-
Anordnung zur Feststellung einer einen vorgegebenen Grenzwert überschreitenden
Signalspannung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen des Vorhandenseins
einer einen vorgegebenen Grenzwert überschreitenden Signalspannung vermittels einer
Gasentladungsröhre und einer in Reihe zur Entladungsstrecke dieser Röhre geschalteten
Signalempfangsvorrichtung. Die Anordnung kann insbesondere in Fernmeldeanlagen od.
dgl. Anlagen zur Anwendung gelangen.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Signalspannung, welche den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, einen statischen
Schalter betätigt zur Übermittlung einer Wechselspannung nach der Steuerelektrode
der Gasentladungsröhre und dadurch die Zündung derselben veranlaßt.
-
Die Anordnung kann so ausgebildet werden, daß der Stromkreis, in welchem
die Signalspannung wirksam ist, und die Stromkreise der verschiedenen Elektroden
der Gasentladungsröhre galvanisch getrennt sind, so daß die der Entladungsstrecke
der Röhre angelegten Spannungen unabhängig vom Grenzwert der im erstgenannten Stromkreis
auftretenden, beim Überschreiten dieses Grenzwertes das Zünden der Röhre bewirkenden
Signalspannung gewählt werden können.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist eine
wechselstromquelle an die Primärwicklung eines ersten Transformators des statischen
Schalters angeschlossen, und die Sekundärwicklung eines zweiten Transformators dieses
Schalters ist in den Stromkreis der Steuerelektrode der Entladungsröhre eingeschaltet,
wobei die Sekundärwicklung des ersten Transformators und die Primärwicklung des
zweiten Transformators derart zusammengeschaltet sind, daß in Abhängigkeit von der
Richtung einer
an nichtlineare Widerstände, z. B. Gleichrichterelemente,
die in dieser Verbindungsschaltung liegen, angelegten Spannung der Durchgang eines
Wechselstromes nach dem zweiten Transformator erlaubt oder nicht erlaubt wird, das
Ganze derart, da.ß die Signalspannung zur Umkehrung der Richtung der den genannten
nichtlinearen Widerständen angelegten Spannung dient.
-
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung, in welcher Fig. i das Schaltschema und die Fig. 2 Betriebskurven für
dieses Beispiel zeigen, näher beschrieben.
-
In der Fig. i stellt der Punkt x einen Punkt eines elektrischen Stromkreises
dar, an dem eine Potentialänderung auftreten kann, beispielsweise dann, wenn einer
von einer Anzahl Kontakte Ci bis C4 geschlossen wird, welch letztere dem Punkt x
verschiedene Potentiale erteilen, die einem Potentiometer Pol entnommen werden,
das zwischen den Polen einer Batterie liegt. Die Tranformatoren Tr, und Tr, bilden
zusammen mit den Gleichrichterelementen Rel und Reg einen statischen Schalter an
sich bekannter Art. Ein solcher ist z. B. in den nAnnales des Postes, Te1egraphes
et Telephonescc, Jahrg. 1937, S. 775, beschrieben.
-
Die Primärwicklung des Transformators Tr, ist mit einer - Wechselstromquelle
mit einer- Frequenz von beispielsweise q:5o Hz verbunden. Der Mittelpunkt P1 der
Sekundärwicklung dieses Transformators ist mit dem Punkt x und über einen hochohmgen
Widerstand R mit dem negativen Batteriepol verbunden. Beispielsweise können die
Spannung der Wechselstromquelle und das Übersetzungsverhältnis des Transformators
Tr, so gewählt werden, daß die in der Sekundärwicklung dieses Transformators auftretende
Wechselspannung gleich 2 Volt ist.
-
Der Mittelpunkt P2 der Primärwicklung des Transformators Tr, weist
ein gegenüber Erde negatives Potential auf, das dem von der Batterie B gespeisten
einstellbaren Potentiometer Pol entnommen wird, wobei dieses Potential so gewählt
wird, daß der Punkt P,
im Ruhezustand der Anordnung, d. h. wenn die Kontakte
Cl bis C4 offen sind, gegenüber. dem Punkt P1 ein positives Potential besitzt. Die
Gleichrichter Re, und Reg sind so geschaltet, daß sie unter diesen Verhältnissen
für den Gleichstrom einen sehr hohen Widerstand darstellen. Da die Gleichspannung
zwischen P1 und P2 größer angenommen wird als der Scheitelwert der Wechselspannung
in der Sekundärwicklung des Transformators Tyl, kann kein Wechselstrom durch diese
Elemente und die Primärwicklung des Transformators Tr, fließen.
-
Der Transformator Ty. ist ein Aufwärtstransformator, der beispielsweise
ein Übersetzungsverhältnis von I,: 2o besitzen soll, so daß, falls eine Wechselspannung
von 2 Volt der Primärwicklung angelegt wird, der Sekundärwicklung eine Spannung
von etwa 40 Volt entnommen werden kann. Eine Klemme der Sekundärwicklung ist mit
der Steuerelektrode Ce der Gasentladungsröhre T verbunden und.die andere Klemme
mit einem Potentiometer Po3, über das eine in bezug zur Kathode Ca positive
Vorspannung an die Steuerelektrode Ca der Röhre angelegt ist, die derart gewählt
ist, daß die Röhre T im Ruhezustand der Anordnung nicht ionisiert wird, da die Vorspannung
unter der Zündspannung der Steuerstrecke zwischen der Steuerelektrode Ce und der
Kathode Ca liegt, Wird angenommen,-daß die Gleichrichter Rel und Re; leitend
werden, dann wird in der Sekundärwicklung des Transformators Tr. eine genügend hohe
Wechselspannung- erzeugt, um während der Halbwelle, bei welcher diese Spannung und
die Vorspannung gleiche Richtung besitzen, die Röhre T zu zünden, wodurch die Erregung
der Signalempfangsvorrichtung, die im vorliegenden Beispiel aus einem Relais SR
besteht, bewirkt wird. Dieses Relais liegt in Reihe mit der @' Hauptstrecke der
Röhre, die von der Anode A x nach der Kathode Ca führt, welch letztere mit
dem negativen Pol einer Batterie von 150 Volt verbunden ist.
-
Die Gleichrichter Re, und Reg können durch eine Umkehrung der Spannung
zwischen den Punkten P1 und P2 in den leitenden Zustand versetzt werden. Diese Spannungsumkehrung
kann durch Schließen eines der Kontakte Cl bis C4 herbeigeführt werden, vorausgesetzt,
daß diese Kontakte mit einer Stelle des Potentiometers Po. verbunden sind, dessen
Potential gegenüber dem der Abgriffstelle am Potentiometer Pol positiv ist. Der
Wert des Widerstandes R ist, verglichen mit den Widerständen, über die von irgendeinem
der Kontakte Cl bis C4 die Spannung an den Punkt x angelegt ist, so hoch gewählt,
daß sein Vorhandensein eine vernachlässigbare Wirkung auf das Potential an der Stelle
pausübt.
-
Es ist ersichtlich, daß durch Änderung der Einstellung des Potentiometers
Pol die im Punkte x für das Ansprechen der Röhre T und des Relais SR erforderliche
Spannung geändert werden kann, ohne daß die an irgendeine der Röhrenelektroden angelegte
Spannung geändert werden muß, so daß die Röhre T ungeachtet der an der Stelle x
zum Ansprechen der Röhre erforderlichen Spannung unter verschiedenen Verhältnissen
arbeiten kann.
-
Dies stellt eine sehr wertvolle Eigenschaft dieser Anordnung dar,
denn erstens können die für das Arbeiten der Röhre geeignetsten oder passendsten
Batteriespannungenvollständig unabhängig vomGrenzwert gewählt werden, bei dessen
Überschreitung die Röhre ansprechen soll, und zweitens deshalb, weil es dadurch
möglich wird, nach Belieben irgendeine nachzuweisende Signalspannung durch einfache
Mittel festzustellen, ohne die Arbeitsspannung der Hauptstrecke der Röhre und deren
Steuerelektrodenvorspannung zu beeinflussen. Dies ist nicht der Fall, wenn die nachzuweisende
Spannung direkt auf die Steuerelektrode der Röhre einwirken kann, da dann alle in
Verbindung mit der Röhre benutzten Spannungen direkt vom Wert der nachzuweisenden
Spannung abhängig sind.
-
Eine weitere wichtige Eigenschaft ist darin zu erblicken, daß es möglich
ist, relativ niedrige Spannungsdifferenzen festzustellen, was ebenfalls nicht möglich
ist, wenn diese direkt auf die Steuerelektrode einwirken. Um dies zu erläutern,
muß erwähnt werden, daß, obgleich theoretisch die Vorspannung einer Gasentladungsröhre
ganz nahe an die zur Ionisierung der Steuerstrecke erforderliche Zündspannung gelegt
werden kann, so daß nur eine kleine Signalspannung erforderlich
wäre,
um die Röhre zum Arbeiten zu bringen, im praktischen Falle die Vorspannung erheblich
unter der Zündspannung liegen muß. Beispielsweise darf bei einer Röhre, deren normale
Zündspannung 7o Volt beträgt, höchstens eine Vorspannung von 55 Volt angewendet
werden. Dies ist auf das außerordentlich rasche Arbeiten solcher Röhren zurückzuführen,
die es ermöglichen, daß Impulse mit niedriger Spannung und sehr kurzer Dauer, z.
B. i0-3 bis 1o-4 Sekunden bereits das Ansprechen der Röhren bewirken können. Vorübergehende
Spannungen von solcher Dauer können leicht durch Induktion, selbst bei kurzen Drahtlängen,
aufgenommen werden, beispielsweise beim Öffnen oder Schließen von benachbarten Stromkreisen
(s. A. M. C u rtis »Electrical Engineering«, Juni 1940, Bd. 59, Nr. 6, S. 36o bis
368), so daß, falls die V orspannung sehr nahe an der Zündspannung liegt, die Röhre
häufig unerwünscht ansprechen würde.
-
Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, mit relativ geringen
Spannungsdifferenzen die Entladungsröhre zuverlässig zum Arbeiten zu bringen, selbst
dann, wenn die Vorspannung sehr niedrig ist. Dies geht aus den Kurven der Fig. 2
hervor, die die Beziehung zwischen der Vorspannung VP und der Gleichspannung Vd
zeigt, die bei verschiedenen Werten eines mit ihr zwischen den Punkten P1 und P2
in Reihe liegenden Widerstandes erforderlich ist, um das Zünden der Röhre bei einer
gegebenen Wechselspannung zu bewirken.
-
Die vier Kurven der Fig. 2 zeigen die Ergebnisse, die mit einem in
Reihe mit der Spannungsquelle Vd geschalteten Widerstand von goo bzw. 3400, 10 400
und 30 400 Ohm erhalten wurden.
-
Aus Fig. a ist ersichtlich, daß die Zündspannung der Röhre 74 Volt
beträgt und daß, solange die Spannung Vd in der negativen Richtung, d. h. in Richtung
des hohen Widerstandes der Gleichrichter Re, und Re., den Wert von o,5 Volt übersteigt,
die volle Spannung VP = 74 Volt der Steuerstrecke zugeführt werden muß, bevor die
Zündung eintritt.
-
Wird angenommen, daß die Vorspannung VP gleich 55 Volt sei, dann zeigen
die Kurven für die verschiedenen Widerstandswerte von 90o, 3400, 10 400 und
30 400 Ohm, daß, um das Ansprechen der Röhre zu bewirken, die Spannung Vd
die Werte o,7, - i,o, 1,8 bzw. 3,7 Volt in positiver Richtung haben muß.
-
Die Tatsache, daß die Entladung in der Röhre bereits bei kleinen negativen
Werten der Spannung Vd mit einer etwas unterhalb der Zündspannung liegenden Vorspannung
beginnt sowie die Tatsache, daß der Wert der Spannung Vd sich mit dem Wert des in
Reihe dazu liegenden Widerstandes ändert, läßt sich dadurch erklären, daß, wenn
der negative Wert der Spannung Vd unter die den Gleichrichtern zugeführte Wechselspannung
erniedrigt wird, wenigstens einer dieser Gleichrichter jeder Halbwelle dieses Wechselstromes
einen niederohmigen Weg liefert, so daß eine Gleichrichterwirkung resultiert, wobei
die gleichgerichteten Ströme durch eine Hälfte der Sekundärwicklung des Transformators
Trl, einen Gleichrichter, eine Hälfte der Primärwicklung des Transformators Tr.
und zurück über die Gleichstromquelle Vd und den mit ihr in Reihe liegenden Widerstand
fließen, welche Reihenschaltung die beiden Punkte P2 und P1 miteinander verbindet.
-
Daraus ergibt sich, daß durch diesen Strom eine gewisse Wechselspannung
in der Sekundärwicklung des Transformators Tr, induziert wird, deren Wert bis zu
einem gewissen Grad vom Wert des in Reihe zur Spannungsquelle Vd liegenden Widerstandes
abhängig ist.
-
Es ist ersichtlich, daß die gezeigte Anordnung ein hochempfindliches
polarisiertes Relais zu ersetzen vermag, sobald das Vorhandensein einer einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitenden Spannung von im voraus bestimmter Polarität festgestellt
werden soll, und zwar auch dann, wenn solche Spannungen in Stromkreisen vorhanden
sind, die einen hohen innern Widerstand besitzen. Dies, weil ein kleiner Bruchteil
von einem Milliampere, welcher durch den statischen Schalter fließt, bereits genügt,
um die Detektoranordnung zuverlässig zum Ansprechen zu bringen.
-
Die gezeigte Anordnung zeigt, auf welche Weise es möglich ist, das
Vorhandensein von Signalspannungen im Punkt x festzustellen, die gegenüber der vom
Potentiometer Pol gelieferten Spannung positiv sind. Es ist aber in gleich guter
Weise möglich, negative Spannungen festzustellen, indem bei umgepolter Batterie
B die Verbindungen mit den Punkten P1 und P2 des Stromkreises vertauscht oder die
Verbindungen der Gleichrichter Re, und Reg reserviert werden, so daß sie Gleichstrom
in der entgegengesetzten Richtung durchlassen. Um die Polarität der das Arbeiten
der Röhre bewirkenden Signalspannung nach Wunsch festlegen zu können, ist zweckmäßigerweise
ein die obengenannten Vertauschungen der Verbindungen bewirkender Umschalter vorgesehen.
-
An Stelle des gezeigten statischen Schalters kann irgendeine andere
an sich bekannte Form benutzt werden, die den Zweck der Sperrung eines Wechselstromes
mittels einer Gleichspannung erfüllt oder welche die Übertragung desselben beim
Vorhandensein einer solchen Spannung erlaubt.
-
Es ist natürlich auch möglich, mit der Detektoranordnung an Stelle
von Gleichspannungen das Vorhandensein von Wechselspannungen festzustellen.