DE1080683B

DE1080683B - Procedure for measuring voltage differences

Info

Publication number: DE1080683B
Application number: DED23428A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Dieter Weber
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1956-07-24
Filing date: 1956-07-24
Publication date: 1960-04-28

Description

Verfahren zur Messung von Spannungsdifferenzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Spannungsdifferenzen. Methods for Measuring Voltage Differences The invention relates to a method for measuring voltage differences.

Eine in der Meßtechnik sehr häufig vorkommende Aufgabe ist die Bestimmung von Differenzen verschiedener Meßgrößen. Sehr häufig kommt es bei derartigen Messungen darauf an, relativ kleine Differenzen mit großer Genauigkeit zu bestimmen, was in der Regel dann mit besonderen Schwierigkeiten verknüpft ist, wenn die Meßgrößen selbst gegenüber der interessierenden Differenz sehr groß sind. Zu diesen grundsätzlichen Schwierigkeiten kommen noch jene hinzu, die durch zeitliche Inkonstanz der Geräte verursacht werden, da zwischen der Messung der beiden Meßgrößen, deren Differenz bestimmt werden soll, ein gewisser Zeitunterschied in der Regel nicht zu vermeiden ist. Das Ziel der Erfindung ist es, den störenden Einfluß einer derartigen Inkonstanz auf das Meßergebnis weitgehend zu verringern und gleichzeitig die Messung selbst zu vereinfachen und zu beschleunigen. Dabei wird unter anderem von der Erfahrung ausgegangen, daß es mit erheblich größerer Genauigkeit möglich ist, die Differenz Null ein zustellen, als eine endliche Differenz quantitativ zu bestimmen. A task that occurs very frequently in measurement technology is determination of differences between different measured quantities. It happens very often with such measurements on determining relatively small differences with great accuracy what is in is usually associated with particular difficulties when the measurands are very large even compared to the difference of interest. To these fundamental ones There are also difficulties caused by the temporal inconsistencies of the devices are caused because between the measurement of the two measured quantities, their difference should be determined not to avoid a certain time difference as a rule is. The aim of the invention is to eliminate the disturbing influence of such inconstancy to largely reduce the measurement result and, at the same time, the measurement itself to simplify and speed up. Among other things, it is based on experience assumed that it is possible to determine the difference with considerably greater accuracy Set zero to quantify a finite difference.

Es ist bereits eine Meßanordnung zum Messen von Übertragungsvierpolen bekanntgeworden, bei der die Meßspannung einmal über das Meßobjekt und einmal über ein Vergleichsnormal durch einen elektronischen Schalter abwechselnd an die Meßplatten eines Kathodenstrahloszillographen gelegt wird, so daß auf deren Bildschirm ein direkter Vergleich möglich ist. It is already a measuring arrangement for measuring transmission quadripoles became known, in which the measuring voltage once across the DUT and once across a comparison standard by an electronic switch alternately to the measuring plates a cathode ray oscilloscope is placed, so that a direct comparison is possible.

Durch Einstellung des Vergleichsnormals wird die Vergleichsspannung gleich der über das Meßobjekt laufenden Spannung gemacht und der zu bestimmende Differenzwert aus der notwendigen Nachstellung des Vergleichsnormals abgelesen. Mit einer derartigen Anordnung ist der Vergleich mehrerer Meßgrößen mit einem Vergleichsnormal nicht möglich (britische Patentschrift 569 279). The comparison voltage is set by setting the comparison standard made equal to the voltage running across the test object and the voltage to be determined Difference value read from the necessary readjustment of the reference standard. With such an arrangement, the comparison of several measured variables with a comparison standard is possible not possible (British patent 569 279).

Es ist weiter für die Zwecke der Rauschmessung bereits bekannt, einen Signal- oder Rauschgenerator mit tonfrequenten Rechteckimpulsen zu modulieren, diese Rechteckspannung dem Meßobjekt zuzuführen und danach auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre zur Anzeige zu bringen. Hierbei wird nacheinander das Rauschen des Meßobjektes (bei ausgetastetem Generator) und das Rauschen des Meßobjektes plus einem Vergleichssignal (bei aufgetastetem Generator) an die Meßplatten des Kathodenstrahlrohres geschaltet. Ein solcher Vergleich des Eigenrauschens mit der Summe von Eigenrauschen und Vergleichssignal ist naturgemäß nicht auf den Vergleich mehrerer Meßgrößen mit einem Vergleichsnormal anwendbar (RCA-Review, Juni 1951, S. 274/275). It is also already known for the purposes of noise measurement to use a To modulate signal or noise generator with audio-frequency square-wave pulses, these To supply square wave voltage to the test object and then on the screen of a cathode ray tube to bring to the display. The noise of the test object (at blanked generator) and the noise of the DUT plus a comparison signal (with generator switched on) connected to the measuring plates of the cathode ray tube. Such a comparison of the self-noise with the sum of the self-noise and the comparison signal is of course not based on the comparison of several measured variables with a reference standard applicable (RCA Review, June 1951, pp. 274/275).

DieErfindung ermöglicht demgegenüber im Bedarfsfall den Vergleich von mehreren Meßgrößen mit einem Vergleichsnormal und erlaubt damit die Durchführung von Messungen, die mit den bisherigen Anordnungen nicht möglichSwaren. In contrast, the invention enables comparison if necessary of several measured variables with a reference standard and thus allows the implementation of measurements that were not possible with the previous arrangements.

Die Erfindung geht ebenfalls von einem Verfahren aus, bei dem die zu messende Spannung über getrennt regelbare Kanäle eines Meßvierpols mit gemeinsamen Eingangs- und Ausgangsklenimen geleitet und nacheinander an das Anzeigeorgan angeschalfet werden und bei dem die auf dem Anzeigeorgan erscheinenden Spannungsdifferenzen durch Anderung der Verstärkung oder Dämpfung in den einzelnen, den verschiedenen Spannungen zugeordneten Kanälen genau kompensiert werden, wobei die eingestellten Dämpfungswerte das Maß für die Spannungsänderung darstellen. The invention is also based on a method in which the voltage to be measured via separately controllable channels of a measuring quadruple with common Incoming and outgoing cycles are directed and sequentially displayed on the display unit and in which the voltage differences appearing on the display element through Change in amplification or attenuation in the individual, the various voltages assigned channels are precisely compensated, with the set attenuation values represent the measure for the change in voltage.

Nach dem Kennzeichen: der Erfindung können im Bedarfsfalle mehr als zwei Kanäle in zyklischer Folge an das Anzeigeorgan angeschaltet werden, und es wird synchron mit der Umschaltfrequenz eine Änderung der jeweils interessierenden, die zu messende Spannung beeinflussenden Kenngrößen des Meßobjektes und/oder eines dem Meßobjekt vorgeschalteten Generators derart vorgenommen, daß die geänderte Spannung jeweils stets ein und denselben Kanal des Meßvierpols durchläuft. According to the characteristic: the invention can, if necessary, more than two channels are switched on in cyclical order to the display element, and it synchronously with the switching frequency, a change in the relevant the parameters of the test object and / or one that influences the voltage to be measured the test object upstream generator made such that the changed voltage always runs through one and the same channel of the measuring quadrupole.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist seiner Natur nach ein Verfahren zur Messung von Spannungsdifferenzen, es kannx jedoch auch zur Messung anderer Meßgrößen und ihrer Differenzen herangezogen werden, soweit sich diese in elektrische Spannungen oder Ströme umsetzen lassen. Demgemäß ist in der folgenden Erfindungsbeschreibung - und in den Ansprüchen unter der Bezeichnung Spannung ganz allgemein die Größe einer Gleich- oder Wechselspannung oder eines Wechselstromes zu verstehen ohne Rücksicht darauf, ob diese Spannung oder dieser Strom schon selbst die Meßgröße darstellt oder nur von ihr abgeleitet wird. The measuring method according to the invention is a method by its nature for measuring voltage differences, but it can also be used for measuring another Measured variables and their differences are used, as far as these are in electrical Have voltages or currents converted. Accordingly, in the following description of the invention - and in the claims under the term voltage in general the size to understand a direct or alternating voltage or an alternating current without consideration whether this voltage or this current is itself the measured variable or is only derived from it.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren möge am Beispiel einer Rauschmessung an einer Mikrowellenverstärkerröhre, z. B. an einer Wanderfeldröhre, erläutert werden. In Bild 1 ist die dazu erforderliche MeRanordnung im Blockschaltbild wiedergegeben. Die Messung erfolgt nach dem bekannten Prinzip, daß mit Hilfe eines Rauschgenerators eine zusätzlicheRauschleistung auf den Eingang der zu messenden Verstärkerröhre gegeben wird, wodurch der Ausgangsrauschpegel dieser Röhre ein wenig erhöht wird. Aus der Kenntnis der Spannungserhöhung einerseits und der Größe der zusätzlichen Rauschleistung andererseits läßt sich dann der Rauschfaktor der untersuchten Röhre in bekannter Weise berechnen. The measuring method according to the invention may take a noise measurement as an example on a microwave amplifier tube, e.g. B. on a traveling wave tube, are explained. In Figure 1, the MeR arrangement required for this is shown in a block diagram. The measurement takes place according to the known principle that with the help of a noise generator an additional noise power on the input of the amplifier tube to be measured which increases the output noise level of this tube a little. From the knowledge of the voltage increase on the one hand and the size of the additional Noise power on the other hand can then be the noise factor of the examined tube calculate in a known way.

In Bild 1 kennzeichnet 1 das Meßobjekt, als z. B. die Wanderfeldröhre, deren Rauschfaktor gemessen werden soll, 2 bezeichnet den Rauschgenerator, der z. B., wie angedeutet, nach Art einer Rauschdiode arbeiten kann, während der erfindungsgemäße Meßverstärker aus den Bauteilen3 bis 11 aufgebaut ist. In Figure 1, 1 denotes the test object, as z. B. the traveling wave tube, whose noise factor is to be measured, 2 denotes the noise generator, the z. B., as indicated, can work in the manner of a noise diode, while the inventive Measuring amplifier is constructed from components 3 to 11.

Wie in der Mikrowellentechnik üblich, arbeitet dieser als Überlagerungsverstärker. Demgemäß kennzeichnet 3 die Eingangsmischstufe in Verbindung mit dem ZF-Vorverstärker. Hinter diesem spaltet sich der Verstärkungsweg in zwei parallele Kanäle auf, von denen der eine durch die Eichleitung 4 und die ZF-VerstärkerstufeS gebildet wird, während der andere Kanal durch das regelbare Dämpfungsglied 6 und die ZF-Verstärkerstufe7 gebildet wird. Hinter den beiden ZF-Verstärkerstufen5 und 7 vereinigen sich die beiden Verstärkungswege wieder in dem ZF-Endverstärker8, von dem aus das ZF-Signal zum Anzeigegleichrichter9 und von dort zum oszillographischen Anzeigegerät 10 geführt wird. Die beiden ZF-Verstärkerstufen 5 und 7 sind nach Art der elektronischen Schalter aufgebaut, so daß sie unter Verwendung des Rechteckspannungsgenerators 11 wechselweise geöffnet bzw. gesperrt werden, und zwar sind die den beiden Verstärkerstufen 5 und 7 zugeführten Rechteckspannungen in ihrer Phase bzw. Polarität so gerichtet, daß die Verstärkerstufe 5 dann geöffnet ist, wenn die Verstärkerstufe 7 gesperrt ist und umgekehrt. Wenn die Verstärkungen in den beiden Verstärkungszweigen, die durch die Eichleitung 4 in Stufen bzw. durch den Spannungsteiler 6 stetig regelbar ist, gleich groß sind, dann ist auf dem Bildschirm 12 des oszillographischen Anzeigegerätes der in Bild 2 mit 13 bezeichnete Kurvenverlauf zu beobachten, d. h., mit Ausnahme der unter Umständen eintretenden geringfügigen Unstetigkeit im Moment der Umschaltung der beiden Verstärkungskanäle, die in Bild 2 mit 15 bezeichnet ist, ist kein Unterschied gegenüber einem herkömmlichen Meßverstärker erkennbar. Dabei ist vorausgesetzt daß die Sägezahn-Zeitablenkung des Oszillographen 10 synchron mit der Rechteckspannung in der Weise erfolgt, daß die Rechteckfrequenz gleich der Ablenkfrequenz ist. Das wird sichergestellt durch die Leitung, welche den Oszillographen 10 mit dem Generator 11 verbindet und durch die der Oszillograph 10 die Synchronisierspannung erhält.As usual in microwave technology, this works as a heterodyne amplifier. Accordingly, 3 indicates the input mixer in connection with the IF preamplifier. Behind this, the amplification path splits into two parallel channels, from one of which is formed by attenuator 4 and the IF amplifier stage S, while the other channel through the controllable attenuator 6 and the IF amplifier stage 7 is formed. Behind the two IF amplifier stages 5 and 7, the two amplification paths again in the IF output amplifier8, from which the IF signal to the display rectifier 9 and from there to the oscillographic display device 10 will. The two IF amplifier stages 5 and 7 are like electronic switches constructed so that they using the square wave voltage generator 11 alternately are opened or locked, namely the two amplifier stages 5 and 7 supplied square-wave voltages in their phase or polarity so directed that the amplifier stage 5 is open when the amplifier stage 7 is blocked and vice versa. When the reinforcements in the two reinforcement branches passing through the attenuation line 4 can be regulated in steps or continuously by the voltage divider 6, are the same size, then is on the screen 12 of the oscillographic display device Observe the curve course marked 13 in Figure 2, d. i.e., with the exception the slight discontinuity that may occur at the moment of switchover there is no difference between the two amplification channels, which are designated by 15 in Figure 2 recognizable compared to a conventional measuring amplifier. It is assumed that the sawtooth time deflection of the oscilloscope 10 synchronous with the square wave voltage is done in such a way that the square wave frequency is equal to the deflection frequency. That is ensured by the line connecting the oscilloscope 10 to the generator 11 connects and through which the oscilloscope 10 receives the synchronization voltage.

Führt man nun, wie durch die zwischen dem Generator 11 und dem Rauschgenerator 2 bestehende Verbindung angedeutet ist, die Rechteckspannung des Generators 11 gleichzeitig auch noch dem Rauschgenerator 2 zu, und zwar derart, daß der Rauschgenerator 2 während der einen Halbperiode der Steuerschwingung eingeschaltet, während der anderen Halbperiode aber ausgeschaltet ist, dann ergibt sich auf dem Bildschirm 12 des Oszillographen 10 der in Bild 3 mit 14 bezeichnete Kurvenverlauf. Die Höhe der auf dem Bildschirm sichtbaren Sprungfunktion 14 ist dann das zunächst nur relative Maß für die Erhöhung der Ausgangsrauschspannung durch die vom Rauschgenerator gelieferte Gesamtrauschleistung. If one now leads, as by the between the generator 11 and the noise generator 2 existing connection is indicated, the square wave voltage of the generator 11 at the same time also to the noise generator 2, in such a way that the noise generator 2 during the one half cycle of the control oscillation switched on, during the other half cycle but is switched off, then results on the screen 12 of the oscilloscope 10 the curve shape designated in Figure 3 with 14. The amount of on the screen visible step function 14 is then the initially only relative measure for the increase the output noise voltage by the total noise power supplied by the noise generator.

Durch eine entsprechende Einstellung der Eichleitung4 ist es nun möglich, diesen Sprung wieder zum Ver schwinden zu bringen, so daß auf dem Bildschirm wieder die Kurve 13 (Bild 2) erscheint. Die dazu erforderliche Einstellung der Eichleitung ist dann das absolute Maß für die Spannungserhöhung durch den Rauschgenerator.By setting the attenuator4 accordingly, it is now possible to make this jump disappear again, so that on the screen again curve 13 (Fig. 2) appears. The required setting of the attenuator is then the absolute measure for the voltage increase caused by the noise generator.

Eine andere Meßaufgabe, die durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich erleichtert wird, ist in dem folgenden Ausführungsbeispiel erläutert. Dabei ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine große Anzahl von Meßobjekten, z. B. Elektronenröhren, darauf zu untersuchen, wie stark ihre Kennlinien von dem Sollverlauf abweichen. Bisher begnügte man sich bei derartigen Vergleichen, soweit es sich um Elektronenröhren handelte, in der Regel damit, nur einen mittleren Arbeitspunkt und die Steilheit in diesem Punkt festzulegen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, in einfacher und schneller Weise die Abweichungen der Kennlinie von der Sollkennlinie in mehreren Punkten der Kennlinie quantitativ zu bestimmen. Another measurement task that is achieved by the method according to the invention is made much easier, is explained in the following embodiment. The task is based on a large number of test objects, z. B. Electron tubes to examine how strongly their characteristics differ from the target course differ. So far one has been content with such comparisons as far as they are concerned Electron tubes acted, as a rule, with only a mean operating point and determine the slope at this point. By the method according to the invention it becomes possible in a simple and quick manner the deviations of the characteristic curve to be determined quantitatively from the nominal characteristic in several points of the characteristic.

Die Zahl der erforderlichen parallelen Kanäle des Meßverstärkers entspricht der Zahl der Punkte, in denen die Abweichungen der Kennlinie von der Sollkennlinie bestimmt werden sollen. Dem Meßobjekt, in dem hier beschriebenen Fall also der Elektronenröhre, wird gitterseitig eine sich stufenweise verändernde Vorspannung zugeführt, durch die sich der Anodenstrom ebenfalls stufenweise in einem durch den Verlauf der Kennlinie festgelegten Ausmaße verändert. The number of parallel channels of the measurement amplifier required corresponds to the number of points in which the deviations of the characteristic curve from the Target characteristic should be determined. The test object, in the case described here that is to say of the electron tube, there is a step-wise changing bias on the grid side supplied, through which the anode current is also gradually in a through the The course of the characteristic curve changed.

Synchron mit der stufenweisen Veränderung der Gittervorspannung erfolgt die zyklische Einschaltung der verschiedenen parallel und unabhängig voneinander regelbaren Kanäle in den Signalweg. Dabei ist die Verstärkung bzw. die Dämpfung der einzelnen Kanäle vorher so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Meßvierpols bzw. die ihm entsprechende Anzeige des Gerätes konstant bleibt, wenn die Kennlinie der gerade untersuchten Röhre genau mit der Sollkennlinie übereinstimmt. Stimmt sie dagegen nicht überein, dann ist auf dem Anzeigegerät, für das eine Braunsche Röhrebesonders geeignet ist, eine mäanderförmige Kurve zu erkennen, wobei die Höhe der einzelnen Mäander ein Maß für die Abweichung der Kennlinie vom Nullverlauf darstellt. Zur Vereinfachung der Auswertung sind dabei zweckmäßig vor der Braunschen Röhre feste oder verschiebbare Marken anzubringen, durch die der zulässige Toleranzbereich angezeigt wird. Es ist aber natürlich auch möglich, durch Veränderung der Einstellung der einzelnen Kanäle die bestehenden Differenzen wieder auszugleichen und die dazu erforderlichen Veränderungen in der Grundeinstellung als Maß für die Abweichung der Kennlinien vom Sollverlauf zu benutzen. Welcher der beiden. Wege der zweckmäßigere ist, hängt im wesentlichen davon ab, ob es darauf ankommt, dieAbweichungen exakt zu messen oder nur darauf, die Einhaltung bestimmter Toleranzen zu kontrollieren.Takes place synchronously with the gradual change in the grid prestress the cyclical activation of the different ones in parallel and independently of each other adjustable channels in the signal path. Here is the gain or the attenuation of the individual channels are set in advance so that the output signal of the measuring quadrupole or the corresponding display of the device remains constant if the characteristic of the tube just examined corresponds exactly to the nominal characteristic. Is correct if they do not match, then there is a Braunsche on the display device for that Tube is particularly suitable to detect a meandering curve, with the height the individual meander represents a measure of the deviation of the characteristic curve from the zero course. To simplify the evaluation, it is advisable to use the Braun tube to attach fixed or movable marks, through which the permissible tolerance range is shown. But of course it is also possible by changing the setting of the individual channels to compensate for the existing differences and the associated ones required changes in the basic setting as a measure of the deviation to use the characteristic curves of the target course. Which of the two. Ways the more expedient is, depends in essentially depends on whether it depends on the deviations to measure exactly or just to check compliance with certain tolerances.

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Messung von Spannungsdifferenzen, bei dem die zu messende Spannung über getrennt regelbare Kanäle (4-5, 6-7) eines Meßvierpols mit gemeinsamen Eingangs- und Ausgangsklemmen (3, 8) geleitet und nacheinander an das Anzeigeorgan angeschaltet werden und bei dem die auf dem Anzeigeorgan erscheinenden Spannungsdifferenzen durch Änderung der Verstärkung oder Dämpfung in den einzelnen, den verschiedenen Spannungen zugeordneten Kanälen genau kompensiert (4) werden, wobei die eingestellten Dämpfungswerte das Maß für die Spannungsänderung darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bedarfsfalle mehr als zwei Kanäle in zyklischer Folge an das Anzeigeorgan angeschaltet werden, daß synchron mit der Umschaltfrequenz eine Änderung der jeweils interessierenden, die zu messende Spannung beeinflussenden Kenngrößen des Meßobjektes und/oder eines dem Meßobjekt vorgeschalteten Generators derart vorgenommen wird, daß die geänderte Spannung jeweils stets ein und denselben Kanal des Meßvierpols durchläuft. PATENT CLAIM: 1. Procedure for measuring voltage differences, in which the voltage to be measured is via separately controllable channels (4-5, 6-7) Measuring quadrupole with common input and output terminals (3, 8) and one after the other to be connected to the display organ and in which the appearing on the display organ Voltage differences by changing the gain or attenuation in the individual, the channels assigned to the various voltages are precisely compensated (4), where the set attenuation values represent the measure for the voltage change, characterized in that, if necessary, more than two channels in a cyclical sequence be connected to the display organ that synchronously with the switching frequency a Change of the respectively interesting voltage influencing the voltage to be measured Parameters of the device under test and / or a generator connected upstream of the device under test is made in such a way that the changed voltage is always one and the same The quadrupole channel runs through.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the periodic cyclical activation of the parallel channels takes place electronically.

3. The method according to claim 2, characterized in that the periodic cyclic activation of the parallel channels by periodic voltages or periodic Currents, preferably by square-wave voltages, caused or triggered.

4. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the change made synchronously with the cyclic activation each parameters of interest are carried out in stages.

5. The method according to claim 1 and following, characterized in that that in at least one of the channels a preferably calibrated, adjustable attenuator (4) is turned on.

6. The method according to claim 1 and following, characterized in that that to display the voltage or the voltage difference controlled mechanical or electrical rectifiers can be used.

7. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the voltage display is done oscillographically, preferably such that the Time deflection synchronous with the periodic cyclic activation of the parallel Channels runs.

8. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the voltages to be measured are made from non-electrical using suitable converters Measured variables are derived.

9. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the separately controllable channels are set so that if they match the characteristic of the measuring object with the nominal characteristic on the display device all voltage differences Are zero.

10. The method according to claim 9, characterized in that on the Display device fixed or adjustable marks are provided through which the permissible Tolerance ranges are displayed.

11. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the setting of the individual parallel channels takes place in relatively coarse steps and that the fine reading is carried out on the display device for all stages together will.

Documents considered: British Patent No. 569 279; "RCA-Review", June 1951, pp. 269 to 281.