DE1548635C - Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung der Stellung eines über mehr als 360° verdrehbaren Anzeigegliedes, bei welcher mit dem Anzeigeglied ein elektrischer Abgriff verbunden ist, an welchem eine der Stellung des Anzeigegliedes proportionale Spannung abgegriffen wird, und bei welcher ein Integrator vorgesehen ist, durch welchen die Spannung über eine vorgegebene Meßeinheit derart zeitlich integriert wird, daß der Integrator nach Ablauf der Meßzeit einen dem Mittelwert der Stellung entsprechenden Integralwert liefert.

Wenn man einmal annimmt, daß die Spannung von 0 bis 360° winkelproportional ansteigt, dann treten bei bekannten Vorrichtungen Fehler auf, wenn das Anzeigeglied in dem Bereich um 360° herum spielt. Steht das Anzeigeglied dicht unterhalb der 36O°-Marke, z. B. bei 357°, dann ergibt sich eine sehr große Ausgangsspannung. Steht dagegen das Anzeigeglied — nur wenig von dieser letzteren Stellung entfernt — oberhalb der 360°-Marke, also z. B. bei 3°, dann ist die Ausgangsspannung gering. Infolge der bei 360° auftretenden Unstetigkeit ist eine Mittelwertbildung in einem den 360°-Punkt enthaltenden Bereich nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorstehend erwähnten Art so auszubilden, daß eine Mittelwertbildung auch über die 360°-Marke hinaus möglich wird. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der elektrische Abgriff eine über 360° hinaus stetig ansteigende Spannung liefert und daß der Integrator bei einem 360° entsprechenden Integralwert automatisch auf Null zurückstellbar ist.

Es kann dann das Anzeigeglied auch über 360° hinaus verdreht werden, ohne daß die Ausgangsspannung des elektrischen Abgriffs einen Sprung macht. Wenn das Anzeigeglied von 0 nach 360° und dann in gleichem Sinne weiter über 360° verdreht wird, dann steigt die Ausgangsspannung stetig weiter an. Es ist also auch in einem die 360°-Marke enthaltenden Bereich eine Mittelwertbildung möglich. Nun würde das Integral der Ausgangsspannung über die Meßzeit bei gleicher Stellung des Anzeigegliedes verschieden werden, je nachdem, ob die Stellung des Anzeigegliedes als 20° oder nach einer vollen Umdrehung in einer Richtung als 380° zu bezeichnen ist. Dies wird dadurch ausgeglichen, daß der Integrator bei einem 360° entsprechenden Integralwert automatisch auf Null zurückgestellt wird. Steht z. B. das Anzeigeglied auf der 360°-Marke, dann liefert der Integrator nach Ablauf der Meßzeit als Mittelwert den Integralwert 360°. Da er aber bei diesem Wert automatisch auf Null zurückgestellt wird, ist die Anzeige nicht 360° sondern Null. Steht das Anzeigeglied auf 380° (nach einer vollen Umdrehung von der Ausgangslage aus), so würde sich nach Ablauf der Meßzeit als Mittelwert der Integralwert 380° ergeben. Da der Integrator aber bei 360° auf Null zurückgestellt wurde, ist die Anzeige 20° genauso, als ob das Anzeigeglied die volle Umdrehung nicht gemacht hätte.

Eine solche Anordnung ist vorzugsweise geeignet zur Bildung eines Mittelwertes der Windrichtung. Für eine solche Mittelwertbildung ist natürlich jeweils nur die augenblickliche Windrichtung von Interesse. Es ist uninteressant, ob sich der Wind vorher einmal oder mehrmals gedreht hat. Das »Anzeigeglied« wäre in diesem Falle eine Windfahne.

Als Abgriff kann ein mehrgängiges Potentiometer dienen. Die Erfindung kann aber auch in der Weise verwirklicht werden, daß der Abgriff ein von einer konstanten Spannung gespeistes Drehpotentiometer enthält und daß das Anzeigeglied über eine Untersetzung η : 1, wobei η > 2 ist, mit dem Drehpotentiometer gekuppelt ist. Bei einer 360°-Drehung des Anzeigegliedes macht das Drehpotentiometer einen entsprechend der Untersetzung geringeren Weg, so daß

ίο bei einer weiteren Drehung des Anzeigegliedes im gleichen Sinne auch die abgegriffene Ausgangsspannung stetig weiter ansteigt.

Es könnte nun vorkommen, daß bei einer mehrfachen Drehung des Anzeigegliedes immer in der gleichen Richtung auch das Drehpotentiometer am Ende seines Einstellbereiches anlangt. Um das zu verhindern, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Drehpotentiometer mit dem Anzeigeglied über eine elektrische Welle gekuppelt ist und daß nach Ablauf der Meßzeit das Drehpotentiometer automatisch auf einen vorgegebenen Ausgangswert rückstellbar ist. Es kann dann das Drehpotentiometer nach Ablauf der Meßzeit wieder z.B. in den 0°- bis — 360°-Bereich zurückgestellt werden. Die elektrische Welle gestattet eine solche Rückstellung. Ausgehend von der neuen Ausgangsstellung stellt sie das Drehpotentiometer auf den Punkt, und zwar des 0°- bis — 360°-Bereiches, der der Stellung des Anzeigegliedes entspricht. Die Mittelwertbildung, in der nächsten Meßeinheit beginnt also wieder von einem Punkt des 0°-bis —360°- Bereiches aus. Es ist nicht möglich, daß das Drehpotentiometer nach und nach an die Grenzen seines Einstellbereiches läuft. Wenn sich das Anzeigeglied aber während einer Meßzeit so oft im gleichen Sinne dreht, daß schon dann die Grenzen des Einstellbereiches des Drehpotentiometers erreicht werden, dann ist eine sinnvolle Mittelwertbildung gar nicht möglich. Wenn sich beispielsweise die Windrichtung innerhalb der Meßzeit mehr als dreimal im gleichen Sinne über 360° dreht, dann ist es nicht mehr sinnvoll, eine »mittlere Windrichtung« anzugeben. In diesem Falle müßte ein Störsignal gegeben werden.

Die elektrische Welle kann zwei Ringwiderstände mit je zwei diametral gegenüberliegenden Abgriffen aufweisen, welche erstere an jeweils drei Anzapfungen miteinander verbunden sind, und es kann das Abgriffpaar des ersten Ringwiderstandes mit dem Anzeigeglied verbunden sein und über dieses Abgriffpaar eine Spannung eingespeist werden, während an dem Abgriffpaar des zweiten Ringwiderstandes ein Stellmotor anliegt, durch welchen dieses letztere Abgriffpaar und über ein Untersetzungsgetriebe das Drehpotentiometer verstellbar ist. Solche elektrischen Wellen sind an sich bekannt.

Der Stellmotor kann das Abgriffpaar über ein Untersetzungsgetriebe mit hoher Untersetzung verstellen. Hierdurch werden kurzfristige Schwankungen von vornherein weitgehend unterdrückt.

Der Integrator kann einen Integrationsmotor enthalten, welcher von der von dem Drehpotentiometer abgegriffenen Spannung gespeist ist und einen berührungslos, vorzugsweise photoelektrisch arbeitenden Impulsgenerator treibt, dessen Impulse einem Zähler zugeführt werden. Der Zähler kann als Vorwahlzähler ausgebildet sein, welcher nach einer vorgegebenen, einem Mittelwert von 360° entsprechenden Anzahl von Impulsen einen Riickstcllimpiils lic

fert, durch den der Zähler selbst auf Null zurückstellbar ist.

Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch eine Vorrichtung zur Windrichtungs-Mittelwertbildung dargestellt.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt den Programmablauf der Vorrichtung.

Mit 10 ist eine Windfahne bezeichnet, die mit einem Schleiferpaar 11 verbunden ist, das auf einem Ringwiderstand 12 diametral gegenüberliegend schleift. Über die Schleifer 11 wird eine Gleichspannung von zwei Klemmen 13 eingespeist. Der Ringwiderstand 12 besitzt drei um 120° gegeneinander versetzte Anzapfungen 14. Er bildet den Geberteil einer elektrischen Welle. Die Anzapfungen 14 sind mit drei entsprechenden Anzapfungen 15 eines Ringwiderstandes 16 verbunden. Auf dem Ringwiderstand 16 schleifen zwei diametral gegenüberliegende Schleifer 17. Über diese Schleifer 17 wird ein Stellmotor 18 gespeist. Dieser Stellmotor verdreht wiederum über ein Untersetzungsgetriebe 19 mit einer Untersetzung 200 : 1 die Schleifer 17 sowie nochmals über ein Untersetzungsgetriebe 20 mit der Untersetzung 3:1 den Schleifer eines Drehpotentiometers 22. Der Ringwiderstand 16 mit dem Motor 18 bilden den Nehmerteil der elektrischen Welle.

Das Drehpotentiometer 22 wird von einer Gleichspannungsquelle 23 über einen Schalter A₂ und einen einstellbaren Vorwiderstand 24 gespeist. Die an dem Schleifer 21 abgegriffene Spannung liegt an einem Integrationsmotor 245 an, welcher über ein Getriebe

26 eine Schlitzscheibe 27 antreibt. Die Schlitzscheibe

27 ragt in eine Lichtschranke, bestehend aus einer Lampe 28 und einer Photodiode 29. Bei jedem Schlitz gibt die Lichtschranke einen Impuls. Diese Impulse werden über Leitungen 30, 31 einem Vorwahlzähler 32 zugeführt. Mit 33 ist der elektrische Teil der Lichtschranke 28, 29 bezeichnet, der von einem Netzteil 34 gespeist ist. Bei Freigabe der Lichtschranke durch einen Schlitz in der Scheibe 27 schließt ein Kontakt 35. Hierdurch wird von dem Netzteil 34 Spannung als Impuls auf. die Leitungen 30, 31 gegeben. Der Vorwahlzähler 32 gibt über einen Kontakt 35 einen Impuls, wenn die im Zähler gespeicherte Impulszahl dem Winkel 360° entspricht. Durch diesen Impuls wird der Zähler 32 über die Leitungen 36, 37 und 38 jeweils auf Null zurückgestellt.

Die Impulse auf Leitung 30 und 31 werden gleichzeitig auf einen Drucker 39 gegeben, und zwar über die Leitungen 40, 41. Über die Leitungen 37 erhält der Drucker 39 auch die Rückstellimpulse vom Vorwahlzähler 32.

Der Schleifer 21 des Drehpotentiometers 22 und das Schleiferpaar 17 des Ringwiderstandes 16 können durch Rückstellmagnete 40 bzw. 41 auf eine mittlere Ausgangsstellung zurückgestellt weiden. Die Rückstellmagnete 40 und 41 werden von einem Netzteil 42 über einen KontaktA₁ erregt. Der Schalter/^ ist mit dem Kontakt/I₂ im Stromkreis des Drehpotentiometers 22 gekuppelt, und zwar so, daß der Kontakt A₁ öffnet, wenn A₂ schließt, und umgekehrt. Über einen Kontakte, parallel zu dem Kontakt35 des Vorwahlzählers 32 kann der Zähler 32 ebenso wie der Zähler im Drucker 39 auf Null zurückgestellt werden. Durch einen Kontakte, wird über eine Leitung 43 der Druckbefehl auf "den Drucker gegeben. In der Leitung 31 liegt ein Kontakt B. Durch diesen Kontakt können die Zählimpulse von dem Vorwahlzähler 32 und dem Drucker 39 abgeschaltet werden. Der Zeitplan, nach dem die verschiedenen Kontakte schließen, ist aus Fig. 2 ersichtlich. Dunkle Streifen bedeuten dabei geschlossene Kontakte.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Die Ringwiderstände 12 und 16 bilden eine elektrische Welle. Der Motor 18 führt die Schleifern jeweils den Schleifern 11 nach, d. h., er verstellt die Schleifer 17 so lange, bis sie gekreuzt zu den Schleifern 11 stehen. Über das Getriebe 20 wird das Drehpotentiometer 22 mit einer Untersetzung 3 :1 verstellt. Dem 360°-Punkt der Windfahne 10, der beispielsweise der Nordrichtung entsprechen möge, entsprechen auf dem Drehpotentiometer 22 drei mögliche Punkte, nämlich N, N₊₁ und N__v Jedesmal, wenn der Schleifer 21 auf einem dieser Punkte steht, zeigt die Windfahne nach Norden. Die Punkte N _{+ 1} und N_₁ werden erreicht, wenn der Wind sich einmal um volle 360° in einer Richtung gedreht hat. Wie man sieht, tritt infolge der Untersetzung auch keine Unstetigkeit der abgegriffenen Spannung auf, wenn die Windfahne 10 sich über den 360°-Punkt hinwegdreht.

Die abgegriffene Spannung wird in eine proportionale Impulsfrequenz umgesetzt und die Impulse gezählt. Die Spannung-Frequenz-Umsetzung geschieht in der Weise, daß während der Meßzeit eine dem Mittelwert des Winkels entsprechende Anzahl von Impulsen erzeugt und gezählt wird. Steht beispielsweise die Windfahne 10 auf 157° gegen die Nordrichtung, dann liefert der Impulsgenerator 27, 28, 29 während der Meßzeit von 29 Minuten Impulse. Der Zähler 32 und der Drucker 39 liefern nach dieser Zeit die Anzeige »157«, die auch ausgedruckt wird. Steht der Schleifer 21 aber in einem Bereich über die Punkte N₊₁ oder N __t hinaus, weil die Windfahne sich z. B. um 380° gedreht hat, so zählt der Zähler 32 während der Meßzeit erst bis 360. Dann stellt er sich und den Drucker 39 auf Null zurück und zählt anschließend noch die restlichen zwanzig Impulse. Nach Beendigung der Meßzeit werden durch die Rückstellmagnete die Schleifer 17 und 21 auf eine mittlere Ausgangsstellung (wie gezeigt) zurückgestellt, so daß em »Weglaufen« des Schleifers 21 vermieden wird. Der Motor 18 dreht dann die Schleifer 17 und 21 wieder in die der Winkelfahnenstellung entsprechende Lage, jedoch in dem Mittelbereich, z. B. von 0 bis 360°.

Dieses Programm wird durch die Kontakte A₁, A₂, B, C₁ und C₂ gesteuert. A _t schließt für eine Sekunde, ebenso C₁. A₁ bewirkt dabei die Rückstellung der

Schleifer 17 und 21 in die mittlere Ausgangslage zu Beginn jeder Meßperiode. C₁ stellt die Zähler

■ auf Null zurück. Dabei ist A₂ geöffnet, so daß das Drehpotentiometer 22 abgeschaltet ist. Der Kontakt B ist geöffnet, so daß keine Impulse auf den Zähler 32 und Drucker 39 gelangen. Anschließend öffnet /I₁ und C₁. Kontakt A₂ wird geschlossen, während Kontakt B noch geöffnet bleibt. Es laufen jetzt die Schleifer 17 und mit ihnen der Schleifer 21 in eine der Windfahne 10 und den Schleifern 11 entsprechende Stellung ein (elektrische Welle). Das Drehpotentiometer 22 wird angeschlossen, und der Integrationsmotor 25 läuft an, ohne daß der Zähler 32 wegen des geöffneten Kontaktes/i schon Impulse

Claims (7)

erhält. Nach 58 Sekunden ist ein stationärer Zustand erreicht. Jetzt schließt der Kontakt B und gibt die Impulse für die Meßzeit von 29 Minuten auf den Zähler. Nach Ablauf der Meßzeit öffnet B. Gleichzeitig schließt der Kontakt C2 für die Dauer von einer Sekunde und gibt den Druckbefehl. Dann beginnt der ganze Zyklus von vorn. Es wird mit einer solchen Vorrichtung also alle Minuten die mittlere Windrichtung digital ausgedruckt. Patentanprüche:

1. Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung. der Stellung eines über mehr als 360° verdrehbaren Anzeigegliedes, bei welcher mit dem Anzeigeglied ein elektrischer Abgriff verbunden ist, an welchem eine der Stellung des Anzeigegliedes proportionale Spannung abgegriffen wird, und bei welcher ein Integrator vorgesehen ist, durch welchen die Spannung über eine vorgegebene Meßzeit derart zeitlich integriert wird, daß der Integrator nach Ablauf der Meßzeit einen dem Mittelwert der Stellung entsprechenden Integralwert liefert, .dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Abgriff (21, 22) eine über 360° hinaus stetig ansteigende Spannung liefert und daß der Integrator (25, 27, 28, 29, 32) bei einem 360° entsprechenden Integralwert automatisch auf Null zurückstellbar ist.

.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Abgriff ein von einer , konstanten Spannung gespeistes Drehpotentiometer (22) enthält und das Anzeigeglied (10) über eine Untersetzung η: 1, wobei /z>2 ist, mit dem Drehpotentiometer (22) gekuppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehpotentiometer (22) mit dem Anzeigeglied (10) über eine elektrische Welle (12,16) gekuppelt ist und daß nach Ablauf der Meßzeit das Drehpotentiometer (22) automatisch auf einen vorgegebenen Ausgangswert (N) rückstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Welle zwei Ringwiderstände (12, 16) mit zwei diametral gegenüberliegenden Abgriffen (11, 17) aufweist, welche erstere an jeweils drei Anzapfungen (14, 15) miteinander verbunden sind, daß das Abgriffpaar (11) des ersten Ringwiderstandes (12) mit dem Anzeigeglied (10) verbunden ist und über dieses Abgriffpaar (11) eine Spannung eingespeist wird und daß an dem Abgriffpaar (17) des zweiten Ringwiderstandes (16) ein Stellmotor (18) anliegt, durch welchen dieses letztere Abgriffpaar (17) und über ein Untersetzungsgetriebe (20) das Drehpotentiometer (22) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (18) das Abgriffpaar (17) über ein Untersetzungsgetriebe (19) mit hoher Untersetzung verstellt.

6. Vorrichtung nach. einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Integrationsmotor (25) enthält, welcher von der von dem Drehpotentiometer (22) abgegriffenen Spannung gespeist ist, und daß der Integrationsmotor (25) einen berührungslos, vorzugsweise photoelektrisch arbeitenden Impulsgenerator (27, 28, 29) treibt, dessen Impulse einem Zähler (32) zugeführt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler als Vorwahlzähler (32) ausgebildet ist, welcher nach einer vorgegebenen, einem Mittelwert von 360° entsprechenden Anzahl von Impulsen einen Rückstellimpuls liefert, durch den der Zähler selbst auf Null zurückstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen