Einrichtung zum Umwandeln des Zeiger- oder Skalenausschlages eines Messinstrumentes in Ziffern
Es ist oft erwünscht, den Zeiger- oder Skalenausschlag eines Messinstrumentes zur Ablesung in Ziffern umzuwandeln und den Messwert zwecks Kontrolle in einen entfernt von der Kontrollstelle liegenden Raum zu übertragen. Die Umwandlung und Fernübertragung soll dabei mit höchster Genauigkeit ohne Beeinflussung des Messinstrumentes und ohne zeitliche Verzögerung erfolgen.
Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art erfüllen die gestellten Forderungen nicht in vollem Masse. Den meisten Einrichtungen haftet gemeinsam der Nachteil an, dass die Umwandlung des vom Zeiger angezeigten Messwertes in Zahlen bzw. Fernübertragung dieser Zahlen nicht sofort bei und fortschreitend mit dem Ausschlag des Zeigers, sondern erst nach Zeigerstillstand durch Abtasten des stillstehenden Zeigers mittels einer Nachlaufeinrichtung erfolgt.
Direkte Fernübertragungen eines Zeigerausschlages ohne Verwendung einer Nachlaufeinrichtung, z. B. mittels Potentiometer und Strommesser oder mittels Synchronmotoren, lassen sich nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchführen und beeinflussen auch das Gebermessinstrument.
Die Erfindung setzt sich nun zum Ziel, eine Einrichtung zu schaffen, die zur Umwandlung des Zeigerausschlages eines Messinstrumentes, vorzugsweise einer Neigungswaage, in Ziffern und zur Fernübertragung des Messwertes unter Einhaltung grösster Genauigkeit ohne Beeinflussung des Messinstrumentes und ohne zeitliche Verzögerung geeignet ist. Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Nachlaufeinrichtung mit solcher Geschwindigkeit umläuft, dass sie auch die Zwischenstellungen des Zeigers abtastet und die Umwandlung des jeweiligen Zeigerausschlages mindestens so oft je Sekunde vornimmt, dass wenigstens die Zeigerendstellungsumwandlung dem Auge als stehendes Bild erscheint.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.
Darin zeigen:
Fig. 1-die Seitenansicht des Gerätes mit Schaltschema,
Fig. 2 das Bruchstück einer Stirnansicht gegen eine im Rahmen der Erfindung verwendete umlaufende Schlitzscheibe.
In Fig. 1 ist der in Seitenansicht dargestellte Messkopf einer Waage mit 28 bezeichnet, der eine Kleis- skala enthält, vor welcher ein Zeiger 30 mit einer Zeigerwelle 31 umläuft. Auf der gleichen Zeigerwelle 31 sitzt an deren rückwärtigem Ende ein Hilfszeiger 16, welcher Teile einer optischen Einrichtung trägt.
Gleichachsig zur Zeigerwelle 31, aber vollkommen getrennt von ihr ist eine Schlitzscheibe 1 gelagert, die auf der Welle 2 eines Elektromotors 3 sitzt und von diesem in schnelle Umlaufbewegung versetzt wird.
Auch diese Scheibe trägt Teile einer optischen Einrichtung zur Umlenkung eines von einer Lichtquelle 17 ausgehenden Lichtstrahls auf eine Photozelle 14.
Die optische Einrichtung besteht aus folgenden Teilen:
Auf der Zeigerwelle sitzt unter einem Winkel von 45" zu ihr ein ebener Spiegel 32. Der Zeiger trägt mit nicht gezeichneten Befestigungsmitteln zwei Linsen 22 und 23, im Anschluss daran eine Schlitzblende 19 und danach eine Objektivlinse 20. Am Ende des Zeigers 21 ist schliesslich ein weiterer 45 -Spiegel 21 angebracht.
Auf der Scheibe 1 ist eine zu dieser Scheibe parallele Blendenscheibe 18 befestigt, die den gleichen Radialabstand zu ihrer Drehachse hat wie der Spiegel 21 zu seiner. Hinter dieser Blendenscheibe 18 ist eine Kollektivlinse 24 sowie ein 45"-Spiegel 26 mit gleichem Achsabstand vorgesehen. Ferner trägt die Scheibe mit nicht gezeichneten Befestigungsmitteln eine Sammellinse 25 und auf der Welle 2 des Motors 3 einen ebenen 45 Spiegel 27.
Die Schlitzscheibe 1 ist im Bereich ihres Umfangs mit einer Reihe in gleichmässiger Teilung angeordneter Schlitze 33 versehen. Die Zahl dieser Schlitze entspricht der Teilung der Waagen skala oder einem ganzzahligen Vielfachen davon. Ausserdem trägt die Scheibe einen weiteren radialen Schlitz 34, jedoch auf einem anderen Radius, aber im Bereich der Unterbrechung der Teilung der Schlitze 33 zwischen ihrem Ende und Anfangsschlitz. Zwischen diesem Ende und Anfangsschlitz ist nämlich eine sogenannte neutrale Zone 35 eingeschaltet, die bei der Waage der neutralen Zone der Zeigerskala entspricht.
Im Achsabstand der erwähnten Schlitze 33 und 34 sind vor bzw. hinter der Scheibe Lichtquellen 4 und 10 bzw. Photozellen 5 und 9 so angeordnet, dass der von den Lichtquellen ausgehende Lichtstrahl in durch den Vorbeigang der Schlitze bestimmten Impulsen auf die zugehörige Photozelle fällt. Die der Schlitzreihe 33 zugeordnete Photozelle 5 ist über einen Verstärker 6 und einen elektronischen Schalter 7 angeschlossen an die Eingangsstufe eines elektronischen Zählers 8, der mit einem Wechselzahlentableau 29 als Anzeigevorrichtung ausgerüstet ist, auf dem die gezählten Zahlen in Form von Leuchtziffern erscheinen.
Die dem Einzelschlitz 34 zugeordnete Photozelle 9 ist über einen weiteren Verstärker 11 und einen im Verhältnis 1:2 arbeitenden Untersetzer 12 an den Schalter 7 und die einzelnen Stufen des elektronischen Zählers angeschaltet.
Die dritte Photozelle 14 schliesslich ist über einen weiteren Verstärker 15 ebenfalls an den elektronischen Schalter 7 angeschlossen.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende:
Der von der Lichtquelle 4 ausgesandte Lichtstrahl wird durch die Schlitzreihe 33 der umlaufenden Scheibe 1 in in entsprechendem Rhythmus auftretende Lichtblitze zerhackt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Scheibe 1 verläuft der Schnitt durch die neutrale Zone, so dass dort kein Schlitz 33 eingezeichnet ist.
Die auf der Photozelle 5 auftreffenden Lichtblitze erzeugen in dieser elektrische Impulse, welche in dem Verstärker 6 verstärkt werden und über den elektronischen Schalter 7 in den elektronischen Zähler 8 gelangen und von diesem gezählt werden. Der von der Lichtquelle 10 bei jedem Durchgang des Schlitzes 34 (einmal je Scheiben umdrehung) auf der Photozelle 9 auftreffende Lichtblitz wird als elektrischer Impuls im Verstärker 11 verstärkt und von dem Untersetzer 12 jedes zweite Mal an die Nullstelleitung des elektronischen Zählers 8 weitergegeben. Dadurch wird bei jedem zweiten Scheibenumlauf der Zähler wieder auf Null gestellt, so dass die Zählung von vorn beginnt. Wenn die Geschwindigkeit des Scheibenumlaufes - wie vorgesehen - so gross ist, dass z.
B. pro Sekunde fünfundzwanzig Zählungsanzeigen erfolgen, so erscheint dem Betrachter das Ergebnis als stehendes Bild, das die Zahl der Schlitze angibt. Der Wiederbeginn der Zählung nach jeder Nullstellung wird durch den Anschluss der Nullstelleitung 13 auch an den Schalter 7 erreicht, der bei jeder Nullstellung wieder geschlossen wird, wenn er, wie weiter unten dargestellt, zwischenzeitlich geöffnet wurde. Dieses Öffnen des Schalters 7 wird durch die oben erwähnte mit dem Zeiger gekuppelte optische Einrichtung auf folgende Weise bewirkt:
Der von der Lichtquelle 17 über die Teile 32, 22, 23, 19, 20 und 21 gehende Lichtstrahl wird vom Spiegel 21 in einer senkrecht zur Skalenebene stehenden Richtung vom Messkopf 28 wegreflektiert, und zwar an einer Umfangsstelle, die der Zeigerstellung 30 entspricht.
Die optischen Mittel sind so gewählt, dass die Spaltblende 18 das an dieser Stelle scharf und hell erscheinende Abbild des Spaltes der Blende 19 durchläuft. Dieses Bild des Spaltes wird von dem andern Teil der optischen Einrichtung immer dann in die Photozelle 14 gebracht, wenn die Blende 18 dieselbe Winkelstellung einnimmt wie der Hilfszeiger 21 und somit auch der Waagenzeiger 30. Dadurch wird je nach Grösse des Ausschlages des Waagenzeigers 30 früher oder später während eines Umlaufs mit Hilfe der Photozelle 14 der Schalter 7 geöffnet. Für den Rest dieses einen Umlaufs unterbleibt also ein weiteres Zählen.
Da durch die Nullstelleitung 13 der Schalter 7 bei jedem zweiten Umlauf wieder geschlossen wird, beginnt sofort eine neue Zählung, wobei sich die Vorgänge so schnell abspielen, dass auch bei bewegter Waage dauernd die Zeiger stellung auf dem Tableau in Form von Ziffern erscheint.
Gleichzeitig mit dem Wechselzahlen-Tableau 29 können auch Elektromagnete mit Drucktypen angeschlossen werden, so dass die Waagenanzeige auch gedruckt werden kann.