DE827083C

DE827083C - Arrangement for attenuation equalization and gain control

Info

Publication number: DE827083C
Application number: DEM2635A
Authority: DE
Inventors: Theodor Grewe; Dr Gerhard Haessler; Rudolf Hengel; Dr Karl Steinbuch
Original assignee: Mix und Genest AG
Current assignee: Mix und Genest AG
Priority date: 1950-04-02
Filing date: 1950-04-02
Publication date: 1952-01-07

Description

Anordnung zur Dämpfungsentzerrung und Verstärkungsregelung Der Verstärkungsgrad von Leitungsverstärkern in einem Übertragungssystem, insbesondere in Freileitungssystemen; muß bekanntlich auf Grund der durch äußere Einflüsse, wie z. B. Witterungseinflüsse, bedingten Änderungen der Leitungsdämpfung geregelt werden. Es ist zu diesem Zwecke bekannt, über die Leitung eine besondere Regelspannung, den sogenannten Pilotton, zu übertragen und die Änderungen dieser Spannung am ankommenden Leitungsende zur Beeinflussung eines Dämpfungsnetzwerkes auszunutzen. Es sind jedoch auch Anordnungen bekannt, die für diese Regelung mehrere Pilotfrequenzen oder die übertragenen Nutzspannungen selbst verwenden. Die Regelglieder, dargestellt durch Potentiometer, Drehkondensatoren u. dgl., wurden bisher stets durch Relais, Schrittschaltwerke, Motoren und ähnliche Verstelleinrichtungen gesteuert. Es sind ferner bekannt, für die Regelung direkt oder indirekt geheizte temperaturabhängige Widerstände zu verwenden. Schtießlich ist vorgeschlagen worden, regelbare Impedanzröhrenschaltungen für den genannten Zweck vorzusehen.Arrangement for attenuation equalization and gain control The gain of line amplifiers in a transmission system, especially in overhead line systems; must, as is well known, due to external influences such. B. Weather conditions, conditional changes in the line attenuation can be regulated. It is for that purpose known to have a special control voltage via the line, the so-called pilot tone, and the changes in this voltage at the incoming line end To exploit the influence of a damping network. However, there are also arrangements known, the several pilot frequencies or the transmitted useful voltages for this scheme use it yourself. The control elements, represented by potentiometers, variable capacitors and the like, have so far always been through relays, stepping mechanisms, motors and the like Adjusting devices controlled. There are also known for the regulation directly or to use indirectly heated temperature-dependent resistors. Finally it has been proposed to provide adjustable impedance tube circuits for the said Purpose to be provided.

Da bei Impulsübertragungen Verzerrungen durch zu rasch verlaufende Regelvorgänge vermieden werden müssen, ist es erwünscht, daß .dier Regelvorgang ebenfalls entsprechend langsam vor sich geht, und es werden Regelgeschwindigkeiten gefordert, die möglichst keine schnelleren Pegeländerungen als etwa 5 TnN/sec, aufweisen. Eine weitere Forderung, die an solche selbsttätig arbeitende Pegelregeleinrichtungen gestellt wird, besteht darin, daß bei Ausfall der Pilotfrequenzen die Regeleinrichtung auf dem zuletzt eingeregelten Wert stehenbleibt.Because with impulse transmissions distortions due to too fast running Control processes must be avoided, it is desirable that .dier control process is also correspondingly slow, and there are control speeds required, which, if possible, have no level changes faster than about 5 TnN / sec. Another requirement that such automatically operating level control devices have to meet is set, consists in the fact that the control device in the event of failure of the pilot frequencies remains at the last adjusted value.

Diese beiden Forderungen .können bei der Mehrzahl der bekannten bzw. vorgeschlagenen Anordnungen nicht oder nur unter großem Aufwand erfüllt werden. Insbesondere ist bei den üblichen Lösungen mit Pilotfrequenzverstärker, Gleichrichter, Relais, Motoren, Getrieben, veränderbaren Kondensatoren u. dgl. das Verhältnis zwischen Aufwand und erreichbarer Leistung nicht als besonders giinstig anzusprechen.These two requirements can be used in the majority of known resp. proposed arrangements not or only with great effort Fulfills will. In particular, with the usual solutions with a pilot frequency amplifier, Rectifiers, relays, motors, gears, variable capacitors and the like Relationship between effort and achievable performance is not particularly favorable to address.

Ausgehend von .der Tatsache, daß rein elektrische Vorgänge nur schwer so gestaltet werden können, daß sie dem geforderten langsam kriechenden Ablauf entsprechen, wird durch die Erfindung ein anderer Weg zur Lösung der gegebenen Probleme beschritten. Dieser besteht erfindungsgemäß darin, daß für die Regelung Regelglieder verwendet werden, bei denen durch Niveauverschiebung einer Flüssigkeit eine kontinuierliche Veränderung einer elektrischen Größe bewirkt wird. Diese Niveauverschiebung der Flüssigkeit wird dabei zweckmäßig durch die Volumenänderung einer abgeschlossenen, elektrisch beheizten Gasmenge bewirkt. Es wird also die bekannte physikalische Erscheinung der Ausdehnung einer Flüssigkeit bzw. eines Gases unter Wärmeeinfluß für die Änderung einer elektrischen Größe; wie z. 1i. eines Widerstandes, einer Kapazität oder Induktivität ausgenutzt, da man hierbei die Ablaufgeschwindigkeit des Vorgangs weitgehend in der Hand hat und vor allem sehr langsam vor sich gehende Änderungen realisieren kann. Die Änderung einer elektrischen Größe durch Erwärmung findet zwar bereits bei den obenerwähnten Heißleitern und Thermistoren Anwendung, jedoch kann hei diesen die genannte Forderung einer Änderungsgeschwindigkeit von höchstens 5 mN/sec quantitativ kaum erfüllt werden, während die zweite Forderung auf Aufrechterhaltung des zuletzt eingenommenen Einstellwertes bei Ausfall der Regelspannung auf Grund der Eigenart derartiger Regler überhaupt nicht realisierbar ist. Dagegen ermöglicht die Erfindung in sehr einfacher Weise dieser Forderung zu entsprechen, indem man den zwischen dem Regelglied und dem zu dessen Steuerung vorgesehenen Ausdehnungsgefäß bestehenden Strömungsweg absperrt. Auch der ersten Forderung nach einem verhältnismäßig langsamen Ablauf des Regelvorganges kann durch entsprechende Bemessung der kalorischen Werte des Ausdehnungsgefäßes, des Heizers und der Wärmeisolation der Anordnung in weiten Grenzen entsprochen werden.Based on the fact that purely electrical processes are difficult can be designed in such a way that they correspond to the required slowly creeping process, another way of solving the given problems is taken by the invention. According to the invention, this consists in that control elements are used for the regulation be, in which by shifting the level of a liquid a continuous Change in an electrical quantity is effected. This level shift of the Liquid is expediently determined by the change in volume of a closed, electrically heated amount of gas causes. So it becomes the familiar physical appearance the expansion of a liquid or a gas under the influence of heat for the change an electrical quantity; such as 1i. a resistance, a capacitance or an inductance exploited, since the speed of the process is largely in and, above all, implement changes that are taking place very slowly can. The change in an electrical quantity due to heating is already taking place in the case of the above-mentioned thermistors and thermistors, but can be used with these the mentioned requirement of a rate of change of at most 5 mN / sec quantitatively can hardly be met, while the second requirement to maintain the last assumed setting value in the event of failure of the control voltage due to the nature such a controller cannot be implemented at all. In contrast, the invention enables to meet this requirement in a very simple way by adding the between the control element and the expansion tank provided for its control Shuts off the flow path. Even the first call for a relatively slow one The control process can be carried out by appropriate measurement of the caloric values the expansion tank, the heater and the thermal insulation of the arrangement in wide Limits are met.

Bekanntlich müssen zur Ertielung der gewütischteii Dämpfungskurven, insbesondere der sogenannten Fächerkurven je nach dem elektrischen Aufbau der Entzerrungsnetzwerke Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten einzeln oder in Kombination verändert werden. Für alle diese Fälle lassen sich sehr einfache Konstruktionsformen für Regelglieder realisieren, die gemäß dem in der Erfindung verankerten Prinzip arbeiten. Einige Ausführungsbeispiele hierfür sollen im folgenden näher beschrieben werden. Diese Beispiele zeigen nur in schematischer Form einige Aufbaumöglichkeiten, die sich praktisch in mannigfaltiger Weise variieren lassen. Zwei Beispiele für einen veränderbaren Widerstand sind in der Fig. ia und il) dargestellt. In Fig. ia ist mit i eine Glasröhre bezeichnet, in deren Längsachse ein handelsüblicher Schichtwiderstand 2 eingespannt ist, dessen einer Anschluß a oben aus dem Glasröhrchen herausgeführt ist. Dieser Schichtwiderstand wird von einer leitenden Flüssigkeit, z. B. einer Quecksilbersäule 3 umgeben, die durch den Zuflußstutzen 5 zugeführt wird. An dem Stutzen ist eine metallische Belegung 4 vorgesehen, die als Gegenelektrode b dient. Die Anordnung stellt also, wie das elektrische Ersatzschaltbild zeigt, einen einfachen, kontinuierlich veränderbaren Widerstand dar.As is well known, in order to establish the usual damping curves, in particular the so-called fan curves depending on the electrical structure of the equalization networks Resistances, capacitances and inductances changed individually or in combination will. For all these cases, very simple forms of construction can be used for regulating elements realize that work according to the principle anchored in the invention. Some Embodiments for this are to be described in more detail below. These Examples show only in schematic form some construction options that can be used can practically vary in manifold ways. Two examples of a changeable one Resistance are shown in Fig. Ia and il). In Fig. Ia, i is a glass tube denotes, in the longitudinal axis of which a commercially available sheet resistor 2 is clamped is, whose one connection a is led out of the top of the glass tube. This Sheet resistance is provided by a conductive liquid, e.g. B. a column of mercury 3, which is supplied through the inflow connection 5. There is one on the nozzle metallic coating 4 is provided, which serves as a counter electrode b. The order thus represents, as the electrical equivalent circuit diagram shows, a simple, continuous changeable resistance.

Fig. ib zeigt eine _@usführungsmöglichkeit für einen Ohmschen Spannungsteiler. Hier ist der Schichtwiderstand 2 als Belag auf der Innenwand des Glasröhrchens i ausgebildet. Als variabler Abgriff dient ein Quecksilbertropfen 3, der unter dem Einfluß eines unter Druck stehenden Gases 6 im Innern des Röhrchens auf- und absteigt. Das obere und untere Ende des Schichtwiderstandes ist auf irgendeine bekannte Weise mit den Anschlüssen a und b verbunden. Als Gegenelektrode dient beispielsweise ein in der Mittelachse des Röhrchens ausgespannter Dralit 4, auf dem der Quecksilbertropfen gewissermaßen aufgefädelt ist. Dieser Draht ist unten oder oben aus dein Röhrchen herausgeführt und bildet den Anschluß c. Das Gas steht über den Anschlußstutzen 5 mit dem Ausdehnungsgefäß in Verbindung.Fig. Ib shows an implementation option for an ohmic voltage divider. Here the sheet resistor 2 is as a coating on the inner wall of the glass tube i educated. A drop of mercury 3, located under the Influence of a pressurized gas 6 rises and falls inside the tube. The top and bottom of the sheet resistor are in any known manner connected to terminals a and b. A counter electrode is used, for example Dralit 4 stretched out in the center axis of the tube, on which the mercury drop is, as it were, threaded. This wire is at the bottom or top of your tube led out and forms the connection c. The gas is above the connection piece 5 in connection with the expansion tank.

In Fig.2 ist schematisch ein gemäß der Erfindung veränderbarer Kondensator dargestellt. In einem Gehäuse i, z. B. einem Becher, ist als die eine Kondensatorbelegung eine Platte oder ein Blechstreifen 2 mit isolierter Oberfläche angeordnet, wobei als Isolation beispielsweise ein Styroflexüberzug dienen kann. Die Gegenelektrode wird durch eine die Platte umgebende leitende Flüssigkeit 3 (vorzugsweise Ilg) gebildet, deren Pegel sich unter dem Einfluß des Ausdehnungsgefäßes kontinuierlich ändert. Der elektrische Anschluß dieser Gegenelektrode erfolgt durch einen in die Flüssigkeit eintauchenden Draht 4 o. dgl. In der praktischen Ausgestaltung eines solchen Kondensators wird man zweckmäßig einen etwas anderen Aufbau wählen, z. B. einen solchen, wie ihn Fig. 2a zeigt. Hier wird das Gehäuse wieder durch ein Röhrchen aus Glas oder einem anderen geeigneten Material gebildet, in welchem die eine Kondensatorbelegung als spiralig geformtes isoliertes Blech eingesetzt ist, das von der leitenden Flüssigkeit mit veränderbarem Pegel umgeben ist. Der Kondensator läßt sich auch ohne weiteres so ausbilden, daß er elektrisch als kapazitiver Spannungsteiler dienen kann.A variable capacitor according to the invention is schematically shown in FIG shown. In a housing i, e.g. B. a cup, is used as a capacitor a plate or a sheet metal strip 2 arranged with an insulated surface, wherein a Styroflex cover, for example, can serve as insulation. The counter electrode is formed by a conductive liquid 3 (preferably Ilg) surrounding the plate, the level of which changes continuously under the influence of the expansion vessel. The electrical connection of this counterelectrode is made through an in the liquid immersing wire 4 or the like. In the practical configuration of such a capacitor it will be appropriate to choose a slightly different structure, z. B. such as Fig. 2a shows it. Here the case is again through a tube made of glass or formed another suitable material, in which the one capacitor occupancy is used as a spiral-shaped insulated sheet, which is from the conductive liquid is surrounded with a variable level. The capacitor can also be used without further ado train so that it can serve electrically as a capacitive voltage divider.

An Stelle der Verwendung einer leitenden Flüssigkeit als Gegenelektrode kann man auch einen Kondensator mit zwei festen Elektroden verwenden. Die Kapazität dieses Kondensators wird dann durch Anwendung einer nichtleitenden Flüssigkeit hoher Dielektrizitätskonstante geregelt.Instead of using a conductive liquid as a counter electrode you can also use a capacitor with two fixed electrodes. The capacity this capacitor is then made higher by the use of a non-conductive liquid Dielectric constant regulated.

Einige Ausführungsformen für die kontinuierliche Veränderung einer Induktivität gemäß der Erfindung zeigen Fig. 3 a und b. Hiet' ist auf einem Glasröhrchen i o. dgl. eine Spule 2 angeordnet, deren Induktivität durch Einschieben eines HF-Eisenkernes 3 oder eines leitenden festen Körpers, z. B. eines Kupferkernes, verändert wird. Dieser Metallkern wird von einer @Quecksilbersäule 4 getragen, deren Pegel sich kontinuierlich in der bereits beschriebenen Weise ändert. Eine Induktivitätsänderung läßt sich auch dadurch erzielen, daß die Quecksilbersäule selbst in das _Spuleninnere eintritt, so daß kein besonderer Kern erforderlich ist. Schließlich ist, wie dies Fig. 3 b zeigt, auch eine Kombination der vorstehend genannten Möglichkeiten durchführbar. Hierbei befinden sich Metallkern 3 und die ihn tragende Quecksilbersäule 4 in einer solchen Lage zur Spule, daß bei einer Änderung des Quecksilberspiegels sich der Anteil des im Spuleninnern gleichzeitig vorhandenen Quecksilbers und Metallkerns ändert.Some embodiments for continuously changing a Inductance according to the 3 a and b show the invention. Hiet 'is A coil 2 is arranged on a glass tube or the like, its inductance through Insertion of an HF iron core 3 or a conductive solid body, e.g. B. one Copper core, is changed. This metal core is made up of a column of mercury 4 carried, the level of which changes continuously in the manner already described. A change in inductance can also be achieved by removing the mercury column even enters the inside of the coil, so that no special core is required. Finally, as shown in FIG. 3 b, there is also a combination of the above Possibilities feasible. Here are the metal core 3 and the one supporting it Mercury column 4 in such a position to the coil that when the mercury level changes the proportion of mercury and metal core that are simultaneously present inside the coil changes.

Bei allen drei Schaltelementen kann also in sehr einfacher Weise eine kontinuierliche Regelung durch Verschieben einer Flüssigkeitssäule erfolgen. Ebenso einfach ist jedoch auch die Beeinflussung der Regelglieder selbst zu gestalten. Es ist bereits e rwi iihnt worden, #daß die Regelung in Abhängigkeit von der über die Leitung übertragenen Pilotfrequenz erfolgen soll. Die Wechselstromleistung dieses Pilottones kann unmittelbar zum Heizen eines Ausdehnungsgefäßes, z. B. eines Luftthermometers, verwendet werden. Führt man den Heizdraht, z. 13. in Gestalt einer Drahtwendel, in das Luftthermometer ein, so reagiert diese Anordnung sofort auf Änderungen in der Heizleistung, jedoch ist der Verlauf des hierdurch ausgelösten Regelvorgangs entsprechend der geringen zugeführten Heizleistung sehr langsam. Sieht man ferner,in dem Verbindungsweg zwischen dem Ausdehnungsgefäß und dem Regelglied ein Ventil vor, das z. B. elektromagnetisch in Abhängigkeit vom Vorhandensein des Pilottones betätigt wird, so kann man erreichen, daß bei Ausfall der Pilotfrequenz die zuletzt bestehende Einstellung aufrechterhalten bleibt.In all three switching elements can therefore in a very simple manner continuous regulation is carried out by moving a column of liquid. as well however, it is also easy to influence the control elements yourself. It has already been pointed out that the scheme depends on the over the line transmitted pilot frequency should take place. The AC power of this Pilot tones can be used directly to heat an expansion tank, e.g. B. an air thermometer, be used. If you lead the heating wire, z. 13. in the form of a wire helix, into the air thermometer, this arrangement reacts immediately to changes in the heating power, however, is the course of the control process triggered by this very slowly in accordance with the low heating power supplied. If one also sees in a valve in front of the connection path between the expansion tank and the control element, the Z. B. actuated electromagnetically depending on the presence of the pilot tone one can achieve that in the event of failure of the pilot frequency the last existing Attitude is maintained.

Um die Heizleistung nicht dem Pilotempfänger entnehmen zu müssen, kann für den Heizer eine örtliche Stromquelle vorgesehen werden, wobei der Heizstromkreis durch ein von der Pilotfrequenz gesteuertes Relais geschaltet wird. Zweckmäßig wird man dann eine Anordnung verwenden, wie sie in Fig.4 schematisch dargestellt ist, die eine Regelung im positiven oder negativen Sinne dadurch ermöglicht, daß man zwei Ausdehnungsgefäße I und 1I anordnet, deren Heizelemente durch ein vom Piloternpfänger gesteuertes Relais ER mit Mittelstellung je nach dem Regelsinn abwechselnd ein-oder ausgeschaltet werden.In order not to have to take the heating power from the pilot receiver, a local power source can be provided for the heater, the heating circuit is switched by a relay controlled by the pilot frequency. Will be expedient you then use an arrangement as shown schematically in Fig. 4, which enables a regulation in the positive or negative sense by the fact that one two expansion vessels I and 1I arranged, their heating elements by one from the pilot receiver Controlled relay ER with middle position alternately on or off depending on the control direction turned off.

Beide Ausdehnungsgefäße sind durch einen Strömungsweg verbunden, der durch ein in einem gemeinsamen Zweig der Heizstromkreise liegendes Relais M bei Einschalten eines Heizstromkreises geöffnet wird. Hierdurch wird auch die Forderung nach Aufrechterhaltung der zuletzt bestehenden Einstellung der Regelglieder bei Abschluß eines Regelvorgangs oder auch bei Pilottonausfall erfüllt, denn sobald der Heizstromkreis geöffnet wird, fällt Relais M ab und sperrt den Strömungsweg ab. Diese Absperrung wird ebenso wirksam im Falle des Ausbleibens der Pilotfreqqenz, wenn über den Pilotempfänger ein Relais A gesteuert wird, das bei Pegelausfall. mit seinem Kontakt a den StroTnkreis des Ventilrelais M auftrennt. Der Vorteil der indirekten Heizung der Ausdehnungsgefäße über ein vom Pegel gesteuertes Relais liegt darin begründet, daß der Pilotleistungsbedarf um etwa zwei Größenanordnungen niedriger ist und daß auch bei kleinen Abweichungen stets die gleiche maximale, jedoch relativ langsame Regelgeschwinidigkeit besteht.Both expansion vessels are connected by a flow path, the by a relay M located in a common branch of the heating circuits Switching on a heating circuit is opened. This also increases the demand after maintaining the last existing setting of the control elements Completion of a control process or if the pilot tone fails, because as soon as the heating circuit is opened, relay M drops out and blocks the flow path away. This shut-off is also effective in the event that the pilot frequency is not available, if a relay A is controlled via the pilot receiver, that in the event of a level failure. with its contact a separates the current circuit of the valve relay M. The advantage of indirect heating of the expansion vessels via a level-controlled relay based on the fact that the pilot power requirement is about two orders of magnitude lower is and that even with small deviations always the same maximum, but relatively there is a slow control speed.

Zur Erzielung genügend langsamer Regelvorgänge und zur Verringerung des Bedarfs an Regelenergie muß die Anordnung mit einer guten Wärmeisolation versehen sein. Um sie von Schwankungen des äußeren Luftdruckes Bund von äußeren Temperatureinflüssen unabhängig zu .machen, ist außerdem zweckmäßiger-weise ein luftdichter Aufbau anzuwenden.To achieve sufficiently slow control processes and to reduce the need for control energy, the arrangement must provide good thermal insulation be. To protect them from fluctuations in the external air pressure and external temperature influences To do this independently, an airtight construction is also advisable.

Claims

CLAIMS: i. Arrangement for automatic attenuation equalization and gain control in transmission systems, especially in carrier frequency operated overhead line systems, characterized by control elements, in which by Shift in level of a liquid is a continuous change in an electrical one Greatness is effected.

2. Arrangement according to claim 2, characterized in that .that as The control element is a capacitor whose capacity is shifted by level liquid electricity of high dielectric constant is changed.

3. Arrangement according to claim i, characterized in that a capacitor is used as the control element insulated electrodes are used, whose capacity by shifting a conductive level Fluid is changed.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the conductive liquid itself serves as a counter electrode.

5. Arrangement according to Claim i, 3 and 4, characterized in that the capacitor is a capacitive Voltage divider is formed.

6. Arrangement according to claim i, characterized in that that a coil is used as a control element, the inductance of which by one in the level distribution a fluid moving metal core is changed.

7. Arrangement according to claim i, characterized in that a coil is used as a control element, the inductance of which is changed by the change in level of a conductive liquid serving as a core. B. Arrangement according to claim i, characterized in that a resistor, preferably a sheet resistor, is used as the control element, the resistance value of which is changed by shifting the level of a liquid. 9. Arrangement according to claim i, characterized in that a continuous control of an ohmic resistance is effected in that a drop of mercury is moved along as a variable tap in a narrow, cylindrical tube, on the inner wall of which a sheet resistor is applied. ok Arrangement according to Claims 1 to 9, characterized in that the displacement of a liquid required for regulation is brought about by the change in volume of a sealed, electrically heated amount of gas. i i. Arrangement according to Claims i to 9, characterized in that the displacement of a liquid required for regulation is effected by changing the volume of several sealed, electrically heated gas quantities which are actuated in any combination by the voltages of different pilot tones or equivalent voltages. 1a. Arrangement according to claim io or ii, characterized in that the heating is controlled by a direct or alternating current proportional to the intensity of a pilot frequency transmitted via the line to be regulated. 13. Arrangement according to claim io or ii, characterized in that a Local heating circuit is used, which is switched by a relay controlled by a pilot frequency transmitted via the line to be regulated. 14. The arrangement according to claim 13, characterized in that for a regulation in the positive or negative sense, the control of the heating circuits is effected by a relay with a central position which, depending on the meaning of the level deviation, switches on the heater of one or the other of two expansion vessels simultaneous release of the flow path for the duration of the control process. 1s. Arrangement according to Claims 1 to 13, characterized in that the flow path between the expansion vessel and the regulating element is interrupted by an electromagnetically operated valve in the event of failure of the pilot frequency. 16. The arrangement according to claim 14, characterized in that the actuating winding of the valve used for opening and closing the flow path is switched on in the common branch of both heating circuits. 17. The arrangement according to claim i, 1o to 13, characterized in that the timing of the control is determined by appropriate measurement of the caloric values of the expansion tank of the heater and the thermal insulation.