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Vorrichtung zum Anzeigen und gegebenenfalls Abdrucken des Gewichtes
und/oder Berechnen des dem Gewicht entsprechenden Preises für Waagen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anzeigen und gegebenenfalls Abdrucken des
Gewichtes und/oder zum Berechnen des dem Gewicht entsprechenden Preises für Waagen,
bei der eine Brückenschaltung vorgesehen ist, mit der die dem Gewicht proportionale
elektrische Größe gemessen wird.
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Die Erfindung bezweckt, gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser
Art, bei denen eine einfache Wheatstonesche Brücke in der Schaltung vorgesehen ist,
durch eine vorteilhaftere Ausbildung zu erreichen, daß das elektrische Meßsystem
unabhängig von Temperatureinflüssen und den absoluten Werten der Widerstände wird
und ferner die Verwendung einer Hilfseinrichtung für den selbsttätigen Brückenausgleich
ermöglicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß eine Thomsonbrücke
vorgesehen ist, deren einer Zweig einen Widerstand entspricht, längs welchem ein
entsprechend dem zu messenden Gewicht sich verstellendes potentiometerähnliches
Abgriffsorgan verschiebbar angeordnet ist, und daß der andere Zweig der Brücke aus
einem Ausgleichswiderstand besteht, längs dem ein anderes potentiometerähnliches
Abgriffsorgan verschiebbar angeordnet ist, und daß die zwischen den Abgriffsorganen
liegende Brücke eine Steuerspannung liefert, welche in eine Signalanzeige oder eine
sichtbare bzw. abdruckbare Zahl verwandelt wird.
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Da der Zeiger der Waage das die Widerstandsänderung bestimmende Element
ist und seine Bewegung längs eines Bogens eine lineare Funktion des Gewichtes ist,
wird auch die Widerstandsänderung selbst eine lineare Funktion des Gewichtes sein.
Jeder Warenmenge, die auf die Waagschale gelegt wird, entspricht ein Widerstandswert,
welcher der Warenmenge mittels einer unveränderlichen Proportionalitätskonstante
verhältnisgleich ist und der nur vom Ohmwert des verwendeten Widerstandes abhängt.
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Der verwendete Stromkreis ist in Fig. la dargestellt, worin Vo die
Speisespannung, Ri der an der Waage angeordnete W iderstand, R2 der Ausgleichswiderstand
der Vorrichtung, Fi die von den Schiebern A und B abgenommene Spannung, a der zwischen
0 und dem Schieber A liegende Widerstand, b der zwischen 0 und dem Schieber B liegende
Widerstand, il der durch Ri fließende und i2 der durch R2 fließende Strom ist.
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Es ist somit V1 = VaVb, wobei nach dem Ohmschen Gesetz Va = a-il
und V = b i2 ist.
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Da jedoch auch die Gleichungen il = R° und i2= R° 1 2 gelten, wird
Va = V0 # a/R1 und Vb = V0 # b/R2.
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Man erhält somit :
Da jedoch die Stellung des Schiebers A linear vom aufgebrachten Gewicht » P1 « abhängt
und daher der durch den Schieber festgelegte Wert des Widerstandsteiles vau proportional
dem Gewicht » P1 « mit einer Proportionalitätskonstante » K1 « ist, wird a = K1
P1.
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Der Schieber B wird in einem gewissen Augenblick eine Stellung erreicht
haben, welche angenommen proportional einem Gewichtswert"P2vr, der von Pl abweicht,
ist, wobei P1P2 = Po und P2 + P0 = P1 ist und Po die Gewichtsdifferenz in dem betrachteten
Zeitpunkt ist.
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K2 sei die Proportionalitätskonstante, welche die Stellung von B mit
dem Gewicht P2 verbindet, so daß b = K2 P2 ist.
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Werden die Werte von a und b in die Gleichung (1) eingesetzt, so
erhält man die Gleichung
A wird sich schließlich am Ende des Widerstandes Ri befinden, was bei Messung des
maximalen Gewichtes eintreten
wird, wobei der Wert von a gleich
R1 sein wird, da der Schieber den gesamten Widerstand abgreift, so daß a = K1P max
= Rl ist, aus welcher Gleichung K1 ermittelt werden kann : =-.
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Pmax' Das gleiche gilt, wenn der Schieber B am Ende des Widerstandes
R2 anlangt, wobei b = Pmax # R2 wird, woraus R2 Pmax ermittelt wird.
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Werden die so erhaltenen Werte von K1 und 2 in die Gleichung (2)
eingesetzt, so erhält man
und vereinfacht V0 V1 = (P1 - P2). (3) P max Aus dieser Gleichung geht klar hervor,
daß die von der Brückendiagonale entnehmbare Spannung V, (gemäß Fig. 1 a) in keiner
Weise von den verschiedenen Widerstandswerten, sondern einzig und allein von dem
Gewichtsunterschied, von dem die Stellung der Schieber A und B abhängt, mit einem
konstanten Multiplikator vom Wert pVoax abhängigist, dadieSpeisespannungV0 in jeder
Hinsicht als konstant angesehen werden kann und Pmax ein reiner Zahlenwert ist.
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Man kann leicht erkennen, daß durch Wahl von V, gleich 100 Volt und
durch Festlegung der maximalen Tragfähigkeit der Waage mit 1000 g Po 100 1 Pmax
1000 10 wird.
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Die ermittelte Spannung wird in diesem Fall gleich ein Zehntel der
Differenz der Gewichte, denen die Schieber A und B verhältnisgleich sind. Wenn somit
der Schieber A durch einen Teil der Waage, Brückenwaage od. dgl. gebildet wird und
seine Bewegung dem Gewicht proportional ist und B der Schieber eines Potentiometers
ist, an welches das mechanische Element zur Einstellung der abzulesenden, abzudruckenden
oder bloß anzuzeigenden Zahl angeschlossen wird, so wird die ermittelte Spannung
nur dann Null sein, wenn die Differenz zwischen Pi und P2 Null ist.
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Auf diesem Prinzip beruhend, kann man eine Vorrichtung bauen, die
die selbsttätige Bewegung des Schiebers B vermittels einer Hilfseinrichtung gestattet,
die durch die von der Brückendiagonale herrührende Spannung V,. gesteuert wird.
Diese Hilfseinrichtung muß genügend empfindlich sein, und ihre Bewegung muß aufhören,
sobald die Spannung Null wird.
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Praktisch kann es günstig erscheinen, daß die für den Abdruck bzw.
das direkte Ablesen eingestellte Zahl dekadisch aufgebaut ist, d. h. daß auf der
Druckzeile bzw. auf dem Ablesefenster zunächst die den Hunderten entsprechende Zahl,
sodann jene der Zehner und schließlich die der Einer gebildet wird.
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Dieses System wurde bei nachfolgendem Beispiel gewählt.
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Der den Ausgleichszweig der Brücke bildende Widerstand R2 besteht
aus drei Widerstandsreihen. Die erste wächst jeweils um ein Zehntel des Gesamtwertes,
die zweite um ein Hundertstel und die dritte um ein Tausendstel des Wertes von R2.
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Der Schieber überstreicht zuerst die erste Reihe ; wenn er eine Stellung
erreicht hat, bei welcher der Gewichtsunterschied zwischen Fi und P2 kleiner oder
gleich ein Zehntel des maximalen Gewichtes ist, gelangt der auf der zweiten um ein
Hundertstel wachsenden Reihe laufende Schieber in Tätigkeit und bleibt stehen, sobald
die Gesvichtsdifferenz P1P2 kleiner oder gleich ein Hundertstel des Höchstgewichtes
ist. In diesem Augenblick tritt der auf der dritten um ein Tausendstel wachsenden
Widerstandsreihe laufende Schieber in Tätigkeit, der seinerseits zum Stillstand
kommt, sobald der Gewichtsunterschied Pl-P2 kleiner oder gleich ein Hundertstel
des Höchstgewichtes wird, welcher Wert sehr nahe an Null liegt und jedenfalls ausreicht,
um eine gute Genauigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten.
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Es liegt auf der Hand, daß die Hilfseinrichtung zweierlei Grundbedingungen
erfüllen muß : erstens kein nennenswertes Gewicht zu besitzen, derart, daß die Brückenschaltung
gemäß der Fig. 1 a die theoretischen Betrachtungen, wie sie oben geschildert wurden,
erfüllt, und zweitens eine genügende Empfindlichkeit zu besitzen, die bei der Annäherung
des gewünschten Höchstgewichtes an ein Tausendstel größer sein muß als ~V0 (Pl-P2)-v°
1 Pmax =" Pmax Pmax 1000 1000 In obigem Fall, bei welchem V, = 100 Volt angenommen
wurde, muß die geringste Empfindlichkeit, die die gewünschte Annäherung erlaubt,
demnach = 0, 1 Volt 1000 1000 10 sein.
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Um zu erreichen, daß die Hilfseinrichtung zum Stillstand kommt, sobald
sich der Schieber auf der Widerstandsreihe um ein Zehntel R2 verstellt (und dies
muß -wie erwähnt-erfolgen, sobald die Gewichtsdifferenz P1P2 kleiner oder gleich
ein Zehntel des Höchstgewichtes ist), muß an den Eingangsklemmen der Hilfseinrichtung
eine Spannung herrschen, die kleiner ist als die oben gefundene untere Grenze, d.
h. im vorliegenden Fall kleiner als 0, 1 Volt.
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Da jedoch die Diagonalspannung der Brücke in diesem Fall
ist, muß eine negative Potentialdifferenz in der Größe von-ausgeführt werden, d.
h. so groß, um die Spannung an den Eingangsklemmen der Hilfseinrichtung zu annullieren.
Im beschriebenen Fall, in welchem V0 = 100 Volt ist, ist die Grenzspannung gleich
Vu 100 -= 10 Volt.
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10 10 Damit an den Klemmen der Hilfseinrichtung eine Spannung von
0 Volt anliegt, muß in dieser Phase eine fixe negative Spannung von 10 Volt mit
dem Ausgang der Brückenschaltung in Serie geschaltet werden (eine mögliche Schaltanordnung
ist in Fig. 1 b dargestellt).
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Sobald die Hilfseinrichtung stillsteht, muß eine Vorrichtung einwirken,
welche es gestattet, daß ihre Wirkung auf die um ein Hundertstel von R2 wachsende
Widerstandsreihe übergeht, und welche gleichzeitig die entgegengesetzte
Kompensationsspannung
durch einen derartigen Spannungswert ersetzt, welcher die Annullierung gestattet,
sobald Pi von P2 um ein Hundertstel von Pmax verschieden ist. Dieser Spannungswert
wird offensichtlich eine absolute Größe besitzen, die der aus der Brücke entnommenen
Spannung gleich ist, wenn 1 P1 - P2 = - P max 100 ist, d. h. für V0 V0 1 V0 (P1
- P2) = # Pmax = Pmax Pmax 100 100 , jedoch von umgekehrten Vorzeichen.
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Im vorliegenden Fall mit Vo = 100 Volt wird Va JLOO 100 100 so daß
eine Spannung von - 1 Volt angelegt werden muß.
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Bei dem darauffolgenden Übergang auf die Widerstandsreihe, die um
ein Tausendstel von R2 zunimmt, ist keine Kompensationsspannung mehr nötig, da die
an den Enden der Brückendiagonale erhaltene Spannung bei einem Unterschied zwischen
Pi und P2 von ein Tausendstel des Höchstgewichtes von sich aus die Empfindlichkeitsgrenze
der Hilfseinrichtung darstellt ; ja man hat sich sogar dieser Spannung bedient,
um diesen Grenzwert zu bestimmen.
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Offensichtlich darf die genannte Hilfseinrichtung nicht mit Spannungen
arbeiten können, die der zugeordneten Spannungsrichtung-hier als positiv vorausgesetztentgegengerichtet
sind.
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In vorliegender Ausführungsform wurde der Spannungsteiler R2 aus
einfachen Konstruktionsüberlegungen heraus gemäß dem in Fig. lc wiedergegebenen
Schema gebaut, und seine Erläuterung ist unter Berücksichtigung der Gesetze über
parallel geschaltete Widerstände äußerst einfach. In besagter Figur ist der Wert
von ri gleich ein Fünftel des Widerstandes r und jener des Widerstandes r2 gleich
ein Fünfundzwanzigstel des Wertes des Widerstandes y. R ist hierbei gleich 10r.
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Nachfolgend wird als Einzelelement die Hilfseinrichtung erläutert.
Da dieselbe Einrichtung auch für die Einstellung jener Zahl dient, die dem Produkt
aus dem gemessenen Gewicht und einem einstellbaren Faktor, der -wie erwähnt-der
Preis pro Mengeneinheit der gewogenen Ware sein kann, proportional ist, wird nachfolgend
auch die Schaltanordnung beschrieben, welche geeignet ist, einen dem genannten Produkt
proportionalen elektrischen Wert zu ergeben.
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Das entsprechende Schaltschema ist in Fig. 1 d gezeigt, wobei R"einen
Wert darstellen soll, der um so viel größer als R'ist, daß er keine nennenswerte
Belastung für letzteren darstellt.
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In diesem Schaltschema sind Eo die Speisespannung, R'und R"die Widerstande,
M der auf R'bewegliche Schieber, dessen Bewegung dem Gewicht proportional ist, N
der Schieber, dessen Stellung vom eingestellten Wert abhängt, der einen der Faktoren
des Produktes darstellt, m und n die entsprechenden durch die Schieber M und N von
0 aus abgegriffenen Widerstände, E1 die Spannung zwischen 0 und M und E2 die Ausgangsspannung
zwischen 0 und N.
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Es bestehen die drei folgendenn Verhältnisse: E0 E1 E1 E2 = und =
; R' m R" n
aus ersterem ergibt sich E1 = E0/R' m, das in das zweite Verhältnis eingesetzt
Eo m E2 R'R" n und somit E, Eo m*n (4) R'R" ergibt.
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Die Ausgangsspannung E2 ist somit dem Produkt der Werte m und n proportional
mit einer Proportionalitätskonstante, welche den Wert Eo R'R" besitzt, nachdem sowohl
die Widerstände R'und R"als auch die Speisespannung Eo konstant anzusehen sind.
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Es ist jedoch m voraussetzungsgemäß dem Gewicht proportional angenommen
worden : m = K1 Po und n beispielsweise dem Preis pro Mengeneinheit relu : n = K2
1, in welchen Beziehungen K, und K2 die Proportionalitätskonstanten sind.
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Werden nun in Gleichung (4) die dermaßen ermittelten Werte von m
und n eingesetzt, so verwandelt sich diese in E2-RER"Ki'KZ'po'l. (5) Sobald das
Maximalgewicht Pmax erreicht ist, befindet sich der Schieber am Ende des Widerstandes
R', und der Wert m entspricht R', womit auch die Beziehung K1 Pmax = m = R' bestehen
muß, aus welcher R' K1 = P max erhältlich ist, während der Schieber N die Grenze
von R" dann erreicht, wenn der Höchstpreis eingestellt wird, wobei dann n gleich
R"wird und K2lma = n = R" ist, woraus R" K2 = l max erhalten wird.
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Werden in Gleichung (5) die Werte von K1 und K2 eingesetzt, so ergibt
sich E0 R' R" E2 = # # # P0 # l R' R" P max lmax und unter Vereinfachung E0 E2 =
# P0 # l.
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Pmax # lmax Dies bedeutet, daß E2 nicht von den Widerstandswerten,
sondern allein vom Produkt aus dem Gewicht Po mit dem Faktor l und einem konstanten
Koeffizienten E0 abhängt, da E0 konstant ist und Pmax und Pmax # lmax ma2 reine
Zahlenwerte sind.
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Die Einstellung der entsprechenden Zahl kann dadurch erfolgen, daB-wie
für das Gewicht-die Spannung E2
mit einer am Schieber eines Potentiometers,
das von der gleichen Spannungsquelle gespeist wird, abgreifbaren Spannung E2 gemäß
der in Fig. le dargestellten Schaltung ausgeglichen wird.
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Dieses Potentiometer entspricht gänzlich dem oben beschriebenen und
in Fig. 1 c dargestellten Potentiometer.
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Desgleichen entspricht auch das Dekadeneinstellsystem dem oben beschriebenen.
Die ermittelbare Potentialdifferenz hängt mit anderen Worten jeweils von einer Zahlendifferenz
ab, wobei die zu vermindernde Zahl das Produkt des dem Gewicht proportionalen Wertes
mit der eingeführten Konstante ist und der Subtrahend der fiir den Abdruck oder
die direkte Ablesung verwendeten zusammensetzbaren Zahl proportional ist.
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Auch in der Schaltung der Fig. 1 e bezeichnen Eo die konstante Spannung,
E2 die Spannung zwischen 0 und N, Vb die Spannung zwischen 0 und B, V, die Ausgangsspannung,
die an die Hilfseinrichtung anzulegen ist, und R3 den Potentiometerwiderstand.
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Es ergibt sich Fi = E2Vb ; da jedoch E2 = ######### # P0 # l und
Vb = E0/R3 # b ist und unter der Annahme, daß b einer den Preis 13 auszudrückenden
Zahl proportional ist, d. h. b = K' 13, wobei b = R3 ist, wenn 13 den Höchstpreis
ausdrückt, d. h. b = R3 = K'wird, woraus für K'= 3 erhalten lma : c wird, kann man
die Gleichung Fi = E2Vb wie folgt schreiben und vereinfachen : E0 E0 V1 = # P0 #
l - b Pmax # lmax R3 E0 E0 V1 = # P0 # l - K' # l3 Pmax # lmax R3
Aus Gleichung (6) ergibt sich wieder, daß Fi (Ausgangsspannung) nicht von den Widerstandswerten,
sondern nur von der Differenz zwischen dem Produkt aus Gewicht und eingestelltem
Preis pro Mengeneinheit und der eingestellten Ziffer abhängt, mit deren mechanischen
Elementen der Schieber B verbunden ist.
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Nachdem Eo konstant und Pmax eine reine Zahl ist, wird diese Spannung
nur dann Null, wenn
ist, d. h. wenn die eingestellte Ziffer l3 gleich dem Produkt aus dem Gewicht PO
in Gramm und dem Preis pro Mengeneinheit 1, in Währung pro kg ausgedrückt ist. Soll
die gleiche Hilfseinrichtung, die zur Einstellung einer Zahl benutzt wird, die dem
Gewicht proportional ist, auch zur Einstellung dieser zweiten Zahl, die dem Preis
der Ware proportional ist, verwendet werden, so ist darauf Bedacht zu nehmen, daß
die Empfindlichkeit dieser Hilfseinrichtung mit 0, 1 Volt festgelegt wurde.
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Um zu erreichen, daß diese Empiindlichkeit noch ausreicht, um die
Einstellung einer Zahl mit Annäherung der Einerstelle an den Realwert zu gestatten,
muß man in der Schaltung nach Fig. le eine Ausgangsspannung von 0, 1 Volt haben,
wenn die Differenz zwischen der einzustellenden Zahl und der tatsächlich eingestellten
Zahl gleich Eins ist.
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In diesem Fall ist somit
wobei Eo Fmax""'' sein muß.
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Hierdurch wird eindeutig der in der Vorrichtung einstellbare Höchstpreis
Imf"r bestimmt, wenn erst einmal der Wert der Speisespannung Eo festgelegt ist.
In der Tat ist E0 lmax = = 10E0.
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0,1 Im vorliegenden Fall, bei welchem die Speisespannung mit 100
Volt festgelegt worden ist, ergibt sich Ln, dx = 10 Eo = 1000 Währungseinheiten.
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Die zum Ausgleich der Spannungen an der Arbeitsgrenze notwendigen
Potentialdifferenzen sind natürlich die gleichen, wie sie bei der Einstellung des
Gewichtes verwendet wurden, da die Multiplikationskonstante ED dieselbe ist (s.
Gleichung 3), da Eo = V, = 100 und I Pmax = 1000 ist. Somit kann genau das gleiche
Umschaltesystem auch für diese zweite Operation angewendet werden.
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In den zusammengehörenden Fig. 2 a und 2 b ist schematisch eine Anwendungsform
der oben erläuterten und in den Fig. 1a, 1b, 1c, 1d, 1e gezeichneten Prinzipien
dargestellt.
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Aus diesen Fig. 2a, 2b ist eine weiter unten eingehender beschriebene
mechanische Vorrichtung ersichtlich, welche geeignet ist, elektrische Impulse in
Verschiebungen mechanischer Organe umzuwandeln, um Ziffern in eine LinieA-A zu bringen,
die geeignet sind, abgedruckt zu werden und die, wie später gezeigt wird, zwei entsprechende
Zahlen bilden. Eine dieser Zahlen entspricht dem Gewicht der auf die Waagschale
(in Fig. 2b ersichtlich) gelegten Ware, ausgedrückt in Gramm, und die zweite dem
Preis der Ware, deren Preis pro Mengeneinheit durch Einstellung von Druckknöpfen
der Tastatur 41 festlegbar ist.
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Die Dekaden der entsprechenden Ziffern (Hunderter, Zehner und Einer)
der auf der Linie A-A einzustellenden Zahl sind an den Zahnstangen 1 a, 1 b und
1c für das Gewicht und 1 d, 1e und 1f für den Preis angeordnet. Diese Zahnstangen
bringen, eine jede nacheinander durch das Ritzel 3 betätigt und längs der Führung
2 frei verschiebbar, je eine Ziffer auf der Linie A-A zur Einstellung, die der Anzahl
der Impulse entspricht, welche sie vom rotierenden Relais 14 erhalten, wenn das
Ritzel 3 mit ihnen im Eingriff steht. Das Ritzel3 ist längs der im Querschnitt sechseckigen
Welle 4 frei verschiebbar, wobei es bei dieser Bewegung lediglich durch die mit
der Zabnstange 6 verbundene Gabel 32 gesteuert wird. Die Zahnstange 6 wird vermittels
der Klinke7 betätigt und dadurch jedesmal, wenn das Relais 22, durch welches die
Klinke 7 gesteuert wird, einen Stromimpuls erhält, gezwungen,
sich
u-einen Abschnitt zu verschieben, der einem Schritt ihres Sägezahnprofils entspricht.
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In den Fig. 2 a und 2 b sind ferner die anderen Teile, welche der
Vorrichtung angehören, symbolisch dargestellt, und zwar : das an sich bekannte Verteilergerät
39, welches bei L an das Netz angeschlossen ist und die für die Brücke benötigte
Spannung Fi = 100 Volt sowie die für den Ausgleich der Spannung an der Arbeitsgrenze
erforderliche Spannung V3 = 12 Volt liefert. Weiterhin liefert das Verteilergerät
die für die Hilfseinrichtung 40 benötigte Spannung (im vorliegenden Fall = 100 Volt,
0 und + 45 Volt). Die Hilfseinrichtung 40, welche nachfolgend eingehender erläutert
wird, hat zur Aufgabe, den Relais 14, 22 und 33 die Impulse zu liefern, wovon letzteres
die Umschaltung des für die Einstellung des Gewichtes benötigten Stromkreises (Fig.
la) auf jenen, der für die Einstellung des Preises gebraucht wird (Fig. 1 e), besorgt.
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Der Servomotor steuert auch das Relais 36 an der Waage, welches dazu
dient, den Zeiger 37 um die Achse 38 zu drehen, derart, daß die Zeigerspitze einen
Punkt des Widerstandes 34, der dem Widerstand R1 der Fig. 1 a entspricht und am
Quadranten 35 der Waage montiert ist, berührt.
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Wie erwähnt, ist die Einrichtung 41 dazu bestimmt, den Preis pro
Mengeneinheit jener Ware, die man wiegen will, voreinzustellen. Sie besteht aus
einem Teiler für drei Dekaden, wobei die erste Reihe für die Einer, die zweite Reihe
für die Zehner und die dritte Reihe für die Hunderter bestimmt ist (s. Fig. 1 c)
und wobei die Stellung des Schiebers von der Einstellung der entsprechenden Druckknöpfe
abhängt In den zusammengehörenden Fig. 2 a und 2 b sind ferner die elektrischen
Verbindungen zwischen den obengenannten Teilen schematisch angedeutet. Die Wirkungsweise
der gesamten Vorrichtung ist die folgende : Sobald das Verteilergerät 39 an Spannung
gelegt wird, gelangt eine völlig unabhängige Spannung Vo über die Leitungen z und
k an die Enden des Potentiometers 13 a, 13b, 13c sowie an zwei Leiter des durch
das Relais 33 gesteuerten Vierfachumschalters. Über die zwei Kontakte des Umschalters,
welche mit den genannten Leitern verbunden sind, gelangt diese Spannung auch an
die Enden des anderen, am Quadranten der Waage angeordneten Potentiometerwiderstandes
34. Die beiden Widerstände, von welchen die Widerstände 13a, 13b und 13c durch die
Schieber 11 a, 11 b, 11 c und der Widerstand 34 durch den Schieber 37 (den Zeiger
selbst) unterteilt sind, bilden eine Wheatstonebrücke gemäß dem Schaltschema der
Fig. 1 a.
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Die an der Diagonale dieser Brücke, d. h. zwischen dem Schieber 37
(Zeiger) und dem durch die an den Zahnstangen 1 a, 1 b und l c befindlichen Kontakt
gebildeten Schieber herrschende Spannung wird bei B in die Hilfseinrichtung eingeleitet
und dient zur Steuerung derselben.
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Eine Verbindung dieser Spannung erfolgt über Erde des Chassis, während
die andere Verbindung vermittels der Widerstände 42 und 43 erfolgt, die keinerlei
Spannungsabfall erzeugen, da der in ihnen fließende Strom Null ist.
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Die Hilfseinrichtung nimmt für ihre Steuerung tatsächlich keine Leistung
auf.
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In den Widerständen 42 und 43 fließt hingegen durch Anlegen einer
Spannung V2, die über die Leitungen x und y aus dem Verteilergerät geliefert wird,
ein Strom derart, daß sich an ihren Enden eine Potentialdifferenz bildet, die hinsichtlich
der von der Brückendiagonale gelieferten umgekehrtes Vorzeichen besitzt. Die von
der Brückendiagonale gelieferte Potentialdifferenz besteht zwischen den Schiebern
der Potentiometerwiderstände 34 und 13a, 13b, 13c und besitzt einen absoluten Wert,
der gleich ist l/lo VO zwischen den Enden der Widerstände 43
+ 42 und ein Hundertstel
der Spannung an den Enden des Widerstandes 43 allein (s. Fig. I b).
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Ein Beispiel soll die Wirkungsweise der Vorrichtung näher erläutern.
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Der Zeiger der Waage sei in einer Stellung, welche 375 Gramm entspricht,
während sich die Zahnstangen in ihren Ausgangslagen befinden mögen. Die Spannung
Vo sei gleich 100 Volt und V2 gleich 10 Volt. Zwischen Erde und dem Hauptschieber
des Potentiometerwiderstandes 13a, 13b, 13c liegt eine Spannungsdifferenz von 37,
5 Volt (s. Formel 3), während zwischen Erde und dem Schieber 25, der in den ersten
Kontakt der Kontaktleiste 24 eingreift, eine Spannungsdifferenz von 27, 5 Volt liegt,
da die Gegenspannung von 10 Volt, die an den Enden der Widerstände 42 und 43 liegt,
hinzugefügt wurde.
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Die Spannung von 27, 5 Volt erreicht über die Leitung B die Hilfseinrichtung,
worauf diese eingeschaltet wird und einen Impuls aussendet, der bei 14'austritt
und das Relais 14 erreicht. Durch diesen Impuls wird das in die Zahnstange 1 a eingreifende
Ritzel 3 gedreht, die Zahnstange um einen Schritt angehoben und der auf der Kontaktleiste
12 laufende Schieber I I a um einen Schritt verschoben. An der Kontaktleiste 12
sind jene Widerstände angeschlossen, welche die erste Reihe mit Stufen von je einem
Zehntel des Gesamtwertes des Teilers 13a, 13 b, 13 c bilden.
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Die Wheatstonebrücke hat sich somit um ein Zehntel dem Gleichgewicht
genähert, und die Spannung an den Kontrollklemmen beträgt 17, 5 Volt.
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Da diese Spannung noch größer als Null ist, arbeitet die Hilfseinrichtung
weiter und sendet einen neuen Impuls dem Relais 14, womit die Zahnstange 1 a und
der zugehörige Schieber 11 a um einen weiteren Schritt verschoben werden. Die Spannung
an den Kontrollklemmen beträgt nun 7, 5 Volt, und in der Folge nach einer weiteren
Bewegung des Ritzels 3 erreicht sie-2, 5 Volt. Die Hilfseinrichtung, welche auf
eine negative Spannung nicht anspricht, bleibt somit stehen.
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Nachdem die Impulse an das Relais 14 aufhören, sendet die Hilfseinrichtung
vermittels einer besonderen, nachfolgend näher beschriebenen Schaltung einen Impuls
zum Relais 22, womit sich die mit dem Ritzel 3 verbundene Zahnstange 6 seitlich
um einen Schritt verschiebt. Während das Ritzel 3 somit mit der Zahnstange 1 b in
Eingriff gelangt, wird der Schieber 25 mit dem zweiten Kontakt der Kontaktleiste
24 verbunden. Auf diese Weise befindet sich nur mehr der Widerstand 43 mit der Verbindung
der Hilfseinrichtung in Serie geschaltet. An den Enden dieses Widerstandes herrscht
eine Spannungsdifferenz von nur l Volt und von umgekehrten Vorzeichen bezüglich
der von der Brücke gelieferten Spannung. An den Eingangsklemmen der Hilfseinrichtung
liegt nur eine Spannung von 6, 5 Volt (-2, 5 bis (-10)-1), d. h. eine solche Spannung,
um die Hilfseinrichtung wieder einzuschalten, wodurch neuerlich Impulse dem Relais
14 zugesandt werden.
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Das Ritzel 3 betätigt jedoch jetzt die Zahnstange 1b, deren Schieber
längs jener Kontaktleiste gleitet, an der die Widerstände der Reihe angeschlossen
sind, die um ein Hundertstel des Gesamtwertes veränderlich ist, wobei somit bei
jedem Sprung die Ausgangsspannung der Brücke um 1/lao von VO, d. h. um 1 Volt abnimmt.
Die besagte Spannung erreicht demnach nacheinander die Werte 5, 5, 4, 5, 3, 5, 2,
5, 1, 5, 0, 5 und-0, 5 Volt. Sobald der letztgenannte Wert erreicht ist, hören die
Impulse des Relais 14 auf. Da sieben Impulse ausgesandt wurden, befindet sich in
der Zehnerstellung die Ziffer 7 in der Höhenlage der Drucklinie A-A. In der Folge
gelangt neuerlich ein Impuls zum Relais 22, wodurch das Ritzel 3 und der Schieber
25 um einen weiteren Schritt verschoben werden.
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Jetzt wird keine Gegenspannung mehr zur Ausgangsspannung der Bracke
addiert, und am Eingang der Hilfseinrichtung liegt somit eine Spannungsdifferenz
von 0, 5 Volt (-0, 5 bis (-1). Die Hilfseinrichtung gelangt neuerdings inTätigkeit,
und das Ritzel3 wirdnunmehr die Zahnstangelc verstellen, deren Schieber längs der
um ein Tausendstel des Totalwertes veränderlichen Widerstandsreihe läuft. Die Spannung
verringert sich nunmehr jeweils um lllDa0 von Trio, d. h. um 0, 1 Volt, wobei jeweils
die Brücke im Gleichgewicht gehalten wird.
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Durch fünf aufeinanderfolgende Impulse nimmt die Spannung nacheinander
die Werte 0, 4, 0, 3, 0, 2, 0, 1 und 0 Volt an, und wenn die Hilfseinrichtung zum
Stillstand kommt (sobald die Kontrollspannung Null wird), wird in der Höhenlage
der Linie A-A die dem Grammwert der gewogenen Ware entsprechende Zahl 375 erscheinen.
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Es folgen nun so viele Impulse zum Relais 22, bis an den Eingangsklemmen
der Hilfseinrichtung 40 keine Spannung mehr liegt, die imstande wäre, dieselbe zu
betätigen.
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Dies dauert so-lange, bis der Schieber 26 durch aufeinanderfolgende
Bewegungen einen Kontakt erreicht hat, der einen Stromkreis für das Umschalterelais
33 schließt, wobei durch Anziehen des Ankers dieses Relais der an ihm angeschlossene
Umschalter betätigt wird, womit die bisherige Schaltanordnung auf eine solche umgeschaltet
wird, die für die Einstellung der dem Preis der Ware entsprechenden Zahl erforderlich
ist (Fig. 1 e).
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Die Spannung Vo, welche einerseits nach wie vor am Potentiometerwiderstand
13 a, 13 b, 13 c anliegt, gelangt über die neuen Kontakte des Umschalters andererseits
an Stelle zu den Enden des Potentiometers 34 der Waage zu den Enden eines Dekadenpotentiometers
41, welches durch die Reihen 13d, 13e und 13 f gebildet wird und dessen Kontaktleisten
neben den Zahnstangen 1 d, 1 e, 1 f liegen, die die Aufgabe besitzen, die dem Preis
der gewogenen Ware entsprechende Zahl einzustellen, deren Preis pro Mengeneinheit
mittels des Dekadenpotentiometers 41 voreingestellt wurde.
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In der durch die Zahnstange 6 erreichten Lage befindet sich das Ritzel
3 mit der Zahnstange 1 d im Eingriff, und der Schieber 25 befindet sich auf einem
der ersten Stellung entsprechenden Kontakt, d. h. am Ende der Widerstände 42 und
43.
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Da-wie oben gezeigt wurde-die Ausgangsspannung der so gebildeten
Schaltung vom Verhältnis abhängt, welches durch den Schieber auf den Widerständen
13a, 13b, 13c festgelegt ist, multipliziert mit dem Verhältnis, das durch den Potentiometerwiderstand
41 festgelegt ist, entspricht die Schaltung (Fig. ld) der Schaltung einer Brücke,
bei der das Verhältnis der ersten beiden Zweige von einem Wert abhängt, der dem
Produkt, gebildet aus dem Gewicht und dem Preis pro Mengeneinheit, entspricht.
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Ein Beispiel : Das Gewicht sei wieder mit 375 Gramm angenommen, und
der Preis pro Mengeneinheit sei mit 825 Währungseinheiten pro Kilogramm eingestellt.
Das Produkt dieser beiden Werte (Formel 6) 375-825/1000 = 309.
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Wenn die Zahnstangen zunächst in Ausgangsstellung angenommen werden,
wird die Ausgangsspannung 30, 9 Volt betragen (Proportionalitätskonstante zu welcher
Spannung 10 Volt mit umgekehrtem Vorzeichen, entsprechend der Spannung an den Enden
der Widerstände 42 und 43, in Serie, geschaltet sind. An die Eingangsklemmen der
Hilfseinrichtung gelangt somit eine Spannung von 20, 9 Volt, durch welche diese
in Tätigkeit gesetzt wird.
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Diese Spannung wird bei Verschiebung der Zahnstange 1d mit zugehörigem
Schieber nach und nach zu 10, 9, 0, 9 und-9, 1 Volt. Wenn die Zahnstange 6 um einen
Schritt verstellt wird und der Schieber 25 nur-1 Volt abgreift, wird obgenannte
Spannung' (-9, 1 bis (-10)-1) ~
-0, 1 Volt, und kein Impuls gelangt somit zum Relais
14, solange bis sich die Zahnstange 6 nicht um einen weiteren Schritt verschoben
hat und der Schieber 25 keine Gegenspannung mehr abgreift. An der Hilfseinrichtung
wird demzufolge eine Spannung von 0, 9 Volt (-0, 1 bis -1) liegen, die stufenweise
mit der Verstellung der Zahnstange 1 f verringert und schließlich Null wird, sobald
diese Zahnstange um neun Schritte angehoben wurde (0, 8, 0, 7, 0, 6, 0, 5, 0, 4,
0, 3, 0, 2, 0, 1, 0).
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Die mit den Ziffern der Zahnstangen 1 d, 1 e, 1 f auf der Linie A-A
eingestellte Zahl wird somit 309 sein, entsprechend dem Preis der Ware in Währungseinheiten
ausgedrückt. Die längs der Linie A-A eingestellten Zahlen können vermittels bekannter
Vorrichtungen, wie z. B. jener, die bei schreibenden Additionsmaschinen in Verwendung
sind, abgedruckt werden.
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In Fig. 3 ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Hilfseinrichtung
dargestellt.
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In dieser Einrichtung werden drei Elektronenröhren, denen die folgenden
Aufgaben zugeteilt sind, verwendet.
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Wi = Verstärkerpentode hoher Steilheit zur ungefähr 80fachen Verstärkung
der von der Brücke gelieferten Spannung Vl, um eine ausreichende Spannungsdifferenz,
wie sie zur Steuerung der Gastriode W2 benötigt wird, zu erhalten.
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W2 = Thyratron mit geringem Anodenstrom, das als Elektronenschalter
im Stromkreis zum Relais 14 dient.
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W3 = Röhre mit starker Emission, die das Relais 22 mittels eines
Stromkreises mit hoher Zeitkonstante steuert.
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W4 = Ionisationsstabilisator.
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Die Schaltung der Röhre Wl ist bekannt unter der Bezeichnung » Gleichstromverstärkervr.
In Ruhestellung ladet sich das Steuergitter selbständig über den Kathodenwiderstand
R, auf. Der durch den Verbraucherwiderstand Ra fließende Strom erzeugt einen Spannungsabfall,
der direkt an das Gitter der Röhre W2 angelegt wird, deren Kathode sich über den
durch die Widerstände R5 bis R7 gebildeten Teiler auf einem positiven Potential
befindet, welches etwas größer ist als jenes an der Anode der Röhre Wi.
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Die zwischen Kathode und Gitter des Thyratrons W2 vorhandene Potentialdifferenz
muß so groß sein, um eine sichere Sperrwirkung zu erhalten.
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Sobald an das Gitter der Röhre W, eine negative Spannung gelangt,
sinkt der Anodenstrom fühlbar ab, und somit verringert sich auch der Spannungsabfall
an Ra, wodurch die Anode von W1 und das Gitter von W2 auf ein positiveres Potential
gesetzt werden.
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Da die effektive Verstärkung 80 beträgt, ergibt eine Änderung der
Gitterspannung der Röhre W1 von 0, 1 Volt eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen
Gitter und Kathode des Thyratrons W2 von 8 Volt, wodurch dieses unmittelbar zu arbeiten
beginnt. Die Speisung der Röhre Wl wird durch den Stabilisator W, vermittels des
Widerstandes R6 konstant gehalten.
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In Serie zur Anode der Röhre W2 sind das Relais M, und das Relais
14 geschaltet, welche untereinander durch Zwischenschaltung des Kontaktes Al, der
von Mi gesteuert ist, in Kaskade geschaltet sind. Unmittelbar vor die Anode des
Thyratrons W2 ist der Kontakt X geschaltet, der durch ein anderes Relais M2 gesteuert
wird.
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Sobald sich der Stromkreis über das Thyratron W2 schließt, werden
durch den fließenden Strom das Relais M und das Relais 14 erregt. Letzteres bewirkt
die Verschiebung der entsprechenden Zahnstange, mit welcher es im Eingriff steht,
und das Relais ML öffnet den Kontakt A1, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird.
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Das Relais M1 ist gegenüber dem Relais 14 verzögert, da der Kondensator
C3 seiner Wicklung parallel geschaltet
ist, welcher eine große Kapazität
besitzt und eine hohe Zeitkonstante im Stromkreis M1-C3 hervorruft.
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Die Unterbrechung des Stromkreises ruft die Entionisierung des Thyratrons
W2 hervor, welche auch durch den zwischen Anode und Erde geschalteten Widerstand
R8 erleichtert wird.
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Nach der Entladung des Kondensators C3 fällt das Relais Ml ab, und
der Kontakt Al wird wieder geschlossen.
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Wenn die von der Brücke abgenommene Spannung, welche sich inzwischen
durch Verschiebung der Zahnstange und des mit dieser verbundenen Schiebers verändert
hat (s. Fig. 2a, 2b), nach ihrer Verstärkung noch eine derartige Große besitzt,
daß das Thyratron noch arbeiten kann, so wiederholt sich der eben beschriebene Zylçlus.
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Andernfalls (und dies tritt ein, wenn die in das Ritzel eingreifende
Zahnstange die ihr zukommende Stellung erreicht hat) besitzt die am Ausgang der
Verstärkerröhre Wl herrschende Spannung einen derartigen Wert, daß das Thyratron
nicht mehr einsetzen kann, so daß der Kontakt A, geschlossen bleibt und die Spannung
an der Anode der Röhre W2 den Kondensator C4 über den Widerstand R12 aufladet.
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Der Kreis Rl2-C4 besitzt eine äußerst hohe Zeitkonstante derart,
daß es nicht möglich ist, daß die Spannung an den Enden von C4 während eines Arbeitszyklus
des Thyratrons einen erheblichen Wert erreicht.
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Am Ende dieses Zyklus wird die an den Enden des Kondensators C. gebildete
Spannung über den Kontakt Bi des Relais M1 gegen Erde abgeleitet.
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Wenn das Thyratron jedoch nicht mehr ionisiert wird und der Kontakt
Bl lange offen bleibt, währt die Spannung an den Enden von C4 so lange, bis sie
die negative Spannung, die über die Widerstände R und Rlo gebildet und über den
Widerstand Rll an C4 angelegt ist, aufhebt.
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Die Spannung an den Enden des Kondensators C4 liegt über dem Widerstand
RI, am Gitter der Röhre W3. Wenn diese Spannung negativ ist, so ist diese Röhre
gesperrt, wenn sie jedoch Null wird, gelangt die Röhre rasch in ihren Arbeitsbereich.
Der somit durch die Röhre W3 fließende Strom bringt das Relais M2, welches in den
Anodenstromkreis geschaltet und ebenfalls durch einen Kondensator C5 verzögert ist,
zum Ansprechen. Hiermit wird der Kontakt Y geschlossen, der den Schalter im Stromkreis
für das Relais 22 bildet. Gleichzeitig wird der Kontakt X im Anodenstromkreis der
Röhre Wa geöffnet und die Spannung, die über R12 den Kondensator C4 auflud, abgeschaltet.
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Die negative Spannung kehrt sodann in der durch die Konstanten des
Stromkreises festgelegten Zeit die Spannung an den Enden von C4 um, wodurch die
Röhre W3 gesperrt und demzufolge das Relais M2 zum Abfall gebracht wird.
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Nun liegt an der Anode des Thyratrons W2 neuerlich Spannung, und
da sich inzwischen das Ritzel und die entsprechenden Schieber verstellt haben, kann
die Brückenausgangsspannung wieder einen Wert besitzen, der für den Einsatz von
W2 genügt, wodurch der schon beschriebene Zyklus wieder einsetzt.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen eine mechanische Einzelheit der Vorrichtung
gemäß den Fig. 2 a und 2b und veranschaulichen, wie der Zeiger 37 der Waage mit
dem Widerstand 34 in Berührung gebracht wird, der unterhalb der Anzeigeskala der
Waage angebracht ist, und zwar durch die Wirkung der Erregung des Relais 36, das
den Unterteil des Zeigers 37 anzieht und ihn um den Zapfen 38 dreht.
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Wenn man eine Ware wiegen will, läßt man den Zeiger zunächst frei
schwingen, bis er die Gleichgewichtslage erreicht hat. Sodann führt man die Erregung
des Relais36
herbei und schließt somit den Brückenstromkreis, um die Messung durchzufiihren.