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Punktschreiber mit Lichtzeigermeßwerk Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung für die Anzeige einer der Amplitude eines elektrischen Meßwertes proportionalen
Größe und deren Ausdrucken als Zeichen auf einem Registrierstreifen.
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E3 ist bekannt, daß das Verfahren der Fallbügelaufzeichnung bei der
Messung elektrischer Größen angewandt wird, wenn nur kleine Leistungen in IIeßwerk
verfügbar sind. Die dazu verwcndeten sogenannten Fallbügelschreiber erhalten
die
zur Aufzeichnung benötigte Energie nicht von der Meßgröße selbst, sondern von einer
fremden Energiequelle.
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Der oberhalb eines Zeigers angeordnete, durch ein Triebwerk betätigte
Fallbügel drückt das Zeigerende in bestimmten Zeitabständen auf einen Registrierstreifen.
Dadurch entsteht auf dem Registrierstreifen ein Zeichen. Nach der Aufzeichnung eines
Zeichens hebt sich der Fallbügel wieder und gibt den Zeiger frei. Es entsteht so
eine aus dicht aufeinanderfolgenden Zeichen bestehende Kurve, die bei nicht allzugroßen
Schwankungen des Me#wertes als eine zusammenhängende linie erscheint. Der Zeiger
de-a Me#werkes stellt sich frei auf den Meßwert ein und zeigt ihn auf einer oberhalb
des Registrierstreifens angebrachten, zu einem Kreissegment gebogenen Skala mit
Skalenmarkierung an.
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Diese Neßwerke haben aber u. a. den Nachteil, daß die zur Anzeige
und Ausdruckung des Meßwertes benutzten Zeiger lang und robust sind, so daß das
große Trägheitsmoment dieses beweglichen Organes mit im allgemeinen kleinem Drehmoment
zu langen Beruhigungszeiten führt. Die Punktfolgezeiten betragen durchschnittlich
20 Sec.
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Ein weiterer, wesentlicher Nachteil dieser Ballbügelschreiber wird
darin gesehen, darJ im Schreiber auftretende Suftströmungen durch innere oder äußere
einseitige Erwärmung Anzeigefehler bewirken, die nur durch aufwendige technische
Konstruktionen kleingehalten werden könnten. Außerdem
bestcht bei
Verwendung eines Zeigerme#werkes stets der Nachteil, daß das Skalcnblech, auf dem
der Meßwert angezeigt wird, ein Kreisbogensegment, die ebene Schreibfläche für den
Ballbügelschreiber aber eine Kreissehne dieses Kreisbogens bildet, so daß Skalen-und
Registrierstreifeneinteilung nicht übereinstimmen.
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Die Erfindung sieht dahingegen die Verwendung eines Lichtzeigermeßwerkes
in einem Punktschreiber vor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnt,
daß ein Drehspiegel einen ersten und einen zweiten Lichtstrahl steuert und in Richtung
eines Spiegels reflektiert, der den zweiten Lichtstrahl in Richtung einer Skala
und den ersten Lichtstrahl in Richtung eines kontinuierlich entlang einer ersten
Führung eine und Ilerlaufenden Druckvorrichtung zum Ausdrucken des Meßwertes auf
dem Registrierstreifen reflektiert. An der einen-, dem ersten Lichtstrahl zugekehrten
Seite ist eine lichtempfindliche Abtastvorrichtung befestigt, in der beim Durchqueren
des ersten Lichtstrahl es ein elektrischer Strom entsteht, der über Verstärker Magnetwicklungen
erregt, die die Druckvorrichtung um eine zweite Führung umkippen.
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Lichtzeigermeßvrerke sind bei Galvanometern bekannt, die anstelle
eines mechanischen Zeigers eine optische Ableseeinrichtung haben. Sie sind derart
konstruiert, daß Licht-
strahlen einer eingebauten Lichtquelle durch
ein Linsensystem und eine Blende auf einen kleinen zylindrisch senkrecht zu seiner
Drehachse gewölbten Spiegel, den ein bewegliches Organ dreht, fallen. Dieses Organ
ist im allgemeinen ein Drehspulinstrument zum Nachweis und zur quantitativen Messung
kleinster Gleichströne und Gleichspannungen. Der am Spiegel reflektierte Strahl
wird umgelenkt und=bildet auf einer Skala einen hellen Lichtfleck. Die Auslenkungen
des Organs und seines Drehspiegels werden mittels der Strichmarken auf der Skala
angezeigt.
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Das für die Erfindung erbaute Lichtzeigerwerk wird in seinem konstruktiven
Aufbau von der Aufgabe bestimmt, das Lichtzeigerwerk zur optischen Anzeige des Meßwertes
und gleichzeitig zur Steuerung eines Punktschreibers zu verwenden. Dazu ist die
vor den irehspicgel angebrachte Blendenvorrichtung mit zwei Öffnungen versehen,
die von einer gemeinsamen Lichtquelle stammendes Licht in zwei räumlich getrennte
Lichtstrahlen aufteilt. Die beiden Lichtstrahlen werden in Richtung der beiden Flächen
eines dachförmig ausgebildeten Spiegels reflektiert, wobei der zweite Lichtstrahl
von der einen Fläche in Richtung der Skala und der erste Lichtstrahl von der anderen
Fläche in Richtung eines Kopfes einer Druckvorrichtung reflektiert wird. Am Kopf
der Druckvorrichtung ist an der dem dachförmigen Spiegel
zugekehrten
Seite eine Abtasteinrichtung, z. B. ein Fotoelement, befestigt. Der Kopf selbst
wird von einer Antriebswendel, die gleichzeitig als Führung dient, entlang einer
weiteren Führung bewegt. Trifft die Abtasteinrichtung auf den ersten Lichtstrahl,
so entsteht ein elektrischer Strom, der über die beiden Führungen einem Verstärker
zugeführt wird. Der von dem Verstärker verstärkte Stron der Abtasteinrichtung wird
wiederum Magnetwicklungen mit Magnetkernen zugeführt, die Anker, bestehend aus magnetisch
erregbarem Material, anziehen. Sie sind an den seitlichen Haltesehienen für die
beiden Führungen befestigt. Werden die Magnetzzicllungen erregt, so kippt der Kopf
um eine fest eingespannte Führung um. Da an der Unterseite des Kopfes, der Abtasteinrichtung
gegcnüberlicgend, ein Stift oder dergleichen angebracht ist, so wird beim Umkippvorgang
dieser Stift auf ein unter dem Kopf befestigtes Farbband und den darunter liegendcn
Registrierstreifen gedrückt Einige weitere erfindungswesentliche Vorteile des neuen
Punktschreibers bestehen darin, daß der bei den Fallbügelschreibern bisher verwendete
körperliche Zeiger von trägheitslosen Lichtstrahlen ersetzt ist, die für das Gerät
eine höhere elektrische Empfindlichkeit, eine kleinere Beruhigungszeit des Zeigers
und eine kürzere Funktfolgezeit gewähren. Außerdem ist es leicht möglich, die Meßwerke
zu
kapseln, so daß Luftströmungen ohne Einfluß auf das Meßergebnis
bleiben. Ein weiterer Vorteil bietet sich darin, daß nunmehr die Länge der ebenen
Skala und die Breite des Registrierstreifens übereinstimmen können, so daß eine
gleiche Teilung vorgenommen werden kann.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der
Figur näher erläutert.
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Das Licht einer Glühlampe 1 wird von einem Kondensor 2 auf eine Blendenvorrichtung
3 geworfen, in die zwei Öffnungen S und L eingelassen sind, z. B. ein Spalt und
ein Loch. Die Form der beiden Öffnungen S und L dient lediglich zur bessercn optischen
Unterscheidung der beiden durch sie hindurchtretenden, nunmehr raunlich getrennten
Lichtstrahlen J1 und J2, die sich am Orte des Drehspiegels 5 schneiden können. Dieser
Drehspiegel 5 ist an der Aufhängung eines hochempfindlichen Drehspulinstrumentes
4 zum Nachweis und zur Messung kleinster Gleichströme und Gleichspannungen befestigt.
Die Drehspule 4 ist zwischen zwci Halterungen 4' und 4"gespannt aufgehängt. Diese
Halterungen 4' und 4"geben dem beweglichen Organ, Drehspule 4, die erforderliche
Richtkraft und dienen gleichzeitig als Stromzuführung und als Lagerung. Der Drehspiegel
5ist an der Halterung 4"befestigt und senkrecht
zur Halterung 4'
' nach innen zylindrisch gewölbt. Die unter verschiedenen Einfallswinkeln zum Lot
auf den Drehspiegel 5 auftreffenden Lichtstrahlen J1 und J2 werden gemäß den allgemein
gültigen Reflexionsbedingungen reflektiert. Je nach der Auslenkung des beweglichen
Organs und seines Drehspiegels 5 werdcn die beiden Lichtstrahlen J1 und J2 mehr
oder weniger gleit ausgelenkt.
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Die räumliche Anordnung der Glühlampe 1, des Kondensors 2, der Blendenvorrichtung
3 und des Drehspiegels 5 muß derart erfolgen und einjustiert werden, daß die von
Drehspiegel 5 reflektierten Lichtstrahlen J1 und J2 jeweils auf einer Fläche Fl1
oder F12 des dachförmigen und ebenfalls fest in das Gerät eingebauten Spiegels 6
auftreffen. Der Lichtstrahl J2 wird von der Fläche Pl2 derart reflektiert, daß er
von der Rückseite auf eine an der Vorderfront des Gerats (nicht näher dargestellt)
angebrachte transparente, ebene Skala 9, auftrifft. Auf der Skala 9 selbst ist eine
Skalierung aufgetragen. Bei einer Auslenkung des Drehspiegels 5 wandert der Lichtstrahl
J2 parallel zum First des dachförmigen Spiegels 6 auf der Fläche Fl2 entlang und
der von dieser Fläche Fl2 wiederum reflektierte Lichtstrahl J2 wandert synchron
zu dieser Bewegung auf der Skala 9 entlang. Somit ist es möglich, eine der Amplitude
des Meßwertes, z. B. Stron durch die Drehspule 4, proportionale Größe auf der Skala
9 darzustellen. Der erste Licht
strahl J1 fällt auf die Fläche B11
des dachförmigen Spiegels 6, verläuft genauso wie der Lichtstrahl J2 bei Drehung
des Drehspiegels 5 parallel zu dessen First und wird in Richtung einer Druckvorrichtung
D hinreflektiert.
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Aufgrund der wiederholten Reflexion der Lichtstrahlen J1 und J2 erhält
man bestimmte, mittels Veränderung der Abstände zwischen Drehspiegel 5 und Spiegel
6 und Skala bzw.
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Druckvorrichtung D leicht regelbare, große Zeigerlängen, so daß für
einen Vollausschlag über die gesamte Skalenlange meist nur ein geringer Ausschlag
des Drehspiegels 5 notwendig ist.
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Die Druckvorrichtung D besteht aus einem meist quaderförmig ausgebildetcn
Kopf 10, an dessen in Richtung Lichtstrahl J1 weisenden Seite eine lichtempfindliche
Abtasteinrichtung, z. B. ein Fotoelement, befestigt ist. An der Unterseite dcs Kopfes
10 ist in Höhe der Stirnseite ein Stift St oder dergleichen befestigt. Zwei Führungen
11 und 12 durchbohren den Kopf 10 seitlich, wobei die Führung 12 ein glatter, runder
Stab ist, der in einer Halterung H eingespannt ist. Die Führung 11 dient als Antriebswendel
für die Bewegung des Kopfes 10. Der Vor- und Rücklauf des Kopfes 10 wird von einem
kontinuierlich umlaufenden Motor 14 über einen Reibradantrieb 13 und die doppelgangige
Antriebsspindel, Führung 11, bewirkt. Zwei Seitenverbindungen
S1
und S2 dienen als Halterung für die beiden Führungen 11 und 12. Sie tragen jeweils
an ihrem einen Ende magnetisch erregbare Anker W1 und W2.
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Unterhalb des Kopfes 10 ist eine um die Achse A drehbare Rolle 16
gehaltert, über die ein Papieratreifen 17 stetig abrollen kann. Zwischen dem Kopf
10 und diesem Papierstreifen 17 sind unterhalb des Stiftes St, je nach Verwendungszweck,
ein oder mehrere Farbbänder, z. B. B1 ... B5, über die gesamte Breite der Rolle
16 aufgespannt.
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Trifft nun die Druckvorrichtung D in ihrem Bewegungsablauf auf den
Lichtstrahl J1, so wird im Fotoelement F, ausgelöst von der Energie des auftreffenden
Lichtes, ein elektrischer Strom erzeugt, der über die Führungen 11 und 12 zu einem
Verstärker V-abfließt. Der verstärkte Strom erzeugt über Magnetwicklungen 15 mit
Eisenkernen K1 und K2 ein Magnetfeld. Die Magnetkerne Kl und K2 sind derart angebracht,
daß die von ihnen erzeugten Magnetflüsse die über ihnen liegenden Anker W1 und W2
anziehen und damit ein Kippen der Druckvorrichtung D und des Kopfes 10 um die BUhrung
12 verursachen. Die seitlichen Schienen S1 und S2 bestehen vorzugsweise aus nichtleitendem
Material, damit eine elektrische und eine elektromagnetische Entkopplung zwihen
stromleitenden Führungen 11 und 12 bzw. zwischen den Ankern W1 und W2 und den Leitschicnen
S1 und S2 gewährleistet
ist. Die Kraft, mit der die Anker W1 und
W2 von den Magnetkernen K1 und K2 angezogen werden, muß groß genug sein, um den
Reibradantrieb 13 zu entkoppeln - der Kopf 10 blcibt dann stehen - und um den Stift
St auf eines der Farbbänder B1 - B5 aufzupressen. Unter dem jeweiligen Farbband
entsteht auf dem Papierstreifen 17 ein farbiger Punkt.
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Die Lage dieses Punktes auf dcm Papierstreifen 17 entspricht der Amplitude
der zu messenden Größe, da, wie oben schon erwähnt wurde, die Auslenkung des Lichtstrahles
Jl der Amplitude des Me#wertes entspricht. Beim Rücklauf des Kopf es 10 wird beim
Passieren des Lichtstrahles J1 ein abermaliger Druckvorgang elektrisch unterdrückt.
Die Impulslänge für die Erregung der Nagnetwicklungen 15 ist mit Hilfe des Verstärkers
V regelbar und hängt von den ieweiligen Anforderungen an das Gerät ab. Ist der Stron
durch die Magnetwicklungen 15 abgeschaltet, so kippt der Kopf 10 um seine Drehachse,
Führung 12, zurück, in seine Ausgangslage und ein neuer Meßwert kann aufgesucht
werden.
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Sollen mehrere Kurven auf den gleichcn Papierstreifen 17 nebeneinander
aufgezeichnet werden, so kann das Me#werk, sobald ein Punkt geschrieben und der
Kopf 10 wieder frei ist, von einem eingebauten, nicht näher dargestellten, Umschalter
selbsttätig auf eine andere Meßstelle umgesehaltet werden. Auf diese Weise lassen
sich im allgemeinen bis zu sechs Me#stellen überwachen. Zur besseren Unterscheidung
der
entstandenen Kurven dienen die Farbbänder B1 ... B5, deren jeweils eines einer bestimmten
MeBgröße zugeordnet ist und ebenfalls selbsttätig mit einer ebenfalls nicht näher
dargestellten Vorrichtung umgeschaltet werden kann, so daß sich immer die Farbe
der gerade eingeschalteten Meßstelle unter dem Stift St befindet.
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Die erfindungsgemäße Verwendung eines Lichtzeigerme#werkes mit ebener
Skala 9 in Verbindung mit einem Punktschreiber, in dem der Punktschreibvorgang von
einem Lichtstrahl J1 dieses Me#werkes gesteuert wird, hat noch weitere wesentliche
Vorteile. So ist es möglich, mit Hilfe des Gebrauchs von körperlosen Zeigern, Lichtstrahl
J1 und J2, eine größere elektrische Empfindlichkeit (ca. 4 mYolt gegenüber bisher
10 mVolt), eine kleinere Beruhigungszeit der Lichtstrahlen J1 und j2 (ca. 1 Sec.
gegen bisher 8 Sec.) und eine wesentlich kürzere Punktfolgezeit (ca. 5 Sec. gegenüber
bisher 20 Sec.) zu erreichen. Außerdem kann das optische Meßwerk leicht gekapselt
werden, so daß Luftströmungen durch das Gerät ohne Einfluß auf die Messung bleiben.
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Nicht zuletzt wird ein weiterer Vorteil des soeben beschriebenen Ausführungsbeispiels
der Erfindung darin gesehen, daß die Skala 9, welche über der Druckvorrichtung D
am Gehäuse befestigt ist, die gleiche Breite und die
gleiche Peilung,
wie der unter dem Kopf 10 durchlaufende Registrierstreifen 17 haben kann, so daß
eine einfache Zuordnung von optisch angezeigten und aufgeschriebenen Meßwertgrößen
zu erreichen ist.
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12 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen