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Schaltungsanordnung für Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechwählanlagen,
bei der zur Messung zweier Zeitvorgänge, vorzugsweise zur Prüfung von Impulsreihen
auf Impuls-und Pausendauer; der Ladungszustand von Kondensatoren geändert wird In
Fernmeldeanlagen, insbesondere in Fernsprechwählanlagen werden zur Überprüfung der
ordnungsgemäßen Funktion und der Toleranzgrenzen von Stromstoßsendern Prüfgeräte
eingesetzt, mit denen es möglich ist, durch verschiedene Messungen die einzelnen
Arbeitswerte von Stromstoßsendern zu bestimmen. Dies geschieht bei den bekannten
Anordnungen in der Weise, daß zur getrennten Überwachung von Stromstößen und Strompausen
Zeitrneßkreise mit Kondensatoren vorgesehen sind, die zu Beginn des Prüfvorganges
in einen festen Ausgangszustand gebracht werden und deren Ladungszustand dann während
des Prüfvorganges geändert wird, woraus sich ein Maß für die zeitliche Dauer der
Stromstöße und Strompausen ableiten läßt.
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Die Nachteile solcher Anordnungen offenbaren sich bei den erhöhten
Anforderungen, die z. B. in Selbstwählferndienst gestellt werden. Hier kommt es
darauf an, Prüfeinrichtungen zu schaffen, die eine direkte Überwachung des Impuls-Pausen-Verhältnisses
ermöglichen und eine Über- oder Unterschreitung vorgegebener Toleranzgrenzen in
möglichst kurzer Zeit zur Anzeige bringen.
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Bei den bekannten Einrichtungen der eingangs, genannten Art besteht
hingegen lediglich die Möglichkeit, die zeitliche Dauer von Impulsen oder Impulspausen
zu messen, wodurch infolge der dazu benötigten getrennten Meßkreise ein hoher Aufwand
an Bauteilen entsteht. Eine direkte Messung und Anzeige des Verhältnisses der beiden
Zeitvorgänge ist bei Anwendung dieser bekannten Einrichtungen nicht möglich.
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Durch eine weitere bekannte Schaltungsanordnung ist es zwar möglich,
den Quotienten der Einschalte-und Ausschaltezeit eines Impulsreihengebers direkt
zu messen, jedoch ist der Aufwand für diese Anordnung durch die getrennte Messung
der Einschalte-und Ausschaltezeit mittels je eines Zählwerkes, das durch einen Oszillator
hoher Frequenz gesteuert wird, sowie durch ein besonderes Quotientenmeßwerk sehr
hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, mit der
es möglich ist, auch das Verhältnis zweier Zeitvorgänge durch Ändern des Ladungszustandes
von Kondensatoren direkt zu messen und automatisch auszuwerten. Gleichzeitig soll
dabei der Aufwand an Bauteilen im Vergleich zu den bekannten Anordnungen herabgesetzt
werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zur an sich bekannten Messung
und Anzeige des Verhältnisses beider Zeitvorgänge die bei der Überprüfung der beiden
Zeitvorgänge in ihrem Ladungszustand gleichsinnig geänderten Kondensatoren am Ende
des Prüfvorganges gegensinnig in Reihe geschaltet werden und daß die sich durch
die Reihenschaltung an den beiden Kondensatoren ergebende Summenspannung in an sich
bekannter Weise in einem Prüfstromkreis ausgewertet wird.
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Durch Ausnutzung der bei gegensinniger Reihenschaltung beider Kondensatoren
auftretenden Summenspannung erhält man eine Meßgröße, die den Zusammenhang der beiden
Zeitvorgänge als Verhältnis angibt. Diese Proportionalität der Summenspannung zum
Verhältnis der beiden Zeitvorgänge resultiert aus der Zeitabhängigkeit der an den
Kondensatoren infolge der Ladungsänderung herrschenden Spannung.
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Der Prüfstromkreis kann je nach Anforderungen bezüglich des Meßergebnisses
aus einem Prüfschah glied (z. B. polarisiertes Relais) mit Vergleichsspannungsquelle
oder aus einem Spannungsmeßgerät bestehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird beispielsweise für den
Fall der Messung des Impuls-Pausen-Verhältnisses von Stromstoßsendern der Ladungszustand
eines der beiden Kondensatoren während der Stromstoßreihe -.dauernd, der des zweiten
Kondensators im Rhythmus der einzelnen Impulse bzw. Pausen geändert.
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Dadurch kann der Aufwand an Bauteilen weiter verringert werden, da
bei einer solchen Anordnung
eine Überwachung der ,gleichen Anzahl
von Stromstößen und Strompausen durch eine besondere Zähleinrichtung nicht notwendig
ist. Andererseits ist dadurch die Möglichkeit gegeben, bei einem vorgegebenem Toleranzbereich
für die Ablaufzeit der zu messenden Stromstoßreihen die Ladestromkreise optimal
zu dimensionieren und damit den Einfluß der Ablaufzeit auf das Impuls-Pausen-Verhältnis
auf ein Minimum zu beschränken.
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Weiterhin kann die Unabhängigkeit des Meßergebnisses von der Ablaufzeit
der Nummernscheibe noch dadurch erhöht werden, daß die Ladungsänderung der beiden
Kondensatoren für die Messung des Verhältnisses zweier Zeitvorgänge durch verschiedene
Zeitkonstanten bestimmt ist, die durch die Ladewiderstände so eingestellt sind,
daß sich nur bei Abweichung des zu messenden Verhältnisses von einem vorgegebenen
mittleren Sollwert eine Summenspannung ergibt, deren Richtung in bezug auf die vorgegebene
Vergleichsspannung ein Über- oder Unterschreiten des mittleren Sollwertes um einen
die Toleranzgrenzen vorgebenden Wert angibt.
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Erreicht z. B. ein zu prüfendes Impuls-Pausen-Verhältnis den vorgegebenen
mittleren Sollwert, so ergibt sich in diesem Falle keine Summenspannung, da sich
dann die Spannungen beider Kondensatoren gerade aufheben müssen. Unter Anwendung
dieser Bedingung ist eine entsprechende Bemessung der Ladewiderstände möglich.
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Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß die Zeitkonstanten
für die Aufladung der beiden Kondensatoren durch die Ladewiderstände so bemessen
sind, daß sich beim Prüfvorgang innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches des
zu messenden Verhältnisses eine Summenspannung mit gleichbleibender Richtung ergibt
und daß die sich bei zwei aufeinanderfolgenden Prüfvorgängen ergebenden Summenspannungen
mit zwei verschiedenen die beiden Toleranzgrenzen des zu messenden Zeitverhältnisses
vorgebenden Vergleichspannungen verglichen werden.
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Zusammen mit einer automatischen Auswerteschaltung ermöglicht diese
Anordnung beispielsweise in Fernmeldeanlagen eine schnelle und direkte Prüfung des
Impuls-Pausen-Verhältnisses von Nummernscheiben.
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Für viele praktische Anwendungsfälle kann die Meßgenauigkeit der Anordnung
gemäß der Erfindung zusätzlich erhöht werden, indem die beiden Kondensatoren vor
Beginn des Prüfvorganges auf die Betriebsspannung aufgeladen sind und die beim Prüfen
einsetzende Ladungsänderung bei umgekehrter Betriebsspannung in der zur Voraufladung
entgegengesetzten Richtung erfolgt.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die Umladung der beiden Kondensatoren
in gleicher Weise wie eine Aufladung mit doppelter Betriebsspannung erfolgt. Damit
ergeben sich größere Spannungsänderungen je Zeiteinheit, die bei gleicher Empfindlichkeit
der Auswerteeinrichtungen eine größere Genauigkeit des Meßergebnisses ergeben.
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An Hand von F i g. 1 bis 5 werden nachstehend der Aufbau und die Wirkungsweise
zweier Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung im einzelnen beschrieben.
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Die in F i g. 1 gezeigte Schaltungsanordnung ermöglicht die direkte,
Messung des Impuls-Pausen-Verhältnisses von. Nummernschaltern im Vergleich zu einem
vorgegebenen mittleren Sollwert. Im Ruhezustand sind in dieser Schaltungsanordnung
die Kondensatoren Cl und C2 auf die Betriebsspannung aufgeladen über 1. Erde, 3v
2, 1v 1, Cl, 2v 3, R3, R4, -bzw.
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2. Erde, 21, 2, 2 v 1, i, C2, 2 v 3, R3, R4. -Durch die auf
ihr Impuls-Pausen-Verhältnis zu prüfende Stromstoßreihe wird ein nicht gezeigtes
Relais I betätigt, daß die Impulsreihe durch den Kontakt i auf die Prüfschaltung
gemäß F i g. 1 überträgt. Mit dem ersten Impuls einer Stromstoßreihe wird ein nicht
gezeigtes abfallverzögertes Relais V1 betätigt. Nach Ende des ersten Impulses sprechen
gleichfalls nicht gezeigte abfallverzögerte Relais V2 und V3 in der Reihenfolge
ihrer Kennziffern an und bleiben während der gesamten Stromstoßreihe angezogen.
Diesen Relais sind Kontakte 1v 1, 2v 1 bis 31, 2 zugeordnet, die bei Beginn der
Stromstoßreihe die Ladestromkreise für die Kondensatoren Cl und C2 umschalten. Mit
Umlegen des Kontaktes 1,v 3 wird der Kondensator Cl bis zum Ende der Impulsreihe
in der zur Voraufladung entgegengesetzten Richtung dauernd aufgeladen über 3. Erde,
3 v 1, Cl, 1 v 1, 1 v 3, R l, -.
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Der Kondensator C2 wird nach Schließen des Kontaktes 1v 2 impulsweise
und gleichfalls in der zur Voraufladung entgegengesetzten Richtung aufgeladen über
4. Erde, 3 v 1, C2, i, 1 v 2, R 2, -.
Durch die Umpolung der beiden Kondensatoren
Cl und C2 zu Beginn des Prüfvorganges und die damit erfolgende Umladung wird erreicht,
daß die Spannung an den Kondensatoren Cl und C2 am Ende des Prüfvorganges einen
Wert erreicht, der größer ist als die Betriebsspannung Ub. Am Ende der zu prüfenden
Stromstoßreihe fallen die Relais V1, V2 und V3 in der Reihenfolge ihrer Kennziffern
wieder ab. Die ihnen zugeordneten Kontakte kehren in die Ruhelage zurück. In der
durch die Abfallverzögerung des Relais V2 bedingten Zeitspanne, in der die Kontakte
des Relais V1 bereits wieder in der Ruhelage, die des Relais V2 jedoch noch in der
Arbeitslage sind, ist folgender Prüfstromkreis geschlossen: 5. P (1), 2v 2, 2v
1, i, C2, Cl, 1v 1, 3v 2, B,
An den beiden Spannungsteilern wird die Vergleichsspannung eingestellt. Sie wird
wirksam, wenn der Kontakt 2v 3 in Arbeitslage ist, über 6. Erde, 2v 3,
R3, R4, -.
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Durch die Reihenschaltung der Kondensatoren Cl und C2 gegensinniger
Polung kommt im Prüfstromkreis 5 als Summenspannung die Differenz der beiden Kondensatorspannungen
zur Wirkung. Die Richtung dieser Summenspannung ist bestimmt durch die Größe der
beiden Kondensatorspannungen zueinander. Über die Diode D1 oder D2 ergibt sich nun
bei Abweichen der Summenspannung von der an R4 bzw. R3 eingestellten .Vergleichsspannung
ein Ausgleichstrom durch das polarisierte Prüfrelais P, das in an sich
bekannter
Weise eine nicht gezeigte Anzeigeeinrichtung steuert.
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Zur näheren Erklärung der beschriebenen Vorgänge dienen die in F i
g. 2 dargestellten prinzipiellen Ladekurven für die Kondensatoren Cl und C2. Für
den Fall der Prüfung des Impuls-Pausen-Verhältnisses von Nummernschaltern zeigt
die Kurve U2 = f(ti) die Abhängigkeit der Spannung am Kondensator C2 von
der gesamten Zeit einer bestimmten Zahl von Impulsen. Die Kurve U1 = f(ta)
zeigt die Abhängigkeit der Spannung am Kondensator C1 von der mit dieser bestimmten
Impulszahl verbundenen Ablaufzeit ta der Nummernscheibe. Für die Spannung U2 sind
drei Kurven dargestellt, die verschiedenen Impuls-Pausen-Verhältnissen vu, vm, vo
entsprechen. Durch Vorgabe einer minimalen und maximalen Ablaufzeit (tal;
tat) und eines minimalen und maximalen Impuls-Pausen-Verhältnisses (vu, v")
ist der zeitgemäße Arbeitsbereich für die Kurven festgelegt. Die Festlegung der
Zeitkonstanten T1 und T2 für die Aufladung der Kondensatoren C1 und C2 erfolgt unter
der Voraussetzung möglichst großer Unabhängigkeit der Messung von der Ablaufzeit
ta. Die Aufladung des Kondensators C2 ist durch eine mittlere Zeitkonstante festgelegt,
die durch ein mittleres Impuls-Pausen-Verhältnis vm. gegeben ist.
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Im folgenden wird kurz der Zusammenhang der beiden Kurven U1 und U2
erläutert. Die im Prüfstromkreis 5 sich auswirkende Summenspannung der beiden Kondensatoren
Cl und C2 ist:
Bei Einführung des Impuls-Pausen-Verhältnisses
ergibt sich
Die Forderung nach völliger Unabhängigkeit des Meßergebnisses und damit der Summenspannung
Us = U2 - U1 von der Ablaufzeit ta kann nur dann erfüllt werden, wenn in
der vorstehenden Formel (b) die beiden Exponenten gleich sind. Daraus folgt als
Bedingung für die beiden Zeitkonstanten T1 und T2:
Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, kann diese Bedingung nur für ein bestimmtes Impul-Pausen-Verhältnis,
im vorliegenden Fall für das mittlere Verhältnis v., erfüllt werden. Da aber die
mittlere Ladekurve U2(vm = c"nst) = f (ti) nichtparallel zu den beiden Grenzkurven
U2(vu = c"nst) = f (ti) und U2(v" - tonst) = f(ti) verläuft,
ergeben sich bei Änderung der Ablaufzeit ta und der damit verbundenen Spannungsänderung
am Kondensator Cl entlang der Kurve U1 = f(ta) unterschiedliche Summenspannungen
Us bei gleichem Impuls-Pausen-Verhältnis, sobald dieses vom vorgegebenen mittleren
Wert v. abweicht.
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Der hierdurch bedingte Einfluß der Ablaufzeit auf das Meßergebnis
kann durch entsprechende Dimensionierung der Zeitkonstante T2 gering gehalten werden.
Ausgangspunkt hierfür ist die Tatsache, daß es für zwei Exponentialfunktionen einen
gemeinsamen Abszissenwert gibt, für den sie ihren größten Abstand zueinander haben,
so daß für jedes Exponentialfunktionenpaar gleichfalls zwei Abszissenpunkte existieren,
für die die Abstände zwischen den beiden Kurven eines Kurvenpaares gleich groß sind.
Die zur Mitte des so festgelegten Arbeitsbereiches hin erfolgende Ausbauchung der
einen Kurve gegenüber der anderen wird im Rahmen der vorhandenen Meßungenauigkeit
in Kauf genommen.
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Auf der in F i g. 2 gezeigten Ladekurve für ein mittleres Impuls-Pausen-Verhältnis
v. ist der Arbeitsbereich gemäß den Ablaufzeitgrenzen tal und tat
durch die
Punkte P und Q festgelegt. Ihnen entsprechen die Impulszeiten ti(,.) und ti2(z,m).
Für die Grenzkurven U2(vu - tonst = f (ti) liegen die Zeitgrenzen des Arbeitsbereiches
bei til("u) und ti2(vu). An diesen Grenzen treten die Summenspannungen Usl(vu) und
Us2(,u) auf, die den Abständen der Grenzkurve zur mittleren Ladekurve entsprechen.
Für die Grenzkurve U2(vo = "onst) = f(ti) liegen die Zeitgrenzen des Arbeitsbereiches
bei til(") und ti2("). An diesen Grenzen treten die Summenspannungen Usl(,") und
Us2(vo) auf. Gemäß obiger Überlegung müssen die Abstände der Kurven an den Grenzen
des jeweiligen Arbeitsbereiches gleich sein: Usl(,u) = US2(vu), Usl(")
= Us2(v"). (d)
AusdiesenbeidenBedingungsgleichungenergebensich zwei
Zeitkonstanten für die Ladekurve U2(vm = conss) = f(ti), aus denen ein Mittelwert
zu bilden ist, da der Ladevorgang des Kondensators C2 nur durch einen Zeitkonstantenwert
bestimmt sein kann und um den sich hieraus ergebenden Fehler für die beiden Grenzkurven
möglichst gering zu halten. Über die Beziehung (c)
läßt sich dann auch die Zeitkonstante T1 für die Ladekurve U1 = f(ta) berechnen.
Bei einer Anordnung, die gemäß F i g. 2 nach einem mittleren Impuls-Pausen-Verhältnis
vm dimensioniert ist, ergibt sich beim Prüfen nur dann eine Summenspannung an den
beiden Kondensatoren Cl und C2, wenn das zu messende Impuls-Pausen-Verhältnis von
dem Wert v. abweicht. Hierfür sei als Beispiel der Meßvorgang für einen Nummernschalter
mit der Ablaufzeit tal und dem Impuls-Pausen-Verhältnis vu erläutert. Während des
Prüfvorganges lädt sich der Kondensator Cl während der Ablaufzeit tal auf die Spannung
UI auf. Die Spannung am Kondensator C2 erreicht jedoch nur den Wert U2, da das Impuls-Pausen-Verhältnis
vom Wert vm, abweicht. Es ergibt sich somit eine Summenspannung Us. Bei Auswertung
ihrer Richtung durch das Prüfrelais P ergibt sich aus ihrer Größe unmittelbar das
Impuls-Pausen-Verhältnis vu. Der Zusammenhang läßt sich aus F i g. 2 leicht ableiten.
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F i g. 3 zeigt eine andere Schaltungsanordnung, bei der die Ladewiderstände
R1 und R2 und damit die Zeitkonstanten T1 und T2 so dimensioniert sind, daß sich
ein Verlauf der beiden Ladekurven für die Spannungen U1 und U2 ergibt, wie er in
F i g. 5 prinzipiell dargestellt wird.
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F i g. 4 zeigt eine zur Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 gehörende
Anzeigeeinrichtung, die zwei weitere Wicklungen des Prüfrelais P enthält. Um mit
der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ein Impuls-Pausen-Verhältnis auf die Einhaltung
der oberen und der unteren Toleranzgrenze zu prüfen, ist eine zweimalige Prüfung
einer bestimmten Impulsreihe erforderlieh.
Die Funktion dieser Schaltungsanordnung
nach F i g. 3 wird im folgenden kurz beschrieben, soweit sie die Unterschiede zur
Anordnung gemäß F i g. 1 betrifft. Nach Voraufladung der Kondensatoren Cl und C2
wird bei Beginn der zu prüfenden Impulsreihe der Kondensator Cl während der gesamten
Ablaufzeit aufgeladen. Der Kondensator C2 wird über den Kontakt i impulsweise aufgeladen.
Anschließend an die Impulsreihe werden die Kondensatoren C1 und C2 bei umgekehrter
Polung hintereinandergeschaltet, so daß sich an ihnen eine Summenspannung ausbildet.
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Über den Spannungsteiler R3 und einen Kontakt 4e liegt eine an R3
eingestellte Vergleichsspannung am Kondensator C3, die z. B, der unteren vorgegebenen
Toleranzgrenze entspricht. Dieser dient für die Zeitspanne des Ladungsausgleichs
und der Prüfung im Prüfstromkreis als Stromquelle mit geringem Innenwiderstand.
Wie aus F i g. 5 hervorgeht, sind die Zeitkonstanten TI und T2 durch die Widerstände
R 1 und R2 so dimensioniert, daß die Summenspannung der beiden Kondensatoren Cl
und C2 immer dieselbe Richtung hat. Im Prüfstromkreis entsteht durch die Summenspannung
und die an R3 eingestellte Vergleichsspannung eine Spannungsdifferenz, die je nach
Größe der Summenspannung wechselnde Richtung haben kann.
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Je nach Richtung dieser Differenzspannung ergibt sich ein Stromfluß
wechselnder Richtung durch das polarisierte Prüfrelais P. Liegt das zu prüfende
Impuls-Pausen-Verhältnis oberhalb der durch den Spannungsteiler R3 vorgegebenen
unteren Toleranzgrenze, so wird der Kontakt p des Prüfrelais P in der Auswerteschaltung
gemäß F i g. 4 in seine Zeichenlage z gebracht. Das Relais E zieht an über 7. Erde,
3 v 1, p, 2 e, E, -. Durch den Kontakt 1 e hält sich das Relais E während
des folgenden Prüfvorganges. Mit dem Kontakt 4e wird in der Schaltungsanordnung
gemäß F i g. 3 die am Spannungsteiler R4 eingestellte Vergleichsspannung fdie obere
Toleranzgrenze des zu messenden Impuls-Pausen-Verhältnisses in den Prüfstromkreis
eingeschaltet. Bleibt der Wert der Summenspannung unterhalb der am Spannungsteiler
R4 eingestellten Vergleichsspannung, so liegt das zu messende Impuls-Pausen-Verhältnis
unterhalb der oberen Toleranzgrenze. Das Prüfrelais P schaltet seinen Kontakt p
in die Trennlage T um. In der Auswerteschaltung gemäß F i g. 4 zieht das abfallverzögerte
Relais F an über B. Erde, 3v 1, p, T, G, 3e, F, -.
Durch das
Relais F wird der Prüfvorgang beendet. Die in F i g. 5 gezeigten Ladekurven für
die Kondensatoren Cl und C2 unterscheiden sich von den in F i g. 2 gezeigten Ladekurven
lediglich durch eine Überhöhung der für das Impuls-Pausen-Verhältnis v. geltenden
Ladekurve. Durch diese Überhöhung wird erreicht, daß die jeweilige Summenspannung
Us immer die gleiche Richtung hat. Im oberen Teil von F i g. 5 ist ein Spannungsdiagramm
gezeigt, daß die Lage der beiden aus der Messung sich ergebenden Summenspannungen
im Vergleich zur unteren Vergleichsspannung Uv 1 bzw. zur oberen Vergleichsspannung
Uv2 zeigt. Aus den Ladekurven gemäß F i g. 5 ergibt sich für eine Ablaufzeit tal
und ein Impuls-Pauseu-Verhältnis vu die Summenspannung Usl. Der Kondensator C1 lädt
sich dabei gemäß der Kurve für die Ablaufzeit auf die Spannung U1 auf, der Kondensator
C2 erreicht gemäß der für die Impulszeit ti geltenden Kurve die Spannung
U2, Es ergibt sich dabei die Summenspannung Usl. Für ein Impuls-Pausen-Verhältnis
v, würde sich beispielsweise die Summenspannung Us2 ergeben. Die Proportionalität
der jeweiligen Summenspannung zu dem zu messenden Impuls-Pausen-Verhältnis läßt
sich auch hier an Hand der Zeichnung leicht ableiten.
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Für die Bestimmung der Zeitkonstanten gelten die bei der Beschreibung
von F i g. 2 genannten Bedingungen in analoger Weise.