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Einrichtung zur Aussteuerung eines Gleichstrom-Mess-oder Registrierinstrumentes, mit einem im Mittel einer pro Zeiteinheit eintreffenden Anzahl von Impulsen proportionalen Strom
Die bisher bekannten Messanordnungen, bei denen durch jeden auszuwertenden Impuls eine Messstrecke, bestehend aus elektronischem Schalter, Widerstand und Messwerk, ein konstantes Zeitintervall lang eingeschaltet wird, weisen den Nachteil auf, dass der über die Messstrecke fliessende Strom umso grösser sein muss, je kleiner das gewählte Zeitintervall ist, wenn die gleiche Ausgangsleistung am Messinstrument erzielt werden soll.
Wenn mit einer solchen Anordnung Impulse auszuwerten sind, die in sehr unregelmässigen Zeitabständen auftreffen, so muss die von jedem Impuls ausgelöste Einschaltdauer der Messstrecke sehr kurz gewählt werden, damit ein kurz darauf eintreffender zweiter Impuls die gleiche Messstrecke einwandfrei zum Ansprechen bringt. Bei kurzer Einschaltdauer muss aber, wie bereits erwähnt, der Betriebsstrom der Messstrecke sehr hoch gewählt werden. Wenn durch eine Störung in der Anlage der Steuerimpuls, der die Einschaltdauer der Messstrecke beenden soll, nicht zur Auswirkung kommt, so bleibt die Messstrecke eingeschaltet und wird durch den hohen Messstrom im Dauerbetrieb belastet. Für diesen Fall müssten besondere Vorkehrungen getroffen werden, die eine Beschädigung des Messinstrumentes vermeiden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht sowohl die Auswertung sehr unregelmässiger Impulsreihen und verhindert gleichzeitig eine schädliche Überlastung der Messstrecke, da im dauernd eingeschalteten Zustand diese Überlastung lediglich einige Prozent beträgt.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein aus mehreren bistabilen elektronischen Elementen bestehendes, vor-und rückwärts schaltbares offenes Schieberegister und eine getrennte Quelle von Messimpulsen konstanter Folgefrequenz, wobei die eintreffenden Impulse dieses Schieberegister von der Ausgangslage aus weiterschalten, und die Messimpulse es in Richtung zur Ausgangslage zurückstellen, und durch einen in Serie, mit einer Stromquelle konstanter Spannung, einem Widerstand und dem Messinstrument liegenden elektronischen Schalter, der durch gemeinsames Zusammenwirken eines Messimpulses und eines aus der jeweils geschalteten Position des Schieberegisters, mit Ausnahme dessen Ausgangsposition abgeleiteten Spannungspotential eingeschaltet,
und durch gemeinsames Zusammenwirken eines Messimpulses und eines aus der fallweise geschalteten Ausgangsposition des Schieberegisters abgeleiteten Spannungspotentials abgeschaltet wird.
Die Messstrecke bleibt dabei so lange eingeschaltet, wie der Auszählvorgang Zeit in Anspruch nimmt, d. h. sind im Schieberegister beispielsweise 2 Impulse eingespeichert, so bleibt die Messstrecke 2 Zeitintervalle lang kontinuierlich eingeschaltet (solange keine weiteren Impulse eintreffen), wobei als Zeitintervall der Abstand von Messimpuls zu Messimpuls zu verstehen ist.
Zur sicheren Erfassung der jeweils möglichen Impulszahlen ist das Schieberegister so lang zu bemessen, dass auch bei kurz hintereinander auftretenden Impulsen nicht die obere Endlage des Schieberegisters erreicht wird. Über ein gewisses Zeitintervall gesehen, muss die Anzahl der Abfrageimpulse grösser sein als die, der auszuwertenden Impulse. Bei weniger kritischen Messungen lässt sich die erfindungsgemässe Einrichtung wesentlich vereinfachen, wenn als Messfrequenz die Netzfrequenz (z. B. 50 Hz) verwendet wird. Sind mehrere Messstellen in Verwendung, so ist es zweckmässig, für alle eine gemeinsame Quelle
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der Messimpulse zu verwenden. Sorgt man für eine Veränderbarkeit der Messimpulse, so kann, wie leicht einzusehen ist, der Messbereich des auswertenden Instrumentes geändert werden.
Zum besseren Verständnis und um noch weitere Erfindungsmerkmale nahezubringen, wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel besprochen. Es zeigen : Fig. 1 eine mit Kaltkathodenröhren bestückte Schaltung zum Aussteuern eines Anzeigeinstrumentes in Abhängigkeit von der Anzahl eintreffender Impulse, und die Fig. 2 eine Schaltung zum Erzeugen der bei der Schaltung nach Fig. 1 erfordernchen Mess- und Abfrageimpulse, wobei die Bedeutung letzterer an Hand der ersten Schaltung erörtert wird.
Zunächst sei kurz der Aufbau der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungen besprochen :
In Fig. 1 bilden die Röhren 1, 2 und 3 ein Schieberegister, das mit Kaltkathodenröhren bestückt ist und das, wie dem Fachmann aus der Zusammenschaltung der Röhren ohne weiteres klar ist, von jenem bekannten Typ ist, der vor-und rückwärts geschaltet werden kann. Die Voiirärtsschaltung (in der Figur von links nach rechts) erfolgt durch Impulse, die von der Kathode einer Steuerröhre 4 in später noch zu er- läuternder Weise abgenommen werden. Die Rückwärtsschaltung erfolgt durch von einem örtlichen Erzeuger hergeleitete Messimpulse, die über die Leitung 8 zugeführt werden.
Die über die Leitung 9 zugeführten auszuwertenden Impulse zünden zunächst die mit 5 bezeichnete Kaltkathodenröhre und werden somit in dieser gleichsam gespeichert. Durch über die Leitung 10 ankommende und zwischen denMessimpulsen liegende"Abfrageimpulse"wird die Röhre 4 gezündet, so dass diese denimpuls kathodenseitig an das Schieberegister weitergibt und durch die gemeinsame anodenseitige Verkopplung mit der Röhre 5 die Speicherröhre löscht.
Das Anzeigeinstrument A liegt in Serie mit zum Teil veränderbaren Widerständen 11,12 und 2 9 und einer Kaltkathodenröhre 7 an einer Konstantspannung M. Von den Kathoden der Röhren 2 und 3 wird über Gleichrichter 13, 14 eine positive Vorspannung an die Startelektrode der Röhre 7 geführt, wenn eine der beiden vorerwähnten Röhren gezündet hat. An derselben Startelektrode liegen über einen Kondensator 15 die Messimpulse der Leitung 8.
Von der Kathode der Röhre 1 wird nach deren Zündung eine positive Vorspannung über den Widerstand 16 an die Startelektrode einer weiteren Kaltkathodenröhre 6 gelegt. Dieser Startelektrode werden auch die Messimpulse über den Kondensator 18 zugeführt. Die Anode der Röhre 6 ist mit der Anode der Röhre 7 verbunden, und beide liegen über der Widerstandskombination 29 an der Spannung M.
Das Schieberegister und die Röhren 4, 5 werden von der Betriebsspannungsquelle B gespeist. Zum erstmaligen Einschalten des Schieberegisters wird der ersten Stufe über die Leitung E ein Einschaltimpuls gegeben.
Die Fig. 2 zeigt mit den Röhren 18 - 21 ein in sich geschlossenes Schieberegister bekannter Art. Diese wird über die Leitung 0 von einem nicht dargestellten Hilfsgenerator gesteuert. Von den Kathoden der Röhren 19 und 21 werden über Gleichrichter 24, 25 die Kathodenpotentiale an die Startelektrode einer Röh- re 22 ausgekoppelt, so dass die über einen Kondensator 26 zugeführten Hilfsimpulse die selbstlöschende Röhre 22 zünden und an ihrem Ausgang 27 Impulse auslösen.
Von der Kathode der Röhre 18 wird ebenfalls das Kathodenpotential abgeleitet, so dass die Hilfsimpulse eine weitere Röhre 23 über deren Startelektrode zünden. Ihrem Ausgange werden ebenfalls Impulse entnommen.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist nun folgende :
Die über die Leitung 9 eintreffenden Impulse werden in die Röhre 5 eingespeichert und durch die instabile Impulsröhre 4 auf die Messanordnung weitergegeben, sobald ein Abfrageimpuls bei 10 eintrifft.
Die von der Röhre 4 an ihrer Kathode abgegebenen Impulse schalten die aus den Röhren 1,2 und 3 bestehende Zählkette stets von links nach rechts weiter, während jeder auf 8 eintreffende Messimpuls dieselbe Zählkette jeweils von rechts nach links um eine Röhre zurückstellt. Die Kathoden der Röhren 2 und 3 sind über Dioden 13, 14 auf die Startelektroden der Messröhre 7 ausgekoppelt, so dass die Röhre 7 stets zündet, wenn entweder die Röhre 2 oder 3 brennt und ein Messimpuls über 15 eintrifft. Sie bleibt so lange im eingeschalteten Zustand, bis die Messimpulse die Zählkette bis auf die Röhre 1 zurückgestellt haben und bei brennender Röhre 1 ein weiterer Messimpuls über 17 eintrifft. Durch diesen Messimpuls wird die Röhre 6 eingeschaltet, deren Startelektrode eine positive Vorspannung von der brennenden Röhre 1 erhält.
Durch Einschalten der Röhre 6 erlischt automatisch die Messröhre 7, da sie mit dieser über den gemeinsamen Anodenwiderstand 29 verkoppelt ist. Die Frequenz der Messimpulse liegt nur geringfügig über der grössten Folgefrequenz der anzuzeigenden Impulse. Wenn der volle Zeigerausschlag des Messinstrumentes für die maximal zu messende Impulsfolgefrequenz ausgelegt wird, tritt bei dauernd brennender Messröhre 7 nur eine Überlastung des Messwerkes im selben Prozentsatz ein, um den die Frequenz
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der Messimpulse grösser ist als die maximal anzuzeigende Impulsfrequenz.
Treten die auszuwertenden Impulse in unregelmässigen Zeitabständen auf, so ist die Zählkette, die in der gezeigten Schaltung aus den Röhren 1, 2 und 3 besteht, noch um einige Röhren zu erweitern.
Die Erzeugung der Abfrage- und Messimpulse kann gemäss der Schaltung nach Fig. 2 auf folgende Weise geschehen : Ein Messsender, der eine Hilfsfrequenz erzeugt, steuert die aus mehreren Kaltkathodenröhren 18 - 21 bestehende, in sich geschlossene Zählkette. Die Abfrage- und Messimpulse werden von getrennten Röhren (19, 21 bzw. 18) dieses Zählkreises ausgekoppelt, so dass bei konstanter Hilfsfrequenz der Zeitabstand zwischen dem Zünden der einen und der andern Röhre ein präzise vorgegebener Zeitwert ist.
Diese Mess- und Abfrageimpulse können zur Steuerung sämtlicher Messschaltungen dienen, wenn in einer Anlage mehrere durch Impulsfrequenz verschlüsselte Messwerte angezeigt werden sollen. Es wird sich somit in vielen Fällen die Anschaffung eines quarzgesieuerten Oszillators als Messsender lohnen, wenn dessen Frequenz mit Hilfe elektronischer Untersetzungen auf einen geeigneten Wert reduziert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zumAussteuern eines Gleichstrom-, Mess- oder Registrierinstrumentes, mit einem im Mittel einer pro Zeiteinheit eintreffenden Anzahl von Impulsen proportionalen Strom, gekennzeichnet durch ein aus mehreren bistabilen elektronischen Elementen bestehendes, vor-und rückwärts schaltbares Schieberegister und eine getrennte Quelle von Messimpulsen konstanter Folgefrequenz, wobei die eintreffenden Impulse dieses Schieberegister von einer Ausgangslage aus weiterschalten, und die Messimpulse es in Richtung zur Ausgangslage zurückstellen, und durch einen, in Serie mit einer Stromquelle konstanter Spannung, einem Widerstand und dem Messinstrument liegenden elektronischen Schalter,
der durch ge- meinsamesZusammenwirken eines Messimpulses und eines aus der jeweils geschalteten Position desSchie- beregisters, mit Ausnahme dessen Ausgangsposition abgeleiteten Spannungspotential eingeschaltet, und durch gemeinsames Zusammenwirken eines Messimpulses und eines aus der fallweise geschalteten Ausgangsposition des Schieberegisters abgeleiteten Spannungspotential abgeschaltet wird.