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Vorrichtung zum Messen des Gesamtdurchsatzes einer Flüssigkeit durch
mehrere Leitungen Um den Durchsatz einer Flüssigkeit durch eine Leitung zu messen,
ist es bekannt, in jeder Leitung einen Durchflußmesser mit einem Element, beispielsweise
einem drehbaren Flügel, zu verwenden, dessen Winkelstellung durch das Strömungsmittel
verstellt wird, um den Rotor eines induktiven Signalgenerators oder Drehtransfcrmators
einzustellen. Die Sekundär- oder Ausgangswicklungen aller dieser Generatoren sind
summierend zusammengeschaltet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Gesamtdurchsatz
der Flüssigkeit durch alle Leitungen entspricht.
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Obgleich die Verwendung von Drehtransformatoren als signalerzeugende
Vorrichtungen bekannt ist, haben diese Vorrichtungen einen erheblichen Nach teil.
Dieser Nachteil besteht darin, daß eine Ausgangsspannung erzeugt wird, die eine
sinusförmige anstatt eine lineare Funktion der Menge ist, die gemessen werden soll.
Durch bestimmte konstruktive Hilfsmittel war es möglich, eine angenäherte Proportionaiftät
über einen begrenzten Winkelbereich der Rotorverdrehung um seine Nullstellung zu
erreichen; aber dieser Bereich war ungenügend für Meß- und Summiersysteme, bei denen
ein hoher Genauigkeitsgrad erforderlich ist. Hierbei handelt es sich um Systeme,
die in Flugzeugen zum Messen und zur Bestimmung des gesamten Brennstoffflusses zu
den entsprechenden Motoren verwendet werden. Infolgedessen konnten bisher in solchen
Systemen keine Drehtransformatoren verwendet werden, sondern es sind andere Signalgeneratortypen,
wie Synchrongeneratoeen mit dreiphasigen Primär- und dreiphasigen Sekundärwicklungen,
verwendet worden, die zusätzlich zu ihrer komplizierten Schaltung den schwerwiegenden
Nachteil aufweisen, daß sie in ihrer Nullstellung eine 1800-Mehrdeutigkeit aufweisen.
Es sind auch Generatoren mit axial verschiebbaren Magnetkernen verwendet worden,
die einen komplizierten Mechanismus für die Umwandlung der Drehbewegung in die Linearbewegung
erfordern und die darüber hinaus keine lineare Proportionalität über einen sehr
großen Bereich erreichen.
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Neuerdings sind jedoch Drehtransformatoren entwickelt worden, die
lineare Proportionalität der Ausgangsspannung über einen großen Drehbereich (z.
B.
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1200) erreichen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Vorrichtung zum Messen des Oesamtdurchsatzes
einer Flüssigkeit durch mehrere Leitungen, bei welchen Meßvorrichtungen in den betreffenden
Leitungen die Winkelstellungen der Rotoren von veränderlichen induktiven Kupplungsvorrichtungen
steuern, die einen Teil der entsprechenden Gebereinheiten bilden, deren Sekun-
därwicklungen
summierend zusammengeschaltet sind, um ein dem Gesamtdurchsatz entsprechendes resultierende
Spannungs- oder Stromsignal zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß werden als induktive Kupplungsvorrichtungen Drehtransformatoren
verwendet, deren Ausgangsspannung bei Verdrehung des Rotors über einen verhältnismäßig
großen Bereich linear bleibt, wobei die Drehtransformatoren derart eingestellt sind,
daß die Ausgangsspannungen der Gebereinheiten bei Verdrehung im linearen Proportionalitätsbereich
immer die gleiche Phasenlage beibehalten, wenn der Durchfluß in der entsprechenden
Leitung seinen ganzen Änderungsbereich durchläuft, wobei dem der Summe der Ausgangssignale
der Gebereinheiten entsprechenden, sich ergebenden Spannungs- oder Stromsignal mit
gleichbleibender Phasenlage ein Rückführsignal von gleichbleibender entgegengesetzt
gerichteter Phasenlage entgegenwirkt.
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Die Beibehaltung einer gleichbleibenden Phasenlage ist ein vorteilhaftes
Merkmal, weil sie im großen Maße die Eichung und Einstellung des Systems erleichtert
und seine Anzeigegenauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Arbeit steigert. Die Ausgangsamplitude
ändert sich fortwährend im gleichen Sinne diffdl den gesamten Meßbereich an Stelle
einer Abnahme
im unteren Bereich und eines Anstieges in einem höheren
Bereich, wie es der Fall ist, wenn eine Phasenumkehr auftritt. Somit schafft die
Erfindung ein echtes System mit einem linearen Ausgangs signal und nicht ein solches,
bei welchem sich das Ausgangssignal entsprechend einer gebrochenen Linie ändert,
was bei Verwendung von Transformatoren mit linearer Ausgangsspannung in einer üblichen
Summierschaltung der Fall ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung so
eingestellt, daß die Ausgangsspannung jedes Drehtransformators durch ihrenNullwert
läuft und daß sie die Phasenlage bei einem Wert des entsprechenden Strömungsmitteldurchflusses
in den Grenzen des gesamten Änderungsbereiches umkehrt und daß jede Ausgangsspannung
mit einer getrennten festen Spannung von gleichbleibender Phasenlage vereinigt wird,
die unabhängig von der Arbeit des Transformators abgeleitet ist, so daß die sich
ergebende Ausgangsspannung jeder Gebereinheit eine gleichbleibende Phasenlage über
den gesamten Änderungsbereich behält.
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Die Rückführungsspaunung wird vorzugsweise von einer Vorrichtung
mit einem Drehtransformator geliefert, dessen Rotor durch einen Motor angetrieben
wird, welcher durch den Unterschied zwischen der sich ergebenden Summenspannung
und der Rückführspannung betätigt wird und der gleichzeitig eine Belastungsvorrichtung,
beispielsweise ein Anzeigeinstrument für den gesamten Durchsatz antreibt Die Sekundärwicklung
des Transformators ist dabei so angeschlossen, daß die in sie induzierte Spannung
der resultierenden Spannung entgegengerichtet ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung
von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigt Fig.
1 eine Darstellung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Wikkeistellung des
Rotors in einem einfachen Drehtransformator; Fig. 2 stellt eine ähnliche Kurve für
einen Drehtransformator mit zu der Winkelverstellung linear proportionaler Ausgangsspannung
dar; Fig. 3 zeigt die für die Ausgangsspannung eines Drehtransformators in den hauptsächlichen
Winkelstellungen des Rotors erhaltenen Phasenlagen; Fig. 4 ist eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Zähl- und Anzeigevorrichtung
der Leistung von mehreren Leitungen; Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines
Schaufelleistungsmessers mit zwei Empfindlichkeiten sowie der damit verbundenen
Organe; Fig. 6 ist eine Vorderansicht des Skalenblattes eines Durchflußmessers für
die einzelnen Leitungen, auf dem die Skalenteilungen vorgesehen sind, um zwei verschiedene
Empfindlichkeitsgebiete anzuzeigen; Fig. 7 ist eine Vorderansicht des Skalenblattes
des Gesamtdurchflußmessers für die Leitungen, auf dem die Skalenteilungen dieses
Zifferblattes vorgesehen sind, um nur eine Empfindlichkeit anzuzeigen; Fig. 8 ist
ein Schema einer vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zähler- und
Anzeigevorrichtung; Fig. 9 bis 12 sind graphische Darstellungen zur Erläuterung
der Erfindung; Fig. 13 ist das Schema einer gegenüber Fig. 8 in einer Einzelheit
abgeänderten Ausführungsform;
Fig. 14 ist das Schema einer in einer anderen Einzelheit
abgeänderten Ausführungsform; Fig. 15 schließlich zeigt das Schema einer weiteren
gegenüber der Fig. 8 in einer Einzelheit abgeänderten Ausführungsform.
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In der Fig. 1 ist die Sinuskurve dargestellt, gemäß welcher sich
in bekannter Weise die in der Sekundärwicklung eines gewöhnlichen Drehtransformators,
dessen Primärwicklung durch eine beständige Spannung erregt ,ist, induzierte Spannung
ändert, wenn der Winkel zwischen den elektrischen Achsen der beiden Wicklungen um
900 nach beiden Seiten des Nullpunktes oder der Nullpunktkupplung abweicht, d. h.
von der Stellung, in welcher die Achsen dieser beiden Wicklungen zueinander parallel
sind. Diese Kurve kann in der Praxis nur in einem sehr kleinen Gebiet um den Nullpunkt
herum, z. B. im Bereich von + 150 mit einer Geraden verglichen werden. Wenn eine
solche Annäherung auch für bestimmte Anwendungen ausreichen kann, ist dies nicht
der Fall bei Meßvorrichtungen für die einem Motor eines mehrinotorigen Flugzeuges
zugeführten B.rennstoffmengen, bei welchen die erforderliche Genauigkeit einen viel
ausgedehnteren Spielraum der Winkelverschiebung bei linearer Anzeige verlangt.
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Durch eine besondere Anordnung der Wicklungen undoder des Luftspaltes
ist es bekanntlich möglich, einen Drehtransformator herzustellen, bei welchem sich
die in die Sekundärwicklung induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung
des Rotors gemäß der in Fig. 2 dargestellten ähnlichen Kurve ändert. Die Neigung
dieser Kurve bleibt in einem viel größeren Spielraum beiderseits des Ausgangspunktes,
beispielsweise im Bereich von t550 oder mehr, konstant.
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Die Fig. 3 veranschaulicht die zwischen der Ausgangs- und der Erregungsspannung
eines einphasigen Drehtransformators mit sinusförmiger oder linearer Ausgangsspannung
bestehenden quantitativen Beziehungen für verschiedene Winkelstellungen zwischen
dem Rotor und dem Ständer. Um die Phasenverhältnasse darzustellen, sind in den Schaubildem
der Fig. 3 die jeweils in einem Augenblick an den vier Klemmen des Transformators
erscheinenden Augenblickswerte der Spannungen durch die Vorzeichen + und - bezeichnet
worden. In dieser Figur wird angenommen, daß die Erregnngsspanung an den Rotor 10
angelegt wird, und daß der Ständer 11 die Sekundärwicklung trägt. Man sieht in (a)
die Nullstellung oder die Nullkopplung, für welche die Ausgangsspannung gleich Null
ist; in (c) für eine zur Primärspannung phasengleiche Ausgangsspannung die Stellung
stärkster Kopplung und in (e) die Stellung für stärkste Kopp lung im entgegengesetzten
Sinn, bei der die Ausgangsspannung entgegengesetzte Phasenlage hat. In (b) und in
(aO sieht man die Zwischenstellung, deren Erörterung sich erübrigt.
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Die Fig. 4 veranschaulicht eine besonders einfache Ausführungsart
eines erfindungsgemäßen Zählers für mehrere Leistungen.
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Mit 12, 13, 14 und 15 sind vier Leitungen bezeichnet worden, die
beispielsweise Brennstoffversorgung6-leitungen der Motore eines Viermotorenflugzeuges
sein können. Auf jeder Leitung ist ein Durchflußmesser 1, 2, 3 und 4 angeordnet,
beispielsweise ein Schaufeldurchflußmesser einer bekannten Art, in welchem die Winkelabweichung
der Schaufel in bezug auf eine beständige Richtung im Verhältnis zur
Leistung
steht. Mittels einer geeigneten Übersetzung, die durch eine Strichlinie schematisch
angedeutet ist, wird die Drehung der Schaufel eines jeden Durchflußmessers etttsprechend
auf den Rotor 24, 25, 26, 27 eines Drehtransformators 16, 17, 18, 19 mit einer zur
Verdrehung in weitem Bereich linear proportionalen Ausgangsspannung übertragen.
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Die vier Primärwicklungen sind in Paralleischaltung über die Leitungen
20, 21 an eine Erregungsquelle 22-23 angeschlossen. Die festen Sekundärwicklunten28,
29, 30, 31 dieser vier Transformatoren sind in Reihe geschaltet, so daß sich deren
Spannungen addieren. Die Einstellung eines jeden Rotors zu dem ihn verstellenden
Getriebe ist eine solche, daß, wenn die mit ihm verbundene Schaufel des Durchflußmessers
die der Nulleistung (oder Mindestleistung) der Leitung entsprechende Stellung einnimmt,
dieser Rotor in bezug auf seinen Ständer die in (a) in der Fig. 3 dargestellte Stellung
für kleinste Kopplung einnimmt. Für den Höchstwert, den die Leistung dieser Leitung
annehmen kann, nimmt der betrachtete Rotor eine Höchstabweichungsstelle an einer
Seite des Proportionalitätsspielraumes des Transformators ein, beispielsweise einen
Winkel voll 55° gegenüber seiner Mindestkopplungsstellung, wie bereits erwähnt.
Daraus erfolgt, daß die in die Sekundärwicklungen 28 bis 31 induzierten Spannungen
immer dieselbe Phasenlage beibehalten, wie die Durchflußmengen in den vier Leitungen
in einem gegebenen Augenblick sein mögen. Somit erhält man zwischen der Ausgangsklemme40
des Stromkreises der vier Sekundärwicklungen und der Masse (die an das andere Ende
dieser Reihenschaltung angeschlossen ist) eine Spannung, die beständig dieselbe
Phasenlage besitzt und deren Amplitude die arithmetische Summe der Durchflüsse der
vier Leitungen angibt. Diese Spannung wird über die mit den Anschlußklemmen 48 und
49 versehene Sekundärwicklung 53 eines weiter unten beschriebenen Drehtransformators
51 mit erweitertem Proportionalitätsbereich an die Klemmen 66, 67 der Eingangsimpedanz
50 eines Verstärkerstromkreises 45, einer jeglichen geeigneten Art, angelegt. Der
Ausgang 59, 60 dieses Stromkreises speist die Steuerwicklung 58 eines induktiven
Hilfsmotors 46, dessen andere Wicklung 61 über einen Phasenschieberkondensator 62
und über die Leitungen 56, 57 durch das Wechselstromnetz in 54-55 gespeist wird.
Dieser Motor 46 verdreht mittels eines ersten Untersetzungsgetriebes, in der Figur
durch eine Strichlinie schematisiert, den Zeiger 63 eines die Gesamímenge des Brennstoffs
anzeigenden Instrumentes 47 mit. Gleichzeitig nimmt dieser Motor über ein anderes,
durch eine Strichlinie schematisch angedeutetes Untersetzungsgetriebe den Rotor
52 des vorgenannten Transformators 51 mit, der durch die Wechselstromquelle erregt
wird.
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Die Sekundärwicklung 53 des Ausgleichs- oder Rückführtransformators
51 legt nun in jedem Augenblick an den Eingang des Verstärkers eine der Winkelstellung
des Motors 46 entsprechende Spannung an. Diese Spannung kommt von der durch die
Sekundärwicklungen der Transformatoren 16 bis 19 get lieferten Spannung in Abzug.
Somit wird der Motor durch den Fehlerimpuis gespeist, der durch die zwischen der
Steuerungs- und der Rückführspannung bestehenden Abweichung erzeugt wird. Übrigens
könnte man in Reihenschaltung mit diesen beiden Spannungen eine zweite Geschwindigkeitsrückführ-
spannung
hinzufügen, die beispielsweise durch einen durch den Motor 46 getriebenen Tachometergenerator
geliefert werden könnte. Eine solche Anordnung wird weiter unten an Hand der Fig.
8 betrachtet.
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Die getriebemäßige Anschaltung des Rotors 52 des Rückführtransformators
51 sowie das Übersetzungsverhältnis des Getriebes sind derart gewählt, daß dieser
Rotor seine Mittelkopplungsstellung einnimmt, wenn der Durchfluß einer jeden der
Leitungen gleich Null oder minimal ist, und seine Höchstabweichungsstellungbeispielsweise
550, falls dieser Transformator denselben Spielraum proportionaler Verschiebungen
besitzt wie die vorher betrachteten - wenn der Durchsatz der vier Leitungen seinen
Höchstwert hat. Die Erregungsspannung der Primärwicklung52 (Spannung in 54-55) muß
daher das entsprechende Vielfache, im vorliegenden Beispiel das Vierfache, der Erregungsspannung
in 22-23 eines jeden Gebertransformators 16 bis 19 betragen, so daß die durch die
Sekundärwicklung 53 eingeführte Rückführspannung der Summe der in den Transformatoren
16 bis 19 induzierten Einzelspannungen entspricht. Übngens könnte dasselbe Ergebnis
durch die Anlegung derselben Erregungsspannung einerseits ia 22-23 und andererseits
in 54-55 erreicht werden, wobei aber dann die durch die vier Transformatoren 16
bis 19 gelieferte Spannung, beispielsweise in einem Verhältnis von vier zu eins,
mittels eines Stromteilers verringert werden müßte.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Solange die Leistung
in den vier Leitungen beständig bleibt, bleibt die an der Klemme 40 erscheinende
Gb samtspannung konstant und wird durch die ihr durch die Sekundärwicklung des Transformators
51 entgegengestellte Spannung entgegengesetzter Phase ausgeglichen. Der an die Steuerungswicklung
58 des Motors angelegte Fehlerimpuls ist alsdann gleich Null, und der Motor steht
in einer Stellung, in welcher er den Rotor 52 des Rückführtransformators in den
erforderlichen Winkel stellt, damit die in die Sekundärwicklung 58 induzierte Spannung
genau den vorgenannten Ausgleich beibehält. Eine jede Änderung der Leistung in einer
der vier Leitungen erwirkt eine proportionale Versetzung der Schaufel - oder eines
anderen beweglichen Organs - des Durchflußmessers und somit des Rotors des entsprechenden
Gebertransformators 16 bis 19. Dadurch erfolgt eine ebenfalls der Leistung proportionale
Veränderung der in der Sekundärwicklung dieses Transformators induzierten Spannung
sowie der an den Klemmen 40 erscheinenden Gesamtspannung; diese Veränderung führt
in den Steuerungsstromkreis des Motors 46 einen Fehler-oder Abweichungsimpuls ein,
der, in 45 verstärkt, den Motor in dem einen oder dem anderen Sinn dreht, bis der
Rotor 52 des Rückführtransformators durch diesen Motor in eine neue Stellung gebracht
worden ist, in welcher die Rückführspannung von neuem die in 40 angelegte Gesamtspannung
ausgleicht, so daß in diesem Augenblick das ganze System wieder ausgeglichen ist
und der Motor stehenbleibt. Somit zeigt der durch den Motor mitgenommene Zeiger
in jedem Augenblick die Gesamtleistung in den Leitungen an.
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Es ist manchmal bei der Messung der die Motore eines Flugzeuges speisenden
Brennstoiiinenge vorteilhaft, wie übrigens bei der Messung des Durchsatzes einer
jeden anderen Flüssigkeit, über eine mehrfach größere Ableseempfindlichkeit für
die schwachen
Strömungen als für die stärkeren Leistungen zu verfügen.
Alsdann kann ein Durchflußmesser der Art angewendet werden, der in der Fig. 5 in
71 dargestellt ist.
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Ein Gehäuse 73 umschließt eine Kammer 74, die die Grundform eines
Zylinders mit zulsammengesetzten Leitflächen hat, deren Gestaltung näher beschrieben
werden soll. IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIes Dieses Gehäuse ist im Nebenschluß an die die
Flüssigkeit führende Leitung, deren Durchfluß gemessen werden soll, angeschlossen,
und zwar dermaßen, daß die Flüssigkeit in die Kammer durch die Tangentialöffnung
75 hereinffießt und aus derselben durch die Tangentialöffnung 76 herausfließt, um
in die Leitung zurückzukehren.
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Eine Fahne 78 ist auf einer drehbaren Achse 77 angeordnet, die senkrecht
zu der Ebene steht, in welcher der Flüssigkeitsumlauf in der Kammer erfolgt. Ein
Mittelspant odier -rippe 73' der Kammer reicht bis zu einem der Fahnennabe 78' unmittelbar
benachbarten Punkt und zwingt so die Flüssigkeit, in der Kammer durch den engen
Zwischenraum zwischen der Innenwand der Kammer und dem Radialende 78 der Fahne herumzdließen.
Auf einem bestimmten Bogen, der sich vom Punkt a, in welchem die Eintrittsöffnung
einmündet, bis zum Punkt b erstreckt, verläuft die Innenwand der Kammer, im Schnitt
gesehen, längs einer derartigen allgemeinen Spirallcurve, daß der Abstand zwischen
dieser Wand und dem Radialende der Fahne fortschreitend zunimmt, wenn diese Fahne
die aufeinanderfolgenden Stellungen von a und b einnnimmt. Der durch die Flüssigkeit
auf die Schaufel ausgeübte Druck ist bestrebt, dieselbe in Richtung von a nach b
zu drehen, während eine bei 81 an der Achse 77 und weiter an einem festen Puilitt
80 verankerte Verdrehungsfeder 79 ein Gegendrehmoment auf die Schaufel ausübt.
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Das durch die Flüssigkeit auf die Fahne ausgeübte Drehmoment ist für
eine gegebene Strömung um so größer, je geringer der freie Zwischenraum zwischen
der Fahne und der Wand ist; somit entspricht einem jeden Strömungswert eine bestimmte
Ausgleichsstellung der Fahne, in der das durch die Flüssigkeit ausgeübte Drehmoment
genau das durch die Verdrehungsfeder ausgeübte Drehmoment ausgleicht. Somit ist
ersichtlich, daß die Winkelverschiebung der Fahne der Strömung entspricht, wenn
der Prcportio nalitätsfaktor entsprechend durch das Zunahllueverhältnis des Zwischenraums
zwischen der Wand 82 und dem Radialende der sich drehenden Fahne 78 bestimmt wird.
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Die Innenwand der Kammer im Punkt b weist dabei einen radial gerichteten
Vorsprung auf. Von diesem Punkt bis zu dem der Ausflußöffnung 76 be nachbarten Punkt
c verläuft der Teil 83 der Innenwand wieder längs einer ebenfalls, spiralförmigen
Kurve, wobei jedoch ein geringerer Proportionalitätsfaktor zwischen der Winkelverschiebung
der Fahne und der Flüssigkeitsleistung eingehalten wird. Somit wird ein Durchflußmesser
mit zwei Empfindlichkeitsstufen oder mit zwei Proportionalitätsbereichen auf der
Skala gebildet.
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Es kann dann eine derartige Eichung der Vorrichtung vorgenommen werden,
daß man für die Durchflußänderungen von 0 bis 3 kg/min einen ersten Proportionalitätsfaktor
und für die Durchflußänderungen von 3 bis 12 kg/min (Höchstleistung) einen achtmal
schwächeren Proportionalitätsfaktor erhält. Fig. 6 veranschaulicht die Art, in welcher
in diesem Fall das
Zifferblatt der Anzeigevorrichtung geeicht sein würde.
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Falls die gesamte Winkelabweichung der Fahne 78, vom Punkt a ausgehend
bis zum Punkt c, 1750 beträgt, können die entsprechenden Winkelgrößen, sie seien
x und y, der Bögen a-b und b-c leicht berechnet werden. In der Tat stellt die Winkelverschiebung
x der Fahne auf dem Bogen a-b eine Durchflußänderung von 3 kg/min dar, während die
Winkelverschiebung y der Fahne auf dem Bogen b-c eine Durchflußänderung von 12-3=9kg/min
ausdrückt. Im ersten Gebiet entspricht somit einer Verschiebung von 10 eine Durchflußänderung
von x und in dem zweiten Gebiet eine eine Durchfluß änderung von 9. Jedoch, da eine
Verschiebung um 10 der Fahne im zweiten Gebiet eine achtmal größere Durchfluß änderung
vorstellen muß als im ersten, hat man 9 y x 8 3 = 8 oder = . x y 3 Da andererseits
x t y = 175° ist, ergibt sich x= 127,27° und y= 47,73°.
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Wie bereits erwähnt, entsteht ein besonderes Problem bei der Anwendung
eines Durchflußmessers mit zwei Empfindlichkeiten, ähnlich dem soeben beschriebenen,
falls man gleichzeitig die einzelnen Durchflußmengen in jeder Leitung einerseits,
und den Gesamtdurchfluß aller Leitungen andererseits anzeigen will.
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Dieses Problem sowie die Art, in der die vorliegende Erfindung dasselbe
löst, soll nun an Hand der Fig. 8 erläutert werden.
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In dieser Figur wird angenommen, daß irgendeine Anzahl N Leitungen
vorliegt, beispielsweise die acht Brennstofizuführungsröhren der Motore eines Achtmotorenflugzeuges.
In jeder Leitung ist ein Durchflußmesser mit zwei Empfindlichkeiten eingeschaltet,
der insbesondere - aber nicht unbedingt -dem soeben an Hand der Fig. 5 beschriebenen
ähnlich sein kann.
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Für die Einzelangabe des Durchflusses in jeder Leitung nimmt die
Schaufel eines jeden Durchflußmessers über eine in der Fig. 8 durch eine Strichlinie
schematisierte Übersetzung den Rotor 98 eines gewöhnlichen Drehmeldergebers 68 mit.
Die Ausführungsform der Übersetzung in der besonders in der Fig. 5 dargestellten
Ausführungsart wird weiter unten beschrieben. Der Rotor 98 besteht aus einer über
die AnschlüsselO6, 107 durch die Wechselstromquelle gespeisten einzigen Wicklung
105; der Ständer des Drehmeldergebers besteht aus drei in Sternschaltung verbundenen
Wicklungen. Diese drei Wicklungen sind jeweils an eine entsprechende Wicklung des
Ständers eines entsprechenden Drehmelderempfängers 68' in bekannter Weise angeschlossen,
dessen Rotor 105 mit einfacher Wicklung durch Wechselstrom gespeist wird.
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Dieser Rotor 105 betätigt den Zeiger eines Zeiginstrumentes 69, welches
in der bereits in Fig. 6 dargestellten Weise geeicht ist, so daß jeder Abstand zwischen
den Anzeigeeinheiten in dem den Leistungen von 0 bis 3 kg/min entsprechenden Gebiet
achtmal größer ist als im Gebiet der Leistungen zwischen 3 und 12 kg/min.
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Will man außer der Anzeige der einzelnen Leistungen ebenfalls die
Angabe der Gesamtleistung erhalten,
nimmt, wie in der an Hand der
Fig. 4 beschriebenen Anwendungsart, jeder Durchflußmesser mittels einer anderen,
in Strichlinie in Fig. 8 eingezeichneten Verbindung den Rotor 112 des entsprechenden
Drehtransformators mit. Die Verbindung, gegebenenfalls ein Getriebe mit Ubersetzung,
wird weiter unten an Hand der Fig. 5 ausführlich beschrieben. Der Ständer eines
jeden dieser Drehtransformatoren ist durch Bezugszeichen 113 gekennzeichnet.
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Es ist offensichtlich, daß man sich in diesem Fall nicht mit der
Anwendung der Vorrichtung der Fig. 4 für die Anzeige der Gesamtleistung begnügen
kann, da ein jeder der durch die Schaufel des entsprechenden Durchsatzmessers mitgenommene
Rotor 112 sich für eine gegebene Durchflußänderung unter 3 kg/min um einen größeren
(beispielsweise achtmal größeren) Winkel dreht als für dieselbe Durchfluß änderung,
wenn dieser Durchsatz höher als 3 kg/min ist. Da die Durchsatzmengen in den verschiedenen
Leitungen nicht gleichzeitig diesen Wert durchlaufen, wäre die Anzeige der Gesamtleistung
falsch.
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Erfindungsgemäß ist die Wicklung des Rotors 112, deren einer Anschluß
an Masse Iiegt, durch seinen anderen Anschluß mit dem beweglichen Kontaktarm 117
eines zwei Kontaktstücke 115 und 116 besitzenden rotierenden Stromwenders oder -umschalters
verbunden. Der Kontaktarm 117 wird von der Schaufel des Durchsatzmessers oder von
dem mit demselben verbundenen Rotor 112 angetrieben und schleift auf dem Segment
115, solange der Durchfluß unterhalb seines kritischen Wertes (im betrachteten Beispiel
3 kg/min) bleibt und um danach in Kontakt mit dem Segment 116 zu kommen. Die Längen
dieser beiden Kontaktstücke sind entsprechend bemessen.
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Die beiden Segmente 115 und 116 sind mit zwei entsprechenden Anzapfungen
121 und 122 eines Spannungsteilers, beispielsweise einer an die Wechsel stromquelle
118, 119 angeschlossenen Speisungsspule 120 verbunden; diese beiden Anzapfungen
sind so gewählt, daß das Verhältnis der an ihnen abgegriffenen Spannungen reziprok
zu dem zwischen den beiden Abmessungsempfindlichkeiten bestehenden Verhältnis ist
(im betrachteten Beispiel acht). Wenn z. B. am Segment 115 3 V liegen, erhält das
Segment 116 über die Anzapfung 122 eine Erregungsspannung von 24 V.
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Die Sekundärwicklung 152 eines zweiten Transformators 150 ist in
Reihenschaltung mit dem Stator 113 verbunden; dieser kann ebenfalls ein Drehtransformator
mit beispielsweise erweitertem linearem Proportionalitätsbereich sein; sein Rotor
ist jedoch in bezug auf den Stator unter einem festen Winkel eingestellt. Die Primärwicklung
151 dieses Transformators ist an eine geeignete Erregungsspannung geschaltet, die
im betrachteten Beispiel 3 V beträgt.
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Diese Spannung sowie die Größe und der Richtungssinn des festen Winkels,
unter welchem der Rotor 151 eingestellt ist, sind derart gewählt, daß in der in
Reihe mit der Statorwicklung 113 liegenden Statorwicklung 152 eine Spannung entgegengesetzter
Phasenlage induziert wird, deren Amplitude genau die im Stator 113 induzierte Spannung
ausgleicht, wenn der Rotor 112 sich in derNull-oderMittelstellung befindet. Im Augenblick,
in dem der Durchsatz in der Leitung den kritischen Wert (d. h. 3 kg'min) überschreitet,
der die Grenze zwischen den beiden Gebieten verschiedener Empfindlichkeit kennzeichnet,
befindet sich somit die Primärwicklung 112 in bezug auf die Sekundärwick-
lung 113
in ihrer Nullkupplungsstellung und die Umschaltung von der ersten auf die zweite
der vorgenannten Erregungsspannungen erfolgt in einem günstigeren Zustand, als wenn
die Wicklung in diesem Augenblick eine größere Spannung, die nicht mehr gleich Null
wäre, in der Sekundärwicklung 113 induzieren würde.
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Die Reihe aller Sekundärwicklungen 113 und 152 für alle Sendeblöcke
(in der jeder Block den einer Leitung entsprechenden Drehtransformator 112 und den
Hilfstransformator 150 enthält) ist zwischen die Masse einerseits und die Klemme
158 andererseits geschaltet, an der ein im Verhältnis zu der Summe der Leistungen
in den N Leitungen stehendes Potential auftritt. Mittels eines Spannungsteilers,
der aus den zwischen dem Punkt 158 und der Masse geschalteten Widerständen 160,
161 besteht, wird eine Teilspannung dieses Potentials an die Klemmen 165 des Ausgleichsblockes
164 abgelegt.
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Dieser besitzt einen Drehtransformator mit proportionaler Ausgangsleistung
185, dessen rotierende Primärwicklung 86 durch eine der Speisungsspule 188 an der
Anzapfung 187 entnommene beständige Spannung erregt wird. Seine feststehende Sekundärwicklung
189 ist einerseits an die Klemme 165 und andererseits an die Sekundärwicklung 192
eines Transformators 190 angeschlossen, der ein Drehtransformator sein kann, dessen
durch eine beständige Spannung erregter Rotor in bezug auf den Ständer 192 unter
einem festen Winkel eingestellt ist.
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Wie weiter unten genauer erläutert, dient der Transformator 190 dank
der beständigen Spannung, die seine Sekundärwicklung in Reihenschaltung mit der
in die Sekundärwicklung 189 des Drehtransformators 185 induzierten veränderlichen
Spannung einführt, dazu, den Nullpunkt dieses letzteren Transformators zu verschieben.
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Der Rotor des Drehtransformators 185 wird über einen in der Zeichnung
als Strichlinie gezeichneten Mechanismus durch den zweiphasigen Motor 179 angetrieben,
der andererseits den Zeiger 182 des Instrumentes 183 betätigt, das die Gesamtleistung
in den N Leitungen anzeigt und dessen Zifferblatt gleichmäßig eingeteilt ist (s.
ebenfalls Fig. 7).
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Die feststehende Phasenwicklung 180 des Motors wird über einen Phasenverschiebungskondensator
von der Wechselstromquelle gespeist, während seine Steuerungswicklung 178 über einen
Verstärker 170 mit der resultierenden Spannung, die aus der algebraischen Summe
der in die Sekundärwicklungen aller vorgenannten Transformatoren induzierten Spannungen
besteht, gespeist wird.
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Der Motor 179 treibt ebenfalls den Anker eines Tachometergenerators
168 an, dessen Ausgangswicklung 169 am Eingang des Verstärkers 170 zwischengeschaltet
ist, um in bekannter Weise in die Reihe der Steuerungsimpulse des Motors eine Geschwindigkeits-Umwandlungskomponente
desselben einzuführen.
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Um die Arbeitsbedingungen der oben beschriebenen Ausführungsart genau
zu erläutern, soll, da die allgemeine Arbeitsweise im Lichte der bereits gegebenen
Beschreibung leicht verständlich ist, nun ein zahlenmäßiges Beispiel gegeben werden.
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An Hand der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Achse 77 der Fahne des
Durchfiußmessers 71 mit zwei Empfindlichkeiten eines, 84, der beiden Elemente einer
magnetischen Kupplung 72 bekannter Art
trägt. Das andere Kupplungselement
85 befindet sich auf der Achse 86 des ersten Zahnrades 87 eines Untersetzungsgetriebes,
dessen anderes Element, das Zahnrad 88, einerseits über das Zahnräderpaar 90, 91,
die Achse 92 des Rotors des mit dem betrachteten Durchflußmesser verbundenen Drehtransformators
93 und andererseits über das Zahnrad 95, die Achse des Rotors der entsprechenden
Synchronmaschine antreibt. In diesem Beispiel ist das Untersetzungsverhältnis der
Achse 86 gegenüber der Achse 92 des Rotors des Drehtransformators 93 gleich 1: 3,9,
während zwischen der Achse 86 und der Achse 96 des Rotors der Sendesynchronmaschine
68 ein Übersetzungsverhältnis gieich 1,8g5 besteht.
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Es wird angenommen, daß die Fahne78, deren Gesamtverschiebung (von
a bis c) 1750 beträgt, zwischen a und b einen Winkel von 127,27° beschreibt, wenn
der Durchfluß von 0 auf 3 kg/min steigt, und alsdann, zwischen b und c, einen Winkel
von 47,730, wenn der Durchfluß von 3 auf 12 kg/min ansteigt.
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Demzufolge dreht sich der Rotor der Synchronmaschine 68 um 2400 in
dem ersten Anderungsspielraum des Durchflusses und um 900 in dem zweiten.
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Unter diesen Bedingungen beschreibt der Zeiger 69' des Einzelanzeigers
69 auf seinem Zifferblatt einen Winkel von 2400 in dem ersten Anderungsspielraum
des Durchsatzes und einen Winkel von 900 in dem zweiten.
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Der Rotor des zur Ubertragung der Durchsatzangabe der betrachteten
Leitung auf den Gesamtleistungsanzeiger dienenden Drehtransformators 93 mit erweitertem
Bereich für linear proportionale Ausgangsleistung ist fest auf der Welle 92 angeordnet.
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Der Rotor beschreibt bei der angeführten Bewegung auf Grund der vorgesehenen
Untersetzung einen Winkel von 32,640, wenn die Leistung von 0 bis auf 3 kg/min ansteigt,
und einen Winkel von 12,240, wenn die Leistung darauffolgend bis auf 12 kg/min a
steigt.
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Der Rotor 112 des Transformators 93 ist derartig auf seiner Achse
92 befestigt, daß, wenn sich die Schaufel 78 bei a (Nulleistungsstellung) befindet,
dieser Rotor einen Winkel von 32,640 in bezug auf seine Nullstellung beschreibt.
Die Wicklung 151 des angeschlossenen Transformators 150 ist in bezug auf seine Sekundärwicklung
152 unter demselben Winkel von 32,640 aber in entgegengesetztem Sinn festgelegt
und wird außerdem durch dieselbe Spannung (3 V) wie die Primärwicklung des Rotors
112 erregt, wenn sich derselbe im ersten Anderungsspielraum der Leistungen befindet.
Somit gleichen sich die Nulldurchflußstellung die in die zwei Sekundärwicklungen
113, 152 induzierten Spannungen aus, und die resultierende Spannung des betrachteten
Sendeblocks ist gleich Null.
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In Fig. 9 ist als Abszissenwert der zwischen der elektrischen Achse
des Rotors 112 und der Bezugsachse (Nullstellung) gebildete Winkel angenommen werden.
Die gebrochene Gerade B zeigt die Änderungen der in die Sekundärwicklung 113 induzierten
Spannungen an; dabei ist die Tatsache erkennbar, daß, wenn der Rotor 112 seine Nullstellung
in bezug auf den Ständer 113 (Abszisse gleich Null) durchläuft, das Änderungsverhältnis
der induzierten Spannung in bezug auf die Winkelstellung des Rotors eine unstetige
Vergrößerung wegen der Einwirkung des Umschalters 114 erfährt, der die Erregung
des Rotors 112 durch die 3-V-Spannung ausschaltet und die
Erregung mit 24 V Spannung
einschaltet. Die Gerade A mit gleichbleibenden Ordinatenwerten stellt die in die
Sekundärwicklung 152 induzierte Spannung dar, die so bemessen ist, daß die durch
den Rotor bei Stillstand in seiner Nulleistungsstellung (- 32,640) in die Sekundärwicklung
induzierte Spannung diese Spannung ausgleicht.
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Somit stellt die KurveC die durch den betrachteten Sendeblock ausgesandte
resultierende Spannung dar. Diese Kurve wird durch die Addition der Ordinaten der
beiden Kurven und B erhalten. Diese resultierende Spannung ist gleich Null, wenn
sich der Rotor in seiner Nuildurchflußstellung befindet. Sie behält beständig die
gleiche Phasenlage, wenn die Leistung, von Null ausgehend, auf 3 kg/min (Ordinate
bei der Abszisse 0) und alsdann auf 12 kg/min (Ordinate für die Abszisse + 12,240)
ansteigt.
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Die Fig. 10 zeigt die Änderungen der resultierenden Spannung des
betrachteten Geberblocks in Abhängigkeit von dem Durchsatz in der entsprechenden
Leitung an. Es ist offensichtlich, daß diese Kurve eine durchgehende Gerade ohne
jegliche Neigungsänderung in dem ganzen Xnderungsspielraum der Leistungen von 0
bis 12 kg/min ist und daß bei den gewählten zahlenmäßigen Werten sich die genannte
resultierende Spannung bei einer Durchflußänderung von 1 kg/min um 1 V verändert.
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Im Ausführungsbeispiel ist somit die in jedem Block maximal induzierte
Spannung gleich 12 V.
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Falls angenommen wird, daß acht derartige Blöcke (N 8 im Falle eine
Achtmotorenflugzeuges) vorhanden sind, ist die Höchstspannung, die an der Klemme
158 auftreten kann, gleich 96 V. Im Spannungsteiler 160 und 161 wird diese Spannung
auf 67,2 V vermindert.
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Der Rotor 186 wird so eingestellt, daß er bei einer Nulleistung in
allen acht Leitungen durch den Motor 179 um einen Winkel von -550 bezüglich seiner
Mittelstellung verstellt wird, weil dieser Winkel, wie oben beschrieben, die praktische
Arbeitsgrenze für den Bereich darstellt, in dem die Ausgangsleistung des Drehtransformators
der Verstellung linear proportional bleibt. Außerdem wird für die Erregungsspannung
des Rotors 186 ein derartiger Wert gewählt, daß die bei dieser Ausgangsstellung
des Rotors in die Sekundärwicklung 189 induzierte Spannung in ihrem absoluten Wert
die Hälfte der vorgesehenen Gesamtspannung, d. h. - 33,6 V beträgt. Der Rotor 191
des Transformators 190 ist seinerseits unter demselben Winkel von 550 in bezug auf
seine Sekundärwicklung, aber im entgegengesetzten Sinn fest eingestellt und wird
mit der gleichen Erregungsspannung (24 V) wie die Primärwicklung 186 des Transformators
185 gespeist. Unter diesen Bedingungen ist die in die Sekundärwicklung 165 induzierte
Spannung in der Fig. 11 in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors durch
die durch den Ursprung laufende Gerade E und die in die Sekundärwicklung 192 induzierte
gleichbleibende Spannung durch die Gerade D mit beständig gleicher Ordinate dargestellt.
Diese Ordinate ist der durch die Gerade E für die Abszisse - 550 gelieferten Ordinate
entgegengesetzt. Die durch den Ausgleichsblock 164 an den Verstärker 170 gelieferte
Spannung ist alsdann durch die die Summe der beiden erwähnten Ordinaten bildende
Gerade F dargestellt. Es ist somit ersichtlich, daß diese Spannung beständig die
gleiche Phasenlage beibehält. Obwohl sich die Phasenlage der in die Sekundärwicklung
189
induzierten Spannung ändert, wenn der Rotor 186 seine Nullstellung durchläuft.
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Die Kurve der Fig. 12 stellt die Winkelverschiebung des Rotors 186
in bezug auf seine Nullstellung in Abhängigkeit von der Gesamtleistung dar. Es ist
ersichtlich, daß die beschriebene Anordnung mit dem Hilfsmotor 190 den brauchbaren
Spielraum der Winkelversetzungen des Rotors 186 etwa verdoppelt, indem sie die Verwendung
der Winkelabweichungen nach der einen sowie nach der anderen Seite der Nullstellung
erlaubt, wobei aber jedoch gleichzeitig eine konstante Phasenlage für die resultierende
Spannung des Ausgleichsblocks beibehalten wird. In der Tat befindet sich der Rotor
186 in seiner Nullstellung, wenn die Gesamtleistung die Hälfte des Höchstwertes
durchsetzt.
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Die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsarten können mit zahlreichen
Abänderungen versehen werden, ohne dadurch von der Erfindung abzuweichen.
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So kann der in Fig. 8 in Form eines umlaufenden Kontakt armes dargestellte
Stromwender 114, der von der Schaufel des Leistungsmessers oder mit dem Rotor der
Synchronmaschine 68 angetrieben wird und auf zwei kreisbogenartige Kontaktsegmente
gleitet, durch den bei 114' der Fig. 5 dargestellten Stromwender ersetzt werden.
Dieser Stromwender besitzt zwei Kontakte 136-137 und 139-140, die aus zwei Paaren
elastischer Lamellen bestehen. Die Lamellen sind isoliert auf zwei parallelen Armen
133 eines Metallteils befestigt, das mit einem in dem Ende des Gehäuses 135 der
Synchronmaschine 68 befestigten ringförmigen Fuß 134 versehen ist. Zur Verbesserung
der Darstellung ist dieser Fuß von diesem Gehäuse abgesetzt dargestellt worden.
Ein auf der Achse 96 des Rotors des Transformators 68 befestigter Nocken 145 verhindert
die Drehung der Achse 96 um 240° infolge Ansteigens der Leistung von 0 auf 3 kg/min.
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Wenn die Achse 96 die restlichen 900 ihrer Verdrehung für die zwischen
3 und 12 kg/min liegenden Leistungen durchläuft, wird der Kontakt 139-140 durch
die Scheibe geöffnet, während der Kontakt 136-137 geschlossen ist. Die beiden Lamellen
137 und 140 der beiden Kontakte sind über den Teil 133 an die Speisungsklemme 143
des Rotors des Drehtransformators 93 angeschlossen. Von den anderen Lamellen der
beiden Kontakte ist die eine, 136, an die Anzapfung von 24 V, die andere, 139, an
die von 3 V angeschlossen. Die somit erzielte Arbeitsweise entspricht der durch
den rotierenden Stromwender 114 der Fig. 8.
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Die Fig. 13, 14 und 15 stellen Abarten der verschiedenen Einzelheiten
der Vorrichtung der Fig. 8 dar.
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In der Fig. 13 ist der Stromwender 114 (oder 114') anstatt mit der
Primärwicklung 197 des Drehtransformators 196 zur Änderung seiner Speisung mit der
Sekundärwicklung 198 verbunden. An den Klemmen dieser Sekundärwicklung befindet
sich ein Widerstand 198', von welchem über eine Anzapfung 208 eine dem Achtel der
an den Klemmen der Sekundärwicklung entwickelten Gesamtspannung entsprechende Spannung
abgenommen werden kann. Diese Anzapfung ist mit dem ersten Segment 205 eines dem
Stromwender 114 der Fig. 8 ähnlichen rotierenden Bürstenstromwenders 205 verbunden,
dessen anderes Segment 206 an das Hochspannungsende des Widerstandes 198' angeschlossen
ist. Der Kontaktarm 207
wird, wie vorhergehend, durch die Fahne des Durchfiußmessers
angetrieben und ist in Reihe mit der Sekunüärwicklung 201 des Hilfstransformators
199 gesrhaltet. Die Primärwicklungen 200 und 197 der beiden Transformatoren sind
dauernd mit 3 V gespeist. Es ist leicht ersichtlich, daß die Arbeitsweise der somit
geschaffenen Vorrichtung der der bereits an Hand der Fig. 8 beschriebenen Vorrichtung
gleichwertig ist.
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Gemäß der Fig. 14 ist die Umschaltvorrichtung die gleiche wie die
der Fig. 8, jedoch ist hier der Hilfstransformator 150 durch einen einfachen einstellbaren
Widerstand 213 ersetzt, der über einen zur Regelung der Phase einstellbaren Kondensator
215 zwischen der 3-V-Anzapfung und der Masse eingeschaltet ist. Die Anzapfung 214
des einstellbaren Widerstandes ist in Reihe mit der Sekundärwicklung 152 des Hilfstransformators
150 geschaltet.
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Fig. 15 stellt eine andere Ausführungsform des Ausgleichsblocks 164
der Fig. 8 dar. Hier ist der Hilfstransformator 190 dieser Figur durch ein Potentiometer
229 ersetzt worden, um eine beständige Polarisations- oder Gegenspannung einzuführen.
Der Widerstand 229 ist über einen zur Regulierung der Phase dienenden Kondensator
224' an die Klemmen der Sekundärwicklung 224 des Speisungstransformators 222 geschaltet,
dessen Primärwicklung 223 über die Klemmen 106, 107 gespeist wird. Die Primärwicklung
186 des rotierenden Transformators 185 ist an die Klemmen einer anderen Sekundärwicklung
265 dieses Transformators geschaltet. Die Sekundärwicklung 189 des Drehtransformators
185 ist an die Anzapfung 230 des Potentiometers 229 geschaltet.
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Zahlreiche andere Abänderungen können an den den Erfindungsgegenstand
bildenden Verbesserungen durchgeführt werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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So kann die Spannung, die vorgesehen ist, um die Summe der den Leistungen
entsprechenden Spannungen auszugleichen, anstatt durch einen Drehtransformator,
wie es in dem Ausgleichsblock der Fig. 4 und 8 dargestellt ist, durch jedes andere
Mittel geliefert werden, beispielsweise durch einen beständig angetriebenen Generator.
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Der Leistungsmesser könnte anstatt der beschriebenen Art, bei welcher
sich eine Fahne in eine dem Durchsatz entsprechende Ausgleichs stellung stellt,
als Turbinentyp ausgeführt sein, bei welchem die Drehgeschwindigkeit der Turbine
dem Durchsatz entspricht. Eventuell können hierbei verschiedene Anordnungen vorgesehen
werden, damit ein derartiger Leistungsmesser zwei verschiedene Proportionalitätsspielräume
für die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Leistung aufweist, falls eine solche
Anordnung wünschenswert erscheint.