DE1448891A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Analyse von Groessenbeziehungen - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl. phys. Gerhard Liedl

München 22, Steinsdorfstr. 22 Ecke ZweibrückeiMir., TeL 398462

A 1944

MONSANIPO CHEMICAL COMPANY, 800 North Lindbergh Boulevard St. LOUIS 66, Missouri / USA.

Vorrichtung zur kontinuierlichen Meaaung und Analyse von Größenbeziehungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche in der Lage ist, Beziehungen zwischen Meßgrößen oder anderen Größen zu messen und zu analysieren. Insbesondere hat es die Erfindung mit einer Vorrichtung zu tun, bei der elektrische Signale derart miteinander kombiniert werden, daß sie die Ladung auf einen Kondensator steuern, wobei dann die Ladung der

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gewünschten Beziehung proportional ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine solche Vorrichtung, bei der ein elektrisches Signal dazu dient, einen Kondensator in Abhängigkeit von einer ersten Eingangsgröße aufzuladen, während der Kondensator in Abhängigkeit von einer anderen, zu messenden Größe periodisch entladen wird, so daß die Durchschnitisladung des Kondensators der gewünschten Beziehung proportional ist.

Pur eine Vorrichtung, die in der Lage ist, das Verhältnis zwischen einer gegebenen Größe und einer zweiten Größe sowie die Differenz zweier Größen in Prozenten einer von diesen Größen zu bestimmen, gibt es zahlreiche Anwendungsmöglich— keiten. Die zu diesem Problem bereits vorliegenden Lösungs— versuche sind in der Segel umständlich und aufwendig und benötigen gewöhnlich sorgfältig ausgearbeitete und kostspielige Schaltungen.

Dementsprechend ist es in erster Linie Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses einer gegebenen Größe zu einer zweiten Größe zu vermitteln. Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen werden, welche der Bestimmung der Differenz zweier Größen, und zwar ausgedrückt in Prozenten einer der Größen, dient·

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Die Erfindung verfolgt unter anderem den Zweck, eine einfache Schaltung zur Kompensierung von Differenzen zwischen einseinen Wandlern vorzuschlagen.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine einfache Schaltung but Kompensierung unterschiedlicher Verweilzeiten bei Schaltaechanismen zu vermitteln.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt schließlich darin, . eine Torrichtung in Vorschlag zu bringen, bei der die obengenannten Zwecke in einfacher, wirtschaftlicher und zuverläßiger Weise erfüllt werden.

Weitere Zwecke der Erfindung liegen zum teil auf der Hand
oder ergeben sich aus den nachstehenden Ausführungen.

Die Erfindung umfaßt die Konstruktionsmerkmale, die Kombination aus Einzelelementen sowie die Anordnung von Einzelteilen, wie sie beispielhaft an Hand nachstehend behandelter Aueführungsformen in Zusammenhang mit beiliegender
Zeichnung beschrieben werden.

Es seigern

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Pig. 1 eine schematische Schaltskizze zur Darstellung der Grundprinzipien der Erfindung?

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Spannung in diner RO-Eeihenschaltung als Funktion der Zeit;

Mg. 3 eine graphische Darstellung der Spannung als Funktion der Zeit zur Erläuterung einer bevorzugten Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungj

Fig. Φ eine graphische Darstellung der Spannung ale Funktion der Zeit zur Erläuterung einer weiteren bevorzugten Betriebsweise (.er in Fig. 1 dargestellten Schaltung!

Fig. 5 eine sehematisohe Schaltskizze zur Darstellung der Grrundprinzipien einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der gegen die Zeit aufgetragenen Spannung an der Ausgangsklemme der in Fig. 5 dargestellten Schaltung.

ORIGINAL

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In Fig. 1 ist als Beispiel Bchematisch eine Anordnung zur Analyse eines ersten, in Form siner Gleichspannung vorliegenden Signals und eines zweiten Signals, das in der Form einee Schaltvorganges von variabler Geschwindigkeit gegeben ist, dargestellt. Die beiden Signale, welche durch einen Signalteil 24 vermittelt werden, werden selektiv an eine Analysen-Schaltung 26 angelegt, und zwar in Abhängigkeit von der zu bestimipenden Funktion oder Beziehung, wie dies im nachstehenden noch erläutert wxrd_c

Aus illustrativen Gründen sind die beiden Signale hier als von mechanischen Bewegungen abgeleitet dargestellt, nämlich von der Winkelgeschwindigkeit zweier rotierender Wellen 20 und 22. Es versteht sich jedocL von selbst, daß irgendwelche elektrischen Signale mit entsprechenden Merkmalen eines anderen beliebigen Ursprungs zur Unter3uchung gebracht werden können, ohne daß es sich dabei notwendigerweise um elektromechanische Wandler handeln muß.

Die Welle 20 treibt einen Gleichstrom-Generator 28 an, der an seinen Klemmen 30 und 32 als Ausgang eine Signal-Gleiohspannung erzeugt, die ihrerseits der Winkelgeschwindigkeit der Welle 20 direkt proportional ist. Die Welle 22 treibt

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einen identischen Generator 34 an, der an seinen Klemmen 36 und 38 ebenfalls eine Signal-Gleichspannung erzeugt. Me Generatoren 28 und 34 können so gepolt werden, daß die an den Klemmen 32 uni 36 auftretenden Polaritäten dieselben sind, wie dies auf der Zeichnung angegeben ist· Vom Signalteil 24 verläuft sin Paar von Signalleitungen 40 und 42 aum

Analysestromkreis; diese Leitungen steller» einen Signalein— gang für das erste Signal E. zum Signalteil 24 dar. Bei der in Fig. 1 gezeichneten, beispielhaften Ausführungsform ist die Klemme 30 dea Generators 28 direkt mit der leitung 40 verbunden, während die Klenme 33 des Generators 34 direkt an die Leitung 42 angeschlossen ist. Ein Einpol—Doppelsehalter 44 ermöglicht die Verbindung der Leitungen 40 und 42 entweder mit dem Ausgang des Generators 28 allein oder mit dem resultierenden Ausgang der dann in Seihe geschalteten Generatoren 28 und 34. Da die Generatoren 28 und 34» wie oben angegeben, entgegengesetzt gepolt sind, entspricht der resultierende Ausgang E. der Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 20 und 22,

Ein Paar von ühterbrecherkontakten 46 wird periodisch und in einem Wiederholungsrhythmus betätigt, welcher der Winkelgeschwindigkeit der Welle 22 proportional ist, was beispielsweise durch eine passende Noekenanordnung 48 erfolgen kann·

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Einer der Unterbrecherkontakte 46 ist mit der Eingangsleitung 42 verbunden, während der andere Kontakt über einen Schalter 50 an eine Klemme 52 des Analyse-Stromkreises 26 angeschlossen ist. Dadurch wird für den Stromkreis 26 ein Signal des zweiten Typs bereitgestellt, wie dies unten noch erläutert werden wird.

Der Analyse-Stromkreis 26 umfaßt in seiner einfachster; Form eine Schaltung mit Zeitkonstante, die auf dem Einschluß einea Widerstandes 54 und eines Kondensators 56 beruht, welche ihrerseits «wischen den Eingangsleitungen 40 und in Reibe geechaltet sind. An den Kondensator 56 ist eine

passende Belastuogsvorrichtung 58, beispielsweise ein Voltmeter, angeschlossen, das auf d .e am Kondensator herrschende Durchschnittsspannung anspricht. Wie dargestellt, ist die Kieme 52 an die Verbindung öes Widerstandes 54 mit dem Sondensator 56 angeschlossen.

Die Signal-Oleichspannung E. an den Leitungen 40 und 42 wil-d als Fingangs-Signal an den Analyse-Stromkreis 26 angelegt und ruft an den Klemmen des Kondensators 56 ein Ausgangssignal hervor. Je nach der Stellung des Schalters 44 stellt das so _an den Analyse-Stromkreis 26 angelegte Eingangssignal E_t entweder den Ausgang des Generators 28 allein

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dar und ist dann einer ersten Größe X proportional (in der Darstellung ist diese Größe die Winkelgeschwindigkeit der Wolle 20) oder das Signal an den Leitern 40 und 42 ist, wenn die Generatoren bei Verbindung der Klemmen 32 und 36 durch den Schalter 44 entgegengesetzt gepolt sind, ein zusammengesetztes Signal, das der ersten Gro'ße X minus der zweiten Größe Y (der Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Wellen 20 und 22) proportional ist. Es läßt sich leicht einsehen, daß entweder eine oder beide Größen X und Υ, falls erwünscht, zusammengesetzt sein können, d.h.' X und/oder Y können die Summe, die Differenz oder eine andere Punktion mehrerer Größen darstellen.

Fig. 2 gibt die Aufladungskurve des Kondensators 56 wieder, dessen Kapazität C beträgt und der drrch die Spannung E+ über den in Reihe liegenden Widerstand 54 mit dem Widerstandswert R aufgeladen wird* Fig. 2 zeigt die Spannung am Kondensator, nachdem seit Anlegen der Spannung E, eine beliebige Zeit T verstrichen ist. Die dargestellte Kurve genügt der an sich bekannten Gleichung

E = E_t (1 - e

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Die Zeitkonstante einer RC-Reihenschaltung ist üblicherweise durch diejenige Zeit in Sekunden definiert, die verstreicht, bis die Spannung E am Kondensator 63»2$ der angelegten Spannung E, erreicht; numerisch ist die Zeitkonstante gleich dem Produkt RG. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die dargestellte Kurve in vernünftigen Grenzen linear, wenn T nahe bei Null liegt; der Anstieg ist in diesem Bereich direkt proportional ^u E₁., während die Spannung E in diesem Bereich im wesentlichen proportional zu T verläuft* Diese Eigenschaft wird ausgenutzt, um die Division des Eingangssignales E+ durch eine andere Größe auszuführen.

Wie ebenfalls aus Mg* 1 hervorgeht, bewirkt ein Sehließen des Schalters 50 ein Entladen des am Kondensator 56 auftretenden Signalwertes jedesmal dann, wenn die Kontakte 46 geschlossen sind. Da die Kontakte 4 6 über die durch die Welle 22 angetriebene Nooke 43 betätigt werden, werden die Kontakte 46 in einem Wiederholungsrhythmus geschlossen, der der Winkelgeschwindigkeit der V/eile 22 direkt proportional ist. Die Dauer der Intervalle zwischen dem Schließen der Kontakte 46 (was den Aufladungszeiten des Kondensators 56 entspricht) sind somit zur Winkelgeschwindigkeit

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der Welle 22 umgekehrt proportional. Wenn die Zeitkonstante des Analyse-Stromkreises 26 im Vergleich mit der Dauer der Intervalle zwischen dem Schließen der Kontakte 46 groß ist, so daß die am Kondensator 56 vor der Entladung entwickelte Spannung eine lineare Punktion der Zeit ist, werden die Durchschnitts- oder Spitzenspannungen am Kondensator 56 zur Wiederholungsgesehwindigkeit, mit welcher die Kontakte 46 geschlossen werden, umgekehrt proportional. Somit ermöglicht der Kondensator-Entladungsmechanismus eine Division des Eingangssignales E^ durch die zweite Größe Y.

Es wird nun zunächst derjenige Pail "betrachtet, bei dem das einer ersten Größe X entsprechende Signal E. durch ein unabhängiges, der Größe Y entsprechendes Signal geteilt werden soll. Mit Bezug auf Pig. 1 wird der Schalter 44 in die gezeichnete Stellung gebracht, so daß der Generator 28 mit den Eingangsleitern 40 und 42 verbunden ist. Der Schalter wird geschlossen, so daß die Kontakte 46 den Kondensator 56 periodisch entladen.

In Pig. 3 sind typische Wellenformen der Sägezahn-Spannungen E dargestellt, welche am Kondensator 56 als Punktionen der Zeit für verschiedene Werte des ersten und zweiten Signales erzeugt werden, wenn die Signale voneinander unabhän-

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gig Bind. Sektion 60 zeigt einen besonderen Zustand, in dem die Linie 62 die Späniung E am Kondensator 56 bei irgendeiner vorgegebenen Zfit T anzeigt. Der Anstieg der Linie zwischen T_Q und T,, bezogen auf die Zeitachse, ist durch die Spannung E^ bestimmt, die dem ersten Eingangssignal entspricht. Wie dargestellt, kehrt die durch die Linie 62 repräsentierte Spannung periodisch auf Null zurück, wenn, wie bei T₁ und T₂ angegeben, die Kontakte 46 schließen. Die Linie 62 bestimmt somit mit der Zeitachse eine Reihe von " rechtwinkeligen Dreiecken, deren Höhen gleich der Spitzenspannung £ und deren Basisseiten gleich den Intervallen zwischen Betätigungen der Kontakte 46 sind. Der Einfluß, welcher auf eine Variation des Wiederholungarhythmus zurückgeht, in dem die Kontakte 4ό schließen, geht aus einem Vergleich von Sektion 60 mit Sektion 64 hervor, wo E^ unverändert und die Wiederholungsgeschwindigkeit zweimal so groß ist, als diejenige in Sektion 60 dargestellte. Insbesondere läßt sich'feststellen, daß der Anstieg der Linie in den Intervallen zwischen dem Schließen der Kontakte 46 unverändert ist, da auch E. ungeändert bleibt. Die Dreiecke in Sektion 64 sind somit zu denjenigen in Sektion 60 ähnlich. Da ihre Basisseiten halb so lang als diejenigen in Sektion 60 sind, sind ihre Höhen halb so hoch als diejenigen

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in Sektion 60. So lange deshalb E^ ungeändert bleibt' und die Aufladungsdauer des Kondensators 56 zwischen- aufeinander folgenden Entladungen durch die Kontakte 46 ein kleiner Bruchteil dei-durch den Widerstand 54 und den Kondensator 56 gegebenen Zeitkonstante ist, ist die Maximalspannung am Kondensator 56 umgekehrt proportional zur Wiederholungsgeschwindigkeit, mit der der Kondensator 56 entladen wird;

Der Einfluß einer Änderung des Signales E+ geht aus einem Vergleich von Sektion 64 mit Sektion 66 in Mg. 3 hervor* Sektion 66 zeigt denjenigen Zustand, in dem die Spannung E^ das Doppelte der Spannung E^. in Sektion 64 beträgt, während der Wiederholungdrhythmus des 3chließens der Kontakte 46 · gegenüber Sektion 64 ungeändert bleibt. Es läßt sich insbesondere feststellen, daß der Anstieg der Linie 62 während der Aufladungsintervalle zur Spannung E. direkt proportional und somit in Sektion 66 steiler als in Sektion 64 ist.

Da das Signal E^. verdoppelt wurde, ist die am Kondensator 56 auftretende Spannung nach jedem vorgegebenen Zeitintervall das Doppelte der in Sektion 64 angegebenen und die am Kondensator 56 auftretende Spitzenspannung ist das Zweifache der in Sektion 64 dargestellten Spannung.

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X ·— Y

Die Beziehung - ■ kann dadurch bestimmt werden, daß der Schalter 44 so betätigt wird, daß die Generatorklemmen 32 und 36 verbunden sind. Das Signal E^ entspricht nun X-»Y und, da der Wiederholungsrhythmus der Kontakte 46 proportional zu Y ist, entspricht der Signalausgang am Kondensator 56 .

Zum Vergleich sind typische Wellenformen der am Kondensator 56 auftretenden Spannung für drei verschiedene Werte von X und Y in Fig. 4 dargestellt. Sektion 68, durch die gleichzeitig der dargestellte Ortiinaten- und Abszissenmaßstab definiert ist, zeigt diejenige Wellenform, bei welcher die Größe X den Wert 4 und Y den Wert 1 hat. Die Sektionen 70 und 72 sind im selben Maßstab wie Sektion 68 gezeichnet und stellen diejenigen Situationen dar, in denen X=4, Y=2 und X=4, Y=3 gilt. Der Anstieg der Linie 62 während der Aufladeintervalle hängt von E^ ab; die Länge des Aufladungsintervalles hängt, wie vorhin, von der Wiederholungsgeschwindigkeit ab, mit der sich die Kontakte 46 schließen.

Aus der obenstehenden Erläuterung geht ohne weiteres hervor, daß passende Schaltmechanisaien zusammen mit anderen Signalquellen hinzutreten können, um Vergleiche zwischen beliebig vielen Signalquellen zu ermöglichen. In ähnlicher

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Weise kann auch das in der obenstehenden Beschreibung als durch die Kontakte 46 vermittelte Schaltsignal durch irgendeine andere geeignete Schaltanordnung vermittelt werden, die wiederum von irgendeiner beliebigen Quelle angetrieben sein kann.· So können beispielsweise die Kontakte 46 durch eine passende, an der Welle 20 angeordnete Nockeneinrichtung angetrieben sein, oder es können andere Schalterarter als die dargestellten elektromechanischen Typen zur Anwendung gelangen.

In Pig. 5 is⁺ schematisch eine beispielhafte Anordnung zur Bestimmung des Verhältnisses eines ersten, in Form einer Gleichspannung vorliegenden Signaltypes zu einem zweiten Signaltyp dargestellt, der in lorm eir.es Schaltvorganges mit variabler Geschwindigkeit gegeben ist. Aus illustrativen Gründen sind die Eingangssignal hier als von mechanischen Bewegungen abgeleitet, nämlich von dei Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Wellen 116 und 118. Selbstverständlich können jedoch auch elektrische Signale mit entsprechenden Eigenschaften aus irgendeiner anderen Quelle untersucht werden, ohne daß dabei notwendigerweise elektromechanische Wandler eingeschlossen werden müßten. Es wird angenommen, es solle das Verhältnis der Winkelgeschwindig-

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keit der Welle 116 zu derjenigen der Welle 118 oder umgekehrt bestimmt werden,

Eine Analyse-RC-Beihenschaltung 120 mit einem Widerstand 122 und einem Kondensator 124 ist zwischen einer Eingangsklemme 126 und einem Bezugspotential (Erde) angeschlossen. Wenn ein Gleichstrom-Signal X, das der als Zähler ausgewählten Größe des gewünschten Verhältnisses proportional ist, an die Eingangsklemme 126 angelegt wird, lädt sich · dex* Kondensator 124 entsprechend der Formel

T
B = X(I - e ~ W

auf, wobei T die seit Anlegen der Spannung X verstrichene Zeit bedeutet, so daß die zwischen der Ausgangsklemme 128 und der Erde auftretende Spannung E in Abhängigkeit von der Zeit, wie in Pig. 2 dargestellt, variiert. Man erkennt aus Pig. 2, daß, wenn T in der Nähe von Null liegt, die Aufladungakurve eine im wesentlichen lineare Punktion der Zeit ist. Wenn der Kondensator 124 mit »^iner Wiederholungsgeschwindigkeit entladen wird, die zu einer als Nenner des gewünschten Verhältnisses gewählten Größe Y proportional ist, entspricht die Durchschnittsspannung an der Klemme γ , falle die Wiederholungsgeschwindigkeit groß genug ist,

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um die Spannung E auf den linearen Bereich der in Fig. 2 dargestellten Kurve zu beschränken, An die Klemme 128 kann ein passender Meßkreis oder eine andere Last 12.9 angeschlossen werden, die, falls erwünscht, einen Integrier- oder F'ilterkreis einschließen kann.

Die oben erwähnte Operation wird durch die beispielhafte Schaltung gemäß Pig. 5 so vollzogen, wie dies nun im einzelnen erläutert werden wird. Wie in lig. 5 dargestellt, schließt die Anordnung neben dem Stromkreis 120 einen Signalerzeugungs-Teil 13C für die Erzeugung entsprechender Zähler- und Nennersignale ein, sowie einen Schaltteil, zu dem eine Reihe 132 von Zähler-Auswahlschaltern und eine Reihe von Nenner-Auswahlschaltern gehören.

Der Signalerzeugungs-Teil 130 schließt einen Gleichstromgenerator 136 ein, der duroh eine Welle 116 angetrieben ist und auf der Leitung 138 ein Gleichstrom-Ausgangssignal liefert, das der Winkelgeschwindigkeit der vYelle 116 proportional ist. Ein Potentiometer-Widerstand 140 verbindet die Leitung 138 mit dem Bezugspotential; .der Abgriff 142 am Widerstand 140 ist über den Zähler-Wahlsehalter 144 mit einer Zähler-Leitung 146 verbunden. In ähnlicher 7feise wird der Gleichstromgenerator 148 durch die Welle 118 angetrieben. Dieser

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Genergtor liefert auf der Leitung 150 ein Gleichstrom-Ausgangssignal, daö der Winkelgeschwindigkeit der Welle 118 proportional ist* Ein Potentiometer-Widerstand 152 verbindet die Leitung 1^0 mit dem Bezugspotential* Der Widerstand 152 besitzt einen Abgriff 154, der über einen Zähler-Wahlsehalter 156 mit der Zähler-Leitung 146 verbunden ist. Dementsprechend erzeugt das Schließen eines der Zähler-Wahlschalter 144 und 3 56 in der Zähler-Leitung 146 ein Gleichstromsignal _r dar der Winkelgeschwindigkeit der entsprechenden Welle 116 oder 118 proportional ist. Dieses ausgewählte Zähler-Signal wird an die Klemme 126 über einsn der Nenner-Wahlschalter angelegt, wie dies unten erläutert wird. Die Abgriffe 142 und 154 ermöglichen eine Abgleichung des der Zähler-Leitung 146 durch die jeweiligen Generatoren 136 und 148 angelegten Signals und vermitteln so eine Kompensierung von Unterschieden zwischen den Generatoren.

Das Schaltsignal für die Entladung des Kondensators 124 kann, wie dargestellt, durch eine nockengetriebene Schaltaxiordnung erfolgen. Hierzu betätigt eine auf der Welle 116 sitzende Nockenscheibe 158 einen Schalter 160 mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit, die der Vifinkelgeschwindigkeit der Welle proportional ist.. Eine ähnliche Nockenscheibe 162 betätigt

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einen Schalter 164 mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit, die proportional zur Winkelgeschwindigkeit der Welle 118 ist* Jeweils eine Klemme der Schalter 160 und 164 ist mit dem Bezugspotential verbunden. Die verbleibenden Klemmen der Schalter 160 und 164 werden über erste Kontaktpunkte ah den zugeordneten Henner-Wahlsehaltern 166 und 168 mit der Nenner-Leitung 170 verbunden. Vorzugsweise verbindet ein kleiner Widerstand 172 die Leitung 170 mit der Ausgangsklemme 128. Auf diese Weise wird jedesmal, wenn der betreffende, nockenbetätigte Schalter 160 oder 164 schließt, der Kondensator 124 entladen. Der Widerstand 172 erniedrigt die Höhe des Entladungsstromes und bewahrt den Entladungsmechanismus, nämlich die gerade ausgewählten Schalter 160 oder 164 vor einer Beschädigung.

Es wurde gefunden, daß häufig Variationen im Verweilwinkel oder in der Schließdauer bei Schaltsignal-Generatoren auftreten, wie sie beispielsweise in Form der nockenbetätigten Schalter 160 und 164 dargestellt sind. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden derartige Variationen durch Einstellung eines entsprechenden Trimm-Widerstandes kompensiert.

Jeder JJenner-Wahlschalter verbindet in geschlossenem Zustand die Zählerleitung 146 über einen zugeordneten Trimm-

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Widerstand mit der Eingangsklemme 126. Auf diese Weise kann die Leitung 146 mit drr Klemme 126 über einen ersten Satz von Hilfakontakten am Nenner-Wahlschalter 166 und ei'nen ersten Trimm-Widerstand 174 oder über einen Satz von Hilfskontakten am Henner-Wahlschalter 168 und einen zweiten Trimm-Widerstand 176 verbunden werden.

In Pig. 6 ist die bei einem vorgegebenen Gleichstrombignal in der Henner-Leitung 146 an der Klemme 128 auftretende Spannung gegen die Zeit aufgetragen, und zwar für verschiedene EntladungBbedingunger. Es wird angenommen, daß der Schalter 166 geschlossen sei und daß somit die ausgezogene Linie die Spannung gegen die Zeit während des Betriebes des Schalters 160 darstelle. Wie eus der Zeichnung ersichtlich, steigt die Spannung am Kondensator 124 während der Schalter 160 offen ist, fällt dann rasch auf Null ab, wenn der Schalter 160 geschlossen ist und verbleibt während der Verweilzeit oder während des Verweilwinkels des Schalters 160 so lange auf Hull, bis der Schalter 160 wieder öffnet. Der Anstieg der ausgezogenen Linie in demjenigen Intervall, in dem der Schalter 160 offen ist, hängt von der Spannung an der Leitung 146 ab, ferner von den zusammengenommenen Widerstandawerten der Widerstände 174 und 122 sowie von der Kapazität des Kondensators 124. Eei einer konstanten wie-

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derhoiungsgeschwindigkeit des Schalters 160 nimmt die Durchschnittsspannung an der Klemme 128 einen bestimmten» definierten Wert an»

Wenn faun der Schalter 166 geöffnet und der Schalter 168 geschlossen wird, und an Stelle des Schalters 160 der nockenbetätigte Schalter 164 in Betrieb genommen wird, ist die Durchschnittsspannung an der Klemme 128 - falls der Widerstand 176 dem Widerstand 174 gleich ist- lediglich dann die gleiche, wenn der Verweilwinkel, in dessen Verlauf der Schalter 164 geschlossen ist, mit dem Verwail^inkel des Schalters 160 identisch ist, und zwar unter der Annahme, daß die Schalter 164 und 160 im gleichen Wiederholungerhythmus betätigt werden. Wenn hingegen der Verweilwinkel des Schalters 164 kleiner als der Verweilwinkel des Schalters 160 ist, nimmt die Spannung am Kondensator 124 einen solchen Verlauf, wie es durch die strichpunktierte Linie in Fig. 6 dargestellt ist, falls der Widerstand 176 denselben Wert wie der Widerstand 174 hat. Das Durchschnitcapotential ist dann größer als im Falle der dargestellten, ausgezogenen linien. Die Trimm-Widerstände 174 und 176 sind so einstellbar, daß sie eine Differenz im Verweilwinkel der nockenbetätigten Schalter 160 und 164 kompensieren.

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Somit'wird die auf der Ausgangsleitung erzeugte Durchschnitt sspannung "bei identischen Wiederholungsgeschwindigkeiten der Schalter 160 und 164 identisch. In dem mit strichpunktierten Linien dargestellten Falle müßte der Widerstand 176 in seinem Widerstandswert erhöht werden, um die Spannung am Kondensator 124 auf diejenige mit gestrichelten Linien dargestellte Spannung abzusenken. Wenn umgekehrt der Verweilwinkel des Schalters 164 größer als derjenige des Schalters 160 wäre, müßte der Widerstand 176 in seinem Widerstandswert erniedrigt werden. Nachdem die Trimm-Widerstände einmal passend at:f die Kompensierung des Verw3ili'inkels ihrer zugeordneten Entladungsmuchanismen bei einer bestimmten Wiederholungsgeschwindigkeit eingestellt sind, ist für Verschiedene WiederholungBgeschwir'digkeiten keine Einstellung mehr erforderlich.

Es wird insbesondere darauf hingewiesen, deß der Widerstand 174 nwischen^ die Zähler-Leitung 146 und die Eingangsklemme 126 über die Hilfskontakte am Schalter 166 in Reinenscnaltung immer dann eingeführt wird, wenn der Entladungsmechanismus 160 ausgewählt ist, und zwar ohne Rücksicht darauf, welcher Zähler-Wahlschalter betätigt ist; ferner soll der Widerstand 174 auf einen solchen Wert eingestellt werden,

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«3afl er iait Eückeicht auf den Verweilwinkel des Entladungsmeehanismus 160 die entsprechende Kompensierung liefert. In ähnlicher Weise wird der Widerstand 176 über die Hilfs*· kontakte am Nenner-Wahlschalter 168 eingeführt, um eo mit Rücksicht auf den Verweilwinkel des Entladungsmechanismus 164 die entsprechende Kompensierung zu liefern.

Im nachstehenden wird noch ein spezielles Beispiel angegeben:

Jeder Generator 136 und 148 erzeugte eine Gleichspannung, die der Winkelgeschwindigkeit der zugehörigen Welle direkt proportional war und zwischen Null und 135 Volt lag; diese Spannung wurde bei einer Drehzahl der Wellen 116 und 118 von 3000 U/min, erzielt. Die Schalter 160 und 164 wurden mit der doppelten Drehgeschwindigkeit der Wellen 115 und 118 betätigt, was bis zu 6000 Betätigungen pro Minute entsprach. Die Potentiometer 140 und 152 besaßen Maximalwerte von etwa 210 Kilo-Ohm, bei den Trimm-Widerständen ?.74 und 176 handelte es sich um variable Widerstände mit Maximalwerten von etwa 100 Kilo-Ohm, der Widerstandswert des Widerstandes 122 betrug 1 Megohm unJ der Kondensator 124 hatte eine Kapazität von 4 mikrofarad. Wenn der Wert des ?/ider-

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Standes 122 und des zugeordneten Trimm-Widerstandes im Vergleich mit dem Potent! >meter-V<iderstand hoch gemacht wird, lassen eich unerwünschte Belaatungseinflüsse auf den gewählten Generator 136 bzw. 148 vermeiden. In der Praxis weichen die Potentiometer 140 und 152 nur geringfügig in ihrer Einstellung voneinander ab, falls die Generatoren 136 und 148 in vernünftiger Weise aufeinander angepaßt sind· Wenn die Belastung 129 mehr auf die Spitzenspannung am Kondensator 124 als auf die oben beschriebene Durchschnittespannung anspricht, sollen die Trimm-Widerstände 174 und 176 so eingestellt werden, daß sie an der Klemme bei identischen Wiederholungsgeschwindigkeiten der Schalter 160 und 164 identische Spitzenspannungen erzeugen.

In der voranstehenden Erläuterung wurde eine einfache und wirkungsvolle Schaltung zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen zwei ausgewählten Größen beschrieben. Insbesondere wurde eine Vorrichtung zum Vergleich der Winkelgeschwindigkeiten von zwei oder mehr rotierenden Elementen beschrieben. Die Potentiometer 140 und 152, welche quer über die Ausgangsklemmen der Signalgeneratoren 136 und 148 geschaltet sind, ermöglichen einen Abgleich der das Zähler-Signal erzeugenden Wandler. Die Trimm-Widerstände 174 und 176 ge-

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statten eine wirksame Kompensierung der Unterschiede ia Verweilwinkel der Entladungsmechanisiaett, die auf der nung in Form der Schalter 160 und 164 dargestellt sind.. Wenn der Gesamtwiderstand zwischen der Zähler-Iieitung und der Ausgangsleitung 128 im Vergleich mit dem Potentiometer-Widerstand hochgehalten wird, läßt sich der "Belastungs"-Einfluß auf die Generatoren 136 und 148 reduzieren.

Obwohl die voranstehende Beschreibung und die zugehörige Zeichnung sich aua Gründen der Klarheit lediglich auf zwei miteinander verglichene Variablen beziehen, können selbstsverständlich auch weitere Signalquellen, falls erforderlich, hinzugefügt werden, wenn der dargestellte Schaltungs aufbau verdoppelt oder vervielfacht wird. Weiterhin ist die Erfindung in keiner Weise auf den Vergleich dar Winkelgeschwindigkeiten von rotierenden Wellen oder auf die Anwenduxig von Gleichstromgeneratoren zur Erzeugung des Zähler-Signals beschränkt. Das Nenner-Signal läßt sich auch auf andere Weise als mit Hilfe des dargestellten elektromechanischen Schalters erzeugen, und zwar durch Methoden, die dem Pachmann geläufig sind.

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Die 'voranstehende Beschreibung der Erfindung betrifft im' Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung ein Signal-Analyse-System, das einer großen Mannigfaltigkeit von Anwendungsmöglichkeiten zugeführt werden kann. Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für die Bestimmung von Verhältnissen entweder zwischen unabhängigen oder aufeinander bezogenen Größen bestimmt. Die Erfindung benutzt zur Erfüllung 4-brer Zwecke einfache, wirtschaftliche und zuverlässige Einreiteile, da die erfindubgsgemäße Schaltung im Grunde lediglich aus einer Reihenschaltung mit Zeitkonstante besteht, in die ein erstes Gleichs+ron-Signal und ein Schalt-Signal eingegeben wird.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1* Vorrichtung zur Analysierung von Signalen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale.

   a) Ein Kondensator

   b) Ausgang&mittel, welche an den Kondensator angeschlossen sind und

   c) Mittel zur Erzeugung von Sägezahn-impulsen am Kondensator, wobei die letzteren Mittel aus folgenden Einrichtungen bestehen;

   (1) Einrichtungen zur Erhöhung der Ampitude der Sägezahn-Impu3se in Abhängigkeit von einem ersten Signal und

   (2) Einrichtungen zur Erniedrigung der zeitlichen Dauer der Impulse in Abhängigkeit von einem zweiten Signal.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale;

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   a) "Eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand und einei Kondensator mit gegebene* Ze^tkonstante,

   b) eine GleichstiOm-Signalquelle, welche an die Reihenschaltung angeschlossen ist,

   c) eine an den Kondensator angeschlossene Atisgangsimpedanz und

   d) Einrichtungen zur periodischen Entladung des Kon-

   densatoxs mit einer zu einem zweiten Signal proportionalen Wiederholungsgeschwindigkeit.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Analyse von Grössenverhältnissen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Eine einer ersten Größe proportionale Gleichspannungsquelle mit einem Paar von Ausgangsklemmen,

   ü) ein Widerstand und ein Kondensator, welche an diese Klemmen in Reihe angeschlossen sind,

   c) mit dem. Kondensator verbundene Ausgangsnittel und

   d) Einrichtungen zur periodischen Entladung des Kondensators mit einer einer zweiten Größe proportionalen Wiederholungsgeschwindigkeit.

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   4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale;

   a) Erste und zweite Gleichstrom-Generatoren, die in entgegengesetzt gepolter Reihenschaltung mit einem Paar von Ausgangsleitungen verbunden sind,

   b) ein Widerstand und ein Kondensator, die in Reihe mit den Au&gangsleitungen verbunden sind,

   c) Ausgangsmittel, die auf die am Kondensator entwickelte Spannung ansprechen und

   d) ein Emcladungsmeehanismus zur periodischen Entladung des Kondensators mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit, die der Drehgeschwindigkeit des einen der Generatoren proportional ist.

   5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche zum Signal-Vergleich, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Erste und zweite Gleichstrom-Signalq^uellen, die in entgegengesetzt gepolter Reihenschaltung mit einem Paar von Ausgangsleitungen verbunden sind,

   b) ein Widerstand und ein Kondensator, die in Reihenschaltung mit den Ausgangsleitungen verbunden sind,

   C-) Ausgangs einrichtungen, welche auf die am Kondensator entwickelte Spannung ansprechen und

   d) Einrichtungen zur periodischen Entladung dee Kondensators mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit, die dem Signal-Ausgang der zweiten Stromquelle proportional ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Widerstandes und des Kondensators wenigstens das Zehnfache der Wiederholungsgeschwindigkeit der Entladungseinrichtungen beträgt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtungen elektrische Schaltmittel umfassen, die mit dem Kondensator verbunden und von der zweiten Stromquelle angetrieben sind.

   8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmalet

   a) Ein Widerstand und ein Kondensator, die zwisdhen ersten und zweiten Leitungen in Reihe geschaltet sind,

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   b) eine Gleichstrom-Signalquelle,

   c) erste und zweite Entladungsmeehanismen zur periodischen Entladung des Kondensators mit .Wiederholungsgeschwind JLgkeiten, die zu einer ersten bezw. zweiten Größe proportional sind,

   d) Auswähl-Sohalteinrichtungen zur wahlweisen Verbindung eines der Entladungsmechanismen mit dem Kondensator und

   e) Aüsgangsmittel, welche mit dem Kondensator verbunden sind.

   9. Vorrichtung nach einem der Zoranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Ein Widerstand und ein Kondensator, die zwischen ersten und zweiten Leitungen in Seihe geschaltet sind,

   b) eine Gleichstrom-Signalquelle,

   e) erste und zweite Entladungsmechanismen zur periodischen Entladung des Kondensators mit Wiederholungsgeschwindigkeiten, die zu einer ersten bezw. zweiten Größe proportional sind,

   d) eine jedem Entladungsmechanismus zugeordnete Trirnm-Impedanz,

   e) Wahlschalter-Einrichtungen zur:

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   (1) wahlweisen Verbindung des einen der Entladüngsmechanismen mit dem Kondensator und

   (2) zur Verbindung der Signalquelle über die entsprechende Trimm-Impedanz mit einer ersten und zweiten Leitung,

   f) wobei die Trimm-Impedanzen so dimensioniert sind, daß sie Abweichungen zwischen den Entladungsmechanismen kompensieren und

   g) Ausgangsmittel, welche mit dem Kondensator verbunden sind.

   Io. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Eine Schaltung mit Zeitkonstante unter Einschluß eines Widerstandes und eines Kondensators, welche zwischen ersten und zweiten Leitungen in Reihe geschaltet sind,

   b) eine Mehrzahl von Gleichstrom-Signalquellen,

   c) ein Zähler-Wahlschalter zur Verbindung einer ausgewählten Signalquelle mit einer Zähler-Leitung,

   d) eine Mehrzahl von Entladungs-Schaltmitteln, die mit Wiederholungsgeschwindigkeiten proportional zu entsprechenden Variablen betätigt sind,

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   e) Nenner-Wahlschalter zur Verbindung eines ausgewählten Entladungs-Schaltmittele in Parallel·- Schaltung mit dem Kondensator und zur Verbindung der Zähler-Leitung mit der ersten Leitung und

   f) Ausgangsmittel, welche zum Kondensator parallel geschaltet sind.

   11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Eine Schaltung mit Zeitkonstante unter Einschluß eines Widerstandes und eines Kondensators, die zwischen ersten und zweiten Leitungen in Reihegeschaltet sind,

   b) eine Mehrzahl von Gleichstrom-Signalquellen,

   c) eine Mehrzahl von Entladungs-Schaltmitteln, die mit Wiederholungsgeschwindigkeiten proportional zu entsprechenden Variablen betätigt sind,

   d) Wahlechaltmittel zur Verbindung eines ausgewählten Entladungsechaltmittels in Parallel-Schaltung mit dem Kondensator und zur Verbindung einer ausgewählten Signalquelle mit der ersten Leitung und

   e) Ausgangsmittel, welche parallel zum Kondens&tor geschaltet sind.

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   12. yorriohtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Ein Widerstand vjad ein Kondensator, welche zwischen ersten und zweiten Leitungen in Reihe geschaltet sind,

   b) eine Mehrzahl von Gleichstrom-Signalquellen,

   c) eine Mehrzahl von Schaltmechanismen, die periodisch mit Wieierholungsgoschwindigkeiteh "betätigt sind, welche ihrerseits proportional zu einer entsprechendem Mehrheit von Variablen sind,

   d) eine Trimm-Impedanz, die jeweils einem Schaltmechanismus entspricht,

   e) Wahlschaltmittel zur:

   (1) Verbindung eines ausgewählten Schaltmechanismus in Parallelschaltung mit dem Kondensator und

   (2) Verbindung einer der Quellen in Reihenschaltung über die entsprechende Trimm-Impedanz mit den ersten und zweiten leitungen,

   f) wobei die Trimm-Impedanz so bemessen ist, daß si« Abweichungen unter den Sdmltaechanismen kompensiert und

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   g) Ausgangsmittel, welche an den Kondensator angeschlossen sind.

   15. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Ein V/iderstand und ein Kondensator, welche zwischen ersten und zweiten Leitungen in Reihe geschaltet sind,

   b) eine Mehrzahl von Gieichstrom-Signalquellen, wobei bei jeder Quelle

   (1) eine ihrer Ausgangsklemmen mit einer der ersten und zweiten Leitungen verbunden ist und

   (2) an ihre Ausgangsklemmen ein Potentiometer angeschlossen xst,

   c) wobei jedes Potentiometer einen Abgriff besitzt, der mit einem Zwischenpunkt auf dem Potentiometer verbunden ist,

   d) eine Mehrzahl von Schaltmechanismen, welche periodisch mit Wiederholungsgeschwindigkeiten betätigt sind, die proportional zu entsprechenden Variablen sind,

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   β) Auswahlechaltmittel zur

   (1) Verbindung eines ausgewählten Schaltmechanismus in Parallelschaltung mit dem Kondensator und

   (2) Verbindung eines ausgewählten Abgriffs mit der anderen der ersten und zweiten Leitungen und

   f) Auegangemittel, welche an den Kondensator angeschlossen sind.

   14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   %) Sin Widerstand und ein Kondensator, welche zwischen ersten und zweiten Leitungen in Reihe geschaltet sind,

   b) eine Mehrzahl von Gleichstrom-Signalquellen, wobei bei jeder Quelle

   (1) eine ihrer Ausgangsklemmen mit einer der ersten und zweiten Leitungen verbunden ist und

   (2) ein Potentiometer an ihre Ausgangsklemme angeschlossen ist, wobei

   c) Jedes Potentiometer einen Abgriff besitzt, der mit einem Ewischenpunkt des Potentiometers verbunden ist,

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   d) eine Mehrzahl von Schaltmechanismen, die periodisch mit Wiederholungsgeschwindigkeiten betätigt sind,

   - welche ihrereeits proportional jsu entsprechenden Variablen sind,»

   e) eine Trimm-Impedanz, welche jeweils den Schaltmechanismen zugeordnet ist,

   f) wahlechaltmittel zur

   (1) Verbindung eines ausgewählten Schaltmechanismus in Parallelschaltung mit dem Kondensator und

   (2) Verbindung eines ausgewählten Abgriffes über die entsprechende Trimm-Impedanz mit der anderen der ersten und zweiten Leitungen, wobei

   g) die Trimm-Impedanzen so bemessen sind, daß sie Abweichungen unter den Schaltmechanismen kompensieren und

   h) Ausgangsmittel, welche an den Kondensator angeschlossen sind.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengenommene Impedanz jeder Trimm-Impedanz und des Widerstandes wenigstens zehnmal größer als die Impedanz zwischen dem Abgrifi und der anderen Ausgangsleitung der augeordneten Signalquelle ist.

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   16· Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Ein Widerstand und ein Kondensator, welche in Reihe zwischen ersten und zweiten Leitungen angeschlossen sind,

   b) eine Mehrzahl von Gleichstrom-Signalquellen, wobei bei jeder Quelle

   (1) einer ihrer Eingangsklemmen mit einer der ersten und zweiten leitungen verbunden ist und

   (2) an ihre Ausgangsklemmen ein Potentiometer angeschlossen ist, wobei

   c) jedes Potentiometer einen Abgriff aufweist, der mit einem Zwischenpunkt am Potentiometer verbunden ist,

   d) ein Zähler-Wahlschalter zur Verbindung einer ausgewählten Signalquelle mit einer Zähler-Leitung,

   e) ein Schaltmechanismus, der periodisch mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit betätigt ist, die proportional zum Ausgang jeder Signalquelle ist,

   f) eine Trimm-Impedanz, die jeweils den Schaltmechanismen entspricht,

   g) Auswahlschaltmittel zur

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   (1) Verbindung eines ausgewählten Schaltmechanismus in Parallelschaltung mit dem Kondensator und

   (2) Verbindung der Zählerleitung über die entsprechende Trimm-Impedanz mit der anderen der ersten und zweiten Ausgangsleitungen, wobei

   h) die Trimm-Impedanzen so bemessen sind, daß sie Abweichungen unter den Schaltmechanismen kompensieren und

   i) Ausgangsmittel, welche an den Kondensator angeschlossen sind.

   17- Verrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengenommene Impedanz jeder Trimm-Impedanz und des Widerstandes wenigstens zehnmal größer als die Impedanz zwischen jedem Abgriff und der anderen Ausgangsleitung der zugeordneten Signalquelle ist.

   18, Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch irgendein neues Merkmal und/oder eine neue Hermalskombination, wie sie im voranstehenden beschrieben sind.

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