämpfung oder Luftdämpfung einbaute, die eine mehr oder weniger große mechanische oder konstruktive Belastung darstellen. Es ist ferner versucht worden, durch Dämpfungsschaltungen im Gitterkreis Dämpfungen zu erzielen, wobei jedoch die Trägheit der Schaltung erhöht und die Amplitude bei kurzzeitigen Impulsen verringert wird. Ferner hat man bei Kompensationsverstärkern in Anwendung der Lehren der Regeltechnik die Pendelung da-durch zu vermeiden versucht, daß man in den Emissionskreis der Röhre mit dem Anzeigeinstrument einen Widerstand in Reihe schaltete und diese Reihenschaltung mit einem Kondensator überbrückte. Diese Schaltung ist jedoch nur beschränkt anwendbar und muß den Strom- bzw. Spannungsbelastungen jeweils angepaßt werden. Die Erfindu-ng bringt eine Dämpfungsmöglichkeit derartiger Systeme unter Benutzung .einfachster Schaltmaßnahmen bei gleichzeitig wesentlich erhöhter Leistung.
• Das Prinzip der bisher bekannten lichtelektrischen Kompensationseinrichtung ist ,an Hand von Abb. i erläutert, wobei .als Beispiel für die Meßgrößenverstärkung die Messung der 'Spannung eines Thermoelementes wiedergegeben ist. Im Kreis des Thermoelementes i liegt die Drehspule 2 eines richtkraftfreen Drehspulsystems und der Ausgleichswiderstand 3. 'Sobald am Thermoelement 1 eine Thermospannung auftritt, fließt in dem -genannten Kreis ein: Strom, welcher die Blende ¢ derart ,auslenkt, daß der von der Glühlampe 5 ausgehende Lichtstrahl für die Fotozelle 6 verdunkelt wird. Als Folge davon nimmt das Gitter 7 der Verstärkerröhre 8 über den Widerstand 9 ein positiveres Potential an, so daß ein Röhrenstrom fließt, welcher am Widerstand 3 einen Spannungsabfall erzeugt. Hat dieser Spannungsabfall die gleiche Größe, aber die entgegengesetzte Richtung am Widerstand 3 wie die Thermospannung, so kommt das Drehspulsystem 2 zur Ruhe. Bei Abweichung wird das Drehspulsystem positiv oder negativ aasgelenkt, bis die stromlose Lage herbeigeführt ist. Der Strom der Röhre 8; welcher am Meßinstrument i o abgelesen werden kann, ist sonach genau proportional der vom Thermoelement i gelieferten 'Spannung.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der .automatischen Kompensation die Verbindung der Fotozelle 6 mit dem -Steuergitter 7 der Röhre 8 sowohl über einen Kondensator 12 als auch galvanisch erfolgt, und daß die galvanische Kopplung über eine parallel zum Kondensator 12 angeordnete Widerstandsanordnung erfolgt. In Abb. 2 ist die erflndungsge mäße Schaltung im. Beispiel wiedergegeben. Der Kopplungswiderstand der Zelle 6 besteht .aus den beiden in Reihe geschalteten Widerständen 9, 11. Zwischen der Widerstandskopplungsstrecke und dem 'Steuergitter 7 besteht in Ausführung des Erfindungsgedankens die Verbindung über den Kondensator i2,-während die galvanische Kopplung durch, Aufteilung des Kopplungswiderstandes in die Hälften 9 und i i unterteilt ist.
• Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen'Schaltung die-elektromechanischen 'Schwmgungen des Systems zum Aufhören gebracht werden können, wobei es in den meisten Fällen nötig ist, durch Anpassung der Größe des Kondensators 12 an die Widerstände die richtige Dimensionierung zu gewinnen. Es hat .sich als vorteilhaft erwiesen, .die beiden Kopplungswiderstandshälften von der gleichen Größenordnung zu wählen. 'Sie haben bei Verwendung von normalen Fotozellen, die an sich hochohmig sind, beisp@eIsweise die Größe von je io Megohm, wobei die Kapazität des Konsators 12 meist zwischen iooo und ioo ooo pF liegt. Dabei sei besonders darauf hingewiesen, däß sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung speziell bei der Verwendung der genannten hochohmigen Fotozellen bemerkbar machen.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man neben der Einfachheit,der 'Schaltung eine Steigerung der Meßgenauigkeiterzielen kann. Die Drehspulsysteme lassen ,sich erfahrungsgemäß nicht völlig richtkraftfrei herstellen, so daß die unvermeidliche Veränderung der Blenderstellung, die zu verschiedenen Meßgrößen gehört, durch den Rest der Rückführungskräfte Meßfehler herbeiführt. Verkleinert man etwa durch optische Erzeugung eines schmalen Lichtstrahles in der Ebene der Blende ¢ die erforderliche 'Steuerbewegung der Blende, so wird die Neigung zum Schwingen des Systems vergrößert, so daß die Erfindung die Genauigkeitssteigerung durch optische Maßnahmen überhaupt erst ermöglicht.
• Eine Steigerung der Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßen Schaltung wird dadurch erreicht, daß die galvanische Verbindung zwischen dem Kopplungswiderstand :9, 11 und dem Steuergitter 7 über einen zusätzlichen Hochohmwiderstand 13 erfolgt, wie Abb.3 zeigt. Dadurch entsteht für den Kondensator 12 :ein erhöht wirksamer Arbeitswiderstand, der sich aus den Widerstandshälften 9 und 13 zusammensetzt,ohne daß das Teilungsverhältnis .des Kopplungswiderstandes 9, 11 verändert werden maß.
• Die ob-en beschriebenen Beispiele der Erfindung bringen :eine galvanische Unterteilung des Kopplungswiderstandes -9, 11. Als Folge davon steht für die ;Steuerung des Gitters letzten Endes nur ein Teil -des durch den Fotostrom erzeugten Spannungsabfalles zur Verfügung. Eine volle Ausnutzung des Kopplungsspannungsabfalles gewinnt man, wenn man, nach Weiterbildung des Erfindungsgedankens; gemäß Beispiel Abb. q. den Kopplungswiderstand in entsprechender Weise kapazitiv erweitert, indem man einen Verbindungswiderstand 14, 15, welcher den Kopplungswiderstand 9 mit dem Gitter 7 der Röhre 8 verbindet, unterteilt und den Unterteilungspunkt über einen Kondensator 16 mit einem Ruhepotential der Schaltung, im vorliegenden Beispiel mit der Kathode, verbindet. Bei dieser 'Schaltung wird die gleiche Dämpfung erreicht, wobei der volle Spannungsabfall am Widerstand 9 für die Steuerung des Gitters zur Verfügung steht. Es hat sich auch bei dieser Schaltanordnung als vorteilhaft erwiesen, die Widerstandsteile in der gleichen Größenordnung zu wählen, wobei beispielsweise der Widerstand 9 etwa 2o Megohm und die Verbindungswiderstände 1q., 15 je io Megohm betragen können. Der Kondensator 16, der den unterteilten Verbindungswiderstand 14, 15 mit der Kathode verbindet, wird vorteilhaft größer gewählt als der am Gitter liegende Kondensator 12.
• Die erfindungsgemäße 'Schaltung erweist sich nicht nur ass brauchbar beider Kompensation elektrischer Spannungen, sondern auch bei .der Kompensation mechanischer Größen, z. B. von Kräften, die auf das Drehspulsystem 'einwirken, oder bei solchen Anordnungen, bei denen das Drehspulsystem mit der Blende einen Mitläufer bildet. In diesen Fällen liegt die Drehspule meist unmittelbar im Anodenkreis der Röhre. Auch in solchen Fäll,, wo die Blende von der Drehspule 2 selbst getrennt ist und z. B. mit einem ;Schwimmer in Verbindung steht, der durch die Drehspule magnetisch in einer Festlage gehalten wird, und der Verstärkerstrom als Maß für dessen Auftrieb dient, hat sich :die erfindungsgemäße Schaltung zur Beruhigung des Systems als vorteilhaft erwiesen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kompensationsverstärker für elektrische Spannungsmessungen mit lichtelektrischer Steuerung und Röhrenverstärkung, dessen Verstärkerstrom in entgegengesetzter Richtung wie die primäre Größe über ein Drehspulsystem auf eine Blende einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der automatischen Kompensation .die Verbindung der Fotozelle (6) mit dem Steuergitter (7) der Röhre (8) sowohl über einen Kondensator (12) als auch galvanisch erfolgt und daß die galvanische Kopplung übet eine unterteilte Widerstandsanordnung parallel zum Kondensator (12) erfolgt. 2. Kompensationsverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Verbindung zwischen dem unterteilten Widerstand (9, 11) und dem Steuergitter (7) über einen zusätzlichen Widerstand (13) erfolgt. 3. Kompensationsverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Widerstand (14, 15) zwischen Widerstand (9) und Steuergitter (7) liegt, daß er unterteilt ist und daß der Unterteilungspunkt über einen Kondensator (16) mit der Kathode oder einem Ruhepotential verbunden ist. Kompensationsverstärker nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungswiderstände (9, 11, 13, 14, 15) von der gleichen Größenordnung gewählt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 708 18o; österreichische Patentschrift Nr. 13¢ 191; USA.-Patentschriften Nr. 2 282 276, 2 300 742; Zeitschrift ATM 1 034-3, 1932, 1 082-3, 1940, Z 6q.-2, 1937 Zeitschrift ETZ, 1941, S. 292; Zeitschrift Heulos, 1939 Nr.7, »Der Photozellenkompensator« (Sonderdruck); Zeitschrift für angewandte Physik, 1952, Heft 5, S. 173; Review'Scientific Instruments, Januar 1936, Vol. 7, S. 41/q.
2. 2, Fig. 1; General Elektric Review, 1933, Vol. 36, S. 272, Fig. 5 ; Buch von W. O p p e lt, »Grundgesetze der Regelung«, 1947, Wolfenbütteler Verlagsanstalt G.m.b.H., Wolfenbüttel-Hannover, Tafel 14, S. 47; Buch: »Electronic Instruments«, 1948, 'S. 327, Verlag McGraw-Hill Book Comp. Inc. New York.