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Die Erfindung betrifft einen Pegeimesser mit einem breitbandigen
aktiven Eingangsteil, vor dem ein nicht zu Eichzwecken dienendes, durch ein besonderes
Einstellmittel vorübergehend betätigbares (überbrückbares bzw. einfügbares) erstes
Dämpfungsglied mit einem definierten kleinen Dämpfungswert angeordnet ist, nachfolgenden
Selektionsmitteln und einem ein Anzeigeinstrument speisenden Meßgleichrichter. Selektive
Pegelmesser haben den Nachteil, daß ihr breitbandiger aktiver Eingangsteil bei zu
starker Aussteuerung klirrt, d. h., daß in seiner Ausgangsspannung nichtlineare
Verzerrungen auftreten.
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Dabei werden unter anderem unerwünschte Mischprodukte erzeugt, deren
Frequenzen harmonisch oder nicht harmonisch zu den Frequenzen der an den Eingang
gelangenden Meßspannung liegen können.
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Durch das Klirren wird die Meßanzeige verfälscht.
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Das Klirren kann durch Beobachten der im Pegelmesser selbst neu entstehenden
Mischprodukte erkannt werden, wenn der Pegel der gesamten Eingangsspannung angehoben
wird, weil dabei die Pegel der meisten unerwünschten Mischprodukte überproportional
ansteigen. Da es dabei darauf ankommt, den Pegel am Eingang des aktiven Eingangsteils
anzuheben, genügt es, einen im Signalzug vor dem aktiven Eingangsteil liegenden
Vorteiler entsprechend zu verstellen. Ein Verstellen eines im Signalzug nach dem
aktiven Eingangsteil liegenden Nachteilers ändert die Aus steuerung des aktiven
Eingangsteils nicht und kann deshalb nicht zur Linearitätskontrolle herangezogen
werden.
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In der Praxis weiß aber der Bedienende im allgemeinen nicht, wann
beim Betätigen eines dem Vorteiler und dem Nachteiler gemeinsamen Meßbereichsumschalter
der Vorteiler und wann der Nachteiler verstellt wird. Daher kann der Nachteil auftreten,
daß beim Kontrollieren auf Linearität zwar der Meßbereichsumschalter betätigt, der
Vorteiler dabei aber nicht verstellt wird, so daß man vermeintlich Linearität festzustellen
glaubt, obwohl das Gerät stark klirren kann. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere
bei selektiven Pegelmessern auf, bei denen aus Genauigkeitsgründen die meisten Teilerstufen
in einem zwischenfrequenzseitigen Nachteiler ausgeführt sind und der Vorteiler nur
wenige Grobstufe aufweist.
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Außerdem ist bei den meisten Pegelmessern die Stufung der Meßbereiche
relativ grob, so daß keine sichere Beurteilung möglich ist, ob die in zwei benachbarten
Meßbereichen angezeigten Spannungswerte übereinstimmen oder voneinander abweichen.
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Aus dem Katalog der Firma Siemens & Halske »Meßgeräte für die
Nachrichtentechnik«, 11. Ausgabe, September 1956, S. 306 bis 309, ist ein Differenzpegelmesser
bekannt, vor dessen aktivem Eingangsteil ein als Eichteiler dienendes, vorübergehend
betätigbares definiertes Dämpfungsglied liegt.
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Die Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, daß
hinter dem aktiven Eingangsteil ein zweites, zusammen mit dem ersten Dämpfungsglied
durch das besondere Einstellmittel vorübergehend in gegenläufiger Weise betätigbares
(einfügbares bzw. überbrückbares) Dämpfungsglied mit demselben definierten kleinen
Dämpfungswert angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Bedienende bei der Durchführung
der Linearitätskontrolle durch aainderung der Aussteuerung des möglicherweise klirrenden
aktiven Eingangsteils der überlegung ent-
hoben, ob auch wirklich ein Vorteiler und
nicht etwa ein Nachteiler verstellt wird, und es ist eine relativ sichere Instrumentenablesung
gewährleistet, und es braucht lediglich noch beobachtet zu werden, ob die Anzeige
bei Betätigung des besonderen Einstellmittels erhalten bleibt, weil sich dabei trotz
der anderen Aus steuerung des möglicherweise klirrenden aktiven Eingangsteils die
Empfindlichkeit des gesamten Geräts nicht ändert. Diese an sich bequeme Art der
Linearitätskontrolle setzt aber voraus, daß die von den beiden Dämpfungsgliedern
bewirkten Dämpfungssprünge sehr genau entgegengesetzt gleich und frequenzunabhängig
sind.
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Der zur Erfüllung der geschilderten Forderung notwendige große Aufwand
entfällt bei Anwendung der Erfindung bei einem früher vorgeschlagenen Pegelmesser,
bei dem eine automatische Pegeleichvorrichtung periodisch statt der Meßspannung
eine die Frequenz der Meßspannung aufweisende Eichspannung anlegt und dabei die
Gesamtverstärkung des Pegelmessers durch entsprechendes Nachregeln des Verstärkungsgrades
des ZF-Verstärkers auf einen Sollwert bringt, dadurch, daß die beiden Dämpfungsglieder
bei Betätigung des besonderen Einstellmittels mit Hilfe einer vom Schalttakt der
automatischen Pegeleichvorrichtung abhängigen Schaltvorrichtung erst zu Beginn eines
neuen Eichtaktes betätigt werden und erst am Ende eines Meßtaktes wieder in ihre
Ruhestellung gelangen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand dreier Ausführungsbeispiele
schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
mit nur einem Dämpfungsglied, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
mit zwei gegensinnig betätigbaren Dämpfungsgliedern und Fig. 3 teils in einem Blockschaltbild
und teils in einem vereinfachten Schaltbild ein drittes Ausführungsbeispiel mit
zwei gegensinnig betätigbaren Dämpfungsgliedern und einer automatischen Pegeleichvorrichtung.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel gelangt die Meßspannung von den Eingangsklemmenl
über einen einstellbaren Vorteiler 2 und ein durch ein besonderes Einstellmittel
3 vorübergehend überbrückbares Dämpfungsglied 4 mit einem definierten kleinen Dämpfungswert
zum Eingang eines breitbandigen Vorverstärkers 5. Der Vorverstärker 5 speist über
ein abstimmbares Selektionsmittel 6 und einen breitbandigen Nachverstärker 7 einen
Meßgleichrichter 8, der über einen Instrumentenverstärker 9 ein Anzeigeinstrument
10 aussteuert.
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Eine Betätigung des Dämpfungsgliedes 4 ergibt einen genau definierten
kleinen Dämpfungssprung von 1 db, so daß der vor dem Selektionsmittel 6 angeordnete
Vorverstärker 5, der allein klirren kann, entsprechend stärker ausgesteuert wird.
Arbeitet der Vorverstärker 5 noch linear, so ergibt sich am Anzeigeinstrument 10
eine Mehranzeige, die genau dem vom Dämpfungsglied 4 hervorgerufenen Dämpfungssprung
entspricht. Klirrt der Vorverstärker 5 bereits, so ergibt sich eine hiervon abweichende
Mehranzeige. Die Durchführung der Linearitätskontrolle erfordert vom Bedienenden
also ein zweimaliges Ablesen des Anzeigeinstruments sowie die Entscheidung, ob der
Unterschied zwischen den beiden abgelesenen Werten dem vom Dämpfungsglied hervorgerufenen
Dämpfungssprung entspricht.
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Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet nach dem Überlagerungsprinzip.
Es enthält eine von einem abstimmbaren Trägeroszillator 11 gespeiste Mischstufe
12, die zusammen mit einem breitbandigen Vorverstärker 13 den klirrgefährdeten Eingangsteil
des Pegelmessers bildet. Zwischen Eingangsklemmen 14 und dem Vorverstärker 13 sind
ein in wenigen Grobstufe einstellbarer Vorteiler 15 und ein mit einem besonderen
Einstelimittel 16 überbrückbares erstes Dämpfungsglied 17 eingeschaltet, das einen
definierten kleinen Dämpfungswert aufweist. Hinter der Mischstufe 12 folgen ein
fest abgestimmtes Zwischenfrequenzfilter 18, ein mit demselben Einstellmittel 16
einfügbares zweites Dämpfungsglied 19, das denselben kleinen definierten Dämpfungswert
wie das erste Dämpfungsglied 17 aufweist, ein in eine größere Anzahl von Feinstufen
unterteilter Ubertragerteiler 20 sowie ein Zwischenfrequenzverstärker 21, an den
ein Meßgleichrichter 22 angeschlossen ist, der ein Anzeigeinstrument 23 speist.
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Bei Betätigung des gemeinsamen Einstellmittels 16 führen die beiden
Dämpfungsglieder 17 und 19 entgegengesetzt gleiche Dämpfungssprünge aus, so daß
sie insgesamt sowohl in ihrer Ruhestellung als auch bei ihrer Betätigung einen konstanten
Dämpfungswert aufweisen. Demzufolge beschränkt sich die Tätigkeit des Bedienenden
bei der Linearitätskontrolle auf die Beobachtung, ob das Anzeigeinstrument 23 bei
Betätigung des Einstellmittels 16 dieselbe Anzeige liefert wie ohne Betätigung des
Einstellmittels 16. Eine eigentliche Instrumentenablesung entfällt, da jede Bewegung
eines Zeigers des Instruments bereits Klirren anzeigt.
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Die Zuverlässigkeit der Linearitätskontrolle beim zweiten Ausführungsbeispiel
hängt davon ab, ob die von den Dämpfungsgliedern 17 und 19 bewirkten Dämpfungssprünge
genau gleich sind und ob die Dämpfung des eingangsseitigen ersten Dämpfungsglieds
17 frequenzunabhängig ist, was einen besonderen Aufwand erfordert.
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Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weicht in seinem
Grundaufbau nur wenig von demjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels ab, weswegen
gleichartige Stufen des dritten Ausführungsbeispiels mit den durch Striche ergänzten
Bezugszahlen der entsprechenden Stufen des zweiten Ausführungsbeispiels versehen
sind. Eine auf der Meßfrequenz arbeitende automatische Pegeleichvorrichtung gleicht
unabhängig von der jeweiligen Stellung eines Pegelschalters etwa vorhandene Fehler
aller im Gerät vorhandenen Teiler durch Nachregeln der ZF-Verstärkung auf einen
Sollwert aus, so daß auch Fehler und Frequenzgänge der Dämpfungsglieder der Linearitätskontrolleinrichtung
automatisch korrigert werden.
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Ein Mischer (24), der von einem Trägeroszillator 11' und von einem
auf der Zwischenfrequenz schwingenden Oszillator 25 gespeist ist, erzeugt eine amplitudenkonstante
Eichspannung mit der Frequenz f,, die der durch die jeweilige Frequenz ft des Trägeroszillators
11' bedingten Meßfrequenz f, entspricht.
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Ein Taktgeber 26 bringt periodisch (z. B. im Abstand von einer Sekunde)
für eine kurze Zeit (z. B. für 50 ms) drei Umschalter 27, 28, 29 dreier Relais 27',
28', 29' von einer Meß- bzw. Ruhestellung in eine Eich- bzw. Arbeitsstellung. Der
Umschalter 27 verbindet einen Eingang des nur wenige Grobstufen aufweisenden Eingangsteilers
15' abwechselnd in der
Meßstellung mit der zu messenden Spannung und in der Eichstellung
mit der Eichspannung. Der Umschalter 28 verbindet einen Eingang des ZF-Verstärkers
21' in der Meßstellung mit einem zu Feinstufen eines Obertragerteilers 20' führenden
Ausgang 30 und in seiner Eichstellung mit einem Ausgang 31, an dem Grobstufe des
Übertragerteilers 20' liegen, deren Dämpfungswerte zusammen mit dem jeweils eingestellten
Dämpfungswert des Eingangsteilers 15' einen konstanten Gesamtdämpfungswert ergeben.
Die sich so während des Anlegens der Eichspannung im ZF-Gleichrichter 22' ergebende
Eichausgangsspannung lädt unter Zwischenschaltung eines in Kollektorbasisschaltung
arbeitenden und als Impedanzwandler mit geringem Ausgangswiderstand wirkenden Transistor
32 über den mit dem Ausgang des ZF-Gleichrichters 22' verbundenen Schalter 29 einen
Speicherkondensator 33 auf, der mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers
34 verbunden ist, an dessen anderem Eingang eine hochkonstante Gleichspannungsquelle
35 liegt. Eine Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 34 regelt den regelbaren
ZF-Verstärker 21' durch Steilheitsregelung (Verstärkung proportional dem Kollektorstrom)
genau auf einen Sollwert der Gesamtverstärkung. Der Schalter 29 legt in seiner Meßstellung
die dabei auftretende Meß-Ausgangsspannung des ZF-Gleichrichters22' an einen weiteren
Speicherkondensator36, der auch während der Eichzeit die in der vorangegangenen
Meßzeit ermittelte Anzeige aufrechterhält. In entsprechender Weise sorgt der Speicherkondensator
33 dafür, daß die während der Eichzeit ermittelte Eichausgangsspannung auch während
der darauffolgenden Meßzeit am Differenzverstärker 34 wirksam bleibt.
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Die Linearitätskontrolleinrichtung verwendet eingangsseitig ein Dämpfungsglied
17', das zwischen dem Eingangsteiler 15' und dem breitbandigen Vorverstärker 13'
eingeschaltet ist. Hinter den möglicherweise klirrenden Eingangsteil 12', 13' ist
zwischenfrequenzseitig an Stelle eines zweiten Ausgangsteilers (19 in F i g. 2)
ein Übertragerteiler 20' vorgesehen, dessen Übersetzung mit Hilfe eines Umschalters
37 eines Relais 36' auf zwei verschiedene Werte umschaltbar ist, deren Verhältnis
der durch das Dämpfungsglied 17'einfügbaren Dämpfung entspricht. Der Umschalter
37 wird zusammen mit zwei im Dämpfungsglied 17 angeordneten Umschaltern zweier Relais
17"' und 17"bei Betätigung einer Kontrolltaste 38 vom Taktgeber 26 unter Vermittlung
einer bistabilen Steuerschaltung 39, während aufeinanderfolgender Takte des Taktgebers26
abwechselnd in eine Ruhestellung und eine Arbeitsstellung verbracht.
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Die vom Taktgeber 26 gesteuerte bistabile Schalteinrichtung 39 enthält
zwei Transistoren 40, 41, von denen abwechselnd immer einer leitet und einer gesperrt
ist. Ein basisseitig mit der Kontrolltaste 38 verbundener Transistor 42 ist bei
offenem Ruhekontakt der Kontrolltaste 38 stromführend, so daß vom Taktgeber 26 kommende
Steuerimpulse unwirksam bleiben und der Transistor 40 stromlos ist. Beim Drücken
der Kontrolltaste 38 wird der Transistor 42 stromlos, und der nächste vom Taktgeber
26 kommende Impuls bewirkt das Kippen der Schalteinrichtung 39, wonach der Transistor
40 Strom führt und der Transistor 41 stromlos wird. Mit dessen Kollektor ist die
Basis eines Schalttransistors 43 verbunden, der im stromlosen Zustand des Transistors
41 Strom
führt und dessen Emitterstrom die Relaiswicklungen 17"',
17" und 36' erregt.
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Die Steuerschaltung 39 sorgt also dafür, daß beim Drücken der Kontrolltaste
38 die Umschalter der Linearitätskontrolle erst zu Beginn des nächsten Eichtaktes
der automatischen Pegeleicheinrichtung in ihre Arbeitsstellung und nach dem Loslassen
erst am Ende des nächsten Meßtaktes wieder in ihre Ruhestellung gelangen.
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Weil die Eichspannung der Pegeleicheinrichtung auch das Dämpfungsglied
17'und den primärseitig umgeschalteten Übertragerteiler 20' der Linearitätskontrolleinrichtung
durchläuft, wird ein durch eine etwa vorhandene Ungleichheit der beiden entgegengesetzten
Dämpfungsänderungen hervorgerufener Dämpfungssprung während des Eichtaktes durch
automatisches Verstellen der ZF-Verstärkung exakt ausgeglichen, und die Gesamtverstärkung
bleibt exakt gleich. Andert sich nun im folgenden Meßtakt die Instrumentenanzeige
gegenüber dem vorigen Meßtakt, so zeigt dies eine Ubersteuerung des Pegelmessers
an. Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist, daß der Dämpfungssprung nicht sehr
genau bekannt sein muß und auch frequenzabhängig sein darf, da sein Einfluß auf
die Gesamtverstärkung durch die Eichautomatik bei der jeweiligen Meßfrequenz ausgeglichen
wird. Außerdem gewährleisten die Speicher der automatischen Eichvorrichtung, daß
beim Einschalten der Linearitätskontrolle auch kein kurzzeitiger Schaltstoß am Anzeigeinstrument
23' sichtbar wird.