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Um Messgrössen, insbesondere elektrische Grössen, an entfernter Stelle anzuzeigen, verwendet man mit Vorteil Einrichtungen, welche nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeiten. Bei diesen wird die Messgrösse durch ein umlaufendes Messgerät, dessen Drehzahl dem Messwert proportional ist und welches bei seiner Drehung periodisch einen Kontakt schliesst, gemessen. Es wird also der Messwert in elektrische Impulse, deren Häufigkeit in der Zeiteinheit ein Mass für die zu übertragende Grösse ist, umgewandelt. An der Empfangsstelle, wo der Messwert angezeigt werden soll, ist dann eine Einrichtung notwendig, welche einen Zeiger selbsttätig in Abhängigkeit von der Häufigkeit der ankommenden
Impulse so verstellt, dass der Winkelaussehlag des Zeigers eine eindeutige Funktion der Impulsfrequenz ist.
Man benützt derzeit zwei grundsätzlich verschiedene Arten solcher Einrichtungen. Die eine besteht aus einem Umsehaltrelais, welches von den Fernimpulsen betätigt wird und bei jedmaligem Ansprechen einen elektrischen Kondensator von einer örtlichen Gleichstromquelle auf ein stark gedämpftes elektrisches Messgerät umschaltet. Bei jedmaligem Anschluss an die Stromquelle wird der Kondensator mit einer bestimmten Elektrizitätsmenge aufgeladen, so dass der das Messgerät durchfliessende Strom der Impulshäufigkeit proportional ist.
Die zweite bekannte Methode für den Empfang der Impulse benützt ein dem Geber ähnliches umlaufendes Vergleiehsmessgerät und eine Regelvorrichtung, welche die Geschwindigkeit des Vergleichsgerätes so einreguliert, dass die Impulszahl des Gebers und diejenige des Vergleichsgerätes gleich sind. Aus der sich hiebei selbsttätig ergebenden Einstellung der Regelvorrichtung des Vergleichsgerätes kann die Anzeige abgeleitet werden. Beide Arten von Anzeigevorrichtungen weisen beträchtliche Nachteile auf, u. zw. in erster Linie den, dass nicht nur auf der Geberseite, sondern auch auf der Empfängerseite ein Messgerät vorhanden ist, so dass sich die Messfehler der beiden Geräte addieren.
Der wesentliche Nachteil der bekannten Empfangseimiehtungen ist jedoch, dass sie nicht in der Lage sind, die volle Übertragungsgesehwindigkeit, welche mit dem Impulsfrequenzsystem erreicht werden kann, auszunützen. Plötzliche Änderungen des Messwertes und damit auch der Impulsfrequenz werden nämlich durch diese Verfahren, welche auf Integration der Impulse über längere Zeitabschnitte beruhen, nur mit beträchtlichen Verzögerungen erfasst.
Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für Fernmessanlagen, welche nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeitet und diese Nachteile vermeidet. Sie beruht auf einer Zählung der Impulse, welche in einem bestimmten kurzen Zeitintervall eintreffen, mit Hilfe intensitätsunabhängiger elektrischer Sehaltapparate, z. B. durch Relaisketten. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer einfachsten Form zeigt Fig. 1.
In Fig. 1 bedeutet 4 eine Kontaktvorriehtung, welche von einem umlaufenden Messgerät angetrieben wird, wie dies bei Fernmesseinriehtungen, welche nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeiten, üblich ist. In der Empfangsstation ist ein Relais C, dessen Anspreehhäufigkeit eine Funktion der Messgrösse ist, an die Fernleitung angeschlossen. Durch den Umsehaltkontakt des Relais C wird die Schiene c abwechselnd mit den Schienen (t und b verbunden. G stellt eine aus den Relais Gui, G2, G3 usw. bestehende Zählrelaiskette dar. Beim erstmaligen Ansprechen des Relais C wird das Relais GI erregt, das mit seinem obersten Kontakt seine Selbsthaltung einschaltet.
Fällt das Relais C wieder ab, so kommt die Schiene b unter Spannung und es wird über den zweiten Kontakt des Relais Codas Relais O2 erregt, welches in gleicher Weise seine Selbsthaltung einschaltet. Die übrigen Relais der Zählkette werden in gleicher Weise eingeschaltet, indem stets beim Ansprechen des Relais das näehstfolgende ungerade und beim
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Abfallen des Relais a das nächstfolgende gerade Zählrelais erregt wird. Dieses Arbeitsspiel setzt sich so lange fort, bis der örtliche Taktgeber D zum Ansprechen gelangt. Der Taktgeber ist beispielsweise als elektrisch angetriebenes Gewichtspendel ausgeführt, wodurch sich eine sehr grosse Genauigkeit der Zeitintervalle ergibt.
Bei jedesmaliger Kontaktgabe durch das Pendel D wird die Antriebsspule E des Schrittschaltwerkes E, F erregt. Dadurch wird das Sehrittschaltwerk um einen Schritt fortbewegt,
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drehen des Kontaktapparates F wird die Schiene e durch die Kontaktscheibe fa kurzzeitig unterbrochen.
An dieser Schiene sind die Haltewicklungen der Relais Gl, G2 usw. angeschlossen, so dass bei jedesmaligem Ansprechen des Taktgebers D sämtliche Relais der Zählkette G abfallen und die Impulszählung vom neuen beginnt. Gleichzeitig werden bei jeder Drehung des Kontaktapparates F die Schienen e und cl kurzzeitig unter Spannung gesetzt. Dies bewirkt stets die Einschaltung eines Relais der Messrelaiskette H.
War beispielsweise die Zählkette G bei Kontaktgabe durch das Pendel D bis zum Relais G4 gelaufen, so entsteht bei Kontaktgabe durch die Scheibe g ein Stromkreis von + über f"Achse von F,/, Leitung g, unterster Öffnungskontakt von Gú und unterster Schliesskontakt von G4 zur Erregerspule des Relais H4 und von dort zu-. Es wird also stets jenes Relais der Messrelaiskette H erregt, welches dem zuletzt angesprochenen Relais der Zählrelaiskette G zugeordnet ist. Gleichzeitig mit der Einschaltung der Leitung g und der Erregung eines Relais der Kette H wird durch die Kontaktsrheibe h die Halteschiene e, an welcher die Selbsthaltungen sämtlicher Relais H1, H2 usw. angeschlossen sind, unterbrochen.
Sollte also während der vorhergehenden Halbschwingung des Pendels D ein anderes Relais der Kette H
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durch das zugehörige Relais der Kette G eingeschaltet wurde. Es ist daher von der Kette H stets nur ein einziges Relais erregt, u. zw. jenes, welches der Impulszahl, die während der letzten Halbsehwingung des Pendels D fernübertragen wurde, entspricht. Die Relais der Kette H tragen beispielsweise Schau- zeichen an ihren Ankern, welche längs einer Skala so angeordnet sind, dass durch das Sehauzeichen des jeweils erregten Relais ein bestimmter Skalenpunkt markiert wird. Durch diese Anordnung entsteht ein aus Skala und Relais bestehendes Messgerät, welche hinsichtlich der Form seiner Anzeige einem Zungenfrequenzmesser ähnlich ist.
Die Verwendung eines elektrischen Messgerätes mit Drehsystem únd intensitätsabhängiger Anzeige ist infolgedessen überflüssig.
Die Anzeige des Messwertes durch Schauzeichen, welche von Relaisankern bewegt werden, gestattet ferner in einfacher Weise, die vielfach bevorzugte bandförmige Darstellung der Messgrösse anzuwenden.
Werden die einzelnen Glieder des Relaissatzes H so geschaltet, dass jedes Relais von diesen zum Ansprechen kommt, wenn das ihm zugeordnete Relais der Kette G erregt ist, so befindet sich nicht nur stets ein einziges Relais des Relaissatzes H im angezogenen Zustand, sondern auch sämtliche anderen, welche einem kleineren Messwert entsprechen. Man kann dann die an den Relaisankern angebrachten Schauzeichen so ausführen, dass sie im angezogenen Zustande der Relais aneinander anschliessen und einen
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untersten Schliesskontakte an den Leiter g in Parallelschaltung angeschlossen werden.
Es ist jedoch ohne weiteres möglich, als Anzeigeinstrument auch ein normales elektrisches Mess- gerät, z. B. ein Ohmmeter, zu verwenden. In diesem Falle kann, wie in Fig. 1 dargestellt, ein elektrischer Widerstand durch Sehliesskontakte der einzelnen Relais der Kette H an entsprechenden Stellen kurzgeschlossen werden. Der Zeigerausschlag des Ohmmeters K ist dann eine Funktion des jeweils eingeschalteten Wertes des Widerstandes W. Diese Anordnung ist beispielssweise geeignet zur Summierung mehrerer Messgrössen. In diesem Falle werden die Widerstände TV mehrerer gemäss Fig. 1 ausgebildeter Empfansgeinriehtungen parallel geschaltet, so dass durch die Wicklung des Messgerätes K der Summenstrom der einzelnen Widerstände TV fliesst.
Die Zahl der Relais, aus welchen die Zählkette besteht, kann frei gewählt werden, wobei die Messgenauigkeit der Zahl der Zählrelais umgekehrt proportional ist.
Ferner ist es möglich, die Relaiskette G durch ein Schrittschaltwerk zu ersetzen, welches ähnlich demjenigen des Apparates E, F ausgebildet ist. Als Antrieb wird dann zweekmässigerweise ein polarisiertes Relais verwendet und mit zwei Spulen ausgestattet. Beim Ansprechen des Relais C wird dann die eine und beim Abfallen des Relais C die andere Spule des polarisierten Steigwerksantriebes erregt, wobei sieh das Steigwerk jeweils um eine Spanne weiterbewegt. Bei jedesmaliger Kontaktgabe des Pendels D wird dann eine Rückstellvorrichtung betätigt, welche das Schrittschaltwerk in die Ausgangsstellung bringt, so dass die Zählung von vorne beginnt. Das Schrittschaltwerk trägt ferner die Kontakte, welche in Fig. 1 an den Relais der Kette G gezeichnet sind und zur Steuerung der Relais der Kette H dienen.
Die Einrichtung kann noch dadurch verbessert werden, dass eine häufigere Korrektur des Relaissatzes H erfolgt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist das Korrekturintervall für die Anzeige des Messwertes gleich dem Impulsintervall des Pendels D und dieses muss so gross bemessen sein, dass gegebenenfalls, d. h. bei höchster Geschwindigkeit der Kontaktscheibe A sämtliche Relais der Kette G zum Ansprechen kommen. Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei welchem die Korrektur des Messwertes, d. h. die Anspeisung des Relaissatzes H während der Laufzeit der Relaiskette G nicht einmal,
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sondern dreimal erfolgt.
Es sind zu diesem Zwecke drei Zählrelaisketten G1, G2, G3 vorhanden, welche auf einen gemeinsamen Relaissatz H einwirken und von einem gemeinsamen örtlichen Taktgeber am Pendel D rückgestellt werden. Dieses Pendel unterscheidet sich jedoch von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, dass es auf die dreifache Schwingungszahl eingestellt ist. Jede Relaiskette a ist drei Pendelschwingungen lang eingeschaltet und wird erst dann in die Ausgangsstellung gebracht. Die drei Relaisketten G1, G2, und G3 werden hiebei in zyklischer Reihenfolge rüekgestellt und zur Korrektur des Relaissatzes H verwendet, so dass sich bei der in Fig. 2 gezeichneten Ausführung eine dreimal schnellere Richtigstellung der Anzeige ergibt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist folgende :
Das Relais C der Fig. 2 wird ebenso wie das Relais C der Fig. 1 von einer in Fig. 2 nicht dargestellten Kontaktvorrichtung betätigt. Das Pendel D steuert die Antriebsspule E der Kontaktvorriehtung E, F.
Dabei wird F bei jeder Kontaktgabe um 1200 gedreht. In der gezeichneten Stellung entsteht ein Stromkreis von + über die Kontaktscheibe f", über die Welle der Kontaktvorrichtung zur Kontaktscheibe/i und zur Wurzel des untersten Umschaltkontaktes des Relais C ; ebenso von der Kontaktseheibe ;, zum mittleren Umschaltkontakt und von , zum obersten Umschaltkontakt. Ist das Relais C angezogen, so sind mit den Kontaktscheiben f1, f5 und f9 die Schienen a1, a2 und die hier nicht dargestellte Schiene a3
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und bewirken daher, dass die Zählrelaisketten G1, G2, G3 periodisch nacheinander mit einem Zeitintervall von je einer Schwingung des Pendels D die Impulszählung beginnen.
Jede Zählrelaiskette vollendet ihren Zählvorgang in einer Zeit von drei Pendelschwingungen. Bei jedesmaliger Rückstellung einer Zählkette in ihren Ausgangszustand wird sie kurzzeitig mit einem Relais des Relaissatzes H verbunden.
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die jedesmalige Rüekstellung der Zählrelaisketten GI, G2 und Go. Die Kontaktscheiben f4, f5 und f12 dienen zur vorübergehenden Aufhebung der Selbsthaltung für den Relaissatz H. Diese Unterbrechung erfolgt daher nicht bei jeder dritten, sondern bei jedesmaliger Kontaktgabe durch das Pendel D, weil der Zustand des Relaissatzes H bei jedem Pendelschlag eine Richtigstellung erfährt, u. zw. abwechselnd und in periodischer Reihenfolge mittels der Relaisketten GI, G2 und Go.
In Fig. 2 ist ferner eine zusätzliche Einrichtung dargestellt, welche verhindert, dass eine Pendelung der Messwertanzeige eintritt, wenn die Messgrösse einen Betrag besitzt, welchem eine gebrochene Zahl von Impulsen pro Pendelsrhwingung zukommt. Treten beispielsweise 24% Umsehaltungen des Relais C während dreier Schwingungen des Pendels D auf, so würde abwechselnd das Relais H24 und das Relais H25 zur Einschaltung gelangen. Diese Pendelung des Anzeigeorganes ist eine Eigentümlichkeit des Impulsfrequenzverfahrens und muss daher bei allen denkbaren Empfangsanordnungen in gleicher Weise auftreten.
Bei den bekannten Messeinrichtungen, welche ein elektrisches Anzeigeinstrument benützen, wird dieses mit einer grossen Dämpfung ausgestattet, um die Pendelungen zu unterdrücken. Diese Massnahme ist jedoch unwirksam, wenn die Impulshäufigkeit sehr klein wird, so dass auch sehr gedämpfte Instrumente pendeln, wenn die Messgeräte sich dem Nullwert nähert.
Erfindungsgemäss kann die Zeigerpendelung dadurch verhindert werden, dass zwischen dem Messwerk und dem Zeiger ein gabelförmiges Zwischenglied L angeordnet ist. Die Öffnungsweite der Gabel ist so bemessen, dass der Zeiger stehen bleibt, wenn an Stelle eines Relais Hx das benachbarte Relais H@ +/erregt wird, dass hingegen beim Ansprechen eines anderen Relais H eine Mitnahme des Zeigers erfolgt. Diese Massnahme zur Verhinderung der Pendelungen besitzt den Vorteil, dass sie auch bei Messwerten mit ganz kleinen Impulshäufigkeiten ebenso wirksam ist wie in anderen Messbereichen.
Ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung liegt ferner darin, dass sie erlaubt, die Anzeigegeschwindigkeit bei gleicher Messgenauigkeit auf jenes Mass zu steigern, welches dem Impulsfrequenzverfahren von Haus aus eigen ist. Unter Anzeigegeschwindigkeit ist hiebei der reziproke Wert jener Zeit zu verstehen, welche bei einer plötzlichen Änderung des Messwertes notwendig ist, um diese Änderung dem Beobachter zur Kenntnis zu bringen. Im Wesen des Systems liegt es, dass diese Geschwindigkeit dem zugelassenen Messfehler direkt proportional ist. Ein Beispiel möge dies erläutern : Es sei angenommen, dass beim höchsten vorkommenden Messwert 10 Impulse pro Sekunde übertragen werden.
Um nun einen Wert von 99% des höchsten Messwertes gegenüber diesem selbst feststellen zu können, müssen der Empfangseinrichtung mindestens 99 Impulse zugeführt werden. Hiezu ist gemäss der gemachten Annahme eine Zeit von 10 Sekunden erforderlich, nach welcher Zeitspanne der Messwert mit einem möglichen Fehler von 1% bestimmbar ist.
Allfällige Fehler der Empfangseinrichtung sowie deren Zeitverzögerung sind hiebei nicht berücksichtigt, sondern diese Zeit-und Fehlerabgabe bezieht sich ausschliesslich auf das Übertragungssystem und es ist keine wie immer geartete Empfangsvorrichtung denkbar, welche diese Fehler und Zeitverzögerungen herabsetzen könnte. Lässt man einen Fehler von
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bei jedem einlangenden Impuls soweit nähert, als es die bei diesem Impulse theoretisch errechenbare Messgenauigkeit zulässt. Fig. 3 zeigt den Verlauf der Zeigerbewegung bei einer solchen plötzlichen Ände- rung des Messwertes von 0 bis 100% und umgekehrt.
Die theoretisch errechenbare Werte sind durch die beiden vollausgezogenen Kurven veranschaulicht. Die strichlierten Linien der Fig. 3 zeigen demgegenüber die Zeigerbewegungen, welche bei den bekannten Systemen sowie bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 eintreten, wenn die Einrichtung für eine Endgenauigkeit von 2% gebaut ist.
Hieraus geht deutlieh hervor, dass die bekannten Einrichtungen die Vorteile des Impulsfrequenz- systems hinsichtlich Fbertragungsgeschwindigkeit nur sehr unvollkommen ausnützen. Verwendet man jedoch, wie an Hand der Fig. 2 beschrieben, mehrere Impulszähleinrichtungen G, welche auf eine gemein- same Anzeigevorrichtung H abweehselns einwirken, so lässt sieh auf einfache Weise erreichen, dass diese
Anzeigevorrichtung auf plötzliche Änderungen des Messwertes sofort reagiert. Hiezu wird die in Fig. 2 dargestellte Anspeisung der Relais H durch die zugehörigen Relais G so verändert, wie es in Fig. 4 dar- gestellt ist.
In dieser Figur sind sämtliche übrigen Bestandteile der in Fig. 2 gezeichneten Schaltung der
Deutlichkeit halber weggelassen und nur jene Stromkreise gezeichnet, welche zur Anspeisung des Relais- satzes H durch die Relais der Zählkette G1, G2, Ga dienen. Es soll ferner angenommen werden, dass bei der zuletzt erfolgten Kontaktgabe des Pendels D (Fig. 2) die Relaiskette G1 zu laufen begonnen habe. Beim nächstfolgenden Pendelimpuls sei dann gerade das Relais 2 von G1 als letztes Relais erregt worden.
Handelt es sich hiebei um einen für längere Zeit konstanten Messwert, so muss gleichzeitig das Relais 4 der Kette G2 und das Relais 6 der Kette G, erregt sein. Dementsprechend gelangt dann das Relais 6 des Relaissatzes H zur Einschaltung.
Der zugehörige Erregerstromkreis verläuft von + über den Schliess- kontakt des Relais 2 von G1, über die Öffnungskontakte von Relais 5 und 4 von G2, den unteren Schliess- kontakt des Relais 3 von G2, den Öffnungskontakt des Relais 7 und den Schliesskontakt des Relais 6 von Kette 63. In diesem Falle eines konstanten Messwertes geschieht also das gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. 2. Anders hingegen, wenn sich der Messwert plötzlich geändert hat. Es sei beispielsweise der
Messwert plötzlich auf Null zurückgegangen, u. zw. in dem Momente, in welchem die Kette G1 zu laufen begonnen hat.
Bei der nächstfolgenden Kontaktgabe des Pendels D sind daher die Zählketten um zwei
Glieder weniger weit gelaufen, als wenn der Messwert konstant geblieben wäre, u. zw. gelangte die
Kette G1 nicht zum Ansprechen, die Kette G2 bis zum Relais 2 (statt 4) und die Kette Cz, bis zum Relais 4 (statt 6). Das Relais 4 der Kette ssg kann dann im Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten Schaltung das zugehörige Relais Be nicht anspeisen, da der entsprechende Stromkreis über einen gerade geöffneten
Schliesskontakt des Relais 1 von G1 geführt ist. Es kommt vielmehr ein Stromkreis zur Wirkung, welcher von + über die beiden unteren Kontakte der Relais 1 und 2 von G1 und den oberen Kontakt des Relais 1 von G2, sowie den obersten Kontakt von Relais. 3 der Kette 63 zu Relais Ha führt.
Es wird also an Stelle des Relais HG das Relais Ha ansprechen. Die Anzeige geht also bereits nach Ausbleiben von zwei Im- pulsen von He auf JTg, d. h. auf die Hälfte zurück. Die in Fig. 4 gezeichnete Schaltung ist selbstverständ- lich dreimal vorhanden, da ja der Relaissatz 1I abwechselnd von einer der drei Zählketten angespeist wird. Bezeichnet man mit Cg immer diejenige Zählkette, welche beim Einsetzen eines Pendelimpulses gerade rückgestellt wird, so findet die nächste Kontaktgabe des Pendels folgenden Zustand vor : Kette G1 und Cz. hat nicht angesprochen, Kette Go, welche beim vorhergehenden Impuls als Kette Ga fungiert hatte, hat nach wie vor das Relais 4 als letzterregtes.
Bei einer Schaltung gemäss Fig. 2 würde also noch- mals das Relais H4 zur Wirkung gelangen. Entsprechend Fig. 4 ist dieser Stromkreis jedoch durch das
Relais 2 der Kette Go unterbrochen und es entsteht ein Stromkreis von + über die unteren Kontakte der Relais 2 und 1 von G1 und den unteren Kontakt des Relais 1 von G2, über den oberen Kontakt des Relais 1 von Gs zum Relais Hi. Es wird also statt Hi das Relais 1I1 eingeschaltet. Bei der nächst- folgenden Impulsgabe ist auch die Kette G, vollständig entregt, so dass keines der Relais H zum An- sprechen kommt und damit der Messwert Null angezeigt ist. In den drei aufeinanderfolgenden Pendel- intervallen ist daher der Messwert von 6 über 3 und 1 auf Null zurückgegangen.
Man erkennt aus diesem
Zahlenbeispiel deutlich den asymptotische Charakter für das Einspielen der Messwertanzeige, welche
Eigenschaft den bekannten Empfangseinrichtungen, welche ebenfalls nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeiten, vollständig mangelt.
In den vorangeführten Figuren und Beispielen wurde nur der Einfachheit halber eine Anordnung mit bloss drei Zählketten beschrieben. Selbstverständlich lässt sieh auch eine grössere Anzahl von Zählvorrichtungen verwenden, wodurch die Einstellgesehwindigkeit der Anzeige bis an die Grenze des theoretischen Höchstwertes gesteigert werden kann.
Gelangen an ein und derselben Empfangsstelle mehrere Fernmesseinrichtungen zur Aufstellung, so ist es ferner möglich, für sämtliche Empfangseinriehtungen einen gemeinsamen Taktgeber zu ver-
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wenden. Dieser wird vorteilhafterweise als Gewichtspendel ausgebildet und stellt daher eine elektrische
Kontaktuhr dar, welche auch noch zu anderen Zwecken, z. B. zur Betätigung elektrischer Nebenuhren, für den Papiervorschub von Registrierinstrumenten usw. verwendet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Empfangseinrichtung für nach dem Impulsfrequenzverfahren arbeitende Fernmesseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein von den Geberimpulsen schrittweise fortbewegtes Zählwerk, ein mit konstanter Geschwindigkeit arbeitender örtlicher Taktgeber und eine Anzeigevorrichtung miteinander so verbunden sind, dass die Anzeigevorrichtung in jene Stellung gebracht wird, welche der Stellung des Zählwerkes zur Zeit des Taktgeberimpulses entspricht und dortselbst bis zur nächsten Korrektur des Messwertes festgehalten wird.