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Anordnung zur Abtastung und Summierung von Liniendiagrammen in der
Meßtechnik tritt oft das Problem auf, die in örtlich getrennten Anlageteilen anfallenden
Meßwerte zu summieren, d. h. die Summe aller zur gleichen Zeit anfallenden Augenblickswerte
zu bilden. Vielfach genügt es, diese Summierung nachträglich durchzuführen, wozu
die Messungen getrennt vorgenommen und auf Aufzeichnungsträgern festgehalten werden.
Die Aufzeichnungsträger werden . anschließend an einer zentralen Stelle zur Summenbildung
zeitgleich abgefühlt und der Summenwert aufgezeichnet. Ein besonders günstiges Verfahren
bietet hier die bekannte Metall-Papier-Aufzeichnung (MPr Aufzeichnung), da diese
eine besonders einfache Abtastung der Aufzeichnung gestattet. Bei der MP-Aufzeichnung
wird die Spur dadurch geschrieben, daß ein von einer Schreibfeder in das Metall
bedampfte Papier übertretender Strom in den Metallbelag eine Linie einbrennt, die
sichtbar ist. Die Schreibspur trennt den Registrierstreifen in zwei leitende Flächen,
an die man eine Spannung anlegen kann. Ein Abtaststift kann also durch den zwischen
den Flächenteilen herrschenden Spannungsunterschied so gesteuert werden, daß er
jeweils von einem Flächenteil zum anderen abgelenkt wird und der Schreibspur nachfährt.
Dieses Prinzip wird in einer bekannten Summiervorrichtung angewendet. Mehrere derartige
Liniendiagramme werden in der Weise summiert, daß mit jedem Abtaststift ein Potentiometerabgriff
verbunden ist. Die Teilabgriffe der Potentiometer sind dabei in Reihe geschaltet
und werden von einem Konstant strom durchflossen. Der von diesem Strom verursachte
Gesamtspannungsabfall ist analog der .Summe aller gleichzeitigen Meßwerte und kann
mit Hilfe eines Registriergerätes, z. B. eines Linienschreibers, aufgezeichnet werden.
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Dieses bekannte Gerät ist zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe der
Meßwertkurven geeignet und zu diesem Zweck speziell entwickelt worden. Es hat- also
eine Doppelaufgabe zu erfüllen, woraus sich verschiedene Nachteile ergeben. Als
nachteiliges Merkmal ist zunächst anzuführen, daß dieses Gerät in der Zeit, in der
seine Aufzeichnung zur Summierung abgetastet wird, nicht zur Aufnahme einer neuen
Messung bereitsteht. Eine lückenlose Registrierung ist so nur möglich, wenn ein
zweiter Satz von Geräten vorhanden ist. Außerdem müssen die Geräte mit ihren Registrierungen
zur zentralen Auswertstelle transportiert werden, was eine beträchtliche Arbeit
bedeutet. An jeder Meßstelle ist hierbei ein solches Universalgerät erforderlich,
das verständlicherweise um einiges aufwendiger ist als ein einfaches Registriergerät.
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Weiter bekanntgeworden ist ein Verfahren zur Analysierung einer auf
der metallisierten Oberfläche eines Registrierstreifens aufgezeichneten Kurve, bei
dem eine Abtasteinrichtung diese Linie in eine elektrische Größe umsetzt. Dafür
ist ein Drehspulsystem mit einem zeigerähnlichen Fühler vorgesehen, der auf dem
Registrierstreifen gleitet und der aufgetragenen Schreibspur nachfährt. Die Einstellung
auf die Ordinatenwerte der den Registrierstreifen in zwei leitende Flächen teilenden
Schreibspur wird dadurch ermöglicht; daß die beiden getrennten Flächen an Potentialpunkten
unterschiedlicher Polarität liegen und der Fühler von der einen Seite der Kurve
auf die andere jeweils abgelenkt wird: Auf jeder Seite der Kurve greift nämlich
der Fühler ein dem Potential auf der anderen Seite entgegengesetztes Poientiäl ab,
so daß die von ihm gespeiste Spule jeweils von einem entgegengesetzten Strom durchflossen
wird. Entsprechend dem Ausschlag der Drehspule wird an einem Potentiometer eine
Spannung abgegriffen. Dieses Gerät ist demnach nur zur Kurvenwiedergabe geeignet,
eine Summierung kann es jedoch nicht selbständig durchführen.
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Eine andere bekannte Anordnung kann zur Aufnahme und Wiedergabe von
Kurvenaufzeichnungen benutzt werden. Dazu dient ein von einem Serva= motor geradlinig
in Ordinatenrichtung bewegbarer Abnehmer, der bei der Wiedergabe der vorliegenden
Aufzeichnung folgt. Bei Abweichung von der Aufzeichnung wird ein bestimmter Spannungswert
abge# griffen, der über einen Verstärker den Servomotor so lange beeinflußt, bis
diese Abweichung verschwunden ist. Mit dem Servomotor ist außerdem ein Ausgangspotentiometer
gekuppelt, daß im stationären Betrieb die Ausgangsgröße allein liefert, während
des Einstellvorganges jedoch zusammen mit dem Abnehmer. In einer Ausgangssummiereinrichtung
werden
dabei die beiden elektrischen Größen addiert. Eine Abtastung
und Sümmierung zweier unabhängiger Kurven ist aber mit dieser Anordnung nicht möglich.
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Für alle bekannten Einrichtungen zur Summierung von Liniendiagrammen
ist es kennzeichnend, daß die einzelnen Linienzüge gleichzeitig abgetastet werden,
daß die den Auslenkungen des Abtastorgans entsprechenden Spannungen gleichzeitig
addiert werden und daß ein weiteres Registriergerät die Summe der Spannungen festhält.
Zu der Summierung der n Liniendiagrammen sind also n Abtasteinriehtungen
und ein Registriergerät erforderlich. Der Aufwand ist besonders bei einer großen
Zahl zu summierender Kurven beträchtlich. Er kann bei einem Teil der bekannten Geräte
nur dadurch etwas verringert werden, daß sie außerhalb ihres Einsatzes zur Abtastung
auch zur Aufzeichnung der abzutastenden Kurvenzüge verwendet werden. Damit ergeben
sich aber die weiter oben angeführten Unzulänglichkeiten.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben. Sie betrifft eine
Anordnung zur Abtastung und Summierung von Augenblickswerten darstellenden Liniendiagrammen,
die an verschiedenen Meßstellen vorzugsweise als Metall-Papier-Registrierung aufgenommen
wurden und von denen das den einen Summanden darstellende Liniendiagramm mittels
einer Abtasteinrichtung als elektrische Größe wiedergegeben wird. Die Erfindung
besteht darin, daß eine Summiereinrichtung mit einem selbsttätig in Ordinatenrichtung
verstellbaren Meßwerk ausgestattet ist, welches vermöge eines daran starr angebrachten
Fühlers ein den anderen Summanden darstellendes Liniendiagramm in an sich bekannter
Weise abtastet und welches mit der Abtasteinrichtung elektrisch verbunden ist, so
daß der Zeiger des Meßwerkes verhältnisgleich zu der von der Abtasteinrichtung abgegebenen
elektrischen Größe ausschlägt und eine neue, die Summe der beiden Kurven darstellende
Linie aufträgt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die Summierung beliebig vieler
Liniendiagramme mit einem Abtastgerät und einem Auswertgerät. Entsprechend der Erfindung
erlaubt es das Auswertgerät, zu einem vorzugsweise auf MP-Papier aufgeschriebenen
Kurvenzug einen weiteren Kurvenzug entsprechend der von dem Abtastgerät gelieferten
Spannung zu addieren, so daß das von dem Auswertgerät geschriebene Liniendiagramm
der Summe beider ursprünglich vorhandener Kurvenzüge entspricht. Weitere Summanden
werden in einem jeweils folgenden Durchlauf des Registrierstreifens durch das Auswertgerät
hinzugefügt. Die Addition von n Summanden geschieht also nicht mehr wie bei den
bekannten Verfahren gleichzeitig, sondern zeitlich aufeinanderfolgend in n-1 Teiladditionen.
Die Registrierung der zu summierenden Liniendiagramme erfolgt mit einfachen Linienschreibern:
Registriergeräte mit Abtasteinrichtung sind nicht erforderlich. Es ergibt sich also
gegenüber den bekannten Verfahren eine wesentliche Verminderung des Geräteaufwandes.
Da die Registriergeräte nicht zur Abtastung benutzt werden, kann während der Zeit,
in der die Liniendiagramme summiert werden, an den Meßstellen weiterregistriert
werden. Die Beförderung der für die Auswertung erforderlichen Diagrammblätter oder
-rollen bereitet keine Schwierigkeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Zeichnungen näher
erläutert. In Fig. 1 ist eine Abtasteinrichtung dargestellt, die die Augenblickswerte
eines Liniendiagramms in entsprechende elektrische Größen umwandelt; in Fig. 2 ist
eine Summiereinrichtung gezeichnet, die die Summe zweier Diagramme bildet; in Fig.3
ist ein Registrierstreifen abgebildet, auf welchem vier Diagramme summiert wurden.
Ein Summierverfahren zur gleichzeitigen Summierung mehrerer Diagramme wird in Fig.
4 erläutert; in Fig. 5 ist eine Integriereinrichtung dargestellt, die die Integrale
über einstellbare Zeiten der abgetasteten Kurve bildet und in Dezimalzahlen festhält.
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Einander entsprechende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Fühler 1 an einem Zeigerarm 2 eines Strommeßwerkes
3 befestigt. Ein über zwei Walzen 6 und 7 gespannter Registrierstreifen 4 wird in
Pfeilrichtung bewegt. Zum Transport des Registrierstreifens 4 wird die Walze 6 von
einem Motor 5 über ein nicht dargestelltes Getriebe angetrieben. An die beiden durch
die Schreibspur 19 elektrisch getrennten Flächen des Metallpapiers wird über zwei
Schleifkontakte 8 und 9 die Spannung einer mit einer Mittelanzapfung 11 versehenen
Batterie 10 gelegt. Die zwischen der Mittelanzapfung 11 und dem Fühler 1 herrschende
Spannung wird einem Motor 12 zugeführt, dessen Drehrichtung von der Spannungsrichtung
abhängig ist. Der Motor 12 bewirkt die Verstellung des Abgriffes 13 eines Potentiometers
14. Eine Batterie 15 beliefert das Potentiometer mit Spannung, so daß über den Abgriff
13 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 16 durch das Strommeßwerk 3 ein Strom
getrieben wird, dessen Höhe von der Stellung dieses Abgriffes abhängig ist. Dieser
Strom bewirkt einen ihm proportionalen Ausschlag des Zeigerarmes 2. An einem Abgriff
des Widerstandes 16 wird eine Spannung entnommen und an zwei Ausgangsklemmen 17
und 18 geführt.
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Verschiedene Kurvendiagramme können mittels der in Fig. 2 dargestellten
Einrichtung überlagert werden. Ein Summierstreifen 20 aus Metallpapier wird in der
durch einen Pfeil angedeuteten Richtung transportiert. Der Antrieb erfolgt durch
einen nicht dargestellten Motor. Eine Metallelektrode 21, die an einem Zeigerarm
22 eines Meßwerkes 23 angebracht ist, gleitet dabei über den Summierstreifen und
brennt eine Schreibspur 24 ein. Die Schreibelektrode 21 liegt über einen Anschluß
25 an einem Pol einer Stromquelle 26, während der andere Pol über einen Schleifkontakt
27 an dem Metallbelag des Summierstreifens anliegt. Ein Fühler 28, der mit dem Meßwerkgehäuse
23 starr verbunden ist, findet in dem Flächenteil, der über einer Linie 29 liegt,
Spannung, während die Barunterliegende Fläche spannungslos ist. Mittels einer Spindel
30 kann das Meßwerkgehäuse quer zur Papiertransportrichtung verstellt werden.
Zum Antrieb dieser Spindel dient ein Motor 31, dessen Drehrichtung mittels zweier
Umschaltkontakte 33 und 34 von einem Relais 32 gesteuert wird. Dieses Relais ist
zwischen den Fühler 28 und den Zeiger 22 geschaltet. Die von den Klemmen 17 und
18 in Fig. 1 entnommene Spannung beaufschlagt das Meßwerk 23.
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Die Abtasteinrichtung gemäß Fig. 1 hat nun folgende Wirkungsweise:
Der Registrierstreifen 4 wird, um die Abtastung der zu summierenden Linie 19 zu
ermöglichen, mit konstanter Geschwindigkeit transportiert. An den beiden durch die
Kurve getrennten
Flächenteilen liegt eine Spannung an. Die durch
den Fühler 1 auf den beiden Flächenteilen vorgefundene Spannung ist bezüglich der
Mittelanzapfung 11 von entgegengesetzter Polarität. Der Motor 12, der an dieser
Spannung liegt, hat also, je nachdem ob sich der Fühler im Bereich über oder unter
der Kurve befindet, entgegengesetzte Drehrichtung. Dieser Motor verstellt den Potentiometerabgriff
13. Die von diesem Abgriff entnommene Spannung hat einen Meßwerkstrom von solcher
Höhe zur Folge, daß der Fühler 1 der Kurve 19 nachfährt. Eine Abweichung des Fühlers
von der Kurve führt zu einer Stromänderung im Meßwerk, so daß der Fühler in jedem
Augenblick zur Kurve hingeführt wird. Der durch das Meßwerk fließende Strom ist
also ein direktes Maß für den abgetasteten Augenblickswert, d. h., der Strom ist
in jedem Augenblick analog dem aufgezeichneten Meßwert.
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An die speisende Spannung 15 werden keine Anforderungen hinsichtlich
der Stabilität gestellt, so daß auch ohne weiteres die Netzspannung gewählt werden
kann. Ändert sich bei gleichbleibendem Meßwert die Speisespannung, so tritt zwar
eine kurzzeitige Ausschlagsänderung des Zeigerarmes ein. Diese Änderung wird jedoch
durch automatisches Nachregeln am Potentiometer 14 sofort rückgängig gemacht. Der
durch das Meßwerk fließende Strom ist demnach ein eingeprägter Strom und hängt nur
von der Höhe der abgetasteten Kurve ab. Die an den Klemmen 17 und 18 entnommene
Spannung, die ebenfalls zum abgetasteten Meßwert proportional ist, wird dem Meßwerk
23 gemäß Fig. 2 zugeführt.
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An Hand der Fig. 2 sei nun beschrieben, wie auf dem Summierstreifen
20 zu einem bereits vorhandenen Liniendiagramm 29 das Liniendiagramm 19 gemäß Fig.
1 addiert wird. Befindet sich der Fühler 28 unterhalb der Linie 29, so ist das Relais
32 unerregt und die Umschaltkontakte 33 und 34 liegen in der dargestellten Stellung.
Der Motor 31, der durch diese Umschaltkontakte gesteuert wird, dreht sich dann in
dem Sinne, daß der Fühler 28 auf die Kurve 29 zu bewegt wird. überschreitet der
Fühler diese Linie, so erhält das Relais Spannung, und es legt seine Kontakte in
die andere Schaltstellung um. Dadurch ändert der Motor seine Drehrichtung, und der
Fühler tastet sich von der anderen Seite auf die Kurve zu. Das Meßwerkgehäuse wird
also so geführt, daß der fest mit ihm verbundene Fühler 28 immer der Kurve 29 nachfährt.
Die an den Klemmen 17 und 18 abgegriffene Spannung gemäß Fig. 1 wird vom Meßwerk
23 gemessen. Der Zeigerarm 22 schlägt aus und brennt mittels der Metallelektrode
21 in den Summierstreifen 20 eine Schreibspur 24 ein. Bei zeitsynchronem Ablauf
der Registrierstreifen in der Abtasteinrichtung und in der Summiereinrichtung entsteht
also die neue Kurve 24 als Summe der Einzeldiagramme 19 und 29. Sobald die Kurve
24 bis zum Ende der Registrierbahn ausgebrannt ist, wird auch das Flächenstück zwischen
den Kurven 29 und 24 spannunglos. Der Fühler 28 rückt dann zusammen mit dem Meßwerk
auf die Höhe der Linie 24 vor. Nun kann das nächste Liniendiagramm addiert werden,
indem es dieser Zwischensummenkurve zeitgleich überlagert wird.
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In Fig.3 ist ein Registierstreifen abgebildet, auf welchem die Summe
von vier Liniendiagrammen gebildet wurde. Das Liniendiagramm der ersten Meßstelle
ist als Kurve A dargestellt. Die Augenblickswerte entsprechen dabei dem Abstand
a der Kurve A
von der Nullinie. Die Momentanwerte b einer zweiten Meßstelle
werden der ersten Kurve überlagert, so daß sich die Kurve B ergibt. Der Abstand
der Kurve B
von der Nullinie ist gleich der Summe beider Augenblickswerte
a -f- b. Nach Addition des nächsten Diagramms ergibt sich die Kurve C und anschließend
die Summenkurve D als Ergebnis der Summierung. Die Anzahl der Summanden ist nur
durch die Breite des Registiers:treifens begrenzt.
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Bei diesem Summierverfahren, bei weichem die einzelnen Liniendiagramme
nacheinander addiert werden, wird unabhängig von der Anzahl der Summanden nur ein
Abtastgerät benötigt. Zur gegenseitigen Anpassung der Meßwertkonstanten ist am Widerstand
16 ein von Hand einstellbarer Abgriff vorgesehen, an welchem eine der Meßwertkonstanten
entsprechende Teilspannung abgegriffen wird. Zur Erläuterung dieser Anpassung sei
angenommen, d.aß zwei Diagramme zu addieren sind, von denen für eine übereinstimmende
Amplitude das eine einen Meßwert von z. B. 100 kW und das andere einen Meßwert von
z. B. 50 kW darstellt. Bei wertmäßig richtiger Addition müssen die Spannungsabgriffe
am Widerstand 1.6 auch im Verhältnis 100: 50 stehen. Nimmt man am Widerstand 16
für 100 kW die volle Spannung ab, so darf für 50 kW nur die halbe Spannung abgegriffen
werden. Die Anpassung der Meßwertkonstanten erfordert weder Präzisionsinstrumente
noch eine genaue Eichung. Man kann einfach so verfahren, daß der Abgriff des Widerstandes
16 so weit verstellt wird, bis das Verhältnis der Meßwertausschläge der Abtast-
und Summiereinrichtung der einzustellenden Wertigkeit entspricht. Soll nach obigem
Beispiel ein Diagramm mit 50% der auf dem zu summierenden Liniendiagramm gezeichneten
Amplitude übertragen werden, so wird der Anpassungswiderstand 16 so lange verstellt,
bis der Ausschlag des Summiermeßwerkes 50% des Ausschlages des Abtastmeßwerkes ist.
Ist dieses Verhältnis in einem Punkt richtig eingestellt, so gilt es auch für alle
anderen Meßwerte. Eine Eichung des Ausschlagsverhältnisses der Meßwerke in Abhändigkeit
von der Stellung des Anpassungswiderstandes ist nicht notwendig. Die Charakteristik
der Meßwerke soll lediglich möglichst linear sein, d. h. ihr Ausschlag soll dem
Strom weitgehend proportional sein. Hierzu gehört auch ein möglichst kleiner Reibungsfehler.
Durch Verwendung von Meßwerken mit hohem Moment kann dieser fast ganz ausgeschaltet
werden. Wird der Strom direkt aus dem Wechselstromnetz entnommen, so kann man den
Reibungsfehler dadurch noch verkleinern, daß der gleichgerichtete Strom nur wenig
geglättet wird, so daß die Meßwerkzeiger noch leicht vibrieren.
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Zur Summierung können ohne weiteres Registrierungen auf verschieden
breiten Aufzeichnungsträgern verwendet werden, wenn die Abtastvorrrichtung dafür
ausgelegt ist und die Anpassung richtig vorgenommen wird. Auch kann der Zeitmaßstab
bei den einzelnen Summanden verschieden sein, wenn man eine umschaltbare Ablaufgeschwindigkeit
bei der Abtastung vorsieht. Weiterhin ist man nicht an eine bestimmte Streifenlänge
gebunden und kann die Summierung über beliebig lange Zeiträume vornehmen. Im Prinzip
ist es auch denkbar, an Stelle des MP-Verfahrens das photoelektrische Verfahren
anzuwenden.
Der bei der Abtastung der Liniendiagramme erzeugte eingeprägte
Strom kann auch zu anderen Zwecken der Meßwertverarbeitung benutzt werden. Stehen
beispielsweise eine der Zahl dar zu summierenden Diagramme entsprechende Zahl von
Abtastgeräten zur Verfügung, so können mehrere Diagramme gleichzeitig summiert werden.
Eine besondere Summereinrichtung ist in diesem Falle überflüssig, da zu diesem Zweck
ein normales Registriergerät verwendet werden kann. In Fig. 4 ist eine solche Anordnung
dargestellt. Der Abgriff des Anpassungswiderstandes 16 der Abtasteinrichtung gemäß
Fig. 1 ist mit drei weiteren Abgriffen der Anpassungswiderstände 32, 33, 34 dreier
anderer Abtasteinrichtungen in Reihe geschaltet: Die abgegriffenen Spannungen Ui,
U., L, und U4, die den Augenblickswerten der vier zu summierenden Diagramme proportional
sind, werden bei dieser Hintereinanderschaltung zu einer Gesamtspannung Ules summiert.
Diese Spannung wirkt auf ein hochohmiges Registriergerät 35 ein, welches die Summe
aller vier Diagramme aufzeichnet. Die Anpassung der Meßwertkonstanten kann auch
hier durch Verstellung der Abgriffe erreicht werden.
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Weiterhin ist es möglich, den eingeprägten Strom, der durch den Anpassungswiderstand
der Abtasteinrichtung fließt, zur Integrierung der abgetasteten Kurve zu verwenden.
Auf diese Weise kann das Ausplanimetrieren von Liniendiagrammen weitgehend automatisiert
werden. In Fig: 5 ist eine solche Integriereinrichtung abgebildet. Ein dem Meßwert
proportionaler Strom erzeugt an einem Anpassungswiderstand 40; der z. B. der Anpassungswiderstand
16 gemäß Fig. 1 sein kann, eine ihm proportionale Spannung, von welcher zur Anpassung
eine Teilspannung U, abgegriffen und- den Klemmen eines Meßmotörs 41 zugeführt wird.
Dieser Motor treibt eine Nockenscheibe 42 an. Ein Kontakt 43, der mittels der Nockenscheibe
42 betätigt wird, beliefert ein druckendes Zählwerk 44 mit Impulsen. Eine Schaltuhr
45 steuert den Druckzeitpunkt des Zählwerkes 44.
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Die Drehzahl des Meßmotors 41 ist der Klemmenspannung U,. proportional,
so daß die vom Nockenkontakt 43 pro Zeiteinheit gegebenen Impulse dem abgetasteten
Meßwert des Liniendiagramms verhältnisgleich sind. An der Schaltuhr 45 kann die
Zeit, über welche die Integration durchgeführt werden soll, eingestellt werden.
Den beim Maximumtarif für die Berechnung der Stromkosten maßgebenden viertelstündlichen
Verbrauch kann man dadurch gewinnen, daß der Druckvorgang viertelstündlich erfolgt
und das Zählwerk nach jeder Integrierperiode auf Null zurückgestellt wird. Sämtliche
viertelstündlichen Mittelwerte werden dabei auf dem Registrierstreifen abgedruckt.