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Vorrichtung zum Messen des Differenzen-Quotienten der Kennlinien von
gesetzmäßig verlaufenden elektrischen Vorgängen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Messung des Differenzen-Quotienten einer stationären und bestimmbaren
Funktion, wobei mittels eines Zeigerinstruments Größen, wie z. B. die Steilheit
einer Verstärkerröhre, die Anfangspermeabilität oder Permeabilitätsänderungen u.
dgl., ablesbar sind.
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Die Charakteristik von Verstärkerröhren stellt die- Beziehung Ja
= f (Ug) für Ua = konst. dar. Der erste Differential-Quotient dieser Funktion d
Ja/d Ug = S wird mit Steilheit bezeichnet und ist für die Beurteilung der Verstärkereigenschaften
von Elektronenentladungsröhren von grundsätzlicher Bedeutung. Der Differenzen-Quotient
der gleichen Funktion # Ja/#Ug = Sm heißt mittlere Steilheit zweier endlich benachbarter
Punkte der Charakteristik und ist nur der praktischen Messung zugänglich. Werden
die Andaerungen # Ja und # Ug sehr klein, so gehen die Differenzen-Quotienten in
den Differential-Quotienten über. Da die Amplitude der zu verstärkenden Wechselspannung
einen endlichten Wert hat, ist es für die Ermittlung der maßgebenden Röhrendaten
wichtig, daß die Messung mit solchen Amplituden vorgenommen wird.
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Die bekannten Verfahren zur Bestimmung der Steilheit oder allgemein
des Diffiemenzen Quotienten beruhen hauptsächlich auf zeichnerischer Grundlage und
sind deshalb durch ihre mangelhafte Genauigkeit nicht überall anwendbar. Es ist
hierzu auch nötig, daß erst die Ausgangsfunktion aufgenommen und dann in ein Koordinatensystem
eingetragen wird, was naturgemäß zeitraubend und umständlich ist: Die besonders
für Steilheit messungen noch unter Zuhilfenahme von Meßbrücken benutzten Verfahren
liefern wohl eine sehr gute Genauigkeit, sind jedoch als Nullmethoden im wesentlichen
nur für Laboratoriumsmessungen
brauchbar, da - Messungen mit direkter
Anzeige. nicht ausführbar sind. Infolge der wachsenden Verwendung von Verstärkerröhren
in der bekannten Weise auf vielen Gebieten der Technik ist aber eine direkt anzeigende,
mit einfachen Mitteln ausführbare und auch von weniger geschulter Personal bedienbare
Meßanordnung dringend erwünscht.
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Die vorgenannten Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden,
daß bei Vorrichtungen zum Messen des Differenzen-Quotienten der Kennlinien von gesetzmäßig
verlaufenden elektrischen Vorgängen, wie Röhrenkennlinien, Magnetisierungskurven
u. dgl., ein Anzeigegerät vorgesehen ist, das die einzelnen Kurvenpunkte liefert
und durch eine auf den jeweiligen Zeigerausschlag mit ihrem Anfang einstellbare
zusätzliche Skala ergänzt ist, auf der die Größe der für die Ermittlung des Differenzen-Quotienten
dienenden Änderung des Zeigerausschlages ablasbar ist. Bei Steilheitsmessungen ist
beispielsweise am Anodenstrommeßinstrument mit dem gleichen Mittelpunkt wie der
Zeiger eine Skala angeordnet, die in Steilheitswerten geeicht ist und eine direkte
Ablesung des Steilheitswertes bei Änderung der Gittervorspannung um einen genau
gemessenen und stets konstanten Wert ermöglicht. Es sind zwar schon Instrumente
für Meßzwecke bekanntgeworden, die mit einer um den Zeigerdrehpunkt schwenkbar angeordneten
Zusatzskala zur Ermittlung einer zweiten abhängigen Größe ausgerüstet sind, ohne
daß es sich um die Lösung des vorliegenden Problems gehandelt hat. Die Instrumente
dienten vielmehr lediglich als Manometer oder Spannungsmesser.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abbildungen im einzelnen
näher beschrieben.
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In der Abb. 1 ist schematisch die Ausbildung einer Meßanordnung zur
Bestimmuing der Steilheit von Röhrenkennlinien dargestellt. Das Drehspulinstrument
J, das in bekannter Weise in den Anodenstromkreis eingeschaltet ist, besitzt zum
Teil eine Ab. deckung Pl, unter der der Zeiger Z in der üblichen Weise drehbar gelagert-ist.
Die normale Stromskala Sk1 ist am weitesten entfernt vom Drehpunkt M des Zeigers
Z angeordnet und möglichst gleichmäßig unterteilt, damit die Messung der Steilheit
weitgehend genau ausführbar ist. Über dem Zeigerdrehpunkt M ist an der Abdeckung
Pl ein von außen drehbarer Skalensektor mit der TeilungSk2 angebracht. Die Beziffenmgen
der beiden Skalen sind einander gegenläufig. Der Zeiger ist zwischen beiden ein
Stück sichtbar.
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Die Wirkungsweise des Instruments ist nun folgende: Das Instrument
zeigt zunächst den bei einer beliebigen Gittervorspannung herrschenden Anodenstrom
J2 an, auf den die Steilheitsskala Sk@ durch Drehen eines außen am Gerät angebrachten
Betätigungsteils mit ihrem Anfangspunkt eingestellt wird. Wird nun die Gittervorspannung
111 bekannter Weise um einen genau gemessenen Betrag weiter ins Negative verschoben,
so gibt der neue Zeigerausschlag den dazugehörigen neuen anodenstrom J2 an. Auf
der Zusatz- bzw. Steilheitsskala ist nun die Stromdifferenz J1 minus J2 unmittelbar
ablesbar, wenn die gleiche Teilung wie auf der Skala Sk1 vorgesehen ist. Eine zusätzliche
Verbesserung besteht darin, daß für eine bestimmte Gittervorspannungsänderung #
Ug die Skala Sk3 der unmittelbaren Ablesung halber in Steilheitswerten, also in
mA/V, geeicht ist.
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Eine. ähnliche Meßanordnung für statische Kennlinien mit einem sog.
360°-Instrument ist in Abb. 2 schematisch dargestellt. Die äußere Skala Sk, ist
wieder in Stromeinheiten geeicht und die innere kreisrunde Skala 5k diesmal gleichsinnig
in Steilheitswertcn. Der Drehpunkt Al dieser Skala liegt genau üher dem Zeigerdrehpunkt.
Außerdem ist die Skala Sh2 durch eine Bohrung in der Glasabdeckplatte des Instruments
von außen drehbar. Bei dieser Anordnung wird nun zuerst im Gegensatz zur vorangehend
beschriebenen Ausführung der niedrige Anodenstrom J2 eingestellt und hierauf die
Zusatzskala Sk2 mit ihrem Anfangs- bzw. Nullpunkt auf diesen Zeigerausschlag. Wird
nun, wie in Abb. 3 dargestellt, mit Hilfe der Umschalteinrichtung, bestehend aus
der Taste T und den Kontakten A, B, eine kleine bekannte positive Gittervorspannung
# Ug in den Gitterkreis eingeschaltet, so wird der Anodenstrom entsprechend der
Steuenvirkung der zu untersuchen den Röhre R größer und nimmt den Wert J1 an. Nun
läßt sich bei der neuen Zeigerstellkung an der Skala Sh2 die Steilheit der Röhrenkennlinie
in dem gewählten Gebiet oder besser der Differenzen-Quotient ablesen. Die 360°-Skala
gewährleistet eine besonders genaue Ablesung aller Meßwerte.
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Die Genauigkeit ist naturgemäß dann groß, wenn die Gitterspannungsänderung
immer gleich dem bei der Eichung der Skala ski vorliegenden Wert ist. Dies läßt
sich mit Sicherheit dadurch erzielen, daß für die zugeschaltete $Spannung # Ug ein
Normalelement mit etwa I Volt Spannung vorgesehen wird. Da die Steuerwirkung bei
negativer Gittervorspannung keinen Stromverbrauch bedingt, ist die Lebensdauer des
normalelements praktisch unbegrenzt. Es ist auch möglich,
die Spannungen
Ug, Ua, Uh und # Ug einem Netzanschlußgerät mit Spannungsstabilisierung zu entnehmen.
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Eine weitere wichtige technische Funktion, bei der eine schnelle
Bestimmung des Differential-Quotienten lerwünscht ist, bilden die Eisenmagnetisierungs-
bzw. Hysteresekurven, die die Abhängigkeit der magnetischen Induktion von dem Magnetisierungsstrom
darstlellen. Der Differential-Quotient in den einzelnen Punkten der Kurven liefert
ihre Neigung oder Steilheit, die für das kleine jeweils betrachtete Kurvenstück
ein Maß für die Änderung der Permeabilität gegenüber ihrem Anfangswert bildet. Ist
nach diesem Prinzip auch im Nullpunkt des Koordinatensystems die Anfangspermeabilität
ermittelt, die für schwache Wechselfelder, z. B. bei Spulen mit magnetisierbaren
Kernen für die Hochfrequenztechnik, eine wichtige Rolle spielt, so kann der augenblickliche
Permeabilitätswert auf dem Umweg über die Bestimmung des Differential-Quotienten
und damit praktisch der Permeabilitätsänderung festgestelk werden. Dadurch kann
bei den entsprechenden Gleichstromvormagnetisierungen, die bei Transformatoren oder
Drosselspul-en zum Steuern von Sendern oder Spannungsregelung eine Rolle spielen,
der für den überlagerten Wechselstrom wirksame Permeabilitätswert ermittelt werden.
Auch für das Sättigungsgebiet sind derartige Messungen wichtig und durchführbar.
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Eine Ausdehnung der hier schematisch an Hand der Steilheits- und
Permeabilitätsmessung beschriebenen Verfahren auf andere stationäre Kurven ist ohne
weiteres angängig.
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Wesentlich ist dabei jedoch stets, daß die eine Größe an einem Zeigerinstrument
elektrischer oder mechanischer Art direkt angezeigt wird. Die Änderung der anderen
Größe muß ebenfalls genau meß- und regelbar sein, was je nach der Funktion mit verschiedenen
Mitteln erreichbar ist.
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PATENTANSPRÜCIIE : I. Vorrichtung zum Messen des Differenzen-Quotienten
der Kennlinien von gesetzmäßig verlaufenden elektrischen Vorgängen, wie Röhrenkennlinien,
Magnetisierungskurven u. dgl. gekennzeichnet durch ein die einzelnen Kurvenpunkte
lieferndes Anzeigegerät, das durch eine auf den jeweiligen Zeigerausschlag mit ihrem
Anfang einstellbare zusätzliche Skala ergänzt ist, auf der die Größe der für die
Ermittlung des Differenz'en-Quotienten dienenden Änderung des Zeigerausschlages
ablesbar ist.