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Vorrichtung zur Herleitung einer praktisch unterbrechungsfrei verlaufenden Spannung aus einer Messspannung, die aus einzelnen voneinander getrennten Messimpulsen besteht
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herleitung einer praktisch unterbrechungsfrei verlaufenden Spannung aus einer Messspannung, die aus einzelnen voneinander getrennten Messimpulsen besteht, wobei die Messimpulse einem Speicherkondensator zugeführt werden und die praktisch unterbrechungsfrei verlaufende Spannung am Speicherkondensator abgenommen wird.
Spannungen, die zur Betätigung von Regelorganen und von Anzeigeinstrumenten dienen, müssen in vielen Fällen praktisch unterbrechungsfrei verlaufen. Sollen solche Geräte eine Regelung bzw. Anzeige ausführen, die in Abhängigkeit von einer Messspannung erfolgt, die aus einzelnen voneinander getrennten Messimpulsen besteht, so muss aus der Messspannung eine Spannung mit unterbrechungsfreiem Verlauf hergeleitet werden.
Bei einer bekannten Vorrichtung eingangs erwähnter Art ist vorgesehen, aus einzelnen Messimpul- sen dadurch eine die Impulspausen überbrückende Spannung herzuleiten, dass die Messimpulse einem Speicherkondensator zugeführt werden und die Spannung am Speicherkondensator abgenommen wird.
Das Zuführen der Spannungsimpulse geschieht dabei über ein in beiden Richtungen leitfähiges Schalterelement und es wird die am Kondensator herrschende Spannung jeweils auf die Amplitude des angelegten Messimpulses korrigiert. Die betreffende Vorrichtung weist einen komplizierten Aufbau auf, der u. a. daher resultiert, dass das die Spannungszufuhr zum Speicherkondensator bewirkende Schalterelement in beiden Richtungen leitfähig sein muss. Das Schalterelement ist dabei als Brückengleichrichter ausgebildet, der von einer Hilfsspannungsquelle periodisch in den Leitzustand gebracht wird.
Es ist an sich auch möglich, durch Integration der einzelnen Impulse der Messspannung einen geglätteten und unterbrechungsfreien Spannungsverlauf zu gewinnen, jedoch haften dieser Methode verschiedene Nachteile an. Ein solcher Nachteil besteht darin, dass bei grösseren Verhältnissen von Impulsdauer zur Impulslücke die Amplitude der gewonnenen geglätteten Spannung nur mehr sehr geringe Werte im Vergleich zur Impulsamplitude aufweist ; ein anderer Nachteil liegt darin, dass der jeweilige Wert einer integrierten Spannung nicht nur vom zuletzt eingelangten Messimpuls abhängig ist, sondern dass zum jeweiligen Wert der geglätteten Spannung auch die bereits vor längerer Zeit eingelangten Messimpulse beitragen ; hiedurch ist es z. B. nicht möglich, Störungen, die z.
B. durch einen stark abweichenden Wert des letzteingelangten Messimpulses zum Ausdruck kommen, rasch auszuregeln, selbst wenn die Regeleinrichtung eine hohe Regelgeschwindigkeit zulässt.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung ist es möglich, solche Nachteile zu vermeiden, und diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltstufe vorgesehen ist, die bei Auftreten einer, von der Vorderflanke des jeweiligen Messimpulses hergeleiteten Eingangsspannung ein parallel zum Speicherkondensator liegendes Schalterelement kurzzeitig schliesst und, bevor die Amplitude des betreffenden Messimpulses abfällt, wieder öffnet.
Die am Speicherkondensator vorhandene Spannung, die für Anzeige- oder Regelzwecke zur Verfü-
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gung steht, weist stets die Grösse der Maximalamplitude des jeweils vorangegangenen Messimpulses auf. Das Zeitintervall, während welchem die Spannung am Kondensator kurzgeschlossen ist, kann so klein gemacht werden, dass die entstehende Unterbrechung der Messspannung sich praktisch nicht auswirkt.
Wird in dem die Zuführung der Messimpulse zum Speicherkondensator bewirkenden Leitungszug ein Schaltelement, das Schaltereigenschaften aufweist, eingefügt, erhält man die Möglichkeit, die Messimpulse auch von niederohmigen Quellen abnehmen zu können, ohne während der zwischen den einzelnen Messimpulsen vorhandenen Impulspausen einen ungewollten Abfall der Spannung am Kondensator in Kauf nehmen zu müssen ; eine niederohmige Quelle bietet dabei den Vorteil, dass die Spannung am Kondensator, welcher ja während der Messimpulse auf den Scheitelwert des jeweiligen Impulses aufgeladen wird, bereits in sehr kurzer Zeit auf die Scheitelspannung ansteigt.
Dadurch, dass der Beginn der Aufladung des Kondensators vom Auftreten des jeweiligen Messimpulses, also von der Vorderflanke des Messimpulses, ausgelöst wird, ist die Zeitdauer der Unterbrechung der vom Kondensator abgegriffenen Spannung so gering als möglich gehalten. Liegen im Leitungszug, der die Messspannung dem Kondensator zuführt, Schaltelemente, Verstärker od. dgl., die die Weiterleitung des Messimpulses zum Kondensator zeitlich verzögern, kann selbstverständlich auch eine zeitlich verzögerte Kondensatorentladung vorgesehen werden.
Um einen Abfall der Kondensatorspannung während der Impulslücken möglichst hintanzuhalten, werden zweckmässig die dem Kondensator unvermeidlich parallelliegenden Widerstände, als welche insbesondere die Widerstände anzusehen sind, die in der Einrichtung, die die Spannung am Kondensator zu Mess- oder Regelzwecken auswertet, enthalten sind, möglichst gross gehalten ; dadurch fällt aber die Spannung auch über längere Zeiträume nach dem Einlenken des Messimpulses nur unmerklich ab und täuscht einen Zustand vor, der einer Aufeinanderfolge von Messimpulsen praktisch gleicher Amplitude entspricht.
Aus letzterem Grunde wird zweckmässig neben den Kondensatorentladungen, die beim Auftreten jedes Messimpulses vorgenommen werden, auch eine Kondensatorentladung vorgesehen, welche nach einer bestimmten Zeitspanne, die grösser ist als die zu erwartenden Abstände der Messimpulse voneinander, vorgenommen wird. Bei aufeinanderfolgend eintreffenden Messimpulsen wird dabei diese zusätzliche Entladung nicht wirksam, da die Zeitspanne, die bis zur Auslösung der zusätzlichen Entladung verstreichen muss, mit jedem eintreffenden Messimpuls immer von neuem zu laufen beginnt.
Es ist bei der erfindungsgemässen Vorrichtung auch möglich, zwei Schaltstufen vorzusehen, wobei die eine das parallel zum Speicherkondensator liegende Schalterelement kurzzeitig schliesst und die andere ein in die Verbindung zwischen dem Eingang der Vorrichtung und dem Speicherkondensator eingefügtes, weiteres Schalterelement betätigt. Es ist dabei möglich, beide Schaltstufen zur Auslösung unmittelbar mit dem die Messspannung führenden Leitungszug zu verbinden ; man kann aber auch nur eine derbeiden Schaltstufen unmittelbar mit dem die Messspannung führenden Leitungszug verbinden und die andere Schaltstufe mittelbar von der ersten Schaltstufe auslösen ; dies beinhaltet nicht nur den Vorteil, dass die Belastung des die Messspannung führenden Leitungszuges verringert ist, sondern ermöglicht es z.
B. auch, die die Messspannung liefernde Quelle erst nach Beendigung des Kurzschliessens des Kondensators einzuschalten, durch welche Massnahme eine Rückwirkung des Kurzschliessens auf die Messspannungsquelle hintangehalten werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. l eine aus einzelnen Impulsen bestehende Messspannung, Fig. 2 einen aus der Spannung gemäss Fig. l abgeleiteten Spannungsverlauf, der frei von Unterbrechungen in den bei der Spannung nach Fig. l vorhandenen Impulspausen ist und der während der Impulspause der Spannung gemäss Fig. l den Wert des Maximums des jeweils letzten Messimpulses besitzt. Fig. 3 zeigt einen Spannungsverlauf, der durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung aus einer Messspannung gemäss Fig. l erhalten wird und der mit praktisch hinreichender Genauigkeit den Spannungsverlauf gemäss Fig. 2 annähert. Fig. 4 zeigt die Prinzipschaltung einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Die in Fig. l dargestellte Messspannung besteht aus einzelnen Impulsen, wobei sowohl die Impuls-
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pulsamplitude (u,, u,, u, usw.) von Impuls zu Impuls variieren und ausserdem auch die Pausen zwischen den einzelnen Impulsen verschiedene Werte annehmen. Eine solche Spannung kann z.
B. bei der Abtastung von Walzgut mittels eines periodisch verschwenkten Pyrometers entstehen, wenn das Walzgut selbst in seitlicher Richtung nicht eng geführt ist ; in diesem Falle ist nämlich der Schwenkbewegung des Pyrometers die Eigenquerbewegung des Walzgutes überlagert, wodurch neben einer Veränderung der Amplituden der einzelnen Messimpulse, welche Amplituden ein Mass für die Oberflächentemperatur des Walzgutes darstellen, auch Veränderungen der Impulsdauer und der Impulsabstände auftreten, welchen Grössen
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jedoch hinsichtlich der zu bestimmenden Temperatur keine Bedeutung zukommt.
Zur Auslösung von Regelvorgängen und zur Anzeige mit Instrumenten, die eine relativ lange Einstellzeit besitzen, ist es nun zweckmässig, die Messspannung, wie sie in Fig. l dargestellt ist, in eine Spannung gemäss Fig. 2 umzuformen, welch letztere Spannung bis zum Eintreffen des nächsten Impulses jeweils die Amplitude des vorangegangenen Impulses aufweist. Diese Umformung erfolgt durch Speichern der Spannungswerte in einem Kondensator (wobei also am Kondensator bis zum Eintreffen des nächsten Impulses jeweils die Spannung der Impulsamplitude (uu. U , usw.) des vorangehenden Impulses vorhanden ist).
Um dabei den Einfluss der im Kondensator vor dem Eintreffen des zu speichernden Spannungsimpulses vorhandenen Ladung zu beseitigen, wird der Kondensator bei Eintreffen eines jeden Messimpulses, d. h. also während der Vorderflanke eines Impulses (die mit t'. t '. t 31, usw. bezeichnet ist) kurzgeschlossen (vgl. Fig. 3).
Die Zeitdauer At des Kurzschlusses kann dabei durch geeignete Wahl der den Kurzschluss herbeiführenden Schaltelemente so gering gemacht werden, dass die Unterbrechungen im Spannungszug keinen nach- teiligen Einfluss auf die Regel-bzw. Anzeigefunktionen nachgeschalteter Anlageteile ausüben. Das Kurzschliessen selbst kann auch über einen Widerstand erfolgen, um unzulässig hohe Stromspitzen, die zu Störungen Anlass geben könnten, zu vermeiden. Eine Integration der Spannung nach Fig. l würde durch die wechselnde Dauer der Impulse unter Umständen zu stark verfälschten Ergebnissen führen.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung weist einen Kondensator 4 auf, dem die am Eingang 1 auftretende Spannung über eine Diode 2 und einen Schalter 3 zugeführt wird. Parallel zum Kondensator ist ein weiterer Schalter 5 und ein Widerstand 6 angeordnet. Desgleichen sind parallel zum Kondensator Klemmen 7 vorgesehen, an denen die Ausgangsspannung der Vorrichtung auftritt.
Um sicherzustellen, dass im Kondensator 4 jeweils der Maximalwert der dem Eingang 1 zugeführten Spannungsimpulse gespeichert wird, ist die Diode 2 vorgesehen, welche ein Zurückströmen der im Kondensator 4 gespeicherten Ladung an die den Eingang 1 speisende Quelle verhindert, sobald deren Spannung unter die im Kondensator 4 herrschende Spannung gesunken ist. Ist der Speicherzeitraum, der der Pause zwischen einzelnen am Eingang 1 auftretenden Spannungsimpulsen entspricht, im Vergleich zu der Dauer der Spannungsimpulse sehr gross und weist die Diode nur einen relativ kleinen Sperrwiderstand auf, kommt der Schalter 3, der die an den Eingang 1 angeschlossene Quelle vom Kondensator trennt, besondere Bedeutung zu. Bei genügend hohem Sperrwiderstand der Diode 2 ist dieser Schalter aber auch gegebenenfalls entbehrlich.
Zum Kurzschliessen des Kondensators ist der Schalter 5 vorgesehen, welcher den Widerstand 6, der den Entladestrom auf ein zulässiges Ausmass beschränkt, zum Kondensator 4 parallelschaltet. Das Schliessen des Schalterelementes 3 erfolgt unmittelbar beim Auftreten eines Messimpulses, oder gegebenenfalls geringfügig gegenüber der Impulsvorderflanke verzögert, durch eine Schaltstufe 8, die an den die Messspannung führenden Leitungszug angeschlossen ist, und die das Betätigungselement 9 des Schalters 3 steuert. Die Betätigung des Schalters 5 erfolgt in analoger Weise von einer gleichfalls an den die Messspannung führenden Leitungszug angeschlossenen Schaltstufe und das für den Schalter 5 vorgesehene Betätigungselement 11.
Das Schalterelement 5 kann als mechanischer Kontakt ausgebildet sein, in welchem
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oder als ein anderes Halbleiterelement ausgebildet sein.
Zur Bestimmung der Zeitdauer des Schliessens der Schalterelemente können zweckmässig entsprechende Netzwerke vorgesehen werden. Desgleichen kann in den Schaltstufen eine Einrichtung eingefügt werden, die ein Schliessen des Schalterelementes 5 nach Ablauf einer bestimmten vorher festgelegten Zeitspanne bewirkt, wenn während eines längeren Zeitraumes keine Messimpulse eintreffen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Herleitung einer praktisch unterbrechungsfrei verlaufenden Spannung aus einer Messspannung, die aus einzelnen voneinander getrennten Messimpulsen besteht, wobei die Messimpulse einem Speicherkondensator zugeführt werden und die praktisch unterbrechungsfrei verlaufende Spannung am Speicherkondensator abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltstufe vorgesehen ist, die bei Auftreten einer, von der Vorderflanke des jeweiligen Messimpulses hergeleiteten Eingangsspannung ein parallel zum Speicherkondensator liegendes Schalterelement kurzzeitig schliesst und, bevor die Amplitude des betreffenden Messimpulses abfällt, wieder öffnet.