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Anordnung zur Verhinderung der Fehlanzeige des zu registrierenden
Mittelwertes einer umlaufenden Meßgröße Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht
sich auf eine Meßeinrichtung zur Vermeidung von Mittelwertverfälschungen bei der
Registrierung umlaufender Meßwerte, sofern sie mit Hilfe von Rundpotentiometern
in elektrische Signale (Widerstandswertveränderung, Widerstandsverhältnisänderung
oder Spannungsverhältnisänderung) umgewandelt werden sollen.
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In der Regeltechnik sind Anordnungen bekannt, bei denen Regel- oder
Stellgrößen dadurch erhalten werden, daß ein oder mehrere Widerstände relativ zu
einem oder mehreren Schleifkontakten rotieren.
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Diese Verfahren reichen jedoch nicht aus, um Mittelwertverfäischungen
bei der Registrierung umlaufender Signale mit Sicherheit zu verhindern. Auch die
in der Fernmeßtechnik gebräuchlichen Verfahren mit den bekannten Widerstandsgebern
(z. B. Widerstandswalzen, Ringrohrgeber) sowie durch Verwendung von Kreuzspulmeßwerken,
motorischen Gebern, Drehfeldgebern und anderen Meßwertumformern gekennzeichnete
Verfahren erfüllen nicht den vorgegebenen Zweck.
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Bei umlaufenden Meßwerten wie z. B. bei der Messung der Windrichtung
bedient man sich im allgemeinen der einfachen Anordnung gemäß A b b. 1, wonach mit
dem umlaufenden Windflügell (windrichtungsanzeigendes System) der Schleifer 2 eines
Potentiometers 3 starr verbunden ist. Dieser Schleifer 2 umfährt die Schicht oder
Wicklung eines Rundpotentiometers 3 und greift auf ihr ein Widerstandsverhältnis
oder Spannungsverhältnis ab. Sofern über die Meßwertveränderung später mittels einfacher
RC-Glieder4 gemittelt werden soll, tritt dabei die Schwierigkeit auf, daß an der
Stoßstelle der Wicklung des Potentiometers 3 der elektrisch abgetastete Wert sich
sprunghaft von einem Endwert, z. B. 3600, auf einen Anfangswert, z.B. 00, verändert
(Ab b. 1).
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Pendelt nun der Meßwert um diese Sprungstelle, so wird bei symmetrischen
Amplituden um die Sprungstelle als Mittelwert nicht etwa 0° oder 3600 hinter dem
RC-Glied 4 zur Registrierung zur Verfügung stehen, sondern - in dem speziellen Beispiel
- wird der Mittelwert vielmehr um 1800 verfälscht wiedergegeben. Geschieht das Pendeln
des Schleifers unsymmetrisch zur Sprungstelle, sind also die Verweilzeiten auf der
einen Seite der Sprungstelle größer als auf der anderen, so geschieht eine Mittelwertverfälschung
dergestalt, daß man überhaupt keine Aussagen mehr treffen kann über den tatsächlichen,
in der Größenordnung von 3600 oder gegebenenfalls von 0° liegenden Mittelwert. Der
am Kondensator des nachgeschalteten RC-Gliedes 4 sich einstellende
mittlere Lagezustand
ist dann völlig undefiniert, wenn über die Unsymmetrie - was in der Regel der Fall
sein wird - keine zusätzlichen Aussagen gewonnen bzw. gemacht werden können. Es
ist leicht einzusehen, daß sich bei einem Schwanken des Meßwertes beispielsweise
zwischen 350 und 3600 als Mittelwert 3550 einstellt und registriert werden kann.
Das gleiche trifft zu für eine Schwankung des Meßwertes zwischen 0° und 100. Hier
stellt sich der Mittelwert gegebenenfalls exakt auf den Wert 50 ein. Bei einem Pendeln
des Meßwertes zwischen 3550 und 50 wird jedoch als Mittelwert - also als mittlerer
Ladezustand des Kondensators des mittelnden RC-Gliedes 4 - der Wert 1800 angegeben.
Der Wert 3600 - identisch gleich 00 - kann aus den oben dargelegten Gründen nie
erreicht werden. Hierin ist der grundsätzliche Mangel im Stand der Technik zu sehen.
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Wird das sich schnell verändernde Signal mit einem Registriergerät
registriert, dessen zeitliches Auflösungsvermögen höher ist, als es der schnellsten
möglichen Meßwertveränderung entspricht, so tritt diese Schwierigkeit bei der Registrierung
nicht auf.
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Allerdings hat man es dann auch mit einer Registrierung von Momentanwerten
zu tun. Die oben angeführte Schwierigkeit tritt nur dann auf, wenn das Registriergerät
ein geringeres zeitliches Auflösungsvermögen besitzt, als es in Anbetracht der Schnelligkeit
der Meßwertveränderung notwendig wäre, bzw. dann, wenn zusätzlich ein gemittelter
Wert registriert werden soll, wobei dann dafür ein Registriergerät verwendet werden
kann, dessen zeitliches Auflösungsvermögen nur in der Lage sein muß, den zeitlichen
Änderungen des Mittelwertes ohne weiteres folgen zu können.
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Im folgenden soll nun eine Anordnung beschrieben werden, die den
Mangel der Verfälschung des Mittelwertes
erfindungsgemäß vermeidet
(A b b. 2), der immer dann entsteht, wenn der Schleifer eines Potentiometers - der
Meßgrößenänderung folgend - die Sprungstelle der Potentiometerwicklung überstreicht.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Geberpotentiometer
zwei galvanisch voneinander getrennte, mechanisch starr miteinander verbundene und
um 1800 gegeneinander versetzte Schleifer enthält.
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Die Anordnung besteht darin, daß zwischen dem umlaufenden zu messenden
Signal und der Potentiometerachse 5 eine Untersetzung 6 dergestalt getroffen wird,
daß bei einer Änderung des Signals um 360° die Potentiometerachse 5 nur um 1800
verstellt wird.
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An der Potentiometerachse 5 sind zwei elektrisch Moneiriandër getrennte
Schleifer 7 und 8 angebracht, die genau um 1800 gegeneinander versetzt sind. Die
an die Potentiometerwicklung 9 angelegte Spannung möge z. B. 720 mV = der doppelten
erforderlichen Meßspannung betragen. In der Nullstellung würde dann der eine Schleifer
(z. B. 7) die Spannung 180 mV abgreifen und der andere Schleifer 8 die Spannung
540 mV. Die Differenz aus diesen beiden Spannungen entspricht 360 mV und entspricht
den 360-Winkelgraden des zu erwartenden Signals. Jeder Schleifer liefert seine Spannung
an ein eigenes RC-Glied 10 und 11. Den Kapazitäten dieser RC-Glieder ist z. B. jeweils
eine entsprechend hochohmige Wicklung eines Umschaltrelais - in der Umschalteinrichtung
12 enthalten - parallel geschaltet. Die Umschaltrelais werden so ausgelegt, daß
sie je nach mittlerem Ladezustand des zugehörigen Kondensators bei Werten kleiner
als 180 mV oder größer als 540 mV auf das jeweils andere RC-Glied umschalten und
dabei dieses mit dem nachgeschalteten Registriergerät verbinden (Umschalteinheit
12).
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Wenn nunmehr das Signal sich um den Wert z. B.
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540 mV (gleich 3600) ändert, z. B. zwischen 535 mV und 545 mV schwankt,
so ergibt sich als Mittelwert (Ladezustand des zuständigen Kondensators) exakt der
Mittelwert 540 mV entsprechend gleich 3600 Dieser Wert wird also auch registriert
werden (13 =
Registrierausgang), womit erfindungsgemäß sichergestellt ist, daß keine
Verfälschungen im registrierten Mittelwert auftreten können. Das gleiche wiederholt
sich sinngemäß beim Pendeln des Mittelwertes um den Wert 180 mV auf der Potentiometerwicklung9
entsprechend gleich 0° des umlaufenden Signals. Die Umschaltung von einem RC-Glied
auf das andere erfolgt erst dann, wenn als Mittelwert im einen Falle der Wert 540
mV überschritten bzw. im anderen Falle der Wert 180 mV unterschritten wird.