Photoelektrischer Tmpulsgeber, insbesondere zur Eichung von Elektrizitätszählern
Es ist bekannt, bei der Eichung von Elektrizitätszählern einen Eichzähler mit photoelektrischem Im pulsgeber zu verwenden, wobei eine am Umfang der Eichzählerscheibe angeordnete Reihe von Öffnungen oder Markierungen mit einem Lichtstrahlenbündel abgetastet und auf diese Weise eine möglichst grosse Anzahl von Lichtimpulsen erzeugt wird. Der Prüfling weist zur Eichung an seiner Ankerscheibe eine optische Marke auf, welche photoelektrisch einen elektronischen Impulszähler steuert, so dass die Impulse des Eichzählers während eines Ankerumlaufes des Prüflings gezählt werden. Aus der so erhaltenen Anzahl von Impulsen kann der Fehler des Prüflinge ermittelt werden. Liefert der Eichzähler je Ankerumdrehung z.
B. gerade 1000 Impulse, so bedeutet jeder fehlende oder zusätzliche Impuls im Zählerprüfergebnis einen Fehler von 1 O/oo.
Der photoelektrische Impulsgeber des Eichzählers kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass unterhalb der an ihrem Rand mit radialen Schlitzen versehenen Ankerscheibe eine Lichtquelle mit nachgeschalteter Sammellinse und oberhalb von ihr eine Photozelle angeordnet ist. Eine übliche Ankerscheibe von etwa ]00 mm Durchmesser und etwa 1 mm Stärke kann ohne besondere Mühe mit etwa 500 Schlitzen versehen werden. Es ist jedoch praktisch mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, etwa 1000 Schlitze in den Rand einer solchen Scheibe einzuschneiden.
Wohl lassen sich sehr schmale Schlitze einfräsen, aber die so entstehenden Zähne können nicht beliebig schmal gemacht werden, weil sie sich sonst beim Fräsen verbiegen. Ausserdem tritt bei sehr schmalen Schlitzen eine Beugung des Lichtes auf, die störend wirkt und zusätzliche Gegenmassnahmen erfordert.
Diese Schwierigkeiten lassen sich in bekannter Weise durch eine Vervielfachung der Impulse umgehen.
So ist es bereits bekannt, die Impulse vor ihrer Zählung in einer elektronischen Impulszähleinrichtung zu verdoppeln. Diese Methode hat aber den Nachteil, dass sie einen verhältnismässig grossen Aufwand bedingt und dennoch nur über einen verhältnismässig kleinen Frequenzbereich einwandfreie Messergebnisse liefert, weil solche Impulsverdoppler frequenzabhängig sind. Ausserdem bereitet die Anwendung dieses Verfahrens bei niedrigen Frequenzen erhebliche Schwierigkeiten.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Impulsfrequenz schon vor der Photozelle, und zwar optisch bei der Lichtabtastung der Zählerscheibe, mit Hilfe von mehreren Lichtbündeln zu vervielfachen, das heisst mit mindestens drei Lichtbündeln zu verdreifachen. Hierzu wird die Lichtquelle durch eine Schlitzblende so abgeschirmt, dass anstelle eines einzigen Lichtbündels mindestens drei voneinander getrennte Lichtbündel entstehen, welche auf die abwechselnd lichtdurchlässigen und undurchlässigen oder die abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden Stellen der Zählerscheibe auftreffen. Dieses Verfahren hat zwar gegenüber der elektronischen Impulsverdoppelung den Vorteil, dass die Frequenzvervielfachung von der Frequenz, das heisst der Ankerdrehzahl, völlig unabhängig ist.
Nachteilig ist hier aber, dass die drei Lichtbündel sehr eng beieinanderliegen und deshalb ihr gegenseitiger Abstand ausserordentlich genau eingestellt werden muss, das heisst, dass zwei von drei Schlitzen der Blende mit besonderen Verstelleinrichtungen ausgerüstet sein müssen. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass der Lichtstrahlendurchgang auf dem Weg durch die Blende zur Photozelle nie ganz unterbrochen wird, sondern nur periodisch zwischen 50 und 100ovo der Lichtmenge schwankt, so dass hier also keineswegs ein scharfer Hell-Dunkel Kontrast (Lichtmenge 0 und 1000/o) erzielt wird.
Schliesslich ist es auch von Nachteil, dass bei dieser Einrichtung nur Photozellen mit verhältnismässig gro sser lichtempfindlicher Fläche verwendet werden können, da diese Fläche ja grösser sein muss als die Teilung der Eichzählerscheibe, die ihrerseits schon wegen der Ausrüstung der Blende mit mindestens drei Schlitzen ziemlich gross gewählt werden muss.
Die vorliegende Erfindung will die Nachteile dieser bekannten Einrichtung zur Impulsvervielfachung vermeiden. Sie betrifft einen photoelektrischen Impulsgeber mit lichtelektrischer Abtastung einer mit Öffnungen oder Markierungen versehenen umlaufenden Scheibe für durchfallendes bzw. reflektiertes Licht und optischer Impulsvervielfachung mittels einer Blende, insbesondere an Eichzählern für Elektrizitätszähler, und ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Blende mindestens zwei Öffnungen, deren Breite gleich der Breite der die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheiben stellen, das'heisst der lichtdurchlässigen bzw. reflektierenden Stellen, ist, derart angeordnet sind, dass zur Belichtung der Photozelle jeweils eine oder mehrere Blendenöffnungen einer bzw. mehreren solchen Scheiben stellen gegenüberstehen, wenn die andere bzw.
die anderen Blendenöffnungen einer die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Scheibenstelle gegenüberstehen, und bei Nichtbelichtung der Photozelle sämtliche Blenden öffnungen einer bzw. mehreren die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Scheiben stellen gegen überstehen.
Bei einer bevorzugten Ausführung dieser Einrichtung sind zur optischen Impulsverdopplung in der Blende zwei Öffnungen derart angeordnet, dass jeweils eine von ihnen einer die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstelle gegenübersteht, wenn die andere der Mitte einer die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Scheibenstelle, deren Breite mindestens das Dreifache der Breite einer Blendenöffnung beträgt, gegenübersteht.
Bei einer anderen Ausführungsweise sind zur optischen Verstärkung der Impulse in der Blende zwei einander gleiche Gruppen von mindestens zwei Öffnungen derart angeordnet, dass jeweils die Öffnungen der einen Gruppe je einer die Belichtung der Photozelle bewirkenden Scheibenstelle gegenüberstehen, wenn die Öffnungen der anderen Gruppe einer die Belichtung der Photozelle unterbrechenden Scheibe stelle gegenüberstehen, wobei in jeder Gruppe der gegenseitige Abstand der Öffnungen eine ganze Scheibenteilung beträgt und die beiden Gruppen um die halbe Scheibenteilung oder um diese und mindestens eine ganze Scheibenteilung gegeneinander versetzt sind.
Alle Ausführungen der erfindungsgemässen Einrichtung zur optischen Impulsvervielfachung - sei es nun mit oder ohne optische Impulsverstärkung - haben das gemeinsam, dass der umlaufenden Scheibe in bezug auf den Lichtweg eine Sammellinse nachgeschaltet sein kann und hinter dieser nur eine einzige Photozelle angeordnet zu sein braucht.
Bei der Impulsvervielfachung ohne Verstärkung der Impulse ist der gegenseitige Abstand der Öffnungen gleich dem Produkt aus dem reziproken Wert der Impulsvervielfachungszahl und der Scheibenteilung.
Er kann aber auch um mindestens eine ganze Scheibenteilung grösser sein.
In der Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung anhand von Ausführungsbeispielen in schematischer Darstellung veranschaulicht, und zwar jeweils für eine Schlitzscheibe, das heisst für durchfallendes Licht.
Es zeigen:
Fig. 1 einen photoelektrischen Impulsgeber mit optischer Impulsverdopplung und einer der Schlitzscheibe nachgeschalteten Sammellinse,
Fig. 2 einen photoelektrischen Impulsgeber wie in Fig. 1, jedoch mit optischer Impulsverstärkung durch Anordnung von Schlitzgruppen in der Blende und
Fig. 3 einen photoelektrischen Impulsgeber wie in Fig. 1, jedoch mit einem um das Dreifache der Scheibenteilung grösseren Abstand der beiden Blendenschlitze.
In der Fig. 1 weist die Schlitzscheibe 1 in gleichmässiger Umfangsteilung radiale Schlitze 2 auf. Unterhalb der Scheibe 1 ist eine Lichtquelle 3 und oberhalb von ihr eine Photozelle 4 angeordnet. Der Lichtquelle 3 ist in bezug auf den Lichtweg eine Sammellinse 5 nachgeschaltet und der Photozelle 4 eine Sammellinse 6 vorgesetzt. Zwischen der Schlitzscheibe 1 und der Sammellinse 5 ist eine Schlitzblende 7 vorgesehen, welche zwei einander gleiche Schlitze 8 und 9 aufweist, deren Breite gleich der Breite der Scheibenschlitze 2 ist.
Der gegenseitige Abstand der beiden Blendenschlitze 8 und 9 ist so gewählt, dass jeweils einer von ihnen einem Scheiben schlitz 2 gegen übersteht, wenn der andere der Mitte des auf diesen folgenden bzw. im vorausgehenden Scheibenzahnes 10 gegenübersteht, wobei die Breite der Scheibenzähne 10 mindestens das Dreifache der Breite eines Blen denschhtzes 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 1 im Sinne des Richtungspfeiles (vergleiche 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 zweilnal nacheinander durch den Scheibenschlitz 2 hindurchtritt, während bei diesen beiden Scheibenstellungen jeweils der andere Blendenschlitz 9 bzw. 8 durch den dem Scheiben schlitz 2 vorausgehenden bzw. im folgenden Scheibenzahn 10 abgedeckt, das heisst 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 Unterbrechung des Lichtstrahlendurchganges zur Photozelle 4 scharf voneinander getrennt sind.
Da durch, dass jeder Scheibenzahn 10 mindestens dreimal so breit ist, wie der Blendenschlitz 8 oder 9, wird mit Sicherheit 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 der 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 leinen Gruppe je einem Scheibenschlitz 2 gegenüberstehen und so den Lichtdurchgang durch die Scheibe hindurch bewirken, wenn die Schlitze 12 und 13 der anderen Gruppe je der Mitte eines Scheibenzahnes 10 gegenüberstehen und durch diesen abgedeckt sind. Die Scheibenzähne 10 haben eine Breite von mindestens der dreifachen Breite eines Scheibenschlitzes 2 bzw. Blendensclhlitzes 12 bis 15.
Diese Drehstellung der Scheibe 1 ist in der Darstellung der Fig. 2 wiedergegeben. Dreht sich die Scheibe 1 im Sinne des Richtungspfeiles (vergleiche 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 anderen Gruppe durch zwei Scheibenzähne 2 abgedeckt sind. Anschliessend darauf kommen bei Weiterdrehung der Scheibe 1 diese beiden Scheibenschlitze 2 gleichzeitig über den beiden Biendenschlitzen 14 und 15 der anderen Gruppe zu stehen,
wo sie beide zusammen zum zweiten Mal einen Lichtimpuis - 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 Scheibenteilung t.
In der 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 Impuls abgabe einen scharfen Hell-Dunkel-Kontrast und damit eine exakte Impulsauszählung gewährleistet. Ausserdem bietet slie 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 ferfindungsgemä- eilen Einrichtung besondere Schlitzeinstellvorrichtungen, mittels derer 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 Be schränkung 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, das heisst 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 Vorteil, dass bei der Impulsvervielfachung ohne Lichtverstärkung der Steg zwischen den Blenden schützen und bei einer solchen mit Lichtverstärkung der Abstand der beiden Schlitzgruppen in der Blende um eine beliebige Anzahl ganzer Scheibenteilungen vergrössert, das heisst den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann.