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Einrichtung zur Verminderung bzw. zum Ausgleich von Spannungs- und/
oder Temperaturschwankungseinflüssen bei einer magnetischen Impulszähleinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verminderung bzw. zum Ausgleich
von Spannungs- und/oder Temperaturschwankungseinflüssen bei einer vorzugsweise zur
Impulsfrequenzteilung verwendeten und aus zwei Magnetkernen mit annähernd rechteckiger
Hysteresisschleife bestehenden Impulszähleinrichtung, wobei ein Übertrager mit dem
einen Magnetkern (Quantisierungsübertrager) und ein Richtleiter die Zählimpulse
in Einstellimpulse mit bestimmter Größe des Spannungszeitintegrals und bestimmter
Polarität für eine aus dem zweiten Magnetkern gebildete Zähldrosselspule umformen,
die mit dem letzten Einstellimpuls der ihrem Zählvolumen entsprechenden Impulsserie
über einen mit der Zähldrosselspule in Reihe geschalteten Widerstand einen spannungsabhängigen
Schalter betätigt und gegebenenfalls die Impulszähleinrichtung in die Ausgangslage
zurückstellt. Eine solche bekannte Impulszähleinrichtung ist in F i g. 1 dargestellt.
Durch Schließen der Kontakte 1 bis 1" des Betriebsschalters werden die Spannungsquellen
2, 3, 3' wirksam, und der über den Begrenzungswiderstand 4 und über die Rückstellwicklung
w2 fließende Gleichstrom hält den Quantisierungsübertrager 5 in seiner Ausgangslage.
Wird anschließend der Impulsgeber 6 betätigt, so wird über die Einstellwicklung
w 1 der Magnetkern des Quantisierungsübertragers 5 ummagnetisiert und gibt durch
seine Wicklung w 3 über den Richtleiter 7 und den Widerstand 8 Einstellimpulse mit
bestimmter Größe des Spannungszeitintegrals und bestimmter Polarität an die Einstellwicklung
w 4 der Zähldrosselspule 9. Diese hält zunächst als ungesättigte Drosselspule den
im Einstellkreis w3, 7, 8, w 4 fließenden Strom niedrig, so daß der kleine Spannungsabfall
am Widerstand 8 den durch die Vorspannungsquelle 3' gesperrten Transistor 10 nicht
durchzusteuern vermag. Mittels des parallel zur Reihenschaltung aus dem Widerstand
8 und der Wicklung w 4 der Zähldrosselspule 9 liegenden veränderbaren Widerstandes
11 kann ein Teil des von der Wicklung w3 abgegebenen Spannungszeitintegrals der
Wicklung w 4 der Zähldrosselspule 9 ferngehalten werden, um so Fertigungstoleranzen
der Magnetkerne des Quantisierungsübertragers 5 bzw. der Zähldrosselspule 9 auszugleichen.
Wenn der Magnetkern der Zähldrosselspule 9 durch die seinem Zählvolumen entsprechende
Anzahl Einstellimpulse ummagnetisiert ist, fließt an Stelle des geringen, den Transistor
10 nicht durchsteuernden Koerzitivstromes J, nun ein hoher Sättigungsstrom, der
durch einen entsprechend hohen Spannungsabfall am Widerstand 8 den Transistor 10
öffnet. Dieser betätigt über die Spannungsquelle 3 die Zähleinrichtung 12 und stellt
gleichzeitig über die Rückstellwicklung w5 den Magnetkern der Zähldrosselspule 9
wieder in seine Ausgangslage zurück-.
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Wie F i g. 2 zeigt, ändern sich durch eine Änderung der Temperatur
'auch die Koerzitivfeldstärke F, bzw. der Koerzitivstrom J, und die Remanenzinduktion
2 bzw. die zugehörige Spannung U. Eine höhere Temperatur bewirkt also ein entsprechend
kleineres Spannungszeitintegral. Würde nun das gesamte vorn. Quantisierungsübertrager
5 abgegebene Spannungszeitintegral der Zähldrosselspule 9 zugeführt, so wäre dieser
Einfluß der Temperaturschwankungen bedeutungslos, da er sich dann im Magnetkern
der Zähldrosselspule 9 genauso auswirken würde. Nun fällt aber ein Teil der Spannung
an dem temperaturunabhängigen Widerstand B ab, und weiterhin fließt ein Teilstrom
jedes Impulses durch den ebenfalls temperaturunabhängigen Widerstand 11, und dadurch
entstehen infolge von Temperaturschwankungen erhebliche Zählfehler. Schließlich
entstehen auch durch Spannungsänderungen der Spannungsquelle 2 Zählfehler, so gibt
beispielsweise der Quantisierungsübertrager 5 das gleiche Spannungszeitintegral
bei einer Spannungszunahme der Spannungsquelle 2 in kürzerer Zeit ab, während der
Spannungsabfall am Widerstand 8 wegen des dann konstanten Koerzitivstromes J, gleichbleibt.
Der vom Widerstand 8 verbrauchte Teil des Spannungszeitintegrals wird also wegen
der kürzeren Zeit kleiner, und der verbleibende größere Rest bewirkt eine unerwünscht
schnellere Ummagnetisierung des Magnetkerns der Zähldrosselspule 9. Diesen Tatsachen
muß bei der Dimensionierung der Schaltung dadurch Rechnung getragen
werden,
daß man das Zählvolumen der Zähldrosselspule 9 so klein hält, daß sich die Summe
der durch Temperatur- bzw. Spannungsschwankungen auftretenden Fehler nicht oder
nur geringfügig auswirken kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser bekannten
Schaltung zu vermeiden, daß nämlich Spannungsänderungen der die Impulse abgebenden
Spannungsquelle und Temperaturschwankungen in der Umgebung der Impulszähleinrichtung
die Zählgenauigkeit beeinflussen und deshalb das Zählvolumen der Zähldrosselspule
klein zu halten ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mit der Zähldrosselspule
ein nichtlinearer Widerstand mit bei steigendem Strom zunehmenden Widerstandswerten
zur Betätigung des spannungsabhängigen Schalters in Reihe geschaltet ist. Zweckmäßigerweise
ist der nichtlineare Widerstand die Eingangswicklung eines dem spannungsabhängigen
Schalter vorgeschalteten Übertragers mit einem Magnetkern mit annähernd rechteckiger
Hysteresisschleife, der durch den Strom der Einstellimpulse bei nicht gesättigter
Zähldrosselspule im Remanenzbereich und durch den Strom der Einstellimpulse bei
gesättigter Drosselspule im Flußänderungsbereich betreibbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann als nichtlinearer Widerstand
ein durch einen Ruhegleichstrom in Durchlaßrichtung vorbelasteter Richtleiter mit
der Zähldrosselspule und dem die Polarität der Einstellimpulse bestimmenden Richtleiter
so in Reihe geschaltet sein, daß die Polarität der Einstellimpulse seiner Sperrichtung
entspricht, wobei der Ruhegleichstrom größer als der Strom der Einstellimpulse bei
ungesättigter Zähldrosselspule und kleiner als der Strom der Einstellimpulse bei
gesättigter Zähldrosselspule ist. Zweckmäßigerweise weist dabei der durch den Ruhegleichstrom
in Durchlaßrichtung vorbelastete Richtleiter einen niedrigeren Schwellwert als der
die Polarität der Einstellimpulse bestimmende Richtleiter auf, weil dann praktisch
der gesamte Ruhegleichstrom über den Richtleiter mit niedrigerem Schwellwert fließt,
während durch den höheren Schwellwert des anderen Richtleiters ein störender Ruhestrom
über den Einstellkreis und damit von den Wicklungen des Quantisierungsübertragers
und der Zähldrosselspule ferngehalten wird.
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Die Zählgenauigkeit der Impulszähleinrichtung kann aber außer durch
Spannungsschwankungen auch durch die Größe des inneren Widerstandes der die Zählimpulse
abgebenden Spannungsquelle nachteilig beeinflußt werden. Wegen Änderung des Koerzitivstromes
bei Temperaturschwankungen der Umgebung ändert sich nämlich auch der Eingangswiderstand
der aus dem Quantisierungsübertrager und der Zähldrosselspule gebildeten Schaltung.
Änderungen dieses aus dem inneren Widerstand der Spannungsquelle - der gegebenenfalls
durch einen damit in Reihe liegenden Begrenzungswiderstand noch erhöht werden kann
- und dem Eingangswiderstand der eben erwähnten nachfolgenden Schaltung gebildeten
Spannungsteilers wirken aber für die Eingangswicklung des Quantisierungsübertragers
genauso wie Spannungsschwankungen der die Zählimpulse abgebenden Spannungsquelle.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann deshalb die die Zählimpulse abgebende
Spannungsquelle ein entsprechend dimensionierter Kondensator sein, der während der
Impulsdauer durch den Impulsgebekontakt an die Eingangswicklung des Quantisierungsübertragers
anschaltbar und über einen Begrenzungswiderstand an eine Gleichstromquelle angeschlossen
ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus zwei durch ihre
Schaltung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt Fig.3 die Schaltung einer
Impulszähleinrichtung mit drei Spannungsquellen und F i g. 4 eine ähnliche Impulszähleinrichtung
mit nur zwei Spannungsquellen.
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In den beiden F i g. 3 und 4 stimmt der linke Teil der Schaltung,
welche die Zählimpulse für den Quantisierungsübertrager 5 liefert, bis auf den Kondensator
13 - dessen Zweck später erläutert wird -mit der Schaltung gemäß F i g. 1 überein.
Dagegen sind im rechten Teil der Schaltung der F i g. 3 und 4 nur die Widerstände
8 und 11 weggelassen worden, weil sie die Ursache der durch die Spannungs- bzw.
Temperaturschwankungen entstehenden Zählfehler sind. Stattdessen ist ein Richtleiter
14 so zwischen den Emitter E und die Basis B des Transistors 10 geschaltet, daß
ihn ein Ruhegleichstrom aus der mit ihrem Minuspol an den Emitter E des Transistors
10
und mit ihrem Pluspol über den Begrenzungswiderstand 15 an die Basis B
des gleichen Transistors 10 angeschlossenen Spannungsquelle 3' in Durchlaßrichtung
durchfließt. Weiterhin ist der die Polarität der Einstellimpulse bestimmende Richtleiter?
unmittelbar, an den Emitter E des Transistors 10 so angeschlossen, daß die
Polarität der Einstellimpulse aus dem Quantisierungsübertrager der Sperrichtung
des Richtleiters 14 entspricht. Der Widerstand 15 und die Spannungsquelle 3' sind
dabei so dimensioniert, daß der durch den Richtleiter 14 fließende Ruhegleichstrom
größer als der bei Temperaturschwankungen wirksame größte Koerzitivstrom J,., aber
kleiner als der kleinste bei einem Einstellimpuls durch die gesättigte Zähldrosselspule
9 fließende Strom ist. Der Richtleiter 14 wirkt damit wie ein durch die Stromstärke
der Einstellimpulse des Quantisierungsübertragers 5 steuerbarer Schalter, der die
Einstellimpulse mit dem niedrigen Koerzitivstrom J,. durchläßt, wodurch an der Basis
B des Transistors 10 praktisch nur die relativ hohe Vorspannung von der Spannungsquelle
3' über den Begrenzungswiderstand 15 wirksam wird und damit den Transistor 10 sperrt,
solange der Magnetkern der Zähldrosselspule 9 vor Erreichen seines Zählvolumens
noch nicht ummagnetisiert wurde. Nach Ummagnetisierung des Magnetkerns der Zähldrosselspule
9 fließt beim nächsten Einstellimpuls ein so hoher Sättigungsstrom im Einstellkreis
w3, 7, 14, w4 der Zähldrosselspule 9, daß er den Richtleiter 14 sperrt. Dann
überwiegt der von dem Einstellimpuls herrührende negative Spannungsabfall gegenüber
der positiven Spannung der Spannungsquelle 3, und der Transistor
10 wird leitend. Alle übrigen Schaltvorgänge entsprechen dann denen der Schaltung
in F i g. 1. Durch den als stromabhängiger Schalter wirkenden Richtleiter
14 liegt also während des Ummagnetisierungsvorganges, wenn die dem Zählvolumen
der Zähldrosselspule 9 entsprechenden Einstellimpulse diese ummagnetisieren, nur
ein sehr geringer Widerstand im Einstellkreis w3, 7, 14, w4, und damit sind
im wesentlichen nur die Eigenschaften der Magnetkerne des Quantisierungsübertragers
5 und der Zähldrosselspule 9 maßgebend, und Temperaturschwankungen der Umgebung
bzw. Spannungsschwankungen der Spannungsquelle 2 wirken sich
nicht
aus. Nach Ummagnetisierung des Magnetkerns der Zähldrosselspule 9 sperrt der Richtleiter
14 und bedeutet nun im Einstellkreis w3, 7, 14, w 4 einen hohen Widerstand, der
den Transistor 10 durchsteuern hilft; für den Zählvorgang selbst ist dieser große
Widerstand nun aber bedeutungslos.
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Der im linken Teil der Schaltung in den F i g. 3 und 4 gestrichelt
dargestellte Widerstand 16 sei der gesamte Eingangswiderstand des Quantisierungsübertragers
5, er ist also der Ersatzwiderstand für die Wicklungen w 1, w 3, w 4 und die Richtleiter
7,14. Die Widerstände 4 und 16 bilden demnach einen Spannungsteiler, der wegen der
temperaturabhängigen Koerzitivströme des Quantisierungsübertragers 5 und der Zähldrosselspule
9 auch temperaturabhängig ist und damit Temperaturschwankungen der Umgebung in Spannungsschwankungen
am Eingang des Quantisierungsübertragers 5 verwandelt. Der innere Widerstand der
Spannungsquelle 2 und der Begrenzungswiderstand 4 beeinflussen also die Größe des
Spannungszeitintegrals der vom Quantisierungsübertrager 5 abgegebenen Einstellimpulse
wegen der Temperaturabhängigkeit des Lastwiderstandes 16. Diesen übelstand beseitigt
der Kondensator 13, der für die kurze Zeit der Impulsgabe wie eine Spannungsquelle
ohne inneren Widerstand wirkt. Auf den Begrenzungswiderstand 4 kann andererseits
nicht verzichtet werden, da sonst nach Impulsende über die jetzt niederohmige Wicklung
w 1 des Quantisierungsübertragers 5 ein zu hoher Strom fließen würde. Der Kondensator
13 ist so zu dimensionieren, daß er das für die Impulsgabe erforderliche Spannungszeitintegral
bei nahezu konstanter Spannung zu liefern vermag, aber den Impulsgabekontakt 6 nicht
durch zu hohe Ströme übermäßig belastet, wenn die Eingangswicklung w 1 niederöhmig
wird. Schließlich müssen der Widerstand 4 und der Kondensator 13 auch so aufeinander
abgestimmt werden, daß der Kondensator 13 in den Impulspausen von der Spannungsquelle
2 voll aufgeladen wird.
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In F i g. 4 weist der Quantisierungsübertrager 5 zwei hintereinandergeschaltete
Wicklungen w3, w3'
als Ausgangswicklung auf, und der Wicklung w3' ist ein
veränderbarer Spannungsteiler 17 so parallel geschaltet, daß daran Teilspannungen
der Wicklung w 3' abgreifbar sind. Durch diese den Gegenstand eines anderweitigen
Erfindungsvorschlags bildende Anordnung können Fertigungstoleranzen der unterschiedlichen
Magnetkerne für den Quantisierungsübertrager 5 ausgeglichen werden. Weiterhin wurde
an Stelle der Vorspannungsquelle 3' eine Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen
15, 17 und dem Richtleiter 14 vorgesehen, um den Transistor 10 mit nur einer Spannungsquelle
3 betreiben zu können, und der Kondensator 18 dient dann als Durchlaß für die Impulse.