DE945464C

DE945464C - Circuit arrangement for measuring electrical voltages or currents

Info

Publication number: DE945464C
Application number: DEB2888A
Authority: DE
Inventors: Dr Gustav Barth
Original assignee: GUSTAV BARTH DR
Current assignee: GUSTAV BARTH DR
Priority date: 1950-04-04
Filing date: 1950-04-04
Publication date: 1956-07-12

Description

Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme Zusatz zum Patent 943420 In dem Hauptpatent ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, bei welcher der zu messende elektrische Widerstand, dessen Wert vornehmlich in einem sehr weiten Bereich liegen kann, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches spannungsabhängige bzw. stromabhängige Widerstände in der Weise eingefügt sind, daß ihre Werte von Strom und Spannung des zu messenden Widerstandes abhängen und sich bei Variation dieses Widerstandes vorzugsweise im gleichen Sinne und in der gleichen Größenordnung wie dieser ändern, so daß eine von den genannten Elementen abhängige elektrische Größe des Netzes oder Netzwerkes ein Maß für die Größe des zu bestimmenden Widerstandes bildet.Circuit arrangement for measuring electrical voltages or currents Addition to patent 943420 The main patent describes a circuit arrangement at which the electrical resistance to be measured, its value primarily in a can be a very wide range, part of a DC or AC powered Network or network is in which voltage-dependent or current-dependent resistances are inserted in such a way that their values of current and voltage are to be measured Resistance depend and if this resistance is varied, preferably in same sense and in the same order of magnitude as this change so that one electrical size of the network or network dependent on the elements mentioned forms a measure of the size of the resistance to be determined.

Die Erfindung betrifft die Anwendung des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Erfindungsgedankens zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme, deren Werte vornehmlich innerhalb eines sehr ausgedehnten Bereiches liegen. The invention relates to the application of the main patent lying concept of the invention for measuring electrical voltages or currents, whose Values mainly lie within a very wide range.

Für Spannungsmessungen an Objekten mit sehr großen Widerständen verwendet man außer elektrostatischen Spannungsmessern Röhrengalvanometer, die ersteren gegenüber bezüglich Empfindlichkeit, Zeitdauer eines Meßvorganges, Handhabung und ganz besonders bezüglich Aufstellung und Justierung große Vorteile aufweisen. Used for voltage measurements on objects with very high resistances in addition to electrostatic voltmeters, tube galvanometers are compared with the former regarding sensitivity, duration of a measuring process, handling and especially have great advantages in terms of installation and adjustment.

Um die Messung mit einem Röhrengalvanometer möglichst verlustlos zu gestalten, wählt man den Arbeitspunkt der Röhre in bezug auf den Gitterstrom derart, daß man im Punkt des freien Gitter- potentials, d. h. beim Gitterstrom Null, arbeitet. To make the measurement with a tube galvanometer as lossless as possible To design, one chooses the operating point of the tube with respect to the grid current in such a way that at the point of the free lattice potentials, d. H. at the Grid current zero, works.

Die zu messende Spannung bewirkt ein Abweichen von diesem Arbeitspunkt und damit einen Gitterstrom, der eine Belastung des Meßobjektes mit sich bringt, die mit größer werdender Spannung sehr rasch anwächst und dadurch bei großen Widerständen des Meßobjektes zu falschen Ergebnissen führen kann. Diese Gefahr liegt besonders dann nahe, wenn bei der Messung an einem Objekt einzelne Meßreihen sich über relativ kleine Spannungen, andere dagegen über Spannungen erstrecken, die um viele Zehnerpotenzen größer sind, und die Erweiterung des Meßbereiches des Röhrengalvanometers dabei in bekannter Weise durch Shunten des Anzeigeinstrumentes erfolgt.The voltage to be measured causes a deviation from this operating point and thus a grid current, which brings a load on the measurement object with it, which increases very quickly with increasing voltage and therefore with high resistances of the test object can lead to incorrect results. This danger is particular then close if, during the measurement on an object, individual series of measurements are relatively small tensions, while others extend over tensions by many powers of ten are larger, and the expansion of the measuring range of the tubular galvanometer takes place in a known manner by shunting the display instrument.

Ein charakteristisches Beispiel dafür ist die Messung des Kristallphotoeffektes \ in Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lichtes bei verschiedenen Temperaturen. Der geschilderte Fehler kann hier so groß werden, daß zwar für relativ kleine Meßspannungen der Widerstand des Röhrengalvanometers groß gegenüber dem Meßobjekt ist, die Messung also, die Photospannung ergibt, bei großen Meßspannungen dagegen so klein wird, daß die Messung praktisch zu einer Kurzschluß strommessung ausartet. Der geschilderte über stand ist der Hauptgrund dafür, daß Röhrengalvanometer bisher wenig Eingang in die Meßtechnik gefunden haben.A characteristic example of this is the measurement of the crystal photo effect \ depending on the frequency of the incident light at different temperatures. The error described here can be so large that it is true for relatively small measuring voltages the resistance of the tubular galvanometer to the test object is large, the measurement that is, the photovoltage results, but with large measurement voltages it becomes so small, that the measurement practically degenerates into a short-circuit current measurement. The one described over stand is the main reason why tube galvanometers have so far had little input found in measurement technology.

Diesen tSbelstand beseitigt die vorliegende Erfindung durch die gleichen Schaltmaßnahmen, wie sie im Hauptpatent beschrieben sind, und zwar dadurch, daß das Meßobjekt, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches spannungsabhängige oder stromabhängige Widerstände in der Weise eingefügt sind, daß ihre Werte von Spannung oder Strom des Meßobjektes abhängen und sich bei Änderung dieser Größen vorzugsweise in der gleichen Größenordnung wie diese ändern, so daß eine von den genannten Elementen abhängige Größe des Netzes oder Netzwerkes ein Maß für die zu bestimmende Größe des Meßobjektes bildet. The present invention overcomes this problem by the same Switching measures, as they are described in the main patent, by the fact that the device under test whose voltage or current is to be measured, part of one with direct current or alternating current operated network or network, in which voltage-dependent or current-dependent resistors are inserted in such a way that their values of Voltage or current of the test object depend and change when these variables change preferably in the same order of magnitude as this change so that one of the named elements dependent size of the network or network a measure for the to forms the determining size of the test object.

Das Wesen der Erfindung sei an Hand der Fig. I und 2 näher erläutert. Fig. I zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine an sich bekannte Röhrengalvanometerschaltung gemäß der deutschen Patentschrift 76304in Die Schaltung arbeitet mit einer Raumladegitterröhre I in Brücken, schaltung und wird aus der Gleichstromquelle 2 gespeist. Die Widerstände 3, 4 dienen zur Herstellung der erforderlichen Heizspannung und Steuergittervorspannung. Die Spannungen an der Röhre sind so gewählt, daß bei kurzgeschlossenem Eingang des Röhrengalvanometers der Gitterstrom Null ist. Als Brückenindikator dient ein Differentialgalvanometer 5, an dessen einem Klemmenpaar die Brückendiagonalspannung und an dessen anderem Klemmenpaar eine Hilfsspannung liegt, die eine - der Diagonalspannung entsprechende Charakteristik aufweist, wodurch die Anzeige des Brùckenindikators in einem bestimmten Gebiet von Spannungsschwankungen der Speisestromquelle unabhängig ist. The essence of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Fig. I shows the application of the inventive concept to a known tube galvanometer circuit according to the German patent specification 76304in The circuit works with a space charge grid tube I in bridges, circuit and is fed from the direct current source 2. The resistances 3, 4 are used to produce the required heating voltage and control grid bias. The voltages at the tube are chosen so that when the input of the Tubular galvanometer the grid current is zero. A differential galvanometer serves as a bridge indicator 5, on one pair of terminals the bridge diagonal voltage and on the other Terminal pair an auxiliary voltage is present, which corresponds to the diagonal voltage Characteristic, whereby the display of the bridge indicator in a certain Area of voltage fluctuations of the supply current source is independent.

Das Meßobjekt 6, dessen Spannung x gemessen werden soll, liegt an der Reihenschaltung der beiden Widerstände, spannungsunabhängiger Widerstand 7 und Elektronenwiderstand Steuergitter-Kathode. (Der Widerstand 4 ist um sehr viele Größenordnungen kleiner als die genannten Widerstände, so daß er bei diesen Betrachtungen keine Rolle spielt.) Wenn x von Null verschieden und so gerichtet ist, daß der positive Pol des Meßobjektes an dem Widerstand 7 liegt, fließt ein positiver Gitterstrom. Er erzeugt an dem Widerstand 7 einen Spannungsabfall, so daß an dem. The device under test 6, the voltage x of which is to be measured, is present the series connection of the two resistors, voltage-independent resistor 7 and Electron resistance control grid cathode. (The resistance 4 is by very many orders of magnitude smaller than the mentioned resistances, so that in these considerations there is no Plays a role.) If x is different from zero and is so directed that the positive When the pole of the test object is connected to the resistor 7, a positive grid current flows. It generates a voltage drop across the resistor 7, so that at the.

Steuergitter nur ein Bruchteil der zu messenden Spannung zur Wirkung kommt. Das Verhältnis - am Gitter wirksame Spannung zu Meßspannung - ist nicht konstant. Die Elektronenstrecke Steuergitter-Kathode stellt einen spannungsabhängigen bzw. stromabhängigen Widerstand dar. Mit größer werdender Meßspannung nimmt der Gitterstrom exponentiell zu und damit der Widerstand der Elektronenstrecke ab. Der spannungsabhängige Widerstand ist weiterhin so gewählt, daß für relativ kleine Meßspannungen sein Wert in der Größenordnung des Widerstandes 7 liegt und mit größer werdender Meßspannung etwa in der gleichen Größenordnung wie diese abnimmt. Mit zunehmender Meßspannung wird damit auch das Verhältnis Meßspannung zu an der Röhre wirksam werdender Spannung größer. Zur Messung der Spannung an dem Widerstand Gitter-Kathode dienen in dein Ausführungsbeispiel die Beziehungen, die einerseits zwischen der Steuergitterspannung und dem Anodenstrom und andererseits zwischen der Steuergitterspannung und dem Raumladegitterstrom der Röhre bestehen. In dem hier in Frage kommenden Bereich bewirkt ein Ansteigen der Steuergitterspannung eine lineare Zunahme des Anodenstromes und eine lineare Abnahme des Raumladegitterstromes, und beide Stromänderungen bewirken in gleichem Sinne eine Änderung der an dem einen Klemmenpaar des Differentialgalvanometers 5 liegenden Diagonalspannung, die damit ein Maß für die Steuergitterspannung und damit ein Maß für die zu messende Spannung bildet.Control grid only takes a fraction of the voltage to be measured to effect comes. The ratio - the voltage effective at the grid to the measuring voltage - is not constant. The electron path between the control grid and the cathode represents a voltage-dependent resp. current-dependent resistance. With increasing measurement voltage, the grid current increases exponentially increases and thus the resistance of the electron path decreases. The voltage dependent Resistance is also chosen so that its value for relatively small measuring voltages is in the order of magnitude of the resistor 7 and with increasing measuring voltage about the same order of magnitude as this decreases. With increasing measuring voltage This also determines the ratio of the measuring voltage to the voltage that takes effect on the tube greater. To measure the voltage at the resistor grid-cathode are used in your Embodiment the relationships that on the one hand between the control grid voltage and the anode current and on the other hand between the control grid voltage and the space charge grid current of the tube. In the area in question here, it causes an increase the control grid voltage shows a linear increase in the anode current and a linear one Decrease in the space charge grid current, and both current changes have the same effect Meaning a change in the one pair of terminals of the differential galvanometer 5 lying diagonal voltage, which is a measure of the control grid voltage and thus forms a measure of the voltage to be measured.

In der Fig. 2 ist die Charakteristik der beschriebenen Meßanordnung wiedergegeben, bei welcher auf der Abszissenachse die Logarithmen der Spannungswerte r und auf der Ordinatenachse die Ausschläge des Brückeninstrumentes in linearem Maßstab aufgetragen sind. Die Figur läßt erkennen, daß die Beziehung zwischen den Größen in dem gewählten Bereich praktisch linear verläuft und die Meßanordnung einen sehr großen Spannungsbereich umfaßt. 2 shows the characteristics of the measuring arrangement described reproduced, in which on the abscissa axis the logarithms of the voltage values r and on the ordinate axis the deflections of the bridge instrument in linear Scale are plotted. The figure reveals that the relationship between the Sizes in the selected range is practically linear and the measuring arrangement one covers a very large voltage range.

Die beschriebene neue Schaltung weist durch die Anwendung des Erfindungsgedankens gegenüber den bekannten Schaltungen eine Reihe von Vorteilen auf. Der Eingangswiderstand bei kleinen Meßspannungen ist größer geworden. Mit zunehmender Meßspannung nimmt dieser Widerstand nur so wenig ab, daß er größenordnungsmäßig unverändert bleibt, während er bei den bekannten Schaltungen mit zunehmendem x um viele Größenordnungen kleiner wird. Die Röhre arbeitet immer in der Nähe des gewählten Arbeitspunktes auf der Gitterstromkennlinie, die Belastung des Meßobjektes durch das Röhrengalvanometer bleibt auch bei sehr großen Meßspannungen sehr klein und innerhalb eines vorher genau festlegbaren Bereiches, so daß keine Gefahr mehr besteht, daß das Meßergebnis durch ein unzulänglich großes Anwachsen des Gitterstromes gefälscht werden könnte. Die Meßgenauigkeit bleibt in dem gesamten Bereich konstant, und das Gebiet, innerhalb welchem die Anzeige des Brückeninstrumentes unabhängig von Schwankungen der Brückenstromquelle bleibt, ist bedeutend größer geworden. The new circuit described has the application of the inventive concept has a number of advantages over the known circuits. The input resistance with small ones Measurement voltages have increased. With increasing measuring voltage this resistance decreases only so little that it remains unchanged in terms of magnitude remains, while in the known circuits it increases by many orders of magnitude with increasing x gets smaller. The tube always works in the vicinity of the selected operating point on the grid current characteristic, the load on the test object by the tube galvanometer remains very small even with very large measuring voltages and within a range before precisely definable range, so that there is no longer any risk of the measurement result could be falsified by an insufficiently large increase in the grid current. The measurement accuracy remains constant over the entire area, and the area within which the display of the bridge instrument is independent of fluctuations in the bridge current source remains has become significantly larger.

Die beschriebene Anordnung gibt nur ein Beispiel für die Ausgestaltung einer Meßanordnung gemäß dem Erfindungsgedanken wieder. Seine Anwendung ist weder auf die Verwendung in Röhrengalvanometerschaltungen noch auf die Verwendung von Elektronenröhren noch auf die Messungen von Gleichspannungen beschränkt. Anwendung und Ausgestaltung können entsprechend den Ausführungen des Hauptpatents in mannigfacher Weise ganz allgemein zur Messung von Gleich- und Wechselspannungen bzw. Gleich- und Wechselströmen dienen, wobei diese Größen selbst wiederum von anderen Größen abhängen und die Meß anordnungen damit mittelbar zur Bestimmung dieser Größen Verwendung finden können. The arrangement described gives only one example of the design a measuring arrangement according to the inventive concept again. Its application is neither to the use in tube galvanometer circuits, nor to the use of Electron tubes are still limited to measurements of direct voltages. use and design can be varied in accordance with the statements of the main patent Way in general for measuring DC and AC voltages or DC and alternating currents are used, these quantities themselves in turn differing from other quantities depend and the measuring arrangements thus indirectly to determine these sizes use can find.

Als spannungsabhängige bzw. stromabhängige Widerstände können alle Schaltelemente dienen, bei welchen der Quotient - angelegte Spannung dividiert durch den durchfließenden Strom - eine Funktion der angelegten Spannung bzw. des Stromes in dem Schaltelement ist, wie Elektronenstrecken, Ionenstrecken, Trockengleichrichter, gesättigte oder vormagnetisierte Drosseln, Heiß leiter usw. Der Bereich, innerhalb welchem sich der Quotient ändern soll, kann, wie im Hauptpatent ausgeführt ist, durch die Art dieser Elemente, durch ihre Dimensionierung, durch Regelung von außen, wie z. B. bei Diodenstrecken mit Hilfe der Heizung der Kathode usw., dem Bereich, innerhalb welchem die Werte der zu messenden Größe liegen, angepaßt werden. Ebenso läßt sich durch diese Maßnahmen und weiterhin durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer spannungsabhängiger Widerstände, z. B. unter Verwendung von Mehrgitterröhren oder Röhren mit mehreren Systemen oder Schaltkombinationen aus solchen, gegebenenfalls auch mit spannungsunabhängigen Widerständen, die Charakteristik der Anordnung weitgehend beeinflussen und einem vorgebenen Verwendungszweck anpassen. As voltage-dependent or current-dependent resistors, all Switching elements are used in which the quotient - applied voltage divided by the current flowing through it - a function of the applied voltage or current in the switching element is, such as electron paths, ion paths, dry rectifiers, saturated or premagnetized chokes, hot conductors, etc. The area within which the quotient should change can, as stated in the main patent, through the nature of these elements, through their dimensioning, through external regulation, such as B. in the case of diode sections with the help of heating the cathode etc., the area within which the values of the quantity to be measured lie, can be adjusted. as well can be achieved through these measures and further through simultaneous use several voltage-dependent resistors, e.g. B. using multi-grid tubes or tubes with several systems or switch combinations of such, if necessary even with voltage-independent resistors, the characteristics of the arrangement largely influence and adapt to a specified purpose.

Die Anordnungen können auch zu Regel- oder Steuerorganen ausgestaltet werden, z. B. durch Verwendung eines Drehmagneten als Brückenindikator, der beim Unterschreiten oder Überschreiten eines vorgegebenen Wertes den Schaltvorgang auslöst. The arrangements can also be designed as regulating or control organs be e.g. B. by using a rotary magnet as a bridge indicator, the Falling below or exceeding a specified value triggers the switching process.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Circuit arrangement according to patent 943 420 for measuring electrical voltages or currents, characterized in that the test object, whose voltage or current is to be measured, part of a with direct current or AC powered network or network is in which voltage-dependent or current-dependent resistors are inserted in such a way that their values of voltage or the current of the device under test and preferably change when these quantities change change in the same order of magnitude as this, so that one of the elements mentioned dependent electrical size of the network or network a measure for the to be determined Forms the size of the measurement object.

2. Arrangement according to claim I, characterized in that one or several electron paths from electron tubes with two or more electrodes are inserted as voltage-dependent resistors in the network or network.

3. Arrangement according to claims I and 2, characterized in that that an electron tube is used with multiple systems and one or more Electron routes of one or more systems of the tube as voltage-dependent Resistors are inserted into the net or network.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that one or more electrical parameters of the tube or one or more of These dependent electrical variables form the measure for the variable to be determined.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the voltage-dependent resistor with a voltage-independent resistor in series and on this series connection the object to be measured and the voltage forms the measure of the variable to be measured on the voltage-dependent resistance.

6. Arrangement according to claim I, characterized in that as a voltage-dependent Resistance of a saturated or premagnetized choke in the grid or network is inserted.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the range of the voltage-dependent resistance corresponds to the range of the to be measured Size is adjusted by a scheme.