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Photoelektrischer Impulsgeber, insbesondere zur Eichung von
Elektrizitätszählern
Die Erfindung betrifft photoelektrische Impulsgeber, insbesondere zur Eichung von Elektrizitätszählern, mit lichtelektrischer Abtastung einer mit am Umfang gleichmässig verteilten Öffnungen für durchfallendes oder Markierungen für reflektiertes Licht versehenen umlaufenden Scheibe sowie mit optischer Impulsvervielfachung mittels einer feststehenden Blende mit mindestens zwei Öffnungen von je gleicher Breite wie die die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstellen.
Zur Eichung von Elektrizitätszählern werden vielfach Eichzähler mit photoelektrischem Impulsgeber der oben beschriebenen Art verwendet. Der Prüfling ist also zur Eichung an seiner Ankerscheibe mit einer optischen Marke versehen, die photoelektrisch einen elektronischen Impulsgeber steuert, so dass während eines Ankerumlaufs des Prüflings die Impulse des Eichzählers gezählt werden und daraus der Fehler des
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elektrische Impulsgeber des Eichzählers kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass unter der am Rande mit radialen Schlitzen versehenen Ankerscheibe eine Lichtquelle mit nachgeschalteter Sammellinse und über ihr eine Photozelle angeordnet ist. Eine übliche Ankerscheibe von etwa 100 mm Durchmesser und 1 mm Stärke kann ohne weiteres mit etwa 500 Schlitzen versehen werden.
Die sich beim Einschneiden von mehr, etwa 1000, Schlitzen in solche Scheiben ergebenden Schwierigkeiten werden nun mit optischer Impulsvervielfachung umgangen, die besonders zweckmässig, wie bereits erwähnt, mittels einer feststehenden Blende mit mindestens zwei Öffnungen von je gleicher Breite. wie die die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstellen durchgeführt werden kann.
Nach der Erfindung werden nun photoelektrische Impulsgeber, insbesondere zur Eichung von Elektrizitätszählern, der eingangs beschriebenen Art derart ausgestaltet, dass zur Belichtung der Photozelle in aufeinanderfolgenden Stellungen der umlaufenden Scheibe wenigstens eine der in der feststehenden Blende angeordneten Öffnungen einer der Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstellefluchtendgegenübersteht, während gleichzeitig alle andern Öffnungen der Blende durch die Belichtung der Photozelle unterbrechende Stellen der umlaufenden Scheibe vollständig abgedeckt sind, und dass in den dazwischenliegenden Stellungen der umlaufenden Scheibe bei Nichtbelichtung der Photozelle sämtliche Öffnungen der Blende durch eine oder mehrere die Belichtung der Photozelle unterbrechende Stellen der umlaufenden Scheibe abgedeckt sind,
wodurch eine Impulsvervielfachung mit periodisch wiederkehrender Unterbrechung des Lichtstrahlendurchganges durch die Blende erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Impulsgebers sind in der feststehenden Blende zwei Öffnungen. angebracht, deren eine jeweils dann einer die Belichtung der Photozelle bewirkenden Stelle der umlaufenden Scheibe gegenübersteht, wenn die andere Öffnung der Mitte einer die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Scheibenstelle gegenübersteht, die mindestens dreimal so breit ist wie die Blen- denöffnung.
Bei einer andern Ausführungsform des Impulsgebers sind in der feststehenden Blende zur optischen Verstärkung der Impulse zwei einander gleiche Gruppen von je mindestens zwei Öffnungen angebracht und stehen jeweils gleichzeitig die Öffnungen der einen Gruppe je einer die Belichtung der Photozelle bewirkenden Stelle und die Öffnungen der andern Gruppe einer die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Stelle der umlaufenden Scheibe gegenüber, wobei in jeder Gruppe der gegenseitige Ab-
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stand der Öffnungen mindestens eine ganze Scheibenteilung beträgt und beide Gruppen um die halbe oder mindestens um eineinhalb Scheibenteilungen gegeneinander versetzt sind.
Bei allen diesen erfindungsgemässen Einrichtungen zur optischen Impulsvervielfachung - sei es nun mit oder ohne optischer Impulsverstârkung-ist der umlaufenden Scheibe im Lichtweg eine Sammellinse nachgeschaltet und hinter dieser nur eine einzige Photozelle angeordnet.
Schliesslich ist vorgesehen. dass bei Impulsgebern mit optischer Impulsvervielfachung ohne Verstärkung der Impulse in der feststehenden Blende der Abstand der Öffnungen gleich dem Produkt aus dem reziproken Wert der Impulsvervielfachungszahl und der Scheibenteilung oder um mindestens eine ganze Scheibenteilung grösser ist.
In der Zeichnung sind drei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen photoelektri- schen Impulsgebers dargestellt,-u. zw. jeweils für eine Schlitzscheibe, d. h. für durchfallendes Licht und einer derselben nachgeschalteten Sammellinse. Es zeigen : Fig. 1 ein Gerät mit optischer Impulsverdopplung ; Fig. 2 eine an sich analoge Anordnung- jedoch mit optischer Impulsverstärkung durch Anordnung von Schlitzgruppen in der Blende, und Fig. b eine Variante mit einem um das dreifache grösseren Abstand beider Schlitze der Blende.
Die Scheibe 1 des Eichzählers ist jeweils am Umfang mit äquidistante Schlitzen 2 versehen. Unter der Scheibe ist eine Lichtquelle 3 und über ihr eine Photozelle 4 angeordnet, wobei der Lichtquelle 3 eine Sammellinse 5 nachgeschaltet und der Photozelle 4 eine ebensolche Linse 6 vorgesetzt sind.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Impulsgeber ist nun zwischen geschlitzter Scheibe 1 und Sammellinse 5 eine Schlitzblende 7 mit zwei einander gleichen Schlitzen 8 und 9 angeordnet, deren Breite derjenigen der Scheibenschlitze entspricht und deren Abstand so gewählt ist, dass jeweils einer von ihnen einem Schlitz 2 der Scheibe 1 gegenübersteht, wenn der andere der Mitte des folgenden bzw. vorhergehenden Scheibenzahnes10 gegenübersteht, wobei dessen Breite mindestens das Dreifache der Breite eines Blendenschlitzes 8 oder 9 bzw. eines Scheibenschlitzes 2 beträgt. In einer solchen Drehstellung der Scheibe 1 ist die Einrichtung der Fig. 1 gezeichnet. Dreht sich die Scheibe lim Sinne des Richtungspfeiles (vgl.
Fig. 1), so kommt jeder Scheibenschlitz 2 jeweils zuerst über den Blendenschlitz 8 und darauf über den Blendenschlitz 9 zu stehen, so dass das Licht zweimal nacheinander durch den Scheibenschlitz 2 hindurchtritt, während bei diesen beiden Scheibenstellungen jeweils der andere Blendenschlitz 9 bzw. 8 durch den dem Scheibenschlitz 2 vorausgehenden bzw. im folgenden Scheibenzahn 10 abgedeckt, d. h. bei diesem Blendenschlitz der Lichtdurchtritt gesperrt wird. Auf diese Weise bewirkt also jeder Scheibenschlitz 2 nacheinander zwei Lichtimpulse auf die Photozelle 4, welche durch eine vollständige Unterbre- chung des Lichtstrahlendurchgangs zur Photozelle 4 scharf voneinander getrennt sind. Dadurch, dass jeder
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gewährleistet, dass sich die aufeinanderfolgenden Lichtimpulse nicht überdecken.
Aus der Anordnung und Dimensionierung der Einrichtung ergibt sich, dass die Breite der beiden Blendenschlitze 8 und 9 höchstens je ein Viertel und ihr gegenseitiger Abstand die Hälfte der Scheibenteilung t beträgt. Der Schlitzabstand der gezeigten Einrichtung könnte aber auch um eine oder mehrere ganze Scheibenteilungen t grösser gewählt werden, was dann in Frage kommt, wenn der Steg zwischen den beiden Blendenschlitzen 8 und 9 sonst zu schmal würde.
In Fig. 2 entspricht die Anordnung der Scheibe 1 mit den Schlitzen 2, der Lichtquelle 3, der Photozelle 4 und den Sammellinsen 5 und 6 der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Zwischen der Scheibe 1 und der Sammellinse 5 ist eine Schlitzblende 11 vorgesehen, welche vier einander gleiche Schlitze 12, 13, 14 und 15 aufweist, deren Breite gleich der Breite der Scheibenschlitze 2 ist. Die Schlitze 12. 13, 14 und 15 sind in zwei einander gleichen Gruppen so zusammengefasst, dass die beiden Schlitze 12 und 13 die eine und die beiden Schlitze 14 und 15 die andere Gruppe bilden.
Diese beiden Gruppen sind in der Blende 11 derart angeordnet, dass jeweils die beiden Schlitze 14 und 15 der einen Gruppa je einem Scheibenschlitz 2 gegenüberstehen und so den Lichtdurchgang durch die Scheibe hindurch bewirken, wenn die Schlitze 12 und 13 der andem Gruppe je der Mitte eines Scheibenzahnes 10 gegenüberstehen und durch diesen angedeckt sind. Die Scheibenzähne 10 haben eine Breite von mindestens der dreifachen Breite eines Scheibenschlitzes 2 bzw. Blendenschlitzes 12 - 15. Diese Drehstellung der Scheibe 1 ist in der Darstellung der Fig. 2 wiedergegeben.
Dreht sich die Scheibe 1 im Sinne des tdchtungspfeiles (vgl. Fig. 2), so kommen zwei beliebige, aufeinanderfolgende Scheibenschlitze 2 gleichzeitig jeweils zuerst über den beiden Blendenschlitzen 12 und 13 der einen Gruppe zu stehen, wo sie beide zusammen einen Lichtimpuls mit verdoppelter Lichtmenge bewirken, während die beiden Schlitze 14 und 15 der andern Gruppe durch zwei Scheibenzähne 2 abgedeckt sind. Anschliessend darauf kommen bei Weiterdrehung der Scheibe 1 diese beiden Scheibenschlitze 2 gleichzeitig über den beiden Blendenschlitzen 14 und 15 der andern Gruppe zu
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stehen, wo sie beide zusammen zum zweiten Mal einen Lichtimpuls - ebenfalls wieder mit verdoppelter Lichtmenge - bewirken, während nun die beiden Schlitze 12 und 13 der einen Gruppe durch zwei andere Scheibenzähne 2 abgedeckt sind.
Aus der Anordnung und Dimensionierung der Einrichtung ergibt sich, dass in jeder der beiden Gruppen der gegenseitige Abstand der beiden Öffnungen 12 und 13 bzw. 14 und 15 mindestens eine ganze Scheibenteilung t beträgt und die beiden Schlitzgruppen um die halbe Scheibenteilung t/2 oder um diese und mindestens eine ganze Scheibenteilung t gegeneinander versetzt sind. Im Beispiel der Fig. 2 ist die gegenseitige Versetzung der beiden Schlitzgruppen gleich anderthalb Scheibenteilungen t.
In Fig. 3 ist der gegenseitige Abstand der beiden Blendenschlitze 8 und 9 um drei ganze Scheibenteilungen t grösser als in Fig. 1, wo er nur eine halbe Scheibenteilung t/2 beträgt.
Die Einrichtung zur optischen Impulsvervielfachung gemäss der Erfindung weist gegenüber der bereits bekannten optischen Verdreifachung der Impulse erhebliche Vorzüge auf. Zunächst ist es von grossem Vorteil, dass die erfindungsgemässe Methode der Impulsvervielfachung bei der Impulsabgabe einen scharfen Hell-Dunkel-Kontrast und damit eine exakte Impulsauszählung gewährleistet. Ausserdem bietet sie in günstiger Weise die Möglichkeit, neben der einfachen und platzsparenden Impulsverdopplung beliebige Impulsvervielfachungen mit beliebigen ganzzahligen Vervielfachungsfaktoren - jeweils mit dem scharfen Hell-Dunkel-Kontrast - zu ermöglichen und sich so den situationsbedingten Gegebenheiten anzupassen.
Weiterhin erübrigen sich bei der erfindungsgemässen Einrichtung besondere Schlitzeinstellvorrichtungen, mittels deren mehrere Schlitze erst sehr genau eingestellt werden müssen. Sodann kann bei der erfindungsgemässen Impulsverdopplung eine Photozelle mit verhältnismässig geringer lichtempfindlicher Fläche verwendet werden. Die Verwendung einer zweiten Sammellinse hinter der Scheibe ermöglicht auch bei grösserem Platzaufwand der Einrichtung, die durch grössere Impulsvervielfachung bedingt ist, eine Beschränkung auf nur eine einzige Photozelle.
Durch die erfindungsgemässe Impulsverstärkung, bei der die die Photozelle belichtende Lichtmenge dadurch vervielfacht wird, dass das Licht gleichzeitig in mehreren Bündeln die Photozelle belichtet, wird erreicht, dass die Stärke der Lichtquelle, d. h. deren Strombedarf, aber auch die damit verbundene Wärmeentwicklung erheblich verringert werden kann, was im Hinblick auf die ungünstige Beeinflussung der Messgenauigkeit durch Erwärmung einen erheblichen Vorteil bedeutet. Schliesslich ist es auch von Vorteig dass bei der Impulsvervielfachung ohne Lichtverstärkung der Steg zwischen den Blendenschlitzen und bei einer solchen mit Lichtverstärkung der Abstand der beiden Schlitzgruppen in der Blende um eine beliebige Anzahl ganzer Scheibenteilungen vergrössert, d. h. den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Photoelektrischer Impulsgeber, insbesondere zur Eichung von, Elektrizitätszählern, mit lichtelektrischer Abtastung einer mit am Umfang gleichmässig verteilten Öffnungen für durchfallendes oder Markierungen für reflektiertes Licht versehenen umlaufenden Scheibe sowie mit optischer Impulsvervielfachung mittels einer feststehenden Blende mit mindestens zwei Öffnungen von je gleicher Breite wie die die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstellen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Belichtung der Photozelle (4) in aufeinanderfolgenden Stellungen der umlaufenden Scheibe (1) wenigstens eine der in der feststehenden Blende (7) angeordneten Öffnungen (9) einer die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstelle (2) fluchtend gegenübersteht, während gleichzeitig alle andern Öffnungen (8)
der Blende durch die Belichtung der Photozelle unterbrechende Stellen (10) der umlaufenden Scheibe vollständig abgedeckt sind, und dass in den dazwischenliegenden Stellungen der umlaufenden Scheibe (1) bei Nichtbelichtung der Photozelle (4) sämtliche Öffnungen (8 und 9) der Blende (7) durch eine oder mehrere die Belichtung der Photozelle unterbrechende Stellen (10) der umlaufenden Scheibe abgedeckt sind, wodurch eine Impulsvervielfachung mit periodisch wiederkehrender Unterbrechung des Lichtstrahlendurchganges durch die Blende (7) erfolgt.