Verfahren und Vorrichtung für den selbsttätigen Vergleich der Periodenzahl zweier Schwingungen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah ren und eine Vorrichtung zum Vergleich der Periodenflauer zweier Schwingungen, bei wel chem die Zahl der Perioden der einen Schwin- gung, die während einer vollen Periode oder einem ganzzahligen Bruchteil oder Vielfachen einer vollen Periode der andern Schwingung auftritt, durch eine selbsttätig wirkende Schalteinrichtung- abgetrennt und in einer Zähleinrichtung ermittelt wird.
Für den unmittelbaren Vergleich der Pe riodendauer oder Frequenz zweier Schwingun gen sind bisher nur Verfahren bekannt, die eine Aufzeichnung des Verlaufes beider Schwingungen über einer Zeitachse erfordern und keine direkte Anzeige für das Verhältnis der beiden Periodendauern liefern.
Bei allen andern bekannten Verfahren wird nur ein unittelbarer Vergleich der Frequenzen bei der Schwingungen vorgenommen, entweder durch Messung der Interferenzfrequenz beider Schwingungen, oder durch Erzeugung eines Spektrums der Harmonischen der einen Schwingung und Feststellung der Lage der andern Schwingung innerhalb dieses Fre quenzspektrums. Alle diese Methoden erfor dern eine manuelle Betätigung zur Durchfüh lung und ergeben keine direkte Anzeige des Messergebnisses.
Dagegen erfolgt bei dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung der Vergleich beider Schwingungen völlig selbsttätig und liefert ein direkt ablesbares Zahlenergebnis. Die er- zielbare Messgenauigkeit ist direkt angebbar und kann sehr hoch gemacht werden.
Das Verfahren beruht auf der Anwendung einer Schalteinrichtung, die von der einen der zu vergleichenden Schwingungen synchron derart gesteuert wird, dass sie genau während einer vollen Periode dieser Steuerschwingung, oder während eines bekannten ganzzahligen Vielfachen oder Bruchteils von deren Periode, eine Verbindung zwischen einer Zähleinrich tung und der andern Schwingung,
der so genannten Zählschwingung herstellt. Die Zähleinrichtung addiert alle ihr zugeführten vollen Perioden der Zählschwingung und zeigt die Summe an, so dass nach dem Aufhören der Schaltverbindung die von der Zähleinrichtung angezeigte Zahl direkt das gesuchte Verhältnis der Periodendauer beider Schwingungen dar stellt.
In den Fig. 7. bis 7.0 sind beispielsweise Sehaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens und Diagramme zur Erläute rung ihrer Wirkungsweise dargestellt.
Fig. 1 dient zur Erläuterung des Prinzips des Messverfahrens.
Fig. 2 und 0 zeigen Ausführungsbeispiele der Schaltung.
Fig.3 bis 8 zeigen Diagramme, die den Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltung von Fig. 3 darstellen.
Fig. 10 zeigt ein Anwendungsbeispiel, wel ches zur Prüfung der elektrischen Werte von, Schaltelementen bestimmt ist. Im Prinzipschema Fig. 1 ist 1 der An schluss für die Zählschwingung, 2 der An schluss für die Steuerschwingung.
Die Schalt einrichtung 3 wird von der am Anschluss 2 angelegten Steuerschwingung so betätigt, dass eine Verbindung der Anschlussklemme 1 mit der Zähleinrichtung 4 nur während genau einer Periode der an Klemme 2 liegenden Steuerschwingung oder einem bekannten ganz zahligen Bruchteil oder Vielfachen der Periode der Steuerschwingung erfolgt.
Das Verfahren bedingt, dass die Schwingung mit der grösse ren Periodendauer stets an Klemme 2 als Steuerschwingung angelegt wird, damit wäh rend der Schliessungsdauer der Schalteinrich tung 3 eine möglichst grosse Zahl von Perioden der an Klemme 1 zugeführten Schwingring den Zähler 4 betätigen kann.
Da die Zähleinrichtung nur volle Perioden, aber keine Teile von Perioden anzuzeigen in der Labe ist, wächst die Genauigkeit, mit der das Verhältnis der Periodendauer beider Schwingungen angezeigt wird, mit grösser wer dender Differenz der Periodendauer von Steuer- und Zählschwingungen.
Um bei Schwin gungen mit nur geringem Unterschied der Pe riodendauer die Genauigkeit des Vergleiches zu erhöhen, wird entweder die an Klemme 1 an gelegte Zählschwingung erst mittels eines Ver- vielfachers um einen bekannten Faktor in der Frequenz erhöht, bevor sie über die Sehalt einrichtung den Zähler betätigt, oder die an Klemme 2 liebende Steuerschwingung betätigt über einen Frequenzteiler mit bekanntem Teil verhältnis die Schalteinrichtung.
Welche der beiden Massnahmen zur Vergrösserung der Differenz der beiden zu vergleichenden Schwingungen betroffen wird, hängt. von der Grössenordnung der zu verbleichenden Fre quenzen und der maximal zulässigen Zähl geschwindigkeit der verwendeten Zähleinrich tung ab.
Liegen die zu vergleichenden Perio dendauern in der Grössenordnung der maxi malen Zählgeschwindigkeit, so erfolgt eine Frequenzteilung der Steiterschwingung, wäh rend beim Vergleich von relativ zur maxi malen Zählgeschwindigkeit langsamen Schwin- gongen eine Frequenzvervielfachung der Zähl schwingung vorgenommen wird.
Eine Ausführungsform. :der in Fig. 1 mit :ä bezeichneten Schalteinrichtung ist. in Fig. 2 dargestellt. Sie besteht, aus einer Röhrenkipp- schaltung 1 bekannter Ausführung mit zwei stabilen Stellungen, deren Eingang mit 2 und deren Ausgänge mit 4, 5 bezeichnet :sind. Be kanntlich ist bei einer derartigen Kippschal tung stets eine Röhre stromführend (in Fig. 2 schraffiert gezeichnet), während die andere Röhre stromlos ist. Im gezeichneten Zustand ist dann die zwischen den Ausgangsklemmen 4 und 3 liegende Gleichspannung wesentlich niedriger als diejenige zwischen den Klemmen 5 und 3.
Durch jeden negativen Impuls an der Eingangsklemme 2<U>gegenüber</U> 3 erfolgt ein Umkippen, die beiden Röhren wechseln ihre Funktion und die an den Klemmen 4 und 5 liegenden Potentiale werden vertauscht. Eine völlig gleichartig aufgebaute zweite Kipp :."ehaltu ng, 6 mit der Eingangsklemme 7 und den Ausgangsklemmen 9, 1.0 wird von den am Ausgang 4 der Kippschaltung 1 auftretenden Spannungsänderungen., aus denen der Kon- densator 1.1. kurze Impulse erzeugt, gesteuert..
Die an Klemme 9 liegende Gleichspannung wird über Widerstand 12 an den Kathoden widerstand 1.3 der Röhre 1.4 gelegt. und be wirkt eine negative Vorspannung Gitter kathode dieser. Röhre 14, deren Grösse von der Gleichspannung an Klemme 9 der Kippein- richtung 6 abhängt. Im Ruhezustand (schraf fierte Röhren sind stromführende) ist die Gleichspannung an Röhre 9 so hoch, dass der Anodenstrom der Röhre 14 völlig unterdrückt wird, auch wenn dem Gitter über die Klemmen 15,
16 und den hohen Widerstand <B>17</B> eine Wechselspannung aufgedrückt wird. Durch den Startschalter 18 wird bei Beginn des Messvorga.nges über den Kondensator 19 von der Batterie 20 ein kurzer negativer Impuls an der Eingangsklemme 7 der Kippeinrich- tung 6 erzeugt, der diese zum Umkippen ver- anl@asst und damit eine so niedrige Gleichspan nung an Klemme 9 bewirkt, dass die positiven Halbwellen der an den Klemmen 1.5, 16 lie genden Wechselspannung genügen, um das Gitter der Röhre 11 vorübergehend positiv zu machen.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Gitter spannung von Röhre 14 dargestellt und der nach Betätigung des Schalters 18 zur Zeit t" auftretende Sprung der negativen Gittervor spannung ersichtlich. Durch den auftretenden Gitterstrom bei positivem Gitter und den hohen Vorwiderstand 1.7 tritt. eine Amplituden begrenzung -der positiven Wechselspannungs amplituden auf. Durch den im Anodenkreis von Röhre 11 liebenden Widerstand 2l flie ssen also Stromstösse von der ungefähren Dauer einer Halbperiode der an den Klemmen 15, 16 liegenden Wechselspannung. Mittels Kondensator 22 werden aus diesen Strom.
stössen kurze Impulse gewonnen und der Ein- gangsklemme 2 der Kippeinrichtung 1. zuge- führt. Da eine positive Gitterspannung an Röhre 14 ein Absinken von deren Anoden gleichspannung zur Folge hat, sind die an Klemme 2 auftretenden Impulse zu Beginn jeder positiven Wechselspannungsamplitude am Gitter negativ gerichtet, an deren Ende aber positiv gerichtet, wie in Fig. 4 schema tisch angedeutet. Da negative Impulse am Ein gang 2 die Kippeinrichtung 1 umsteuern, tritt am Ausgang 5 eine starke Spannungsvermin derung auf.
Die Spannung an Klemme 5 wird aber über Widerstand 23 und Kathodenwider stand 24 zur Einstellung des Arbeitspunktes der Verstärkerröhre 25 benützt, und bewirkt im Ruhezustand eine Sperrung derselben. Das Absinken der Spannung an Klemme 5, das etwa entsprechend der schematischen Dar- .5telflung in Fig. 5 erfolgt, hat eine Verlage rung des Arbeitspunktes der Verstärkerröhre 25 auf den Normalwert, zur Folge, so dass nunmehr eine an Klemme 26, 27 liegende Wechselspannung gemäss Fig. 8 entsprechend verstärkt am Arbeitswiderstand 28 auftritt.
Der nach dem ersten negativen Impuls an Klemme 2 auftretende positive Impuls kann die Funktion der Kippeinrichtung 1. nicht be einflussen. Erst, der zweite negative Impuls, der dem ersten genau nach Ablauf einer vollen Periode T, der an Klemme 15, 16 liegenden Wechselspannung folgt, bewirkt ein Umkip pen der Röhren von Kippschaltung 1, so dass gemäss Fig. 5 die Gleichspannung an Klemme 5 in diesem Augenblick wieder erhöht und die Verstärkerröhre wieder gesperrt wird.
Der Verlauf der Bleichspannung an Klemme 4 der Kippschaltung 1. während dieser Vor gänge ist genau umgekehrt., entspricht also schematisch Fig. 6 und bewirkt, nach Diffe renzierung über Kondensator 1.1 an der Ein- -angsklemme 7 der Kippschaltung 6 zuerst einen positiven und später einen negativen Impuls, wie in Fig. 7 angedeutet ist.
Während der positive Impuls auf die Kippschaltung 6 ohne wesentlichen Einfluss ist, erzwingt der negative Impuls deren Umkippen, so dass nun mehr die Ausgangsstellung erreicht ist und damit durch die an Klemme 9 auftretende hohe Gleichspannung die Eingangsröhre 1.1 wieder gesperrt ist. Da nunmehr keine wei teren Impulse mehr über Röhre Il auf den Eingang der Kippschaltung 1 gelangen, ver harrt die gesamte Einrichtung in diesem Ruhe zustand, bis durch den Startschalter 18 ein neuer Messvorgang eingeleitet wird.
Die am Arbeitswiderstand 28 während genau einer Periode der Steuerwechselspannung an Klemme 15, 16 auftretende Zählwechselspan nung der Klemmen 26, 27 wird über Konden sator 29, Gleichrichter 30 und Widerstand 31 in eine pulsierende Halbwellenspannung (in Fig. 8 stark gezeichnet) umgewandelt, die an Klemme 3\? zur Verfügung steht:.
Es ist, danach durch die Schalteinrichtung nach Fig. ? erreicht, dass nur während genau einer Periode der an den Klemmen 15, 16 lie genden Steuerwechselspannung, an der Aus gangsklemme 32 die an den Klemmen 26, 27 liegende Zählwechselspannung auftritt. Die Zählung der Halbwellenimpulse an Klemme 32, deren jeder einer ganzen Periode der Zähl- wechselspannung entspricht, erfolgt bei nied rigen Frequenzen mittels elektromechanischer Zählwerke, oder aber, besonders bei höheren Frequenzen, mittels elektronischer Zähler, die aus einer Reihenschaltung von Röhrenkippein- richtimgen aufgebaut sind.
Derartige Zählvor- riehtungen sind bekannt und ermöglichen eine direkte Ablesung- der Zahl der auftretenden Stromstösse. Die so ermittelte Zahl Z gibt dann aber, weil die Schalteinrichtung nach Fig. 2 nur während genau einer Periode T6 der Steuerschwingung für die Zählschwingun gen durchlässig ist, das gesuchte Verhältnis der Periodendauer T, : Ts der beulen Schwin gengen an. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Genauigkeit des Vergleiches um so grösser ist, je grösser der Unterschied von TH und Tz ist, je grösser also Z wird.
Soll der Vergleich bei der Periodendauern beispielsweise auf 0,1 Rio genau erfolgen, so mass Z in der Grössenord nung von<B>1000</B> gelegen sein, da das Ergebnis jeweils nur bis auf eine ganze Periode TZ der Zählschwingung genau ist.
Eine weitere beispielsweise Ausführungs form zur Durchführung des Verfahrens zeigt Fig. 9, in welcher 1 die schwingungsgesteuerte Schalteinrichtung darstellt, mit den Eingangs klemmen 2, 3 für die Steuerschwingung, den Eingangsklemmen 5, 6 für die Zählschwin- gung;
den Anschlüssen 7, 8 für die Zählein richtung 9 mit Anzeigevorrichtung 10 und der Startklemme 4 zur Einleitung des Mess- vorganges. Die Steuerschwingung wird in einem Röhrengenerator erzeug-., der zur Er höhung der Genauigkeit in bekannter Weise Schwingquarze benutzt, die wahlweise durch den. Umschalter 12 eingeschaltet werden, so dass als Steuerschwingung ,den Klemmen 2, 3 verschieden grosse, genau bekannte Frequen zen zugeführt werden.
Die zu: ermittelnde Schwingung unbekannter Periodenlauer liegt. an den Klemmen 7.3, 14 und wird über den Schalter 15 entweder direkt., oder über Ver- vielfacher 16 beziehungsweise Frequenzteiler 17 den Eingangsklemmen 5, 6 als Zählschwin gung übermittelt. Die Einleitung des Messvor- ganges erfolgt über den Startschalter 18, der den erforderlichen negativen Impuls durch Aufladung des Kondensators 19 von der Bat terie 20 an der Startklemme 4 erzeugt.
Mit dem Startschalter 18 ist. der Schalter 21 zwangläufig gekuppelt, dessen Schliessung eine Rückstellung der Zähleinrichtung 9 mit der Anzeigevorrichtung 1.0 durch Erdung der Rückstellklemme 22 bewirkt.
Ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens zur Ermittlung der Eigenschaften frequenz- beeinflussender Schaltelemente zeigt Fig. 10, wo wieder 1 die über die Eingangsklemmen 2, 3 gesteuerte Schalteinrichtung darstellt, mit der Startklemme 4, den Eingangsklemmen. 5, 6 für die Zählschwingung und den Anschlüssen 7, 8 für :den Zähler 9 mit Anzeigevorrichtung 10 und Rückstellklemme 17.. Die Steuerschwin gung wird im Generator 12 mit. einstellbarer genau bekannter Periodendauer Ts erzeugt.
Der Messvorgang wird über Schalter 13 mit tels Kondensator 14 und Batterie 15 eingelei tet, wobei gleichzeitig durch Schalter 16 der Zähler 9 und dessen Anzeigevorrichtung 1.0 auf Null zurückgestellt werden. Für die Zähl schwingung ist in diesem Anwendungsbeispiel des Verfahrens ein besonderer Generator 17 vorhanden, dessen Periodendauer T7 durch die zu untersuchenden Schaltelemente, die an die Klemmen 18, 1.9 angeschlossen werden, in de finierter Weise verändert wird.
Die Differenz der vom Zähler bei einer Messung mit offenen Klemmen 18, 7.9 gezeigten Zahl Z1 und bei einer zweiten Messung mit denn zu unter suchenden Gebilde an den Klemmen 18, 19 gezeigten Zahl Z., ermöglicht. einen zahlen mässigen Rückschluss auf die elektrischen Eigenschaften des an den Klemmen 18, 19 angeschlossenen Gebildes.
Eine vom Zähler 9 betätigte Druckeinrichtung 20 ermöglicht. bei diesem Anwendungsbeispiel des Verfahrens die Vornahme von Serienuntersuchungen sehr grosser Zahlen elektrischer Schaltelemente mit untereinander ähnlichen Daten, mit gleichzei tiger automatischer Registrierung der Prüf ergebnisse und Betätigung einer ' Sortiervor- richtung 21 abhängig von jeder Einzelmes- sung.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung, das vorstehend für den. Vergleich der Periodendauer zweier sinusförmiger Schwingungen dargestellt ist, lässt sieh beson ders dort mit Vorteil. verwenden, wo die Pe riodendauer der Grundschwingung einer stark oberwellenhaltigen Wechselspannung ermittelt werden soll.
Während die meisten andern Ver fahren zur Messung der Frequenz solcher ober- wellenhaltiger Schwingungen durch diese Oberwellen ,stark gestört werden, wird das vor- liegende Verfahren kaum beeinträchtigt, da es im wesentlichen nur die Nulldurchgänge der zu messenden Wechselspannung benützt -und damit die Grundfrequenz exakt ermittelt, un abhängig vorn Vorhandensein von Oberwellen.
Auch stark gedämpfte Schwingungszüge mit unregelmässiger Aufeinanderfolge, oder ein einzelner stark gedämpfter Schwingungs zug kann bezüglich der Periodendauer mit dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfin dung analysiert werden, was mit andern Mess verfahren nicht oder nur sehr unvollkommen gelingt.. Für eine derartige Messung wird bei spielsweise eine Einrichtung nach Fig. 2 be nützt wie sie vorstellend beschrieben ist, und mittels des Startschalters 18 der Messvorgang eingeleitet.
Trifft. dann zu einem vorher un bekannten Augenblick der gedämpfte SeIiwin- gungszug all den Eingangsklemmen 15, 16 auf die Messeinrichtung und liegt an den Klemmen 26,27 eine Zählwechselspannung ge nügend hoher Frequenz, so ergeben sich am Ausgang 32 Impulse, deren Zahl die gesuchte Periodendauer der gedämpften Schwingung zu ermitteln gestattet.
Wird für dieses Messergeb nis automatische Regulierung mittels einer Druckvorrichtung vorgesehen, so kann die Rückstellung des Zählers und die erneute Freigabe der Messeinrichtung selbsttätig erfol gen und auf diese Weise die automatische Un- tersuchung- von stark gedämpften Schwin- gungszügen in unregelmässigen zeitlichen Ab ständen vorgenommen werden.
Die Tatsache der in dem vorliegenden Ver fahren realisierten Charakterisierung der Pe riodendauer einer umbekannten Schwingung durch die Dauer mehrerer Perioden einer be kannten Schwingung, ermöglicht es, das Mess verfahren auch auf die Messung der Wieder holungsfrequenz von Impulsen auszudehnen. Hierbei werden die Impulse als Steuersignal benützt, zur Betätigung der Schalteinrichtung, wobei die Kurvenform der Impulse ohne Ein fluss ist, da nur, deren in positiver Richtung verlaufenden Flanken benützt werden.
Sind mechanische Vorgänge zu untersuchen und ist. deren Umwandlung in elektrische Schwingungen zu umständlich, so wird bei der Anwendung des vorliegenden Verfahrens zur Bestimmung der Periodendauer der me chanischen Vorgänge eine der Fig. 2 entspre chende Einrichtung verwendet, bei der die elektrische arbeitende Schalteinrichtung er setzt ist, durch. einen. mechanischen Schalter mit den entsprechenden Funktionen.