DE564884C - Spannungsteiler fuer Pegelzeiger - Google Patents

Description

Es ist bei der Messung des Übertragungsmaßes von elektrischen Fernmeldeleitungen bekannt, das Meßergebnis auf den von einem Normalgenerator gelieferten Strom, also auf eine feste Ausgangsgröße zu beziehen und mit Hilfe der in Übertragungseinheiten geeichten Spannungsteiler ohne Rechnung zu erhalten. Ferner hat man für die Messung des Verstärkungsgrades von Verstärkern schon vorgeschlagen, zur Zurückführung der zu messenden Spannung auf eine geeignete feste Spannung eine Spannungsteilerschaltung mit einem festen, die Stromübertragung nicht merklich schwächenden Scheinwiderstand vorzusehen und zur Spannungsablesung ein im gewünschten Meßbereich die größte Empfindlichkeit aufweisendes Röhrenvoltmeter zu benutzen.

Erfindungsgemäß wird nun für Pegelzeiger bei Fernmeldeleitungen zur Zurückführung der zu messenden Spannung auf eine gleich große feste Spannung ein Spannungsteiler verwendet, der bei veränderlichem, jedoch stets großem Scheinwiderstand sich aus drei veränderlichen Widerständen derart zusammensetzt, daß die Summe zweier Widerstände stets konstant ist. Die Änderungen der die konstant bleibende Summe bildenden Widerstände entsprechen den Änderungen des zu messenden Übertragungsmaßes; dabei kann der eine dieser beiden -Widerstände den großen und der andere den kleinen Änderungen dieses Übertragungsmaßes zugeordnet sein, während die feste Spannung dem unteren Grenzwert der praktisch zu messenden Übertragungsmaße entspricht.

Der Spannungsteiler nach der Erfindung erleichtert die Einstellung der festen Spannung bei Pegelzeigern und die Erzielung einer genauen Pegelmessung auf der ganzen praktisch in Betracht kommenden Skala. Die Handhabung der Meßeinrichtung ist einfach und verlangt nur die Eichung eines einzigen Punktes der Teilung. Die Pegelablesung findet unmittelbar am Spannungsteiler statt, wobei gleichzeitig nur eine einzige Empfindlichkeit für die ganze Skala benutzt wird. Der Wert der konstanten Widerstandssumme kann willkürlich und daher ohne weiteres ziemlich hoch bemessen werden, damit der Scheinwiderstand nicht wesentlich das Übertragungssystem belastet. Die Vorrichtung kann so nach Eichung zur Messung der Spannungshöhe in irgendeinem beliebigen Punkt des Übertragungssystems benutzt werden.

Die Messung der festen Spannung kann mittels eines hierfür seine höchste Empfindlichkeit aufweisenden Röhrenvoltmeters mit

großer Genauigkeit ausgeführt werden. Die Eichung der Vorrichtung erfolgt durch Bestimmung der Teilung, die dem als Bezugsspannung gewählten Spannungswert entspricht. Das Röhrenvoltmeter braucht nicht für mehrere Empfindlichkeiten geeicht zu werden, da man immer nur mit der gleichen Empfindlichkeit arbeitet. Zwecks Eichung wird die Vorrichtung an eine bekannte Spannungsquelle gelegt, diese Spannung an der Skala des Spannungsteilers angezeichnet und die Teilung, vor der sich die Nadel befindet, markiert. Als Eichspannung kann man z. B. in an sich bekannter Weise die Spannung nehmen, die man an den Klemmen eines Widerstandes von 6oo Ohm erhält, in welchem ein Generator mit einem Widerstand von 6oo Ohm ι Milliwatt liefert. Die Messung wird ausgeführt, indem man mit dem Spannungsteiler den Zeiger des Röhrenvoltmeters gegenüber einer besonders bestimmten Marke bringt. Der Spannungsteiler kann Einteilungen besitzen, die unmittelbar den Wert des Übertragungsmaßes in Neper angeben. Die Zeichnung zeigt den Spannungsteiler nach der Erfindung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen in schematischer Darstellung. Abb. 1, 2 und 5 lassen das Wirkungsprinzip und Abb. 3 und 4 zwei besondere Bauformen des Spannungsteilers erkennen.

Gemäß xA.bb. 1 ist zwischen den beiden Punkten M₁ und M₂ parallel zu der Fernmeldeleitung, an der man die Messung bewirken will, ein Widerstand R eingeschaltet, der veränderlich, aber hinreichend groß bemessen ist, um nicht die Stromübertragung empfindlich zu stören. Wenn V₂ die Spannung zwischen den Punkten M₁, M₂ ist, greift man auf dem Widerstaud R einen Widerstand r von solcher Größe ab, daß die Potentialdift'erenz zwischen seinen Enden M und M₂ gleich der festen Spannung ν ist. Es ist dann

und

R = R' + r R R' + r

Man zerlegt R' derart in zwei Teile R₂ und R₁, daß, wie Abb. 2 zeigt,

R = R₁ + R'₂ und R₁ + r = C,

wobei C eine Konstante und R₂ veränderlich ist. Es wird nun

Is.

R'i+r r

Der Spannungspegel in einem Punkte des Übertragungssystems wird in der Regel durch den Neper- oder Zehnerlogarithmus des Verhältnisses des in diesem Punkte gemessenen Spannungswertes zu dem als Bezugspunkt gewählten Spannungswert V₁ ausgedrückt. Es ergibt sich daher für den der Spannung F₂ entsprechende Spannungspegel

^V* τ ^V° , τ W

%t — Loge ~ == Loge -^- + Loge -ψ- . _yo

1 1

V V

Da -ψρ-konstant ist, kann man Log_e-=~ = K setzen, wobei K eine Konstante ist, so daß

R'_a \

nt= K +

— + Loge (

1 +

ist. Auf diese Weise entsprechen den Änderungen von n_t die Änderungen von zwei voneinander unabhängigen Größen, von denen die eine vom Widerstandr und die andere vom Widerstand R₂ abhängt. Durch Einstellung von r führt man die großen Änderungen von n_t herbei und vollendet dann die Regelung mittels R₂. Man setzt dann

Loge— =

^e[ CJ-'

Man kann leicht zwischen dem Widerstandswerter und der Einstellung des die Änderung von r bewirkenden Verstellteiles des Spannungsteilers eine solche Beziehung herstellen, daß der Wert von M₁ unmittelbar am Spannungsteiler abgelesen werden kann. Ebenso kann man den Widerstandswert R₂ so mit den Stellungen des Verstellgliedes für die Änderung von R₂ in Beziehung setzen, daß eine unmittelbare Ablesung des Wertes M₃ möglich ist. ,Der Spannungspegel ergibt sich dann durch die algebraische Summe der beiden Ablesungen zu n_t = M₁ + n₂.

Im einzelnen kann der Spannungsteiler beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Messung des Spannungspegels zwischen — 3 und + 2 Neper sowie in Abständen von 0,05 und bei einem Mindestwiderstand des Spannungsteilers von 100 000 Ohm erfolgt, wie Abb. 3 zeigt. Hier gibt die Einteilung C₁, die den Änderungen von r entspricht, die Werte von W₁ an und weist über den Bereich von — 3 bis 1,7s Neper zwanzig Kontakte in Abständen von je 0,25 Neper auf. Die Einteilung C₂, die den Änderungen von R₂ entspricht, gibt die Werte von n₂ an und enthält fünf Kontakte mit einer Abstufung von je 0,05 Neper zwischen 0 und 0,25 Neper.

Mittels der Gleichungen für M₁ und M₂ kann man leicht die Werte von R₂ und r berechnen, die jedem Kontakt von C₁ und C₂ ent-

sprechen und daraus die Widerstandswerte ermitteln, die zwischen aufeinanderfolgende Kontakte einzuschalten sind. Alan erhält

Log,— ==

C _

—K,

Υ =r

und ferner

'5 C

Ä'a = C(e'h — i).

Bei dem gewählten Beispiel ist c =100000 Ohm und

„ _T v-

K = Log«.-^ = —3.

Zur Ermittlung eines Spannungspegels muß die Zeigernadel des zur Messung benutzten Röhrenvoltmeters mittels der Drehgriffe des Spannungsteilers C₁, C₂ auf einen bestimmten Teilstrich der Voltmeterskala eingestellt werden, welcher der Spannung ν entspricht. Zu diesem Zweck braucht man nur den Drehgriff der Einteilung C₁ von dem Werte -f- 1,75 Neper aus nach den niedrigeren Werten hin so lange zu drehen, bis der Voltmeterzeiger sich gegenüber dieser festen Marke befindet. Meist wird man sich mittels des Drehgriffes C₁ dieser Marke nur nähern können und die Regelung durch Verwendung des Drehgriffes der Einteilung C₂ vervollständigen. Wenn beispielsweise die so erzielte Stellung des Drehgriffes der Einteilung C₁ dem Teilpunkt M₁ = — 2,75 entspricht und der Drehgriff der Einteilung C₂ die Stellung M₂ = -f- 0,05 einnimmt, ergibt sich für den Spannungspegel

n_t = % + n, — — 2,75 + 0,05 = — 2,70.

Man kann leicht eine Ausführung der Einteilungen C₁ und C₂ wählen, die den Spannungspegel durch arithmetische Summierung der einzelnen Teilstellungen ergibt, wie Abb. 4 zeigt. Die Einteilung C₁ weist hier zwei Skalenreihen auf, von denen die eine den positiven Werten von 1,75 bis ο entspricht und mit den entsprechenden Skalenteilen der Abb. 3 übereinstimmt, während die andere Skalenreihe, die von ο bis 2,75 geht, die Skalenreihe — 0,25 bis — 3 der Abb. 3 ersetzt und negativen Pegelvverten n\ entspricht, deren Beziehung zu den Werten M₁ durch die Gleichung«'! = —(% + 0,25) gegeben ist. Die positive Skalenreihe ist beispielsweise mit schwarzen Ziffern und die negative Skalenreihe mit roten Ziffern auf dem Spannungsteiler kenntlich gemacht. In Abb. 4 sind die negativen Skalenwerte durch Unter-Streichung von den positiven Skalenwerten unterschieden.

Die Einteilung C₂ weist bei Abb. 4 ebenfalls zwei Skalenreihen auf, von denen die eine von ο bis 0,25 geht und in schwarzen Ziffern am Apparat angegeben ist sowie der Skala der Einteilung C₂ der Abb. 2 entspricht, während die andere Skalenreihe, die in der Zeichnung durch unterstrichene und am Spannungsteiler durch rote Ziffern kenntlich gemacht ist, von 0,25 bis ο geht und Pegelwerten n\ entspricht, für welche die Beziehung n'_s = 0,25 — M₂ gilt.

Wenn der Pegel positiv ist, liest man die in schwarzen Ziffern angegebenen Skalenteile ab und addiert arithmetisch die auf den Einteilungen C₁ und C₂ abgelesenen Werte. Wenn der Pegel negativ ist, wird man die rot aufgezeichneten Skalenwerte ablesen und die auf den beiden Einteilungen C₁ und C₈ ermittelteil Werte wiederum arithmetisch summieren. Es ist

— (m'j + n'.₂) — [—

0,25)

Wenn ζ. B. der Pegel den Wert — 2,70 hat, liest man ab

n'_t = 2,50 + 0,20 = 2,70,
und zwar auf den roten Skalenteilen.

Man kann den Spannungsteiler auch symmetrisch in bezug auf die beiden Leitungen des Stromkreises ausbilden, indem man beispielsweise die Regelwiderstände in der Art der Abb. 5 anordnet, wo zu beiden Seiten des Widerstandes r je zwei Widerstände von der halben Größe von R\ und i?'₂ zwischen den Punkten M₁ und M₂ vorgesehen sind. Die feste Spannung υ liegt auch hier an den Enden des Widerstandes r. Die Handhabung des Spannungsteilers der Abb. 5 ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Abb. 1 und 2.

Das Röhrenvoltmeter muß zweckmäßig einen sehr hohen inneren Widerstand gegenüber r haben. Die Ermittlung des der Bezugsspannung ν entsprechenden Skalenwertes des Röhrenvoltmeters erfolgt unter Benutzung des eingangs erwähnten Generators bei den Spannungsteilern der Abb. 3 und 4 durch Einstellung der Drehgriffe der Einteilungen C₁, C₂ auf die Kontakte o. Der Skalenteil, vor dem sich dann die Nadel des Voltmeters befindet, entspricht der Bezugsspannung v. Man kann das Voltmeter so bauen, daß die bei einer bestimmten Frequenz bewirkte Eichung für den ganzen Bereich der benutzten Frequenzen gültig ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann außer zur Messung von Spannungspegel auch bei ähnlichen Messungen von Übertragungen, Verstärkungen oder Dämpfungen sowie überhaupt für jede Messung verwendet werden, die sich auf eine Spannungsmessung zurückführen läßt. Es genügt hierfür, daß man die zu messende Spannung auf einen festen Wert verringern und gleichzeitig eine praktisch hinreichende Empfindlichkeit für die Messung aufrechterhalten kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch :
   Spannungsteiler für Pegelzeiger zur Zurückführung der zu messenden Spannung auf eine gleich feste Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler bei veränderlichem, jedoch stets großem Scheinwiderstand sich aus drei veränderlichen Widerständen (r, R₁ und R'₂) derart zusammensetzt, daß die Summe zweier Widerstände (r -f- R'j) stets konstant ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen