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Zählstufe für elektronische Zähler Für Zählschaltungen und Frequenzteiler
ist seit einiger Zeit der sogenannte Magrietflußzähler bekannt (siehe z. B. NTZ,
2 [19611, S. 81 bis 87). &,i einem solchen Zähler werden einer
Wicklung, die auf einem ferromagnetischen Kern mit möglichst rechteckiger Hystereseschleife
angebracht ist, Spannungsimpulse gleicher Polarität zugeführt, die jeder die gleiche
Spannungsfläche, gemessen in Voltsekunden, beinhalten. Die Größe der Spannungszeitfläche
eines Impulses ist so bemessen, daß ein Impuls nicht dazu ausreicht, den Kein von
einem Sättigungszustand in den entgegengesetzten zu bringen. Wenn man also von einem
Sättigungszustand ausgeht, wird bei geeigneter Polarität der Impulse der Kein erst
nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen den anderen Sättigungszustand erreichen.
Die Anzahl der Impulse, die für -eine solche vollständige Ummagnetisierung benötigt
wird, hängt ab von der Größe der Impulse (Voltsekunden), der Windungszahl der Wicklung,
der Sättigungsinduktion des Kernes und seinem Querschnitt. Um nach diesem Prinzip
einen Zähler herzustellen, muß auf irgendeine bekannte Weise das Erreichen der Sättigung
angezeigt werden. Hierfür sind verschiedene Methoden unter dem Namen Spannungsdiskrin:iinierung,
StrorndiskriminieTung, Diskriminierung durch Rückfallimpulse bekanntgeworden.
Soll
der Zählvorgang wiederholbar sein, so muß nach Erreichen der Sättigung
der Kern wieder in seinen Ausgangszustand, d. h. den Zustand, der Sättigung
in der entgegengesetzten Richtung, übergeführt oder, kurz gesagt, zurückgestellt
werden.
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Die Impulse konstanter Spannungszeitfläche, also konstanten Flußhubes,
die dem schrittweise umzuklappenden Zählkern zugeführt werden, lassen sich in bekannter
Weise am besten durch einen zweiten Kern, den Irapulsformerkern, erzeugen, der in
einem Schritt von einem Sättigungszustand in den entgegengesetzten gebracht wird
und dabei an einer Ausgangswicklung einen Impuls von fest gegebener Spannungszeitfläche
abgibt. Dabei wird durch geeignete Maßnahmen verhindert, daß beim Zurückführeii.
dieses Kernes in den ersten Sättigungszustand der dabei entstehende Impuls vom ImpulsfoTmerkern
auf den Zählkem zurückwirken kann. Ebenso ist dafür gesorgt, daß das Zurückstellen
des Zählkernes den Impulsformerkem nicht beeinflußt.
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Zum Aufbau mehrstufiger Zähler ist es weiterhin bekannt, den Zählkern
einer Stufe als Impulsfonnerkein für die folgende Stufe auszunutzen und auf diese,
Weise eine gan Zählerkaskade aufzubauen.
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Die vorstehend im Prinzip beschriebene Klasse von Zählerstufen ist
recht gut brauchbar, da sogar die Temperaturabhängigkeit der Sättigungsinduktion
das Zahlerergebnis nicht beeinflußt, wenn man dafür sorgt, daß der Impulsformerkern
und der Zählkern aus Material mit gleicher Temperaturabhängigkeit hergegellt und
im Gerät so angebracht werden, daß beide die gleiche Temperatur annehmen. Wennn
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doch eine größere Anzahl gleicher Zählerstufen herzustellen ist, so tritt
-eine Schwierigkeit auf, deren überwindung das Ziel der vorliegenden Erfindting
ist. Es zeigt sich nämlich, daß trotz Verwendung möglichst gleicher Schaltelemente
und gleicher Windungszahlen auf den Kernen das Zählerergebnis, d. h.
die
Anzahl der Schritte von einem Sättigungszustand in den anderen, für die
einzelnen Zählerstufen verschieden ist. Dies dürfte in der Hauptsache neben der
Streuung der Sättigungsinduktion auf die Streuung der Querschnitte der verwendeten
Kerne zurückzuführen sein.
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Es ist bereits bekannt, daß ein Abgloich der Zählrate dadurch möglich
ist, daß die Schaltung mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetis#Iien Querfeldes
in dem Zählkexn und(oder düm Impulsformerkern versehen wird. Wirkt das Feld auf
den Impulsformerkem, so wird die Zählrate der Stufe erhöht, wirkt es auf den Zählkem,
so wird die Zählrae ernied;rigt. Man kann sich die Wirkung des Gleichfeldes so vorstellen,
daß der von ihm im Kein hervorgerufene Fluß so wirkt, als sei der Querschnitt längs
eines Teiles des Umfangs verkleinert. An die Homogeni,tät des Gleichfeldes werden
keine großen Anforderungen gestellt, es genügt daher, dem Kern, an dem der Abgleich
vorgenommen werden soll, in bekannter Weise einen Permanentmagneten mehr oder weniger
zu nähern. Gemäß der Erfindung ist bei einer derartigen
Zählstufe
ein für den Zählkern und den Impulsformerkem gemeinsamer Perinanentmagnet in solcher
Anordnung vorgesehen, daß dessen magnetische EinwiTkung auf die beiden # Kerne bei
Lageveränderung sich in entgegiprigesetztern :#,Sinne ändert. Es empfiehlt sich,
für den Pernianentmagneten ein Material mit solcher Temperäturabhängigkeilt zu nehmen,
daß der von ihm erzeugte Fluß ungefähr den gleichen Gesetzen gehorcht vvi#'#die
Shtfigungsinduktion der verwendeten Keine.
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Die Zeichnung zeigt älsPrinzipschaltbild ein Ausf : Uhrungsbeisp#e-1
de# j3rfift#duüg für eine Zählstufe mit einem Zählk:ern 1 6d #"e"Imm
Impulsformerkern 2. Die Eingangswicklung des Kerns 2 besitzt eine Mittelanzapf-ung,
die über eine Batterie 3 und einen Widerstand 4 und über je einen
Schalter 5 bzw. 6 mit den Außenklemmen der Eingangswicklung veTbunde#n
ist. In der Praxis wird man diese Eingangsschaltung in bekannter Weise durch elektronische
Schalter, z. B. durch Flip-Flops oder durch Sperrschwinger verwirklichen.
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über einen Schalter 7 und einen Stromindikator 9
mit
Schwellwert ist eine Ausgangswicklung des Impulsformerkerns 2 mit einer Eingangswicklung
des Zählkerns 1 veTbunden. Weiterhin ist der Zählkem 1
mit einem Rückstellkreis
versehen, der einen Schalter 8 und eine Stromquelle 10 enthält.
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Bei dem dargestellten Magnetflußzähler wird der Impulsformerkern
2 durch abwechselndes Betätigen der Schalter 5 und 6 von einem
Sättigungszustand in den anderen gebracht, die Batterie 3 und, der Widerstand
4 sind entsprechend zu dimensionieren. Gleichzeitig mit einem der beiden Schalter
wird der Schalter 7 betätigt und damit der Remanenzzustand des Zählkerns
1 geändert. Erreicht dieser Kern die Sättigung, so spricht der mi# einem
Schwellwert versehene Stromindikator 9 an, und das Signal an seinen Ausgangsklemmen
schließt den Schalter 8 für eine Zeit, die, ausTeicht, daß der von der Batterie
10 gelieferte Strom den Kern 1 wiedex in seinen entgegengesetzten
Sättigung-.zustand bringt. Danach kann der Zählvorgang durch abwechselnde Betätigung
der Schalter 5 und 6 von neuzin beginnen. Je nach Verwendungszvieck
können die Schalter 5, 6, 7 und 8
durch mechamische Kontakte (Relais)
oder durch Transistorschahungen bzw. Dioden Tealisiert werden. Das gleiche gilt
füx d= Stromindikator 9.
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Zum Abgleich der Zählrate durch gleichzeitige Beeinflussung sowohl
des Steuerkerns als auch des Zählkerns ist gemäß der Exfindung der stabförmige Perinänentmagnet
11 vorgesehen, der durch Vorschieben von dür rechten gestrichelten Lage in
die linke gestrIchelte, Lage gebracht werden kann. Be findet sich der Magnet z.
B. in der linken Lage, so tritt von ihm hauptsächlich. ein magnetischer Fluß über
zum Impulsformerkm 2, verläßt diesen Kein wieder und schließt sich zura Permamentmagneten
hin. In diesem Fall wird vom Kern 2 auf den Kern 1
eine geringere Zahl von
Voltsekunden je Impuls übertragen, als es seiner Sättigangsinduktion und
seinem Querschnitt entspricht Wird der Magnet weiter nach rechts gerückt, so steigt
die, Spannungszeitfläche des vom Kein 2 gelieferten Impulses, die Zählrate des Zählers
wird absinken. Wird der Permanentmagnet noch weiter nach rechts geschoben" so daß
der in den Kern 1 eintretende Gleichfluß vergröß#ert wird, wird die Zählrate
noch weiter absinken, da nunmehr hauptsächlich ein Teil des Queischnittes des Kerns
1 von dem vom Permanentmagneten erzeugten Fluß in Anspruch genommen wird.
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Auch bei Zählerkaskaden, die so aufgebaut sind, daß der Zählkern einer
S W.fe als Impulsformerkern, für die folgende dient, kann das Abgleichverfahren
gemäß der Erfindung angewendet werden. Nur ist es hierbei zweckmäßig, die Reihenfolge
des Abgleichs der einzelnen Stufen in einer im folgenden dargelegten Weise vorzunehmen.
Bei einer solchen Kaskade muß jedem Kein ein Abgleichgeichfeld zugeordnet werden.
Jede, Zählstufe hat eine Soll-Zählrate, für die sie dimensioniert ist. Beim Einschalten
der unabgeglichenen Zählkaskaden werden einzelne Stufen vielleicht die Soll-Zählrate,
haben, bei anderen Stufen wird eine Abweichung der gemessenen Zählrate von der Soll-Zählrate
nach oben oder unten festzustellen sein. Um den Anfangspunkt für den Abgleich zu
finden, stellt man zunächst das magnetische Gleichfeld an sämtlichen Kernen
auf seinen niedrigsten Wert ein und nimmt die prozentualen Ab-
weichungen
von der jeweiligen Soll-Zählrate. Dann addiert man diese prozentualen Abweichungen
Schritt für Schritt, anfangend bei der ersten Stufe der Kas, kade unter Berücksichtigung
ihres Vorzeichens, und erhält so, für jede Stufe eine Teilsumme, die »summierte
prozentuale Abweichung«. Bei der Stufe mit der (im mathematischen Sinne) kleinsten
»summierten prozentualen Abweichung« wird mit dem Abgleich begonnen. Entweder muß
diese Stufe die erste der Zählkaskade sein, oder ihre Abweichung von der Soll-Zählrate
muß negativ sein. Im ersten Fall muß hauptsächlich an ihrem Zählkern ein Gleichfeld
geeigrieter Größe eingestellt werden, im zweiten Fall muß dieses Feld hauptsächlich
an ihrem Impulsforinerkern, d. h. dem Zählkern der vorangehenden Stufe, eingestellt
werden, damit die Soll-Zählrate erreicht wird. Bei richtiger Dimensionierung ist
es möglich, von dieser Stufe ausgehend, jeweils die, benachbarten Stufen abzugleichen,
bis alle Stufen der Zählkaskade ihre Soll-Zählrate haben.