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Einrichtung zur riielwirkungsfreien Steuerung von Bewegungen mit beliebiger Kraft und GriMte durch kleine Bewegungen geringer Dichtkraft.
Es ist bekannt, elektrische Ströme zu steuern bzw. auszulösen durch Bewegungen mechanischer Organe, indem mit den Organen eine Blende verbunden ist, von welcher ein oder mehrere eine Bolometeranordnung beeinflussende Luftströme gesteuert werden. Die Blende bewegt sich senkrecht zur Richtung der Luftströme, u. zw. zwischen den die Luftströme formenden Düsen und der Bolometeranordnung, so dass die Luftströme von ihr je nach der Stellung teilweise oder ganz abgeblendet werden.
Gegenstand'der Erfindung ist eine Einrichtung zur Umsetzung sehr kleiner Bewegungen oder in solche umzuwandelnder anderer physikalischer Grössen in Bewegungen beliebiger Grösse, die zu ihrer Ausführung einer beliebigen Kraft bedürfen. Zu diesem Zweck wird von der oben erläuterten bekannten Anordnung Gebrauch gemacht, indem von der Bolometeranordnung Mittel beeinflusst werden, welche die grossen Bewegungen beliebiger Richtkraft steuern und gleichzeitig eine Rückführungseinrichtung betätigen, von welcher die Ausgangsrelativlage zwischen der Bolometeranordnung und den Luftströmen einerseits und der Blende anderseits wieder hergestellt wird.
Einige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Fig. 1 ist eine Einrichtung dargestellt, die die kontinuierliche Verstellung eines Schreibstiftes bzw. des beweglichen Teiles eines Grossanzeigeinstrumentes in Abhängigkeit von einer nahezu beliebig kleinen elektrischen Grösse ermöglicht. Mit 1 ist der Anker eines Induktionsmotors, z. B. eine drehbar gelagerte Eupferscheibe. bezeichnet, die durch zwei Magnetsysteme ?, 3 in entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt werden kann. Über eine Seilrolle 4 und einen Seiltrieb 5 kann diese Drehung einem beliebigen einzustellenden Teil, z.
B. dem Schreibstift eines Registrierinstrumentes oder dem Anzeigeglied eines Grossinstrumentes, übermittelt werden. Über einen Schneckentrieb 6 wird gleichzeitig von dem Motor 1 ein Arm 7 geschwenkt, an welchem eine Anordnung zur Erzeugung von.
Luftströmen, z. B. bestehend aus den beiden Düsen 9 und einer Fördervorrichtung ?. und eine Bolometeranordnung 11 gegenüber den Düsen 9 angeordnet ist. Zwischen den Düsen. 9 und der Bolometeranordnung 11 spielt eine Blende 8, die auf dem Zeiger z. B. eines empfindlichen Drehspulmessinstrumentes befestigt ist, dessen Achse koaxial zu der Drehachse des Armes 7 gelagert ist.
Dieser Drehspule werden beispielsweise sehr niedrige Ströme oder Spannungen zugeführt, die kontinuierlich stark vergrössert entweder aufgeschrieben oder zur Anzeige gebracht werden sollen. Ändert sich der der Drehspule zufliessende Strom oder die ihr zufliessende Spannung, dann ändert sich entsprechend auch die Lage der Drehspule innerhalb ihres in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Feldes. Infolgedessen wird einer der aus den Düsen 9 austretenden Luftströme mehr oder minder von der Blende 8 abgedeckt, so dass das Gleichgewicht in der Bolometeranordnung 11 gestört wird.
Diese Gleichgewichtsstörung der Bolometeranordnung wird auf den aus den Teilen 1-.'3 bestehenden motorischen Antrieb zur Einwirkung gebracht entweder durch Verwendung von Zwischenrelais oder dadurch, dass die Erregerspulen der Systeme 2 oder 3 unmittelbar in eine im übrigen aus den Bolometerwiderständen bestehende Differenzbzw. Brückenschaltung geschaltet sind. Die Schaltung ist so ausgeführt, dass der Motor über das Schneckengetriebe 6 den Aim 7 der vorangegangenen Bewegung der Blende 8 nachführt. Die Nachführung ist
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nommen hat. Dabei ist der Arm 7 um einen dem Ausschlag der Fahne 8 entsprechenden Betrag nachgedreht worden.
Gleichzeitig ist aber auch über die Teile 4 und 5 der die Bewegung der Fahne 7 ver-
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wertes nicht den Bereich der Schlitze 8 oder 9 verlassen kann.
Die beschriebene Anordnung stellt nur eine der möglichen Ausführungsformen dar. So können z. B. an Stelle der Bolometer thermische Relais benutzt werden, bei denen beispielsweise dünne beheizte Bänder oberhalb der Düsen angeordnet sind und durch Änderung ihrer Länge Kontakte schliessen. An Stelle des Antriebs durch einen Wirbelstrommotor können auch andere Motore beliebiger Bauart benutzt werden.
Ferner braucht die Rückstellung nicht in der Form vorgenommen zu werden, dass die Düsenbolometeranordnung der Blende nachgeführt wird. Man kann die Düsenbolometeranordnung auch ortsfest anordnen und die Rückstellkraft des die Blende tragenden Messwerkteiles derart ändern, dass die Blende infolge dieser Änderung wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird.
Die Einrichtung kann auch zur Regelung irgendwelcher Grössen, die durch das steuernde Instrument zur Anzeige gebracht werden. dienen, indem durch die Bolometeranordnung Verstellorgane betätigt werden. welche die betreffenden Grössen so lange ändern, bis ein gegebener Wert wieder erreicht ist.
In gleicher Weise kann die Einrichtung als selbsttätiger Kompensator benutzt werden, indem
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das Anzeigeinstrument stets auf Null zurückgeführt. Eine'solche Ausbildung als Kompensator ist auch zweckmässig, wenn das steuernde System und das anzeigende System räumlich voneinander getrennt sein sollen. Das oben beschriebene Grossinstrument würde in diesem Fall zweckmässig einen Spannungskompensator etwa in Form eines Schleifdrahtes besitzen, dessen Abhängigkeit von der Zeigerstellung. die durch die Antriebsorgane eingestellt wird, eine Spannung ändert. Die Antriebsorgane regeln dann diese Spannung selbsttätig so, dass sie stets gleich der anzuzeigenden Spannung ist.
In vielen Fällen kann man'die zuvor beschriebene Anordnung wesentlich vereinfachen dadurch. dass erfindungsgemäss zur Rückführung des die Blende steuernden Organs ein Strom oder eine Spannung dient, welche aus der Widerstandsänderung der dem Luftstrom ausgesetzten Bolometeranordnung abgeleitet ist. Die gewünschte grosse Bewegung mit erhöhter Richtkraft wird dann durch ein die Störung des Gleichgewichtszustandes der Bolometeranordnung messendes Instrument gebildet. Eine solche Ausführungsform ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt. Dabei ist beispielsweise angenommen. dass eine sehr niedrige Spannung Eo angezeigt werden soll, die normalerweise nur mit einem hochempfindlichen Spiegelgalvanometer gemessen werden kann.
Ein solches Spiegelgalvanometer ist so empfindlich. dass es unter einer Reihe besonderer Vorsichtsmassnahmen mit Erfolg angewendet werden kann, und überall dort. wo mit dem Auftreten auch nur der geringsten Erschütterungen gerechnet werden muss, von vornherein von der Benutzung ausgeschlossen ist. während die erfindungsgemässe Anordnung selbst bei stärkeren Erschütterungen noch einwandfrei arbeitet.
Zum Verständnis der Anordnung gemäss Fig. 2 sei vorausgeschickt, dass sieh herausgestellt hat. dass die Rückwirkungen der Luftstrahlen sich praktisch proportional ändern, solange die Blendenkante sieh innerhalb der Luftstrahlen in der Nähe ihrer Grenze bewegt. Man verfügt demnach in der Düsenbolometeranordnung über eine Einrichtung, bei der sehr geringe Zeigerbewegungen proportionale, ver-
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derjenigen der Fig. 1 mit dem Unterschied, dass sie ortsfest angeordnet ist. Die Schlitze werden zur Steigerung der Empfindlichkeit bzw. Verstärkung möglichst schmal ausgeführt und erhalten z. B. in Richtung der Blendenbahn eine Breite von 1/10 MB :. Der in Richtung der Luftstrahlen liegende Abstand zwischen Düse, Blende und Bolometer wird verhältnismässig klein gewählt.
Bei der in Fig 2 dargestellten Schaltung ist mit ill eine Drehspule bezeichnet, von welcher die Blende getragen wird. E2 ist die sehr niedrige vergrössert darzustellende Spannung. Ei ist eine zur Erhitzung der Bolometerwiderstände W1-W4 dienende Hilfsspannungsquelle. Die der Übersichtlichkeit der Schaltung halber in Brückenform dargestellten Widerstände liegen in Wirklichkeit paarweise den schlitzförmigen Blenden gegenüber. 1 ist ein Instrument, welches die Verstimmung der Brückenschaltung anzeigt. R1 ist ein im Stromkreise des Instrumentes I liegender Widerstand. von dem ein abgreifbarer Teil zusammen mit einem Widerstande Ru gleichzeitig parallel zur Spule M liegt. R3 ist ein Vorwider- stand.
Von dem Widerstand-E, wird eine Spannung abgegriffen, die entweder. wie in der Schaltskizze dargestellt, unmittelbar-über die Drehspule des Instrumentes 111 oder über eine auf dieser Drehspule angeordnete besondere Hilfswicklung geführt wird, u. zw. derart, dass sie der Spannung der Stromquelle E : entgegenwirkt.
Das sich einstellende Gleichgewicht der Spule ergibt sich als Gleichgewicht aller auf die Spule M einwirkenden Kräfte. Diese sind : das durch die angelegte Spannung E2 erzeugte Drehmoment, das diesem entgegenwirkende Drehmoment des Aufhängebandes, das von der Gegenspannung aus dem Widerstand J ? i herrührende Drehmoment sowie ein zusätzliches Drehmoment. das sich, wie oben bereits
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e1 wähnt, aus einer Rückwirkung der Luftströme auf den Zeiger ergibt. Da schon ausserordentlich kleine
Bewegungen der Blendenkante grosse Verstimmungen des Brückengleichgewichtes zur Folge haben und demnach an dem Widerstand R, eine erhebliche Gegenspannung erzeugen, ist die verstärkende Wirkung der Anordnung sehr gross.
Die Aussehäge der Blende bleiben selbst bei den Endwerten sehr gering, etwa in der Grössenordnung von 1/100 inti. während das Instrument 1, das ein normales Betriebsmessgerät sein kann, seinen vollen Skalenweg durchmisst und dadurch den 11esswert in ausserordentlich stark vergrössertem Massstabe zur Darstellung bringt. Es hat sich z. B. gezeigt, dass mit einer derartigen Anordnung noch Ausschläge der Blende von nur 1/100000 mm noch mit Sicherheit nachgewiesen werden können. Eine solehe Empfindlichkeit entspricht der Empfindlichkeit eines sehr guten Spiegelgalvanometers mit dem ungewöhnlich langen Lichtzeiger von zirka 50 m.
Ein solches Instrument wäre praktisch wegen der Stossempfindlichkeit kaum noch verwendbar. während bei dem Erfindungsgegenstand die ausserordentlich leichte Blende infolge der Rückwirkung der beiden Luftstrahlen eine hohe Nullpunktsstabilität aufweist und deshalb selbst bei erheblichen Erschütterungen noch eine richtige Anzeige ermöglicht.
Die beschriebene Anordnung kann, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, zur Verstärkung schwacher Gleichströme dienen und löst insofern eine bisher sehr oft gestellte. aber nie einwandfrei gelöste Aufgabe.
Die beschriebene Anordnung ist in ihrer Empfindlichkeit von der Spannung der Hilfsstromquelle j, abhängig. Infolgedessen ist es zweckmässig, bei Verwendung üblicher zur Verfügung stehender Hilfsspannungsquellen eine Spannungskonstanthalteeinrichtung oder-schaltung zu verwenden. Alle andern Einflüsse, die im Instrument selbst entstehen oder von aussen einwirken, z. B. durch allmähliche Aufheizung des Instrumentengehäuses von den erhitzten Bolometerspiralen. durch Änderungen der Aussentemperatur und des Luftdruckes, durch Änderung der Luftzersetzung, des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft, werden durch die in der Fig. 2 angegebene Kompensationsschaltung ausgeglichen, so dass die Genauigkeit der Messung bzw. Verstärkung darunter nicht leidet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur rüekwirkungsfreien Steuerung von Bewegungen mit beliebiger Kraft und Grösse durch kleine Bewegungen geringer Richtkraft unter Verwendung einer Bolometeranordnung. die unter dem Einfluss eines oder mehrerer gerichteter von einer die kleinen Bewegungen geringer Richt-
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anordnung beeinflusste Mittel vorgesehen sind, welche die grossen Bewegungen beliebiger Richtkraft steuern und gleichzeitig eine Rückführungseinrichtung betätigen, von welcher die Ausgangsrelativlage zwischen der Bolometeranordnung und den Luftströmen einerseits und der Blende anderseits wieder hergestellt wird.