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Kompensationsverstärker mit Steuergalvanometer
Die Erfindung betrifft Kompensationsverstärker mit Steuergalvanometer - wie solche vorzugsweise als Empfänger zur Fernmessung mittels Fernzählimpulsen dienen-, bei welchen der Galvanometerspule ein dem Ausgangsstrom des Verstärkers proportionaler Strom sowie ein dessen erster zeitlicher Ableitung proportionaler Strom zugeführt werden.
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scheibe gegeben ist und die im Empfänger ein schrittweise angetriebenes Zählwerk betätigen ; soll nun mittels solcher Fernzählimpulse eine Fernmessung durchgeführt werden, so muss an die Impulsleitung ein Gerät angeschlossen werden, das nicht die Anzahl der Impulse anzeigt, sondern deren Frequenz misst.
Zu diesem Zwecke sind bereits elektromechanische Geräte entwickelt worden, welche die Anzahl der während gleicher Messperioden eingetroffenen Impulse zählen und jeweils am Ende einer Periode einen Schleppzeiger in eine der betreffenden Impulszahl entsprechende Stellung bringen ; diese Geräte erfüllen zwar ihre Aufgabe verhältnismässig gut, sind jedoch mechanisch kompliziert und einem erheblichen Verschleiss ausgesetzt.
Bei einer ändern bekannten, rein elektrischen Einrichtung wird eine durch die Femzählimpulse betätigte Kondensatorumladevorrichtung verwendet, deren impulsförmiger Gleichstrom in einer Kette von Glättungsgliedern geglättet, mittels eines selbstkompensierenden Verstärkers verstärkt und einem Galvanometer zugeführt wird ; diese Einrichtung hat den Nachteil, dass an den Glättungsgliedern eine veränderliche Gegenspannung entsteht, die eine Nichtlinearität zur Folge hat, welche mittels eines spannungsabhängigen Widerstandes nur teilweise ausgeglichen werden kann.
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selbstkompensierende Verstärker zu verwenden, deren Kompensationskreis eine künstlich erhöhte Dämpfung aufweist, u. zw. dadurch, dass diesem Kreis ein der ersten zeitlichen Ableitung des Ausgangsstromes des Verstärkers proportionaler Strom zugeführt wird ;
die durch diese erhöhte Dämpfung verursachte Glättungswirkung ist jedoch mit einer unverhältnismässig grossen Zeitverzögerung verbunden, so dass ein solcher Kompensationsverstärker auf Änderungen der Messgrössen nur sehr langsam anspricht und deshalb für die Fernmessung mittels Fernzähl1mpulsen nur bedingt geeignet ist.
Nach der Erfindung wird nun bei Kompensationsverstärkern dieser Art mit Steuergalvanometer dieser oben erwähnte Nachteil dadurch behoben, dass der Spule des Steuergalvanometers mindestens ein mittels einer Differenzierschaltung erzeugter weiterer Strom zufliesst, der einer höheren zeitlichen Ableitung des Ausgangsstromes des Kompensationsverstärkers proportional ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Kompensationsverstärkers ist eine Doppelröhre vorgesehen, die in ihrem ersten Anodenkreis den Ausgangsstrom des Verstärkers und in ihrem zweiten Anodenkreis einen gegenüber dem Ausgangsstrom um 1800 phasenverschobenen Anodenstrom führt und dass an ihre zweite Anode eine aus einem Kondensator und einem mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbundenen Widerstand zusammengesetzte Reihenschaltung angeschlossen ist, deren Verbindungsleitung an das Steuergitter einer Verstärkerröhre geführt ist, wobei ferner deren Anode über einen Kondensator mit der Spule des Steuergalvanometers derart verbunden ist, dass der Spule ein der zweiten zeitlichen Ableitung des Ausgangsstromes des Kompensationsverstärkers proportionaler Strom zufliesst.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in der Zeichnung beispiels-
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weise dargestellten Kompensationsverstärkers beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 das Schaltschema desselben,
Fig. 2 und 3 ein zugehöriges Steuergalvanometer mit fotoelektrischer Abtastung.
In der Fig. 1 ist an die Netzklemmen 1, 2 über einen Kondensator 3 die Primärwicklung 4 eines
Transformators 5 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 6 über einen Schutzwiderstand 7 und einen
Gleichrichter 8 Leitungen 9,10 speist, wobei ein Kondensator 11 zur Stromglättung dient. Der Transfo- mator5 arbeitet mit gesättigtem Kern, wodurch mit Hilfe des Kondensators 3 eine gewisse Spannungssta- bilisierung erzielt wird. Eine Glimmstabilisierungsröhre 12 dient zur Konstanthaltung der Spannung eines
Speicherkondensators 13, welcher über einen Widerstand 14 mit den Aussenkontakten 15, 16 eines Impuls- empfangsrelais 17 verbunden ist, das über Eingangsklemmen 18,19 an eine Impulsleitung angeschlossen ist.
Ein Aussenkontakt 20 des Relais 17 ist mit der Leitung 9 verbunden und ein weiterer Aussenkontakt 21 ist über einen Widerstand 22 an die Spule 23 eines richtkraftlosen Steuergalvanometers 24 (s. Fig. 2) an- geschlossen.
Zwischen den beiden mit den Aussenkontakten 15,20 bzw. 16,21 zusammenwirkenden Umschalt- kontakten 25 und 26 ist ein Kondensator 27 eingeschaltet. Die Spule 23 des Steuergalvanometers 24 trägt eine mit einer Öffnung 28 versehene Fahne 29, welche mit einer fest angeordneten Blende 30 (s. Fig. 3) zusammenwirkt und den Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle 31 und einer Fotozelle 32 je nach der Aus- schwenkung der Spule 23 mehr oder weniger abdeckt. Die Lichtquelle 31 wird von einer Sekundärwicklung 33 (so Fig. 1) des Transformators 5 gespeist. Die Anode 34 der Fotozelle 32 ist an einen durch Widerstände 35,36 gebildeten Spannungsteiler angeschlossen, während ihre Kathode 37 mit dem Gitter 38 einer Doppelröhre 39 verbunden ist, an welches ein Gitterwiderstand 40 angeschlossen ist.
Die beiden Kathoden der Doppelröhre 39 sind über einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 41 mit der Leitung 10 verbunden. Die Anode 42 der Doppelröhre 39 ist einerseits über die Serienschaltung eines Widerstandes 43, eines als Anzeigegerät dienenden Galvanometers 44 und eines Widerstandes 45 mit der Leitung 9 verbunden und anderseits über einen Kondensator 46 an das eine Ende der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 angeschlossen, deren anderes Ende ebenfalls mit der Leitung 9 verbunden ist. Zwischen dem unteren Ende der Spule 23 und der das Galvanometer 44 mit dem Widerstand 45 verbindenden Leitung ist ein Widerstand 47 eingeschaltet.
Das zweite Gitter 48 der Doppelröhre 39 liegt an einer festen Spannung, welche durch als Spannungsteiler wirkende Widerstände 49, 50 geliefert wird, und ihre zweite Anode 51 ist über einen Widerstand 52 mit der Leitung 9 und über einen Kondensator 53 mit dem Gitter 54 einer Röhre 55 verbunden. Die Anode 56 der letzteren ist über einen. Widerstand 57 an die Leitung 9 und über einen Widerstand 58 und einen Kondensator 59 an das untere Ende der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 angeschlossen. Die Röhre 55 ist mit einem Kathodenwiderstand 60 und einem Gitterwiderstand 61 versehen. Die untere Elektrode der Glimmstabilisierungsröhre 12 ist über einen Widerstand 62 mit der Leitung 10 verbunden.
Wird das Relais 17 durch einen über die Klemmen 18, 19 zugeführten Stromimpuls erregt. so werden die Umschaltkontakte 25,26 auf die Aussenkontakte 15,16 umgeschaltet und den Kondensator 27 wird auf die von der Glimmstabilisierungsröhre konstantgehaltene Spannung aufgeladen. Endet der Stromimpuls, so werden die Umschaltkontakte 25,26 wieder auf die Aussenkontakte 20 und 21 zurückgeschaltet, und der Kondensator 27 entlädt sich mit einem Strom il über den Widerstand 22 und die Spule 23 des Steuergalvanometers 24. Der Strom i1 bewirkt ein Ausschwenken der Spule 23, wodurch die Fotozelle 32 und durch diese die Doppelröhre 39 so beeinflusst werden, dass der Anodenstrom i der Anode 42 der Doppelröhre 39, welcher den Ausgangsstrom des Verstärkers bildet, zunimmt.
Dies hat ebenfalls eine Zunahme des durch die Spule 23 und den Widerstand 47 fliessenden Teilstromes i des Anodenstromes i zur Folge, welcher
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Entladestrom i entgegenwirkt. DurchEntladestrom i1 des Kondensators 27 entgegenwirkt. Der Strom ia hat eine Dämfpung der Schwenkbewe- gung der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 zur Folge.
Bei einer Zunahme des Anodenstromes i steigt aber gleichzeitig auch die Spannung an den beiden Kathoden der Doppelröhre 39, was zu einer Vergrösse- rung der negativen Vorspannung am Gitter 48 und dadurch zu einer Verkleinerung des Anodenstromes der Anode 51 der Doppelröhre 39 führt. Über den Kondensator 53 wird von der Anode 51 dem Gitter 54 der Röhre 55 eine Spannung zugeführt, die der ersten zeitlichen Ableitung des Verlaufes des über die Anode 51 fliessenden Anodenstromes und mit umgekehrten Vorzeichen auch der ersten zeitlichen Ableitung des Verlaufes desAnodenstromesi proportional ist. Diese Spannung wird in der Röhre 55 verstärkt über den Widerstand 58 und den Kondensator 59 dem unteren Ende der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 zugeführt.
Der Spule 23 wird somit ein der ersten zeitlichen Ableitung des Verlaufes des verstärkten Stromes, d. h. also der zweiten zeitlichen Ableitung des Verlaufes des Anodenstromes i proportionaler Strom i4 zugeführt, der ebenfalls dem Entladestrom i1 des Kondensators 27 entgegenwirkt.
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Durch die Wirkung der dem Strom i zugefügten Ströme i, i erfolgt eine Ausschwenkung der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 und damit auch eine Änderung der Anzeige des Galvanometers 44 nur sehr langsam, d. h. die beschriebene Einrichtung besitzt neben einer ausgeprägten Dämpfung noch zusätzlich eine grosse künstliche Trägheit. Dabei ist aber die Zeitverzögerung der Anzeige bedeutend kleiner als wenn die Glättung der Eingangsimpulse in bekannter Weise nur durch Dämpfung, d. h. durch Hinzufügung eines der ersten zeitlichen Ableitung des Verlaufes des Ausgangsstromes proportionalen Stromes zum Strom i, erzielt wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist für die Fernmessung von Grössen, die durch Fernzählimpulse übertragen werden, besonders geeignet, u. zw. ohne dass bei ihr besondere Glättungsglieder benötigt werden. Da der Einfluss der Gegenspannung solcher Glättungsglieder nicht mehr auftritt, Ist die Messung genauer. Durch den Wegfall der Glättungsglieder selbst ergibt sich ausserdem eine bedeutende Vereinfachung und erst noch ein wirtschaftlicher Vorteil, da solche Glättungsglieder wegen der erforderlichen gro- ssen Kondensatoren kostspielig sind.
Grundsätzlich können im Sinne des Erfindungsgedankens der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 auch Ströme zugeführt werden, die zeitlichen Ableitungen höherer Ordnung des Verlaufes des AusgangsStromes i proportional sind und in der beschriebenen Weise mittels Kondensatoren, mit eventueller Verstärkung und Phasenumdrehung, gewonnen werden können. Für den erwähnten Zweck genügt es jedoch meistens, wie im beschriebenen Beispiel, der Spule 23 des Steuergalvanometers 24 Ströme zuzuführen, die ausser der ersten auch noch der zweiten zeitlichen Ableitung des Verlaufes des Ausgangsstromes proportional sind.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung ist eine Kondensatorumladevorrichtung mit nur einem Kondensator vorgesehen worden, an Stelle einer solchen mit zwei Kondensatoren, wie sie üblicherweise bei Femmessgeräten verwendet wird. Die Entladung des Kondensators der beschriebenen Kondensatorumladevorrichtung mit nur einem Kondensator erfolgt jeweils während der Pause zwischen zwei Impulsen. Durch zweckmässige Wahl der Entladezeitkonstante kann eine weitgehende Verflachung dieser Impulse erreicht werden, wodurch ihre Auswertung wegen der viel geringeren Welligkeit des Entladestromes begünstigt wird.
Die Entladezeitkonstante, die durch den Kondensator 27 und den Widerstand 22 bestimmt ist, wird vorzugsweise so gross gewählt, dass am Ende der Dauer der kürzesten Pause zwischen zwei Eingangsimpul-
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mit Rücksicht auf die Messgenauigkeit kleinstmögliche Welligkeit des Entladestromes der Kondensatorumladevorrichtung erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kompensationsverstärker mit Steuergalvanometer, bei welchem der Galvanometerspule ein dem Ausgangsstrom des Verstärkers proportionaler Strom sowie ein dessen erster zeitlicher Ableitung proportionaler Strom zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spule (23) des Steuergalvanometers (24) mindestens ein mittels einer Diffemzierschaltung (53 - 61 - 54 bis 60) erzeugter weiterer Strom zufliesst, der einer höheren zeitlichen Ableitung des Ausgangsstromes (ij des Kompensationsverstärkers proportional ist.