Устройство для получения видимого изображения кривых

 

Класс 21е, 11 (Q

X 35922

АВТОРСНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА И БРЕТЕНИЕ

ОПИСЯНИЕ устройства для получения видимого изображения кривых.

К авторскому свидетельству И. А. Городинского, заявленному 25 мая

1932 года (спр. о перв. № 109787).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано ЗО апреля 1934 года.

Прадлагае мое устройство относится к приборам для автоматического вычерчивания характеристик катодных ламп либо получения кривой зависимости двух функционально связанных переменных электрических величин. Уже известны типы подобных устройств, в которых ось барабана регистрирующего измерительного прибора, на поверхности коего осуществляется запись, связана с движком потенциометра. Последний используется для изменения величины напряжения, подаваемого на сетку катодной лампы.

Стрелка прибора включенного в анодную цепь той же лампы зачертит при этом на барабане кривую ее характеристики.

Описанные устройства предназначены исключительно для .записи (вычерчивания) кривых, в виду чего они лишены тех преимуществ, которые представляют возможность непосредственного наблюдения кривых в момент их возникновения, что имеет место при наблюдении периодически изменяющихся по времени процессов в обычных осциллографах., Предлагаемое, согласно изобретению, устройство дает возможность непосредственного наблюдения на экране также и характеристических кривых, предста® вляющих зависимость двух электрических величин, например, катодных ламп. Как указывает автор, возможность длительного визуального наблюдения кривых ! (379) дает преимущество по сравнению с записью явлений.

Сущность предлагаемого изобретению заключается в том, что вал развертывающего изображения механизма непосредственно связан с потенциометром, плавно меняющим значение одной из исследуемых функционально связанных электрических величин.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически форму выполнения устройства для наблюдения кривых характеристик катодных ламп; фиг. 2 и 3 — формы полученных кривых; фиг. 4 и 5 — аналогичные устройства, применяемые для наблюдения различных частотных характеристик, например, электрических фильтров; фиг. б — деталь устройства; фиг. 7 и 8 — кривые, полученные при помощи указанного аппарата.

Основной частью прибора является какое-либо развертывающее изображение устройство, например, зеркаль- ный барабан обычного осциллографа

Последний может быть выполнен как в виде многогранника, так и спирали

Йрхимеда или другой из применяющихся. форм.

С осью вращающегося зеркала связаны две контактных щетки 2, 21. Щетки эти скользят по поверхности двух неподвижно закрепленных барабанов 3 и 4, которые в развернутом виде изображены на фиг. 1. Здесь 5 — исследуемая катодная лампа. Напряжение на сетку подается от батареи би потенциометра 7.

Последний укреплен на одном из барабанов 3, который служит для управления напряжением на сетке, второй барабан 4 предназначен для управления шлейфом осциллографа.

На фиг. 2 изображена кривая изменения тока в гальванометре осциллографа в зависимости от перемещения контакта 2 по барабанам 3 и 4. Сноски пунктиром соответствуют местам на коммутаторе, при начальном положении коего контакты 1 находятся по линии пунктира I. Щетка 2 на потенциометре 7 при этом включает отрицательный потенциал на сетку лампы 5, Щетка 2 одновременно замыкает шины 9 — 10 второго барабана 4, включая в цепь анода лампы гальванометр 8.

При перемещении движка 1 по потенцйометру, напряжение на сетке лампы постепенно начинает снижаться до 0 в месте пунктира И, а затем поднимается до точки наибольшего положительного значения (пунктир !И).

Так как движение контакта связано с движением развертывающего зеркала, то гальванометр осциллографа зачертит на экране кривую, изображенную на участке I — И! (фиг. 2). Затем обе щетки 2 и 2 разрывают цепи сетки и цепь гальванометра, ток в цепи его прервется и на экране получится изображение оси нулевой линии на участке Ш и 1Ч; в точке 1Ч щетка 2 замкнет контакты

9 — 12 и включит на. гальванометр некоторое постоянное напряжение, известное по величине и дающее íà б4аграмме выступ И вЂ” V. Таким образом, за время полного оборота щеток вокруг барабанов 3, 4 гальванометр 8 зачертит изображенную на диаграмме (фиг. 2) кривую 1 — Ч, после чего начнется второй оборот щеток и фигура снова повторится и том же порядке и т. д.

Если, например, зеркало имеет шесть граней, то при каждом его обороте световой луч шесть раз пробежит по экрану.

Далее, если соединить вращающийся контакт с зеркалом посредством передачи, имеющей отношение 1: 2, то в этом случае полный цикл 1 — V переключений барабана будет соответствовать трем последовательным пробегам светового луча по одному и тому же экрану.

Первый пробег зачертит участок кривой 1 — Ш, второй — участок: И1 — ИР и третий 11!1 — V.

Эти три изображения наложатся друг на друга и дадут в результате перед глазами наблюдателя периодически повторяемое изображение, согласно фиг. 3, где 0 — О и У вЂ” У. — оси координат, Π— Р— кривая характеристики, а фигура

У, У, Х, О .даст масштаб напряжения, действительное значение кОторого укажет прибор 16 (фиг. 1).

Пользуясь прямоугольником У 7 Х О (фиг. 3), можно получить величину напряжения в любой точке кривой характеристики. Для этого реостатом 13 меняют величину вспомогательного напряжения, линия X Х будет при этом перемещаться параллельно самой себе, например У Х У Х и т. д.

Одновременно прибор 16 будет .ука-зывать действительную величину напряжения.

Кроме непосредственного наблюдения кривых характеристик описанное устройство по указанию автора представляет ряд других преимуществ.

Обычно характерограф (при исследовании, например, катодных ламп) дает кривую зависимости силы тока в анодной цепи 1„от потенциала на сетке Е,. при некотором постоянном анодном напряжении Е и постоянной же силе тока накала, т. е. при E„= const и I, сопМ.

Между тем полная храктеристика катодной лампы определяется. в зависимости от неизвестных переменных величин, к числу которых нужно отнести все величины 1„, Е„, Е,, 1,. В случае необходимости подбора этих величин для получения заданной формы кривой характеристики, приходится обычно снимать значительное число различных кривых.

При пользовании описанным устройством исследование производится почти мгновенно. В приведенной примерной схеме (фиг. 1) предусмотрены измерительwie приборы 17 и 15 и, соответственно, потенциометры 14 и б, один — в цепи накала, а другой — в цепи батареи сетки.

Установив приблизительно величины Е„Е,, I„на экране можно получить изображение кривой характерисгики, соответствующее установленным значениям. Затем поочередно меняют эти величины при помощи соответствующих потенциометров б, 14 и т. д.

При этом изображение кривой будет на глаЖх у наблюдателя, меняться, т. е, выгибаться и перемещаться относительно осей координат. Экспериментатор, манипулируя потенциометрами и не следя за приборами 15, 1б и 17, может подгонять кривую характеристики под необходимую форму. После получения заданной характеристики необходимые величины пара- метров лампы непосредственно отсчитываются по измерительным прибо- рам 15, 16.

Таким образом, работа, требующая при обычных метоцах длительных и кро-. потливых исследований, выполняется в несколько секунд.

При помощи подобного характерографа можно легко производить подбор составных элементов различных электрических -устройств, что заменяет с успехом математические подсчеты во многих слуV чаях, когда последние являются затруднительными.

В качестве варианта предложено также аналогичное устройство для целей испытания и подбора параметров электрических фильтров. Зеркальный барабан 1 (фиг, 4) связан с приспособлением

2, плавно меняющим частоту генератора 3 электрических колебаний, например, помощью конденсатора переменной емкости вариометра и т. и.; 4, 5, б, 7 изображают схематически отдельные элементы фильтра, выполненные в виде перемен. ных конденсаторов и дросселей, 8 — гальванометр осциллографа, включенный помощью потенциометра 9. В этом случае изображение на матовом экране будет иметь вид согласно диаграмме (фиг. 8). При этом участок кривой 18—

19 определит пределы пропускаемых фильтром частот. Так как при каждом пробеге светового луча по экрану периодически повторяется весь цикл частот, то изображение получится как и в описанном выше случае — устойчивым и дающим возможность наблюдения, зарисовки и фотографирования. В дальнейшем меняют величины элементов фильтра 4, 5, б, 7, причем одновременно

/ будет изменяться и диаграмма, характеризующая работу фильтра. Подбор параметров последнего может быть.осуществлен теми же методами, что и в случае испытания катодных ламп, так, например, можно отметить на снабженном масштабными линиями экране желаемые пределы частот, а затем подогнать („втиснуть") в эти пределы характеристику фильтра.

Осуществляется это следующим способом. С осью зеркала (фиг. 4) связан коммутационный барабан 70, состоящий из двух отдельных смежных элементов, каждый из которых может поворачиваться на любой угол,, а затем .закрепляется помощью стойорных винтов на общей оси (фиг. б). В развернутом виде барабан изображен на фиг. 5, одна из половин барабана снабжена сплошным кольцом 11 и сектором 12, а вторая— лишь одной пластинкой 73; пластинки 72 и 13 электрически связаны между собою.

При настройке барабан 1О устанавливается на оси таким образом, чтобы левый край пластинки 12 замыкался щеткой 14, при одном из заданных пределов частоты генератора соответственно с предварительной градуировкой на шкале приспособления 2. Ззтем часть 76 (фиг.б) закрепляется на валу. После этого часть

17 смещается до тех пор, пока правый край пластинки 13 не совпадает со вторым заданным пределом частоты. по=ле чего также закрепляется неподвижно.

При вращении всей системы гальванометр 8, включенный как указано на фиг. 4, зачертит на экране диаграмму, согласно фиг. 7, причем прямые 20 — 21, 22 — 23 будут соответствовать заданным предельным частотам и, следовательно, задача сведется к тому, чтобы вместить кривую 18, 19 диаграммы (фиг. 8) внутрь этого предела. Таким образом, подбор нербходимого фильтра, требующий обычно довольно кропотливых подсчетов и экспериментов, производится почти без затраты времени.

Для удобства отсчетов может быть создана отдельная масштабная сетка частот. Для отметки пределов, . согласно фиг. 7, может быть либо применен один

-общий гальванометр подобно тому, как описано выше при снятии характеристики катодных ламп, либо использован — 4 отдельный -второй -гальванометр, что в . некоторых случаях является более удобным, упрощая схему. Так как для иссле - дования важны лишь внешние контуры верхних амплитуд кривой, то можно обычный гальванометр заменить переуспокоенным и, кроме того, срезать лежащую,ниже нулевой линии часть кривой путем применения включенного последовательно с гальванометром выпрямителя, не обозначенного на приложенном чертеже.

Кроме описанного могут быть предложены и другие способы пользования устройством. Можно, например, одновременно с частотной характеристикой изобразить (одним из известных способов) на экране иасштабную кривую (например, синусоиду известной частоты), после чего определение частот в любом месте характеристики может быть осуществлено по непосредственному сравнению с иасштабной кривой., Другим способом измерения можно осуществить при помощи предварительно нанесенной на экран масштабной сетки.

Применение для регулировки генератора п риспособл ения, например, переменной емкости обычно не дает необходимой в данном случае последовательности изменения частоты. Обычно при одной половине оборота емкость изменяется от нуля до иаксииума, а при второй половине плавно уменьшается до нуля, Поэтоиу. необходимо устранить вторую половину процесса. Для этого предлагается, например,, принять передаточное число между количествами пробегов луча и оборотов регулятора 2, равное двум, а затем помощью:. дополнительного коммутатора, не изображенного на чертеже, гальванометр осциллографа выключается на время второй половины процесса. Таким образом рабочий пробег луча будет чередоваться с холостым, причем первый зачертит характеристику а второй — нулевую линию.

П редм ет и 30 б рет ения. ,1. Устройство для получения видимого изображения кривых, выражающих функциональную зависимость двух электрических величин, в котором одна из этих величин воздействует на подвижную часть социллографа или другого измерительного прибора с маАыи периодом колебаний, отличающееся тем, чта, для получ ения возможности непосредственного наблюдения на экране изображения характерыстики, вал развертывающего это изображение устройства (например, вращающегося многогранного зеркала) непосредственно связан с реостатом или иным регулирующим приспособлением, периодически и плавно изменяющим значение второй из взаимодействующих электрических величин.

2. Форма выполнения устройства по и. 1, предназначенная для снятия характеристик катодных ламп, отличающаяся тем, что, с целью получения устойчивой диаграммы, применен двойной переключатель 22, например барабанного типа, непосредственно связанный с осью развертывающего изображение приспособления, который служит с одной стороны, с помощью контакта 2, для периодического включения переменного напряжения потенциометра 7, на сетку исследуемой лампы, и с другой стороны с помощью контакта 2, также для периодического включения на шлейф осциллографа попеременно анодного тока лампы и тока известной величины, для прочерчивания прямолинейных элементов диаграммы (фиг. 1).

3. Форма выполнения устройства по и. 1, отличающаяся тем, что с целью получения частотных характеристик ра зличных электрических приборов разворачивающее изображение зеркало непосредственно связано с регулируюшим приспособлением, периодически иеняющим частоту колебаний системы, в одну из цепей которой включен шлейф осциллографа.

4. Применение в устройстве по пп. 1 и 3 переключателя, состоящего из двух . отдельных барабанов 76, 17, помещенных на общей оси с регулирующим частату приспособлением, назначением которого является периодическое включение на шлейф постоянного напряжения, с целью получения на экране от резков прямых линий, ограничивающих пределы заданных частот (фиг. б).

5. Форма выполнения устройства по пп. 1, 3 и 4, отличающаяся тем, что для устранения части изображения характеристики при обратном изменении частот применен вспомогательный выключатель, I связанный с осью регулятора частоты и служащий для включения шлейфа осциллографа лишь в течение промежутка времени, соответствующего первой половине цикла. б. Применение устройств по пп. 1, 3, 4 и 5 для подгонки электрических фильтров, с каковой целью шлейф осциллографа включается s цепь фильтра, собранного из регулируемых элементов и пифиг 1

17

Фиг 2 у

Эиг3

/ х х> х о, Фиг Ll фиг J

И /Р фи

/б — чпплплп.

Ленпромпечатьсоюз. Тип. „Печ. Труд . Эак. 5086 — 400

Эксперт К. П. Широков

Редактор Б. Л. Ребиниинейн

;таемого от генератора с периодически изменяемой частотой колебаний, и самая подгонка фильтра на требуемую полосу частот производится путем изменения величин, составляющих фильтр емкостей и самоиндукций при одновременном наблюдении изменения его частотной характеристики на экране, на. котором отмечены границы требуемои полосы частот.